■周東堅(jiān)

（福建省寧德高速公路有限公司，寧德 352100）

根據(jù)統(tǒng)計(jì)，截至2022 年底，福建省高速公路共建成隧道1610 處、217.0476 萬(wàn)延米，其中特長(zhǎng)隧道174 處、75.1968 萬(wàn)延米，長(zhǎng)隧道527 處、94.3281 萬(wàn)延米，公路隧道在縮短里程，提高通行效率的同時(shí)，也因其特殊的位置環(huán)境，當(dāng)發(fā)生火災(zāi)、地震等緊急情況時(shí)，極易造成重大人員傷亡。 福建省高速公路隧道洞內(nèi)現(xiàn)行交通標(biāo)志根據(jù)《福建省高速公路隧道標(biāo)志標(biāo)線設(shè)置指南》規(guī)范要求設(shè)置，其中緊急電話指示標(biāo)志、消防設(shè)備指示標(biāo)志、緊急停車(chē)帶指示標(biāo)志、人行橫通道指示標(biāo)志、車(chē)行橫通道指示標(biāo)志、疏散指示標(biāo)志等基本都為電光標(biāo)志，現(xiàn)有電光標(biāo)志內(nèi)部無(wú)電池，完全依賴隧道供電系統(tǒng)，電力正常時(shí)才能起到指示作用。 而根據(jù)筆者多年隧道運(yùn)營(yíng)管理工作經(jīng)驗(yàn)， 各類(lèi)重大事故極易引發(fā)隧道供電系統(tǒng)故障，導(dǎo)致隧道內(nèi)漆黑一片，此時(shí)電光標(biāo)志亦無(wú)法發(fā)光指示，滯留隧道內(nèi)人員無(wú)法通過(guò)現(xiàn)有電光標(biāo)志快速疏散，易造成次生、衍生事故。 如何讓隧道內(nèi)交通標(biāo)志在隧道供電系統(tǒng)故障時(shí)發(fā)揮應(yīng)有的指示作用，通過(guò)標(biāo)志引導(dǎo)隧道內(nèi)滯留人員快速撤離成為亟需解決的問(wèn)題。

1 福建省高速公路隧道電光標(biāo)志現(xiàn)狀及存在問(wèn)題

1.1 隧道內(nèi)電光標(biāo)志現(xiàn)行規(guī)范

福建省高速公路隧道洞內(nèi)交通標(biāo)志主要按照《公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范第二冊(cè)交通工程與附屬設(shè)施》（JTG D70/2-2014）（以下簡(jiǎn)稱“設(shè)計(jì)規(guī)范”）和《關(guān)于印發(fā)<福建省高速公路隧道標(biāo)志標(biāo)線設(shè)置指南>的通知》2 份規(guī)范要求執(zhí)行，電光標(biāo)志主要包括緊急停車(chē)帶指示標(biāo)志、車(chē)行橫通道指示標(biāo)志、人行橫通道指示標(biāo)志、疏散標(biāo)志、消防設(shè)備指示標(biāo)志、緊急電話指示標(biāo)志等6 類(lèi)[1]。

1.2 隧道內(nèi)電光標(biāo)志設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)

隧道內(nèi)電光標(biāo)志設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)如圖1 所示。

圖1 隧道內(nèi)電光標(biāo)志示例圖

1.2.1 緊急停車(chē)帶指示標(biāo)志

（1）設(shè)有緊急停車(chē)帶的公路隧道應(yīng)設(shè)置緊急停車(chē)帶指示標(biāo)志；（2）標(biāo)志應(yīng)設(shè)置于緊急停車(chē)帶入口前5 m 左右，底部與路面邊緣高差為2.9 m；（3）標(biāo)志版面尺寸為50×80 cm；（4）緊急停車(chē)帶指示標(biāo)志為電光標(biāo)志，照面方式為內(nèi)部照明，雙面顯示。

1.2.2 車(chē)行橫通道指示標(biāo)志

（1）設(shè)有車(chē)行橫通道的公路隧道應(yīng)設(shè)置車(chē)行橫通道指示標(biāo)志；（2）標(biāo)志應(yīng)設(shè)置于車(chē)行橫通道洞口右側(cè)處，底部與檢修道頂部高差為2.5 m；（3）標(biāo)志版面尺寸為50×80 cm；（4）車(chē)行橫通道指示標(biāo)志為電光標(biāo)志，照面方式為內(nèi)部照明，雙面顯示。

1.2.3 人行橫通道指示標(biāo)志

（1）設(shè)有人行橫通道的公路隧道應(yīng)設(shè)置人行橫通道指示標(biāo)志；（2）標(biāo)志應(yīng)設(shè)置于人行橫通道頂部，底部與檢修道頂部高差為2.5 m；（3）標(biāo)志版面尺寸為50×80 cm；（4）人行橫通道指示標(biāo)志為電光標(biāo)志，照面方式為內(nèi)部照明，雙面顯示。

1.2.4 疏散指示標(biāo)志

（1）長(zhǎng)度大于500 m 的隧道應(yīng)設(shè)置疏散指示標(biāo)志；（2）標(biāo)志應(yīng)設(shè)置于隧道兩側(cè)墻上，底部與檢修道頂部高差為1.3 m，間距為50 m；（3）標(biāo)志版面尺寸為75×25 cm；（4）疏散指示標(biāo)志為電光標(biāo)志，照面方式為內(nèi)部照明，單面顯示。

1.2.5 消防設(shè)備指示標(biāo)志

（1）公路隧道應(yīng)設(shè)置消防設(shè)備指示標(biāo)志；（2）標(biāo)志應(yīng)設(shè)置于消防設(shè)備箱上方，底部與檢修道頂部高差為2.5 m；（3）標(biāo)志版面尺寸為25×40 cm；（4）消防指示標(biāo)志為電光標(biāo)志，照面方式為內(nèi)部照明，雙面顯示。

1.2.6 緊急電話指示標(biāo)志

（1）設(shè)有緊急電話設(shè)施的公路隧道應(yīng)設(shè)置緊急電話指示標(biāo)志；（2）標(biāo)志應(yīng)設(shè)置于緊急電話上方，底部與路面邊緣高差為2.5 m；（3）標(biāo)志版面尺寸為25×40 cm；（4）緊急電話指示標(biāo)志為電光標(biāo)志，照面方式為內(nèi)部照明，雙面顯示。

1.3 隧道內(nèi)現(xiàn)行電光標(biāo)志存在的問(wèn)題

1.3.1 緊急情況下指示效果不佳

隧道電光標(biāo)志設(shè)置的主要目的是保障隧道行車(chē)安全，尤其是在隧道發(fā)生火災(zāi)等緊急事件時(shí)能提供疏散指示作用。 現(xiàn)行的隧道電光標(biāo)志雖然供電負(fù)荷等級(jí)為一級(jí)，但內(nèi)部無(wú)備用電池，只有供電系統(tǒng)正常時(shí)才能正常發(fā)亮起到指示作用。 而當(dāng)隧道發(fā)生火災(zāi)、地震等緊急事件時(shí)，通常會(huì)造成隧道供電電纜短路或中斷，導(dǎo)致供電系統(tǒng)（含隧道應(yīng)急供電系統(tǒng)）處于癱瘓狀態(tài)，電光標(biāo)志的使用完全依賴供電系統(tǒng)的運(yùn)行， 緊急情況下無(wú)法發(fā)揮其疏散指示作用，易造成次生、衍生事故，存在較大的安全隱患。

1.3.2 建設(shè)及維護(hù)成本較高

緊急電話指示標(biāo)志約200 m/個(gè)、消防設(shè)備指示標(biāo)志和疏散標(biāo)志50 m/個(gè)，人行橫通道指示標(biāo)志約250 m/個(gè)，緊急停車(chē)帶指示標(biāo)志和車(chē)行橫通道指示標(biāo)志約750 m/個(gè)，如此密集的設(shè)置造成隧道內(nèi)存在數(shù)量龐大的電光標(biāo)志及其配套線纜，不僅增加了隧道建設(shè)初期的投資造價(jià)，還提高了隧道建成投入運(yùn)營(yíng)后的運(yùn)維成本。

2 長(zhǎng)余輝材料在隧道交通標(biāo)志的應(yīng)用及其優(yōu)勢(shì)

2.1 長(zhǎng)余輝材料概述

長(zhǎng)余輝材料是一種特殊的光致發(fā)光材料，是新型的環(huán)保材料，能夠吸收存儲(chǔ)可見(jiàn)光或LED 光的外界光照輻射能量，在外界光源消失后，將存儲(chǔ)的能量以可見(jiàn)光的形式緩慢釋放[2]。 早期的余輝材料含放射性元素，存在發(fā)光強(qiáng)度低、余輝時(shí)間短、耐久性差、壽命短、危害性較大等缺點(diǎn)，不適合商業(yè)化應(yīng)用，但經(jīng)過(guò)近十幾年的飛速發(fā)展，基于鋁酸鹽基質(zhì)和硅酸鹽基質(zhì)的新型長(zhǎng)余輝材料已不含放射性元素，具有發(fā)光亮度高、余輝時(shí)間長(zhǎng)、化學(xué)穩(wěn)定性好等特點(diǎn)。 按基質(zhì)種類(lèi)，長(zhǎng)余輝材料主要分為硫化物、鋁酸鹽和硅酸鹽3 大類(lèi)，其基本特性見(jiàn)表1[3]。

硫化物長(zhǎng)余輝材料是最早研究和應(yīng)用的長(zhǎng)余輝材料， 但此類(lèi)長(zhǎng)余輝材料存在著余輝強(qiáng)度低、容易老化、化學(xué)穩(wěn)定性差、分解后的物質(zhì)對(duì)人體和環(huán)境都存在危害，故適用性不強(qiáng)。 鋁酸鹽和硅酸鹽長(zhǎng)余輝材料都是混合了稀土元素的新型長(zhǎng)余輝材料，兩者均具有發(fā)光性能高、余輝時(shí)間長(zhǎng)、化學(xué)穩(wěn)定性高的特點(diǎn)，但鋁酸鹽長(zhǎng)余輝材料遇水易潮解、耐酸堿性不強(qiáng)，硅酸鹽長(zhǎng)余輝材料耐水性較好，但發(fā)光性能和余輝時(shí)間不如鋁酸鹽長(zhǎng)余輝材料。

2.2 新型長(zhǎng)余輝隧道交通標(biāo)志的制作

2.2.1 各類(lèi)長(zhǎng)余輝熒光粉的特點(diǎn)及應(yīng)用場(chǎng)景

綜合考慮各類(lèi)長(zhǎng)余輝材料的特點(diǎn)，新型隧道交通標(biāo)志選用鋁酸鹽長(zhǎng)余輝材料制作，但單純的長(zhǎng)余輝材料最終形態(tài)為粉末狀，且鋁酸鹽長(zhǎng)余輝材料防水防潮性能差，不適合在隧道環(huán)境直接應(yīng)用，需結(jié)合不同的材料封裝后才能滿足各種場(chǎng)景下的應(yīng)用需求，表2 列明了幾種常見(jiàn)的熒光粉封裝形式的特點(diǎn)及其應(yīng)用場(chǎng)景[4]。根據(jù)隧道實(shí)際應(yīng)用環(huán)境，本次選用長(zhǎng)余輝熒光粉—包覆材料制作新型長(zhǎng)余輝隧道交通標(biāo)志，其外形尺寸、顯示圖案與現(xiàn)行電光標(biāo)志一致。

表2 幾種長(zhǎng)余輝熒光粉的應(yīng)用形式及場(chǎng)景

2.2.2 新型長(zhǎng)余輝隧道交通標(biāo)志的制備

新型長(zhǎng)余輝隧道交通標(biāo)志選用長(zhǎng)余輝熒光粉包覆材料制作，目前長(zhǎng)余輝熒光粉的表面包覆改性方法主要有溶膠－凝膠法、 液相沉淀法和高溫固相反應(yīng)法。 從投入成本、制作工藝方面考慮采用高溫固相反應(yīng)法對(duì)鋁酸鹽發(fā)光粉進(jìn)行包覆改性。 制備方法是先將一定質(zhì)量的SrAl2O4： Eu2+，Dy3+與NH4HF2（AR）按一定化學(xué)計(jì)量配制，充分混合均勻，放入加蓋的α-氧化鋁坩堝中， 在700℃還原氣氛下煅燒30 min，冷卻后得到包膜的粉體（圖2）[5]；包膜的粉體與PVC 樹(shù)脂混合后，制成發(fā)光原料，通過(guò)噴繪的形式制成。 通過(guò)包覆可提升長(zhǎng)余輝隧道交通標(biāo)志的耐水（濕）性能，更適合在隧道環(huán)境下應(yīng)用。

圖2 發(fā)光粉體制備圖

2.2.3 發(fā)光效果實(shí)測(cè)

以疏散標(biāo)志為例，在其經(jīng)過(guò)LED 燈光照射3 h后置于黑暗環(huán)境， 分別在1 h、2 h、4 h、6 h 及8 h時(shí)，對(duì)其發(fā)光效果進(jìn)行實(shí)拍測(cè)試，如圖3 所示。

圖3 不同時(shí)段下疏散標(biāo)志的發(fā)光效果

經(jīng)測(cè)試，試制的長(zhǎng)余輝疏散標(biāo)志亮度值≥0.32 mcd/m2（肉眼可識(shí)別最低值）的余輝發(fā)光時(shí)間可達(dá)8 h 以上，且可反復(fù)循環(huán)使用。

3 新型長(zhǎng)余輝隧道交通標(biāo)志的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

3.1 安全方面

高速公路隧道是封閉的行車(chē)環(huán)境，當(dāng)供電系統(tǒng)正常時(shí)24 h 均處于明亮狀態(tài)， 當(dāng)供電系統(tǒng)異常時(shí)則處于黑暗狀態(tài)，其特有的條件極為適合長(zhǎng)余輝材料的使用。 在供電系統(tǒng)正常時(shí)，長(zhǎng)余輝隧道交通標(biāo)志吸收隧道LED 光照輻射能量并存儲(chǔ)起來(lái)，當(dāng)隧道發(fā)生緊急事件導(dǎo)致供電系統(tǒng)異常時(shí)，長(zhǎng)余輝隧道交通標(biāo)志將存儲(chǔ)的能量以可見(jiàn)光的形式緩慢釋放，此時(shí)隧道處于黑暗狀態(tài)，長(zhǎng)余輝標(biāo)志的發(fā)光效果在這種環(huán)境下尤為明顯，傳統(tǒng)的電光標(biāo)志在隧道供電系統(tǒng)異常時(shí)已無(wú)法正常工作，而長(zhǎng)余輝隧道交通標(biāo)志仍能為隧道內(nèi)滯留的司乘人員起指示作用，引導(dǎo)司乘人員快速疏散撤離，有效避免了次生、衍生事故，充分發(fā)揮了應(yīng)急指示標(biāo)志應(yīng)有的作用，提升了隧道運(yùn)營(yíng)的安全性。

3.2 其他方面

與傳統(tǒng)電光標(biāo)志相比，新型長(zhǎng)余輝隧道交通標(biāo)志無(wú)需布設(shè)電纜，且單個(gè)標(biāo)志造價(jià)較低，按照每km綜合造價(jià)測(cè)算，新型長(zhǎng)余輝隧道交通標(biāo)志的綜合造價(jià)比現(xiàn)有隧道電光標(biāo)志低（見(jiàn)表3）；同時(shí)，長(zhǎng)余輝標(biāo)志內(nèi)部沒(méi)有LED 燈和電源，使得其故障率遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)電光標(biāo)志， 耐久性也大大優(yōu)于傳統(tǒng)電光標(biāo)志，具有明顯優(yōu)勢(shì)。

表3 每km 隧道電光標(biāo)志和新型長(zhǎng)余輝標(biāo)志的造價(jià)對(duì)比

4 結(jié)語(yǔ)

長(zhǎng)余輝材料作為一種有光時(shí)儲(chǔ)能、黑暗時(shí)發(fā)光的可持續(xù)型綠色環(huán)保節(jié)能材料，不僅適合用于高速公路隧道交通標(biāo)志中，還可以將其應(yīng)用在隧道側(cè)壁涂裝與交通標(biāo)線上，既可改善隧道洞內(nèi)停電時(shí)的亮度，又能在夜間顯著提升交通標(biāo)線的可視性，但目前由于國(guó)家及行業(yè)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的缺失，限制了長(zhǎng)余輝材料在道路交通行業(yè)的推廣應(yīng)用，也給材料的選型和質(zhì)量評(píng)定帶來(lái)不便。 因此，加快長(zhǎng)余輝材料在道路交通行業(yè)的試點(diǎn)應(yīng)用，推進(jìn)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范的制定，是業(yè)內(nèi)人士下一階段努力的方向。