公路隧道照明设计研究.docx

本文格式为Word版，下载可任意编辑公路隧道照明设计研究 ? 马路隧道照明设计应解决好隧道中特有的视觉现象，尤其是根据隧道所在地的光气候、朝向、隧 道入口的光环境等，选择适合的洞外景物亮度值等照明设计参数值，它们关系到马路隧道照明节能、交通安好和快速 关键字：隧道照明 安好 [2篇] [42篇] 觉察比较 [1篇] 照明设计 [238篇] 照明节能 [32篇] 照明 1.引言 马路隧道由于具有缩短里程、节省时间、提高交通运输效率、节省用地和有利于养护生态环境等优点，在山区的马路创办中被广泛采用因此，隧道照明设施的规模及数量越来越大，隧道的运营电费和维护费用也越来越高，照明节能和照明安好也越来越突出，为了解决好照明节能和安好问题，就务必研究马路隧道照明 隧道的构造对比特殊，它的两侧和顶部是封闭的，会产生隧道特有的人眼明适应和暗适应，尤其是白昼的视觉问题 在白昼，刚接近长隧道时，驾驶员看到是一个黑洞，这是“黑洞”现象;假设隧道较短，那么会产生“黑框”现象;由于洞外亮度大，进入隧道后，人眼需要适应时间，即产生“适应的滞后现象”;对于长隧道的中间段，汽车废气会形成烟雾，影响驾驶员的可见度;在隧道出口，会产生一个很亮的洞口，形成猛烈的眩光，降低驾驶员的可见度，这就是“亮洞”现象。

上述这些现象均会对驾驶员的视觉生理产生影响;在隧道中同时还会产生管状视觉现象和闪烁现象等，这些现象也均会对驾驶员的视觉心理产生影响，会使驾驶员产生心理上不舒适感，从而产生安好隐患所以隧道照明设计务必解决好隧道照明特有的视觉问题，尤其是确定合理的洞外亮度值，这样才能创造出良好的视觉环境，从而更有利于隧道照明安好和节能 在机动车交通量和设计行车速度确定的条件下，隧道洞外景物亮度值大小将直接关系到入口段亮度值大小，也即与隧道照明节能、营运电费、工程投资和行车安好等有关 2.洞外景物亮度研究 目前在举行隧道照明设计时，入口段的亮度值是由洞外亮度L20(s)乘以入口段亮度折减系数K近似算得[1]，而确定洞外亮度L20(s)的方法主要有4种：查表法，黑度法，数码相机照相法和亮度计算法(环境简图法) (1)查表法 查表法就是根据国标[I]洞外亮度中，按洞外停车视距(如设计车速80km/h为100m)视看隧道的20度视野的天空面积百分比值、洞口朝向或洞外环境、车速查取洞外亮度值 由于重庆市目前新建的马路隧道大多数位于山区，此时的天空面积百分比值通常为零，此时如按国标在设计车速确定时查取洞外亮度值，那么只能按暗环境和亮环境举行确定，这时不但存在如何区分暗环境和亮环境的问题，而且还没有考虑不同朝向和洞外植被、护坡、端墙、路面铺装等洞外环境的影响。

实际上不可怜况的洞外亮度值区别是很大的，概括测试值见表1(由重庆交通科研设计院测试) 表1高速马路隧道在天空面积百分比为零时洞外亮度实测值 从表l中可以算得，南向洞外亮度平均值为4073cd/m2，北向为3400cd/m2，东向为2455cd/m2，西向为2725cd/m2;由此看来，南向洞外亮度为最大，东向和西向洞外亮度较小，所以，即使当天空面积百分比为零时，L20(s)也是与朝向有关的;此外还与“马路隧道通风照明设计模范”[1]规定东洞口与西洞口取用南洞口与北洞口之中问值的说法是有冲突的从表1中可看出，L20(s)大小与洞外环境关系很大，假设留存自然植被或洞口正墙面采用深色植被和沥青路面等措施，那么就可使L20(s)减小到3000cd/m2左右 从表1中还可以看出，隧道为22的L20(s)值是当地其他南向隧道的洞外亮度值的2倍左右，理由是该隧道口正墙面采用具有规划(镜面)反光特性的大理石材料，因此导致了在特定的反射角度时，反射光很强，造成了眩光，L20(s)也上升到6870cd/m2，这是不利于隧道照明节能和安好的，应在举行隧道照明设计时制止在洞口外采用镜面反射材料，宜采用粗糙的建筑材料，努力降低洞外亮度值，使隧道照明设计有利于隧道照明节能和安好，从而使隧道照明设计更为合理。

(2)黑度法 黑度法是一种洞外亮度测量法，它是国标[1]推举的一种洞外亮度的实测方法实测时，在接近段起点S处(当设计车速为80km/h时距洞口 100m)，距地面 1.5m高正对隧道洞口方向20度视野的洞外环境一次成像在胶片上，拍摄黑白照片时还需要在洞口旁立一个已知亮度的灰板作为参照物，然后将冲洗出来的胶片置于黑度仪上测读度视野内各景物的黑度[1]，将各自所占面积的百分比作为权重计算出平均黑度，再与参照物的亮度作对比，确定现场测量时刻的洞外亮度L20(s)值实测应选在夏季(6～8月)晴天无云连续举行3天，每天测量5次(10：00～14：00，地方时，每次间隔lh)或11次(7：00～17：00，地方时，每次间隔lh) 黑度法的缺点是测量精度与感光胶片质量、冲洗状况等关系紧密，而且确定洞外亮度过程繁杂，不适合在工程在应用：而且偶然几天的洞外亮度测量结果不确定能真实反映出当地的光气候变化的规律性，会导致实际的洞外亮度值与设计值之间产生误差，使相对误差超出士25%范围总之，从实际应用和理论观点上看，用黑度法确定洞外亮度还需要进一步提升才行，并且要举行长期实测后才能确定洞外亮度的变化规律性。

(3)数码相机照相法 为了消释黑度法因采用感光胶片带来的测量误差和缩短测试洞外亮度的周期，随着电子科学技术的进展，数码相机获得了进一步完善，因此可利用数码相机照相法确定洞外亮度‘到虽然数码相机的成像技术在不断提高，但是数码相机终究不是测光仪器，所以由不同型号、不同厂家生产的数码相机采集的光度参数会产生区别，为此应举行数码相机光学特性化研究[3]，确定数码相机所采集的数字图像的灰度值和刺激值之间的关系式与相应的校正系数，并在光度学测验里举行标定，即在正常曝光条件下，利用标准灰板、色板，确定刺激值与被测目标的亮度表达式，这样才能利用数码相机对洞外亮度分布举行近似测量 数码相机照相法快速简便，具有确定的测量精度，得志隧道照明工程上的应用要求将数码相机照相法作为隧道照明设计的实测验证的手段是可行的，但是，数码相机照相法与黑度法一样，务必要摈弃测量洞外亮度的偶然性才行，为了隧道照明安好和节能，采用数码相机照相法和黑度法均需要举行长期实测后才能确定适合的洞外亮度值;而且当隧道口土建完成后，还应保证马路路面施工也需要同时完成，完成时问应在每年6月份之前，否那么就不适合用实测法确定洞外亮度值。

(4)亮度计算法 亮度计算法又称为环境简图法环境简图法的实质就是由隧道口外景物亮度与各片面所占的百分比乘积算得的，所以务必确定合理洞外景物亮度值环境简图法要求在接近洞口段起点s处，距地面1.5m高正对隧道洞方向20度视野范围内，考虑天空亮度、路面亮度、洞IJ环境亮度和隧道洞口亮度的付出，于是算得洞外亮度值 L20(s)=cLc+rLr+eLe+rLr (1) 式中L20(s)——洞外亮度(cd/m2); LC——20度视野范围内的天空亮度(cd/m2); Lr一一洞外道路路面亮度(cd/m2); Le一一环境亮度(cd/m2); Lr_一洞口亮度(cd/m2); c、r、e、t——分别为天空、路面、环境、洞口所占的百分比 由于隧道入口所占的百分对比小，一般在8%左右，而且洞口亮度也很小，所以洞口亮度对洞外亮度付出是很小的，可疏忽不计于是，式(1)可以简化成下式， L20(s)=cLc+rLr+eLe (2) 从式(2)中可以看出，利用正对隧道口的20度视野的数码相片和AutoCAD软件较轻易地确定天空、路面和环境所占的百分比c、r和e值。

而洞外亮度值L20(s)确实定，需要计算出符合当地光气候、植被和隧道口朝向等处境的由天空和太阳直射光在地物上产生的亮度，即需要选择适合的天空亮度模型和大气通明度，以及不同时刻、不同季节、不同路面、不同外观反射处境和反射角度等，通过式(2)计算出洞外亮度值不同朝向的隧道口看到的天空、路面等的反射光亮度的粗略参考值见表2[1] 表2洞外景物亮度 (单位：cd/m2) 洞口朝向 南 东、西 北 天空 8000 12000 16000 路面 3000 4000 5000 岩石 3000 2000 1000 树木 、草地 2000 2000 2000 建筑物 8000 6000 4000 根据式(2)和表2可算得洞外亮度L20(s)值，如以实测值(见表1)为准，那么计算值与实测值对比见表3 表3隧道口洞外亮度计算值与实测值对比 隧道 21 31 52 62 22 32 51 61 朝向 北 北 北 北 南 南 南 南 计算值/（cd/m2） 2709 2654 2852 2998 2682 2373 2774 2394 实测值/（cd/m2） 3828 3403 3310 3060 6870 2572 3920 2930 相对误差（%） -29 -22 -14 -2.0 -61 -7.7 -29 -18 71 81 72 82 东 东 西 西 2716 2696 2748 2608 2460 2450 3070 2380 +10 +10 -10 +9.6 从表3中可以看出，当隧道口朝向为东、西向时，计算值与实测值较为吻合，相对误差在-10%～+10%范围内;当隧道口朝向为南、北向时，其相对误差较大，但是计算值一般偏小，理由主要是由表2中岩石外观的亮度区别太大造成的，而且岩石所占的百分比也较大，一般要占30%左右，所以造成了较大计算误差;例如隧道口为北向时，表2中岩石亮度为1000cd/m2，而实测平均值为3036cd/m2，两者相差3倍多;由于62号隧道岩石面积占的百分比只有0.08，所以L20(s)计算值与实测值相差不大，相对误差为-2.0%。

从表2中可以看出，景物的类型较少，这是不利于隧道照明计算的;为此，应将我国常见的隧道口外景物归类，并且给出不同光气候区对应的景物外观亮度值例如，路面应分别给出混凝土路面和沥青路面两种处境等，从而使表2给出的景物亮度更符合实际处境 3.隧道照明设计 隧道照明设计最新研究成果说明，当确定了适合的不同朝向的隧道口的景物亮度等参数值后，就可以按照CIE在2022年《马路隧道和地下通道照明指南》中的建议：采用觉察比较法举行隧道照明设计，即可以根据等效光幕亮度等有关的参数值计算出入口段亮度Lth 为了使隧道照明设计达成安好和节能的要求，就不但要合理确定设计参数值，而且还要采用别致的、稳当的设计理念，同时还要采用高效光源和灯具，增大光反射比等 在现行的照明设计标准和模范中，没有考虑隧道照明光源的光谱分布对驾驶员的视觉影响，尤其是没有考虑人眼中新察觉的第3种感光细胞一一神经结细胞[4]对人的机敏程度等光生物效应的影响;同时也没有考虑中间视觉处境，而是仅仅按照明视觉时锥状感光细胞起作用的条件下举行隧道照明计算实际上，在隧道照明条件下，人眼中视网膜上的神经结感光细胞、锥状感光细胞和杆状感光细胞同时起作用，所以在举行隧道照明设计时，务必要考虑到这种特殊视觉处境。

总之，理应采用视觉科学的研究成果合理地解决好隧道照明设计，同时还应采用与现行的隧道照亮堂度设计方法不同的别致照明设计方法——可见度设计方法[5]，使隧道照明达成节能和安好要求 选择隧道照明光源的现行评价指标是：光效高、透雾性能好、寿命不小于10000h这里所指的光效是采用明视觉2。