公路隧道照明灯具最佳安装位置研究_李然

隧道 空 间 环 境 建 立 后，就 可 以 进 行 照 明 灯 具 的 布设了。根据那央隧道 中 间 段 采 用 的 ６０Ｗ 的 ＬＥＤ 隧 道 灯 品 牌 、功 率 、光 通 量 、配 光 情 况 等 ，联 系 生 产 厂 家得到该 类 型 隧 道 灯 具 的 光 度 学 数 据 文 件 即 ＩＥＳ 灯具插件，将 该 灯 具 插 件 导 入 ＤＩＡｌｕｘ 软 件 中。 以 １０ｍ 为间距在隧道壁两侧对称布设灯具，对不同的 设置高度和角度进 行 照 明 模 拟 试 验，并 在 模 拟 隧 道 的中间位置选取 ３ 组灯具之间共 ２０ ｍ 的一段道路 表面作为照明计算对象。软件将计算出所选取路面 的平均照度、路面照 度 总 均 匀 度 和 路 面 中 线 照 度 纵 向 均 匀 度 ，不 同 的 高 度 和 角 度 的 组 合 条 件 下 会 产 生 不 同的照明效果，具体模拟情况如图３、图４所示［１１］。
图 １ 那 央 隧 道 现 场 情 况
２ 隧 道 照 明 环 境 仿 真 模 拟 根据那央隧道的断面尺寸，采用 Ｇｏｏｇｌｅ ＳｋｅｔｃｈＵｐ
等工具建立那央 隧 道 主 体 ３Ｄ 模 型，并 导 入 ＤＩＡｌｕｘ 软件 中 建 立 隧 道 的 空 间 立 体 环 境，利 用 ＤＩＡｌｕｘ 强 大的模拟仿真功能对建立好的隧道空间内表面赋予 材质。由于隧道属 于 封 闭 空 间，照 明 光 线 会 在 隧 道 内壁产生各种不规 则 的 漫 反 射，最 终 路 面 的 照 度 可
关 键 词 ： 公 路 隧 道 ； 安 装 位 置 ；ＤＩＡｌｕｘ； 隧 道 照 明
公 路 隧 道 以 能 缩 短 行 车 里 程 ，节 约 燃 料 ，克 服 地 形 或 高 程 障 碍 ，减 少 对 植 被 的 破 坏 等 优 点 ，被 广 泛 应 用 于 山 岭 和 丘 陵 地 区 ，但 由 于 其 结 构 空 间 的 封 闭 性 ， 需要对隧道进行人 工 照 明 设 计，我 国 公 路 隧 道 的 照 明设计主要根据交 通 运 输 部 颁 布 的 《公 路 隧 道 通 风 照明 设 计 规 范》（ＪＴＪ ０２６．１—１９９９）［１］进 行，２０１４ 年 ８月 １ 日 起 该 照 明 设 计 规 范 废 止，同 时 施 行 了 新 的
ＳＵＰｅｉｓｅｎ
（Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｔｒａｆｆｉｃ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｔｏｎｇｊｉ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ ２０１８０４，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｎａｎｈｕａ Ｙｉｈａｏ Ｔｕｎｎｅｌ ｉｓ ｏｎｅ ｏｆ ｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇ ｐｒｏｊｅｃｔｓ ｏｆ Ｇｕａｎｇｔｏｎｇ－Ｄａｌｉ Ｒａｉｌｗａｙ，ｏｆ ｗｈｉｃｈ ｔｈｅ ｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇ ｒｏｃｋ ｉｓ ｅｘｔｒｅｍｅｌｙ ｒｏｃｋ ａｎｄ ｔｈｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ ｓｕｒｆａｃｅ ｉｓ ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ，ｔｈｅ ｍｉｎｉｍｕｍ ｏｖｅｒｂｕｒｄｅｎ ｉｓ ｏｎｌｙ ６ ｍｅｔｅｒｓ．Ｍａｎｙ ｆａｃｔｏｒｓ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｔｈｅ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｔｕｎｎｅｌ ｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇ ｒｏｃｋ，ｗｈｉｌｅ ｔｈｅ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ ｄｉｒｅｃｔｌｙ ａｆｆｅｃｔ ｔｈｅ ｕｎｌｏａｄｉｎｇ ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ，ｗｈｉｃｈ ｃａｎ ｖｅｒｙ ｅａｓｉｌｙ ｌｅａｄ ｔｏ ｔｈｅ ｉｎｓｔａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｔｕｎｎｅｌ ｆａｃｅ ａｎｄ ｓｕｒｆａｃｅ ｓｕｂｓｉｄｅｎｃｅ．Ｆｏｒ ｔｈｉｓ ｒｅａｓｏｎ，ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｅｎｓｕｒｅ ｓａｆｅ ａｎｄ ｓｍｏｏｔｈ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ，ＣＲＤ ｍｅｔｈｏｄ ｉｓ ｐｌａｎｎｅｄ ｔｏ ｂｅ ａｄｏｐｔｅｄ．Ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ，ｔｈｅ ａｄａｐｔａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ＣＲＤ ｍｅｔｈｏｄ ｉｓ ｒｅｓｅａｒｃｈｅｄ ｂｙ ｍｅａｎｓ ｏｆ ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ａｎｄ ｆｉｌｅｄ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ．Ａ ｓｅｒｉｅｓ ｏｆ ｒｅｓｕｌｔｓ ｃａｎ ｐｒｏｖｉｄｅ ａ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｆｏｒ ｔｈｅ ｔｕｎｎｅｌ ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｓａｍｅ ｔｙｐｅ．
收 稿 日 期 ：２０１５－０２－０２
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Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ ｔｈｅ Ａｄａｐｔａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ＣＲＤ Ｍｅｔｈｏｄ ｉｎ ｔｈｅ Ｅｎｔｒａｎｃｅ Ｓｅｃｔｉｏｎ ｏｆ Ｎａｎｈｕａ Ｙｉｈａｏ Ｔｕｎｎｅｌ
照明 设 计 规 范 《公 路 隧 道 照 明 设 计 细 则 》（ＪＴＧ／Ｔ Ｄ７０／２－０１—２０１４）［２］，照 明 规 范 按 不 同 设 计 速 度 和 交 通量对隧道各照明 区 段 的 亮 度 计 算 方 法、亮 度 值 和 亮度均匀性进行了 规 定，同 时 要 求 了 隧 道 照 明 灯 具 的布置形式，包括 中 线、中 线 侧 偏、两 侧 交 错 和 两 侧 对称等形式，但未对 灯 具 安 装 的 高 度 和 角 度 等 具 体 位置进行相关要求，比 较 权 威 的 国 际 照 明 委 员 会 及
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以说是 灯 具 直 射 光 和 隧 道 内 壁 反 射 光 的 叠 加 ， ［８］ ＤＩＡＩｕｘ 中 采 用 双 向 反 射 分 布 函 数 和 光 线 跟 踪 算 法 ， 照 明 计 算 过 程 中 包 含 间 接 反 射 的 计 算［９］，因 此 正 确 设置路面及隧道内部结构材料的反射系数对照明计 算是否准确有重要意义。本研究根据隧道的实际情 况，将隧道内的侧壁 和 顶 拱 顶 材 质 分 别 赋 予 浅 蓝 色 漆料和白色漆料，将 道 路 路 面 的 材 质 赋 予 成 深 色 沥 青 路 面 ，并 分 别 对 材 质 表 面 反 射 系 数 进 行 适 当 设 置 ， 建立尽可能接近真实情况的隧道空间环境 。 ［１０］
１ 模 拟 隧 道 情 况 概 述 本研究以广西百色～靖西高速公路的那央隧道
作 为 模 拟 对 象 ，该 隧 道 长 度 约 ８００ ｍ，路 面 宽９ ｍ，单 洞 为 单 向 双 车 道 ，车 道 宽 ３．７５ ｍ，沥 青 路 面 ，隧 道 路 线线形按行 车 速 度 １００ｋｍ／ｈ 设 计，灯 具 布 设 形 式 为两侧 对 称 布 置，照 明 光 源 采 用 ＬＥＤ 灯，具 体 隧 道 实 际 情 况 与 隧 道 断 面 尺 寸 分 别 如 图 １、图 ２ 所 示 。
ＬＥＤ 是 一 种 高 效 节 能、无 污 染、无 公 害 的 绿 色 照 明 技 术 ，在 公 路 照 明 灯 具 的 选 用 上 ，越 来 越 多 的 用 户选择 ＬＥＤ 照明灯具，特别是在隧道照明中得到了 广泛的应用，并且 ＬＥＤ 光源作为一种定向照明光源， 特别适合 公 路 隧 道 这 种 封 闭 空 间 内 的 密 集 照 明［６］。 隧道照明设计在选用 ＬＥＤ 照明灯具的基础上，若再 根据实际 情 况 将 灯 具 安 装 高 度 和 角 度 的 调 整 到 最 佳，则 能 最 大 限 度 地 发 挥 ＬＥＤ 照 明 的 特 点，不 仅 能 达 到 良 好 的 照 明 效 果 ，保 证 隧 道 内 行 车 安 全 ，而 且 可 以节约能源，因此对 于 隧 道 灯 具 安 装 位 置 的 研 究 显 得十分必要。德国的 ＤＩＡＬｕｘ软件是当今市场上最 具 功 效 的 照 明 计 算 软 件 ，功 能 全 面 ，具 有 强 大 的 照 明 环境模拟能力，基本 能 满 足 目 前 所 有 照 明 设 计 及 计 算的要求，本文将利 用 该 款 软 件 通 过 模 拟 比 较 的 方 法对隧道照明灯具的最佳安装位置进行研究 。 ［７］
单 位 ：ｃｍ 图 ２ 那 央 隧 道 断 面
那央隧道的断面尺寸情况基本可以代表我国大 部 分 高 速 公 路 隧 道 ，以 那 央 隧 道 为 原 型 进 行 模 拟 时 ， 选择不受外界自然光影响的隧道中间段进行照明效 果 的 仿 真 ，那 央 隧 道 中 间 段 照 明 灯 具 布 设 间 距 １０ ｍ， 研究中通 过 对 灯 具 进 行 不 同 高 度 和 角 度 的 组 合 设 置，分析照明数 据 来 评 定 照 明 质 量。 现 行 隧 道 照 明 设计规范规定以路 面 亮 度 情 况 来 评 定 照 明 质 量，但 亮度受材料表面 光 泽 度、颗 粒 大 小、入 射 光 方 向、观 察 者 角 度 等 多 种 因 素 影 响 ，每 一 因 素 稍 有 变 化 ，亮 度 也 会 不 同 ，精 确 地 测 量 亮 度 难 度 很 大 ；而 照 度 可 以 客 观反映被照面接收 光 能 的 大 小，只 与 灯 具 不 同 角 度 的发光强度和与被 照 面 的 距 离 有 关，并 且 目 前 隧 道 照明测量的方式主 要 是 先 测 量 照 度，再 以 一 定 的 换 算系数将照度换算为亮度的方式进行。因此本研究 主要是以路面平均 照 度、路 面 照 度 总 均 匀 度 和 路 面 中线照度纵向均匀度情况来评定照明质量。在设置 不同高度和角度时充分考虑灯具在隧道中可能的安 装位置。基于此，模 拟 试 验 时 选 取 的 安 装 高 度 分 别 为５ｍ、５．５ ｍ、６ ｍ，安 装 角 度 分 别 为 １５°、２０°、２５°、 ３０°、３５°、４０°、４５°、５０°、５５°和 ６０°。
公 路 ２０１５ 年 １０ 月 第 １０ 期
ＨＩＧＨＷＡＹ Ｏｃｔ．２０１５ Ｎｏ．１０
文 章 编 号 ：０４５１－０７１２（２０１５）１０－０２６８－０５ 中 图 分 类 号 ：Ｕ４５３．７ 文 献 标 识 码 ：Ａ
公路隧道照明灯具最佳安装位置研究
李 然，申瑞君，吴 关
（交 通 运 输 部 科 学 研 究 院 交 通 工 程 检 测 中 心 北 京 市 １０００１３）
摘 要：我国现行的《公路隧道照明设计细则》对隧道照明灯具 的 布 置 形 式 进 行 了 规 定 ，包 括 中 线、中 线 侧 偏、两 侧交错和两侧对称等形式，但未对灯具安装的高度和角度等具体位置 进 行 相 关 要 求 ，国 际 照 明 委 员 会 及 美 国 、日 本 等 国家颁布的相关标准规范也存在同样的问题，而 实 际 隧 道 工 程 中 由 于 设 计 或 者 施 工 的 原 因 ，隧 道 灯 具 的 照 明 光 线 往 往未得到最大化的利用。本研究以广西百色至靖西高速公路安 装 ＬＥＤ 照 明 灯 具 的 那 央 隧 道 为 例 ，利 用 ＤＩＡｌｕｘ软 件 对灯具的不同安装高度和角度进行模拟试验，通过对得到的平均 照 度 与 均 匀 度 数 据 进 行 对 比 分 析 ，找 出 ＬＥＤ 隧 道 灯 的 最 佳 安 装 位 置 。 研 究 结 论 对 优 化 公 路 隧 道 的 照 明 设 计 和 照 明 工 程 改 造 等 理 论 、方 法 和 实 践 具 有 参 考 价 值 。