毕业设计-外文翻译
本科毕业设计
专业外文翻译
专业名称：土木工程
年级班级：道桥14-3班
学生姓名：孟永帅
指导教师：贺拿
河南理工大学土木工程学院
二○一八年六月
建议森林中的阿尔卑斯山隧道，通过加强照明设施的节能以此迈向标准程序
关键词：公路隧道、照明节能、可持续性、隧道造林
摘要：隧道中的照明设施是驾驶员安全，能源消耗和原材料使用方面的主要问题。根据国际照明委员会（CIE）的建议，隧道在亮度方面的需求主要取决于三个因素：隧道内允许的最高速度，隧道方向以及入口大门周围的特征。关注这最后一个因素，本研究分析了阿尔卑斯山环境中门户周围环境的植被变化如何有助于节省照明设施的能源。其主要目标是通过入口环境的最低反射率实现低L20亮度，这与隧道内的小亮度要求相关。从在该气候带生长的几种本土物种出发，引入了光度学考虑因素，以找到最准确的一种，以最大限度节约成本，同时又不会影响安全性。已经得出结论认为常见的常春藤是最适合森林进入阿尔卑斯山区隧道入口的物种，在本研究考虑的隧道中允许安装功率在22kW 和53kW之间减少。常见常春藤的准确性特别重要，因为其他基于完全不同环境和气候的研究也得出结论认为，这种物种在能源和安装节能方面是最好的。这些数据表明，基于像常见常春藤这样的攀爬物种的标准程序可以实现公路隧道可持续性发展。
1.介绍
根据2012年“国家自主创新基金会”（ANAS）发布的数据，意大利87％的道路养护和维修能源支出花费在隧道上。这些成本主要分为通风和照明，后者负责总成本的80％以上（Valente，2012）。虽然隧道发生事故的可能性有限，但这并不能减少事故发生的严重程度。在1999年至2006年期间，阿尔卑斯山地区目睹了欧洲历史上最大的一些汽车悲剧。勃朗峰（39人死亡），Tauern（12人死亡40人受伤）和Saint Gothard（11人死亡）的隧道事故证明了这种严重性，并引发了社会恐慌。因此，关于跨欧洲公路网隧道最低安全要求的指令2004/54 / EC（欧洲议会，2004）特别强调隧道照明的重要性：“道路的视觉感受必须通过正确的照明和所有元素的标牌（车辆，信号，出口...），它对停车视距和与道路安全相关的其他参数有重要影响，因此，准确的知识和控制可以使
工程师挽救生命。
然而，要实现这一要求是一项复杂的任务，它取决于很多不同的因素：驾驶员特征（视觉能力，年龄和个人习惯），道路的物理和气候条件，最大速度允许进入隧道，长廊，定向和交通条件（密度，体积和速度）和隧道环境等（CIE Publ.88,2004）。关于照明，从明亮的环境到较暗的环境（大约8分钟）（Schmidt，1978;Pe?a-García等人，2012），人类从视觉上缓慢的适应需要强烈的照明水平在道路隧道的阈值区域，延伸沿着安全距离的第一米。这突出显示了一个极其重要的事实：在白天驾驶员的眼睛暴露于数百cd m-2的亮度水平并需要视觉适应的情况下，公路隧道中的能量消耗要高得多。另一方面，在夜间驾驶员的眼睛刚刚暴露在由大灯提供的1-2cdm-2（CIE Publ.8,2004）中，并且隧道中不需要特别高的亮度以确保正确的适应。
此外，与隧道相关的三个效应可能会影响驾驶员的行为和心理状态：黑洞效应，墙效应和扰流效应（CIE Publ.88,2004; Mehri等，2017 ）。在白天，为了确保视觉上的适应性，白天的道路明显偏高。这是通过在每天提供高光通量的隧道中安装数百个灯具来实现的。其结果是能源和原材料的高消耗，由于温室气体和制造和电力生产所产生的废物而造成的高环境影响，并且因此具有非常高的经济影响。有两种方法可以减少照明的影响：从光线中获取必要的光通量的一部分，补充隧道的全球需求并通过某些策略减少这些需求。幸运的是，考虑隧道能耗问题的两种方法都是兼容的。为了利用来自太阳的光线，一些策略旨在在隧道内引入太阳光通量（Gil-Martín等，2014; Qin等，2015;Pe?a-García等，2016）。其他研究人员已经开发出了模型，以部分地通过附加结构的方式将阈值区域移出隧道（Gil-Martín等人，2011;Pe?a-García等人，2011,2012;GarcíaEscribano，2011），棚架（Pe?a-García＆Gil-Martín，2013 ; Gil-Mart ín等，2015）或其他种类的移位结构（Abdul Salam和Mezher，2014; Wang等，2015; Drakou等，2015,2016,2017）。这些策略显示出良好的效果，并且在一些国家已经实现了真正的隧道效果，并且在LED投影仪模块化系统的调节下， 2017b）。优化隧道照明影响的第二种方法（与上面强调的那些照明兼容）是通过特殊的路面和周围环境来减少隧道照明的需求。首先，已经提出了不同种类的沥青以较低的装机功率反映相同的流量（Salata等，2015; Moretti等，2016）。第二个策略（造林）是这项研究的目标，并将进行更详细的处理。称为L20亮度（CIE Publ.88：2004）的接入区中的亮度是一个驾驶员从安全距离（SD）接近隧道的眼睛上的亮度。隧道内以下区域的亮度由L20的值决定。 L20取决于隧道允许的最高车速，隧道的方向和位置以及隧道周围的反射率。最
后一项特别重要：根据景观要素，反射的阳光会增多或减少，增加L20，因此需要更严格的视觉适应。显然，更严格的视觉适应需要更高的阈值区域的亮度水平，这意味着更高的电力消耗。因此，重要的是要建立具有最小反射率的隧道环境而不损害山腰的力学特性，景观整合和其他重要参数的管理，另外还有一些其他重要参数也是有助于安全性和可持续性的（López等，2017）。在以前的作品中（Lópezet al，2014;Pe?a-Garcíaet al。，2015），已经成功考虑了不同攀援物种的门户隧道环境的造林。选择植物物种而不是其他策略（以黑色或类似方式绘制门户环境）具有良好的土壤保持，景观整合和对更健康环境的显着贡献的优势。然而，这些研究强调，在选择物种时没有通用的解决方案，因为隧道的不同位置会有不同的气候，土壤和水文条件。Pe?a-García等人（2015年）在地中海环境中工作，证明常见常春藤（hedera helix）准确定位该地区的隧道周围环境。但是，其他气候中的隧道可能需要其他物种。
从这些以前的结果出发，这项工作的目标如下：
1、确定阿尔卑斯山环境中一些隧道的亮度要求
2、确定几个可能覆盖大门周围山腰的原生植物
3、确定反射率最低的一个
4、如果所考虑的隧道的周围被选定的物种树木覆盖，估计节省
在下面的章节中，将达到这些目标，其目标是建立一个标准程序，以最大限度地减少基于大门环境造林的照明设施的能源消耗和环境影响。
2.材料和方法
瓦莱达奥斯塔地区和意大利西北部皮埃蒙特地区的几条公路隧道已被选定用于研究不同物种对周围环境造成的影响。这些隧道是蒙特朗，圣伯纳德大教堂，弗雷瑞斯和Col de Tenda。它们的位置如图1所示：它们都是欧洲国家（意大利与法国或瑞士）之间的战略性国际联系。他们最重要的特点如下：
图1本研究考虑的隧道情况：Mont Blanc（MB），Grand Saint Bernard（GSB），Fr
èjus（F）和Col de Tenda（CT）。
（1）该地区山峰高度容易超过4000m。由于原因，所有情况下的隧道长度都超过1000米。
（2）本研究中的大部分隧道具有南北向，除了位于西北部的勃朗峰以外。
（3）除了Col de Tenda（50公里/小时）之外，该路段的时速超过70公里/小时。
（4）这些隧道的平均年龄大约为40年，但Col de Tenda（1882年开放）除外。因此，所有这些交易都是双向的。这是当时最常见的解决方案。
为了选择和建议植被物种为造林环境重新造林，考虑的最重要的因素是气候学，地形条件以及它们在那里的实际存在和生存。结果，最初推荐六种物种用于他们的考虑：高铁链球菌，常春藤螺，金银花，杜仲，杜鹃花和杜松。然而，有些功能导致最终拒绝其中的一些功能，因为它们在门户下的道路上发生叶片损失的开启过程可能会对驾驶员造成极其危险的滑动层。此外，有人认为，登山物种可以种植在门户两侧的土壤或山上的某些地方，并可以用电线或其他媒介轻松引导。因此，可以创建一个厚厚均匀的植物表面，完全覆盖山腰，反射率低于入口周围常见的灌木和树木。这两个收缩，常绿和攀缘物种，导致最终选择三个物种：
图2 （a）常春藤螺（b)杜松 (c)杜鹃花
常春藤螺，杜松和杜鹃花（图2）。一旦选择，根据亮度在亮度方面对L20的各自贡献在根据CIEPub1.88：2004（distance，heightetc）中描述的程序在相同的日照条件和完全晴朗的天空的植物育苗室中测量。在最不利的时间测量亮度，
图3从安全距离测量亮度和太阳照度测量
也就是说，当太阳照度较高时，在中午（12:00）左右。将花盆放置在内华达山脉公路（西班牙格拉纳达）的白墙背景前的混凝土路面上。几个工厂放在一起模拟高门槛类似于门（图3）所需的高密度。
根据相关法规（CIE Publ.88：2004）的要求，在真实隧道中进行了几次测量，模拟最重复的停止距离，50-70米。结果列于表1（第3节）。当时在地面上测得的平均照度（每单位表面接收到的光通量，单位为勒克斯）为59.230lx。亮度和亮度分别用亮度模式的Hagner通用光度计S3和CL 200-A勒克斯仪测量。两种仪器都进行了测量校准。发光表包含一个望远镜：一旦物体聚焦，观察者就会看到一个黑点，它覆盖了必须测量其亮度的场。根据L20方（CIEPubl.88,2004）计算每个隧道的照明装置所需的亮度和参数（每个区域中的发光体数量，相互间距离等）。根据CIE 88：2004的要求，L20计算结果与门户图像不符。图3显示了本研究考虑的隧道之一的L20圆锥体的一个例子。对于日间照明系统，使用高压钠灯。关于光照参数的计算取为在阈值区和过渡区的第一
部分对MASTER SON-T PIA Plus 400W / 220 E40 1SL（发光通量55,800lm，利用率系数0.7）进行建模，而MASTER SON-T PIA Plus 100W / 220 E40 1SL （发光通量10,700lm，利用系数0.7）用于画廊的其余部分。这两款型号均由PHILIPS生产。一旦根据隧道入口的实际情况计算了照明要求，我们重新计算了设施，假设门户大门的所有表面都被植被覆盖的理想情况，但仍然以CIE给出的所有L20值为准种植植物。最后，使用从我们的测量中获得的L20贡献再次计算设施。在圣伯纳德隧道的情况下，由于不利条件和不可能在大门上种植任何物种（入口是在该区域内没有山的假隧道）或其一侧（没有物理空间，如图4所示），
图4模拟大圣贝尔纳隧道的绿色面板，以避免天空的高亮度达到L20亮度
它被认为不是模拟植被，而是有色面板。在这种情况下的结果同样有趣。
3.结果
所描述的方法允许在反射阳光后测量每种物质的亮度。表1列出了在植物育苗室中获得的来自SD的测量值。表1的快速分析显示常春藤（普通常春藤）具有最低的亮度。如果与CIE 88：2004对所有植物物种（2000cdm-2）给出的一般值相比，发现79％的亮度降低。这使得常见的常春藤成为森林高山入口大门中最准确的物种。鉴于常见的常春藤被发现也是地中海隧道周围环境最准确的种类，这一结果尤为重要。这意味着多功能性和抵抗力。
表1三种攀援物种的亮度测量结果与CIE 88：2004（2000cdm-2）提出的亮度进行比较
亮度(cd m?2) 降低亮度CIE 88：2004（％）常春藤螺417.0 79.2
杜松1708.5 14.6
杜鹃花1475.0 26.3
这个攀登植物适应各种气候和水文条件，使其成为世界各地许多隧道引入的候选者。下面的表2-9显示了在三种不同情景下照亮阈值区和过渡区的必要能力：根据CIE 88：2004对隧道的现状，对L20的贡献以及根据测量值对L20作出贡献的造林这项研究。
根据CIE标准对每个元素的要求，L20圆锥体和其中每个元素的百分比已经确定和计算。最后，计算当前建议与现状比较时节省的能源。在下面的表2-9中，Lact =实际亮度级别，LCIE = CIE推荐亮度级别，Livy =亮度级别，以此来预测隧道入口，节省的能量通过Lact和LIvy之间的相对差异以％计算。根据之前的数据，如果拟议的造林行动和L20贡献中的考虑得以实施，预期的节能量如表10所示：考虑到白天照明系统每天工作10h，在220天的开阔天空条件下，估计每年所需能源为361.94MW / h。由于意大利政府确定的价格为每千瓦时0.166322欧元（预计2017年为每千瓦时），预计每年可节省60082.70欧元。
表2法国勃朗峰隧道门不同解决方案的比较和节能
法国勃朗峰隧道门阈值区（第
一部分）
阈值区（第
二部分A
部分）
阈值区（第
二部分B
部分）
过渡区（第
一部分）
过渡区（第
二部分）
过渡区（第
三部分）
L act(cd m
?2)
4000 1600 800 6400 10400 3400 L CIE(cd m
?2)
3200 1600 800 4800 7600 2600 L Ivy(cd m
?2)
2400 800 800 4000 6200 2000
节省能源
(%)
40.0 50.0 0 37.5 40.4 41.2
表3意大利勃朗峰隧道门的不同解决方案的比较和节能
意大利勃朗峰隧道
门阈值区（第
一部分）
阈值区（第
二部分A
部分）
阈值区（第
二部分B
部分）
过渡区（第
一部分）
过渡区（第
二部分）
过渡区（第
三部分）
L act(cd m
?2)
8800 3200 2400 10400 16800 5600 L CIE(cd m
?2)
5600 2400 1600 6400 10400 3400 L Ivy(cd m
?2)
4800 1600 800 4800 8200 2800
节省能源
(%)
45.4 50.0 66.6 53.8 51.2 50.0
表4瑞士圣伯纳德大隧道门的不同解决方案的比较和节能
瑞士圣伯纳德大隧
道门阈值区（第
一部分）
阈值区（第
二部分A
部分）
阈值区（第
二部分B
部分）
过渡区（第
一部分）
过渡区（第
二部分）
过渡区（第
三部分）
L act(cd m
?2)
6400 2400 1600 10400 17600 5800
CIE
(cd m
?2)
L Ivy(cd m
?2)
4800 1600 800 7200 10600 3800
节省能源
(%)
37.5 33.3 50.0 30.8 22.0 34.5
表5意大利圣伯纳德大道隧道门的不同解决方案的比较和节能
意大利圣伯纳德大道隧道门阈值区（第
一部分）
阈值区（第
二部分A
部分）
阈值区（第
二部分B
部分）
过渡区（第
一部分）
过渡区（第
二部分）
过渡区（第
三部分）
L act(cd m
?2)
4800 1600 1600 8000 13600 4600 L CIE(cd m
?2)
4000 1600 800 7200 12000 4200 L Ivy(cd m
?2)
4000 1600 800 6400 10600 2800
节省能源
(%)
16.7 - 50.0 20.0 22.0 36.3
表6法国弗雷瑞斯隧道门采用不同解决方案进行比较和节能
法国弗雷瑞斯隧道
门阈值区（第
一部分）
阈值区（第
二部分A
部分）
阈值区（第
二部分B
部分）
过渡区（第
一部分）
过渡区（第
二部分）
过渡区（第
三部分）
L act(cd m
?2)
11200 4000 2400 8000 13000 4400 L CIE(cd m
?2)
11200 4000 2400 8000 12800 4200 L Ivy(cd m
?2)
7200 3200 1600 5600 8600 2800
节省能源
(%)
35.7 20.0 33.3 30.0 33.8 36.3
表7意大利弗雷瑞斯隧道门的不同解决方案的比较和节能
弗雷瑞斯隧道意大
利门阈值区（第
一部分）
阈值区（第
二部分A
部分）
阈值区（第
二部分B
部分）
过渡区（第
一部分）
过渡区（第
二部分）
过渡区（第
三部分）
L act(cd m
?2)
23200 8800 4800 16000 26600 8800 L CIE(cd m
?2)
16000 5600 3200 11200 18600 6200 L Ivy(cd m12800 4800 3200 8800 14400 4800
节省能源
(%)
44.8 45.5 33.3 45.0 45.9 45.5
表8 法国Col de Tenda隧道门采用不同的解决方案进行比较和节能
Tenda隧道
门一部分）二部分A
部分）
二部分B
部分）
一部分）二部分）三部分）
L act(cd m
?2)
8800 3200 2400 7200 12200 4200 L CIE(cd m
?2)
6400 2400 1600 5600 8600 2800 L Ivy(cd m
?2)
4800 2400 1600 4000 6600 2200
节省能源
(%)
45.5 25.0 33.3 44.4 46.0 47.6
表9意大利Col de Tenda隧道门的不同解决方案的比较和节能
Col de Tenda隧道
门阈值区（第
一部分）
阈值区（第
二部分A
部分）
阈值区（第
二部分B
部分）
过渡区（第
一部分）
过渡区（第
二部分）
过渡区（第
三部分）
L act(cd m
?2)
5600 2400 1600 4800 7800 2600 L CIE(cd m
?2)
4800 1600 1600 4000 6200 2200 L Ivy(cd m
?2)
3200 1600 800 3200 4400 1600
节省能源
(%)
42.8 33.3 50.0 33.3 43.6 38.4
表10 在考虑植被干预和本研究中提出的数值之后节约电力
建议干预前安装的功率（kW）建议干预后安装
的功率（kW）
节电（kW）
勃朗峰MB1 184.4 174.0 34.6
MB2 204.8 180.6
盛大圣伯纳德GSB1 303.4 287.9 22.7
GSB2 293.4 286.2
弗雷瑞斯F1 267.4 253.4 53.4
F2 312.6 273.2
Col de Tenda CT1 77.0 60.6 26.4
CT2 63.6 53.6
137.1 此外，根据欧洲议会指令2004/109 / CE规定的价值，通过本项目提出的行动，每
年节省的能源可减少二氧化碳排放量111.5吨。
4.结论
这项研究不同于几种候选物种的现场亮度测量结果，基于入口大门周围的森林进行测量重要的国际阿尔卑斯隧道。他们的候选人资格来源于他们的能力，在这些具体的硬性气候条件下。所获得的结果突出了这种造林在一般意义上取得的显着利润，特别是当种植的树种是常见的常春藤时。仔细分析这些结果可得出以下结论：
1.在进行的研究中，常春藤被证明是最适合种植勃朗峰，弗雷瑞斯和考德腾达的隧道大门的，因为它对阳光的反射率低，对极端温度和霜冻有很高的抵抗力。这个结论对于标准化非常重要，因为常春藤一直是降低地中海气候中照明要求的最佳选择。
2.通过常见常春藤的反射来模拟植被，可以很好地解决那些隧道的亮度对L20锥体有贡献的问题。这种情况通常发生在门户上方的山腰不是很高时。由于天空的亮度如此之高，其避免对隧道能量消耗的减少作出了很大贡献。
3.对于生长不良植物变得不利或甚至不可能的区域，安装着色面板也是一种合适的解决方案，例如圣伯纳德隧道南门的情况。
4.隧道照明需求的显着减少可能为在隧道区引入LED灯提供了一个完美的场景，由于它们的高照明要求，这在以前是不可想象的。
5.本研究开始时确定的目标已经实现，并且在所研究的所有情况下可以遵循以下步骤的一致方法：确定所考虑区域中每个隧道所需的亮度水平。研究气候和海洋要求符合该地带条件的本土物种。攀爬物种将被优先考虑，因为它们的可塑性可以在通过导线或其他方式引导时完全覆盖L20锥体。在日照条件下典型的日照条件下和每天最耗时的日照下测量每种植物种类的反射率。选择的物种。对这种造林下的节能进行评估。
6.仍然需要更多的研究来描述最适合的物种在其他气候和环境中的通道。使用常见的常春藤在阿尔卑斯山和地中海等不同气候下获得的好结果表明，这种物种应该在更多的条件下进行测试，目的是将其用于国际标准和国家法规节约能源和公路隧道景观整合。
致谢
作者特别感谢格拉纳达大学园艺服务部门的Alfonso Guerrero先生和Juan Dugo 先生在这项研究中的杰出意义; Viveros Cambil S.L. （西班牙格拉纳达），为亮度测量提供植物物种。
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