安仁軍

上海市隧道工程軌道交通設(shè)計(jì)研究院，上海 200235

0 引言

近年來(lái)，隨著人們交通出行需求的逐漸增加以及國(guó)家對(duì)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)投資的不斷加大，我國(guó)的隧道建設(shè)的規(guī)模不斷擴(kuò)大。同時(shí)，已建成運(yùn)營(yíng)隧道的能耗問(wèn)題在節(jié)能減排的大背景下日益突出，隧道照明電費(fèi)及燈具的維護(hù)費(fèi)用作為隧道運(yùn)營(yíng)中的最大開(kāi)支，已成為隧道運(yùn)營(yíng)管理單位的沉重負(fù)擔(dān)[1]。隨著LED隧道燈的大量應(yīng)用，隧道照明調(diào)光系統(tǒng)成為建設(shè)節(jié)能型、智慧型隧道的一種重要手段。

1 隧道照明分類(lèi)

隧道照明主要由洞口減光設(shè)施、入口段照明、過(guò)渡段照明、中間段照明、出口段照明、應(yīng)急照明及洞外引道照明組成[2]，具體如圖1所示。

圖1 隧道照明區(qū)段劃分

洞口減光設(shè)施：為減少洞口天空面積百分比而設(shè)置的人工減光構(gòu)筑物，一般形式為減光格柵、遮陽(yáng)棚、遮光板等。

入口段照明：為使駕駛員白天由高亮度環(huán)境駛?cè)胨淼滥芨斓剡m應(yīng)隧道內(nèi)的低亮度環(huán)境而設(shè)置的人工照明區(qū)段。

過(guò)渡段照明：由于入口段亮度與中間段亮度有較大的差異，確保駕駛員能更舒適地適應(yīng)中間段亮度，在中間段與入口段之間設(shè)置過(guò)渡段照明。

中間段照明：沿隧道通長(zhǎng)設(shè)置，為駕駛員提供行車(chē)所需基本照明條件而設(shè)置的照明區(qū)段。

出口段照明：與入口段相反，駕駛員需要適應(yīng)從洞內(nèi)低亮度向洞外高亮度過(guò)渡，從而設(shè)置出口段照明。

應(yīng)急照明：因正常照明電源失效而啟用的照明，供人員疏散、保障安全的照明。

洞外引道照明：設(shè)置在隧道敞開(kāi)段以保障車(chē)輛夜間駛?cè)?、駛出隧道的照明段?/p>

2 隧道照明調(diào)光

根據(jù)《公路隧道照明設(shè)計(jì)細(xì)則》（JTG/T D70/2-01—2014）（以下簡(jiǎn)稱(chēng)《細(xì)則》）規(guī)定，在隧道運(yùn)營(yíng)過(guò)程中加強(qiáng)照明和基本照明均需進(jìn)行調(diào)光控制。其中，為了使駕駛員更快適應(yīng)白天駛?cè)?、駛出隧道時(shí)洞內(nèi)外不同亮度環(huán)境而設(shè)置的加強(qiáng)照明，需根據(jù)洞外亮度來(lái)調(diào)整洞內(nèi)加強(qiáng)照明燈具的光輸出，使駕駛員安全、快速地適應(yīng)洞內(nèi)比較暗的光環(huán)境，還可根據(jù)車(chē)流量、運(yùn)營(yíng)時(shí)間、運(yùn)營(yíng)管理方案等來(lái)調(diào)整中間段照明燈具光輸出。

傳統(tǒng)的隧道照明調(diào)光控制主要通過(guò)開(kāi)斷一次供電回路來(lái)調(diào)整路面亮度。這種調(diào)光方式為了達(dá)到較好的調(diào)光效果，需將單側(cè)隧道照明燈具分為2～3個(gè)供電回路。在工程建設(shè)期需要增加電力電纜及相關(guān)一、二次開(kāi)關(guān)設(shè)備的投入，而且會(huì)在路面產(chǎn)生明暗相間的條紋（斑馬效應(yīng)），影響駕駛員視覺(jué)舒適度，從而危及行車(chē)安全。在后期運(yùn)營(yíng)中這種調(diào)光系統(tǒng)模式固定、可操作性差、維護(hù)困難，已逐漸被淘汰[3]。

LED隧道燈以其長(zhǎng)壽命、高光效、方向性好、易于調(diào)光等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)在隧道照明中得到廣泛應(yīng)用，基于LED隧道燈的隧道照明調(diào)光系統(tǒng)也隨之被廣泛使用。LED隧道照明調(diào)光系統(tǒng)按照控制模式可分單燈控制和回路控制；按照控制信號(hào)傳輸方式可分為有線控制和無(wú)線控制；按照燈具調(diào)光實(shí)現(xiàn)方式可分為數(shù)字調(diào)光和模擬調(diào)光[4]。各種隧道照明調(diào)光系統(tǒng)對(duì)比如表1所示。

表1 LED隧道照明調(diào)光系統(tǒng)對(duì)比

3 工程應(yīng)用實(shí)例

已建成通車(chē)的?？谖拿鳀|隧道、蘇州春申湖西路隧道以及在建的杭州江南大道隧道均采用基于RS485總線的隧道照明調(diào)光系統(tǒng)，調(diào)光系統(tǒng)整體架構(gòu)如圖2所示。

圖2 隧道照明調(diào)光系統(tǒng)架構(gòu)圖

基于RS485總線的隧道照明調(diào)光系統(tǒng)主要由監(jiān)控中心服務(wù)器、數(shù)據(jù)傳輸通道、隧道照明調(diào)光控制器、LED隧道照明燈具組成，其中LED隧道照明燈具由單燈控制器、驅(qū)動(dòng)電源、光源及燈具外殼組成。以?？谖拿鳀|隧道為例，在隧道監(jiān)控中心設(shè)置隧道照明調(diào)光系統(tǒng)工作站及服務(wù)器，在隧道東、西變電所內(nèi)設(shè)置照明控制柜，控制柜內(nèi)設(shè)置若干調(diào)光控制器，通過(guò)RS485調(diào)光總線對(duì)供電范圍內(nèi)的照明燈具進(jìn)行調(diào)光控制，調(diào)光控制器與監(jiān)控中心服務(wù)器通過(guò)光纖環(huán)網(wǎng)通信。

調(diào)光控制系統(tǒng)可根據(jù)運(yùn)營(yíng)需求、車(chē)流量、洞內(nèi)外亮度值、時(shí)間等因素對(duì)基本照明和加強(qiáng)照明進(jìn)行無(wú)極調(diào)光控制，也可根據(jù)運(yùn)營(yíng)需求、時(shí)間等其他預(yù)設(shè)模式對(duì)加強(qiáng)照明、引道照明、遮光棚照明、景觀照明等一次回路進(jìn)行開(kāi)關(guān)控制。此外，調(diào)光控制系統(tǒng)可自動(dòng)巡檢每盞燈具的工作狀態(tài)和故障狀態(tài)，具有記憶功能和故障信息保存功能，可將每一盞LED隧道燈的狀態(tài)信息上傳至隧道監(jiān)控中心，為隧道運(yùn)營(yíng)養(yǎng)護(hù)及決策分析提供參考數(shù)據(jù)。

通過(guò)分析以上幾條隧道照明調(diào)光系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用可知，基于RS485總線的LED隧道照明調(diào)光系統(tǒng)主要有以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）構(gòu)成簡(jiǎn)單，便于操作和維護(hù)；

（2）能夠以手動(dòng)、自動(dòng)、遙控等多種方式執(zhí)行命令，可根據(jù)時(shí)間、亮度設(shè)定的多種模式進(jìn)行調(diào)試和控制，時(shí)間控制和亮度控制的參數(shù)配置可由管理員重新設(shè)定；

（3）可對(duì)每盞燈具的工作狀態(tài)和故障狀態(tài)進(jìn)行巡檢，具有記憶功能和故障信息保存功能，當(dāng)出現(xiàn)斷電恢復(fù)時(shí)，燈具能自動(dòng)恢復(fù)斷電前的狀態(tài)；

（4）可靠性高，任意一盞燈具損壞不影響同一回路上其他燈具的調(diào)光，也不影響其他路RS485總線信號(hào)輸出；

（5）RS485總線信號(hào)驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)，帶載能力好，通信距離可達(dá)1 000 m以上，并且支持?jǐn)U展[5]；

（6）通用的RS485通信接口，采用Modbus通信協(xié)議，具有較強(qiáng)的抗干擾性和兼容性，可與隧道綜合監(jiān)控系統(tǒng)深度整合。

4 節(jié)能效果分析

?？谖拿鳀|越江通道項(xiàng)目全長(zhǎng)4 380 m，其中隧道段長(zhǎng)2 720 m，共設(shè)2對(duì)匝道。隧道按城市主干路標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，主線隧道設(shè)計(jì)時(shí)速為60 km/h，隧道照明總負(fù)荷容量為295.3 kW，其中，加強(qiáng)照明為45.1 kW，基本照明為70.2 kW，其余照明負(fù)荷為180 kW（含景觀照明、設(shè)備房照明等）。由于景觀照明、設(shè)備房照明均不參與調(diào)光控制，故在此不作分析比較。結(jié)合通車(chē)前現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，隧道照明亮（照）度實(shí)測(cè)值與規(guī)范值對(duì)比如表2所示。

表2 隧道照明亮（照）度實(shí)測(cè)值與規(guī)范值對(duì)比表

根據(jù)《細(xì)則》規(guī)定，在隧道照明設(shè)計(jì)階段養(yǎng)護(hù)系數(shù)取0.65，由于在隧道開(kāi)通初期燈具表面相對(duì)潔凈，LED隧道燈尚未進(jìn)入光衰期，由表2可知，運(yùn)營(yíng)初期路面亮度遠(yuǎn)高于規(guī)范要求值。通過(guò)隧道照明調(diào)光系統(tǒng)配合各照明區(qū)段的亮度儀，將各照明區(qū)段的實(shí)際亮度值調(diào)至略高于規(guī)范要求值水平，在運(yùn)營(yíng)初期通過(guò)隧道照明調(diào)光系統(tǒng)可減少電費(fèi)支出約310 000元/年，再配合洞內(nèi)外亮度儀、車(chē)流量數(shù)據(jù)對(duì)加強(qiáng)照明和基本照明進(jìn)行無(wú)極調(diào)光控制，實(shí)現(xiàn)按需照明，節(jié)能效果將更加顯著。

5 結(jié)束語(yǔ)

采用隧道照明調(diào)光系統(tǒng)可有效降低隧道照明運(yùn)營(yíng)能耗，基于RS485總線的LED隧道照明調(diào)光系統(tǒng)功能豐富，具有較好的穩(wěn)定性及兼容性，在單燈控制方面相比其他幾種調(diào)光方案具有一定的優(yōu)勢(shì)。在全力建設(shè)智慧城市、智慧交通的背景下，隧道照明設(shè)備的物聯(lián)感知，網(wǎng)絡(luò)通信，數(shù)據(jù)融合、處理，服務(wù)和應(yīng)用方面仍有很大的進(jìn)步空間，相關(guān)人員需要從如何獲取數(shù)據(jù)向如何用好數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變，探索建設(shè)節(jié)能型、集運(yùn)營(yíng)養(yǎng)護(hù)于一體的智慧隧道照明系統(tǒng)。