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        高速公路隧道照明綜合節(jié)能技術(shù)的研究和應(yīng)用

        2022-12-19 08:18:31朱小康
        運輸經(jīng)理世界 2022年22期
        關(guān)鍵詞:高速公路設(shè)計

        朱小康

        (武漢廣益交通科技股份有限公司,安徽 合肥 238000)

        0 引言

        為了合理利用土地資源,很多高速公路都設(shè)有隧道區(qū)。高速公路隧道的修建對于施工單位而言,其不僅在修建初期會耗費大量的建設(shè)成本,后期設(shè)置照明設(shè)施時,施工單位還會有額外支出的材料費用。更為重要的是,施工完成之后,施工單位還要定期對照明基礎(chǔ)設(shè)施進行養(yǎng)護。因此,想要提高公路工程施工單位的整體效益,其必須在隧道照明的成本控制上多加關(guān)注與研究。

        1 隧道照明系統(tǒng)概述

        部分地區(qū)因山勢崎嶇,修建了大量的隧道投入使用。隧道內(nèi)部可見度低,照明對于高速公路隧道的重要性不言而喻,良好的公路條件能防止司機在開車時因可見度低發(fā)生交通事故。就當前使用情況看,高速公路隧道安裝的照明系統(tǒng)會進行分段設(shè)置。比如,大部分施工單位會在隧道區(qū)域的入口段、過渡段、中間段和出口段分別布置照明設(shè)備,確保司機的行車安全。但高速公路隧道因為不同路段的原因,外界因素對照明設(shè)施的要求極為復(fù)雜。施工人員必須按照現(xiàn)場的實際施工情況挑選最佳的照明燈具擺放位置,否則照明效果會大打折扣[1]。

        另外,大部分高速公路隧道內(nèi)部控制照明回路時,通常會使用組合開關(guān)的方式,設(shè)置的數(shù)量一般在七八個左右。但這種控制方式過于籠統(tǒng),不能均勻化隧道內(nèi)部的光亮,導(dǎo)致隧道內(nèi)部出現(xiàn)照明不勻的問題[2]。這也意味著施工單位的施工內(nèi)容極為復(fù)雜,照明施工難度大,非??简炇┕と藛T的綜合能力。如果稍有不慎,隧道內(nèi)部的照明系統(tǒng)就會出現(xiàn)光亮不均勻的問題,影響司機的駕駛體驗。如果高速公路隧道內(nèi)部的光亮過高,會導(dǎo)致資源浪費的問題出現(xiàn),且司機在長時間的燈光照耀下,也容易出現(xiàn)視覺疲勞,影響交通安全。

        綜上所述,高速公路隧道照明的用處很多,為司機的出行提供了方便。但由于部分交通區(qū)域?qū)Ω咚俟匪淼勒彰飨到y(tǒng)管控不到位,以至于不少區(qū)域出現(xiàn)了綜合照明系統(tǒng)癱瘓的問題。另外,隧道照明消耗的電力資源過多,隧道運營管理部門每年都要支出大量的電費資金。

        隨著高速公路的不斷擴建,山區(qū)公路越來越完善,隧道的數(shù)量與日俱增,運營管理部門投入的資金只增不減,而山區(qū)高速公路車通行流量不高,高速公路通行費的收入遠不能抵消隧道內(nèi)部照明資金的支出。所以隧道運營管理部門為了節(jié)省資金,減少了照明燈工作的次數(shù)??蛇@種節(jié)能措施又與國家規(guī)定相違背,致使高速公路隧道增加了交通安全風險性?;诖?,高速公路隧道照明在設(shè)計時,設(shè)計人員要率先考慮“安全”與“節(jié)能”之間的矛盾關(guān)系。

        2 隧道照明綜合節(jié)能技術(shù)應(yīng)用的方案

        當前隧道照明中存在的主要問題是照明過度和欠照明,所以運營管理部門在應(yīng)用隧道照明綜合節(jié)能技術(shù)時,要考慮需求。以下是運營管理部門可參考的解決能源浪費的措施[3]。

        2.1 增加照明控制回路,多級控制照明

        設(shè)計人員在設(shè)計高速公路隧道照明系統(tǒng)時,應(yīng)考慮外界環(huán)境對隧道照明的影響,比如天氣狀況。因此,晴天照明和陰天照明就應(yīng)該以兩個不同回路來控制,具體的改造方案為:設(shè)計4 個回路控制,隧道左側(cè)設(shè)置晴天照明和陰天照明,隧道右側(cè)同上操作。這4個控制回路可以實現(xiàn)多級化管理的目標,防止隧道出現(xiàn)資源浪費的問題。

        2.2 增加照明控制方式,實現(xiàn)無極調(diào)控

        照明調(diào)控裝置應(yīng)做技術(shù)上的升級,可以利用高壓鈉燈的照明原理,以降壓限流的方式,使隧道照明可以根據(jù)外界環(huán)境因素的變化發(fā)生改變。這樣,隧道照明就可以根據(jù)實時需求更改隧道內(nèi)部的照明環(huán)境。設(shè)計參考變量時,設(shè)計人員需要考慮天氣和車流量等參數(shù)。

        無極調(diào)控的工作原理如下:燈具在額定電壓220V左右開始工作,一旦接收到節(jié)能指令后,燈具就可以及時調(diào)整電壓,使其保持在節(jié)能的水平,節(jié)能電壓的標準一般在185V~195V 左右。節(jié)能指令撤銷后,燈具就會以慢斜坡的方式,逐漸上升到220V 穩(wěn)壓。這種無極調(diào)控,節(jié)約了照明資源。有的高速公路為了增加控制的合理性,專門設(shè)置了照明調(diào)控裝置,保證隧道基本照明設(shè)施能夠?qū)崿F(xiàn)軟啟動,防止燈具因沖擊電流出現(xiàn)壽命縮減的問題。

        2.3 確定好照明設(shè)計參數(shù)

        隧道內(nèi)部若要實現(xiàn)節(jié)能目標,設(shè)計參數(shù)一定要符合實際。所以設(shè)計人員提前設(shè)計照明方案時,一定要深入考察現(xiàn)場,確保參數(shù)的合理性與準確性,減少照明資源參數(shù)出現(xiàn)錯誤的概率。不過由于我國的照明節(jié)能設(shè)計發(fā)展較晚,不少的方案設(shè)計中存在較大失誤,與高速公路的發(fā)展速度不相匹配。為了減小兩者之間的差距,實現(xiàn)協(xié)調(diào)發(fā)展的目標,設(shè)計人員一定要充分鉆研照明設(shè)計中存在的問題,盡力減少設(shè)計中的偏值誤差,具體涉及的內(nèi)容如下:

        首先,設(shè)計人員要確定好洞口的亮度。長度在1公里左右的隧道,設(shè)計的關(guān)鍵點就在于其照明的總功率上,設(shè)計人員只要加強照明設(shè)計,基本上就能維持整個隧道的照明功率。加強隧道照明設(shè)計的關(guān)鍵,則在于洞外亮度?;诖?,設(shè)計人員需要實際考察隧道周邊的地理環(huán)境,盡力排除外部因素對隧道照明造成的影響,合理設(shè)計洞外亮度。達成此目標后,工程既可以減少投資,又能保障隧道的照明率。不過隧道外部亮度的探測極為困難,設(shè)計人員需要借助查表法,才能得到準確的數(shù)值。當然,科研學(xué)者還獲得了一種新的取值方法,如果按照3500cd/m 進行取值,隧道內(nèi)部可以節(jié)省的電費在10%~15%左右。

        其次,設(shè)計人員需要研究高速公路隧道的流通量。對于流通量過多的隧道,可以加強對基本亮度的調(diào)整,嚴格把控隧道內(nèi)部的平均亮度。從一般的記載信息來看,最主要的流量信息有交通和時間。

        2.4 線路節(jié)能

        線路節(jié)能的實施主要包括以下幾個部分:

        第一,公路隧道增設(shè)自動調(diào)壓設(shè)備。但這種節(jié)能措施頗具爭議性,具體的使用原理是工程人員利用可控硅斬波原理,按照當中的正弦電壓尋得輸出電壓的平均值,并使其降到最低,以達到控壓節(jié)能的目的。但這種措施最大的弊端在于其在控壓時,會產(chǎn)生高次諧波和線路震蕩。如果這個弊端沒有消除,高速公路內(nèi)部的燈泡使用壽命將會大大縮減,嚴重時甚至對周圍的環(huán)境產(chǎn)生污染,極大地違背了綠色環(huán)保的理念。所以當前工程師在設(shè)計節(jié)能方案時,很少會用照明自動調(diào)壓設(shè)備。

        第二,高速公路中壓隧道中,經(jīng)常使用中壓供電。中壓供電是在原有的系統(tǒng)上進行改革和升級的技術(shù),結(jié)合當?shù)氐乩砬闆r,改變變壓器應(yīng)用供電模式。此項照明控制技術(shù)極為先進,因為除了我國本土研發(fā)的技術(shù)之外,管理部門還會引進國外先進的技術(shù),在本土地理環(huán)境的基礎(chǔ)上,打造新型變壓器應(yīng)用供電模式。這種供電模式除了概念新穎之外,能極大地滿足高速公路隧道的用電需求,其所耗費的資金相對于傳統(tǒng)電力技術(shù)之外,成本會更低,更具經(jīng)濟價值。

        第三,設(shè)計人員在布置高速公路隧道內(nèi)部的燈具時,一定要先對現(xiàn)場進行檢測,掌握具體的數(shù)據(jù)后,再去開展設(shè)計任務(wù)。因為燈具布置合理,施工現(xiàn)場的光源利用效率才能大幅度提高,燈具照明缺陷才能很好規(guī)避。

        2.5 燈具節(jié)能措施

        若要節(jié)省電力資源,公路隧道內(nèi)首選的燈具應(yīng)是LED 燈。LED 光源具有方向性投射,大功率LED 光源的工藝可以根據(jù)需要封裝成60~180o的射出角,光通量幾乎不損失。設(shè)計者可根據(jù)需要配光,LED 燈配光利用系數(shù)可以達到0.9,LED 燈本身就是環(huán)保型燈具,所以非常適合使用。

        2.6 高速公路隧道照明控制和管理措施

        很多高速公路長隧道內(nèi)部都配備了亮度檢測設(shè)備,這是照明控制措施中的重要機器。其應(yīng)用的原理在于光亮度值的分析,設(shè)備可以通過自動化檢測的方式,加強對洞內(nèi)外亮度的檢測,找到相關(guān)的數(shù)據(jù)。之后再以監(jiān)控系統(tǒng)為載體,傳入中心系統(tǒng)。計算機接收到相關(guān)數(shù)據(jù)后,對其開展運算處理,然后再通過智能運算的方法,制定較為合適的控制方案。此等控制措施的應(yīng)用,大大提高了高速公路長隧道照明的效率,確保了隧道運行的安全性。不過由于管控措施研發(fā)的時間較短,目前還沒有廣泛應(yīng)用,還需科研人員繼續(xù)研究[4]。

        管理措施方面,科研人員需要加強對隧道內(nèi)部實際情況的分析,參透照明設(shè)計圖紙,提高設(shè)計方案的規(guī)范程度。施工時,施工人員要把握住節(jié)能控制的關(guān)鍵點,盡力遏制資源浪費的現(xiàn)象。同時,施工人員需要根據(jù)實際情況去核對施工方案的合理性和科學(xué)性。如果施工現(xiàn)場有意外情況發(fā)生,施工人員需要及時上報,便于設(shè)計人員對方案進行整改。一般來說,高速公路隧道內(nèi)部照明環(huán)境的實際施工通常不會和圖紙偏差較大,除非隧道內(nèi)部的車流量發(fā)生了變化,方案需要做出具體的調(diào)控。

        施工任務(wù)結(jié)束后,管理部門還要定期安排人員對隧道進行清理,做好對燈具的養(yǎng)護工作,延長燈具的使用壽命。燈具光源的利用效率提高后,隧道內(nèi)部的照明度會大大增強。

        2.7 供電方式的選擇

        隧道中的供電方式多樣化,施工人員選擇時需要根據(jù)隧道長度進行考慮。一般,不超過1 公里的隧道需采用放射式供電的方法。不過此方法在投入使用前,管理部門需要在洞口處修建變電站,便于隧道內(nèi)部的電壓進行轉(zhuǎn)換。但如果隧道內(nèi)部的機電設(shè)備分布位置較為松散,管理人員還需設(shè)置中壓供電。中壓供電是電能的中轉(zhuǎn)站,其配電終端與復(fù)合中心是直接相連的,可以滿足隧道內(nèi)部燈具長距離供電的需求。并且中轉(zhuǎn)之后,電能損耗的效率大大減少,隧道內(nèi)部的電能資源消耗頻率大幅度下降。再加上,高速公路隧道的地形較為獨特,有些山體是連綿起伏的,導(dǎo)致隧道與隧道之間的連續(xù)性較強。為了提高速度內(nèi)部的供電效率,管理部門需合理選用集中供電的方法。集中供電在投入使用之前,管理部門需要對隧道內(nèi)部的區(qū)域進行劃分,確定每個隧道不同的供電形式,將供電網(wǎng)和隧道供電連接起來。更為重要的是,集中供電除了能給隧道內(nèi)部的燈具供給能量之外,還能惠利周邊的農(nóng)村地區(qū),提高農(nóng)村地區(qū)的供電效率,保證居民的用電量。

        3 對高速公路隧道照明節(jié)能綜合技術(shù)的展望

        高速公路隧道的修建是大勢所趨,只有交通便利,山區(qū)經(jīng)濟才能得到發(fā)展。從當前的高速公路隧道照明節(jié)能策略來看,其中還存在較大的不足,科研人員需要繼續(xù)研究,其應(yīng)該重點分析隧道內(nèi)部的照明現(xiàn)狀和照明視覺特征。如果能夠在這兩個方面取得突破,我國高速公路隧道的照明效率還會得到大幅度提高。

        4 結(jié)語

        本文對高速公路隧道照明節(jié)能綜合技術(shù)進行了分析,希望以此來改善高速公路隧道照明資源浪費的問題。根據(jù)調(diào)查研究分析,高速公路隧道照明節(jié)能涉及的內(nèi)容是多方面的,如果想要實現(xiàn)系統(tǒng)化的節(jié)能效果,設(shè)計人員在設(shè)計照明方案時,每個環(huán)節(jié)都要加入節(jié)能措施,并且每個方案都要有設(shè)計依據(jù),設(shè)計人員要先考察現(xiàn)場,獲得精準數(shù)據(jù)后再去商榷施工方案。尤其是對高速公路隧道周邊環(huán)境、車流量的勘測,必不可少。再者,高速公路隧道的照明本身具有獨特性,除了保障節(jié)能之外,設(shè)計人員還要考慮到高速公路內(nèi)部運行的安全性。其既要減少燈具對周邊環(huán)境產(chǎn)生的污染,又要保證隧道內(nèi)部的照明強度,防止內(nèi)部因可見度不高的問題,造成交通事故。

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