隧道入口照明设计方法比较

隧道入口照明设计方法比较

摘要：文章分析了隧道照明的k值法，用查表法、环境简图法和数码相机法对福建永武高速公路入口照明进行计算比较。查表法计算简单，但误差较大；环境简图法考虑了各部分景物的亮度和比例，比查表法准确；数码相机法借助软件计算，更加精确，但出现曝光过度和曝光不足的极端情况时，其精度需要进一步验证。

关键词：隧道照明；k值法；查表法；环境简图法；数码相机法

0 引言

我国的隧道照明计算采用的是k值法，在计算洞外亮度的时候，有查表法、环境简图法、数码相机法等。查表法计算简单，但误差较大；环境简图法考虑了各部分景物的亮度和比例，比查表法准确；数码相机法借助软件计算，更加精确，但出现曝光过度和曝光不足的极端情况时，其精度需要进一步验证。

1 隧道基本情况

为了研究不同方法计算隧道入口段亮度的实际效果，现以福建省境内永武（永安—武平）高速公路上的黄山岭隧道为例，采用多种方法进行对比分析研究。

福建永武高速北连浙江，南接广东，是2004年国务院审议通过的国家高速公路“7918网”中第三纵“长春至深圳”福建省境内的重要组成部分，于2006年开始建设，2010年竣工通车。被测的隧道采用端墙式洞口，洞口外植被茂盛，绿化良好。隧道的朝向为南偏西40°，洞外路面平直，为黑色的改性沥青路面。外观见图1。

图1 黄山岭隧道外观

隧道截面高7 m，宽7.2 m，地面排水坡度2%。灯具安装高度6.3 m，灯具安装截面图见图2。

图2 隧道灯具安装截面图

测量时间为2010年8月18日至20日，天气晴朗，测量者站在离隧道洞口一个安全停车距离处拍照，相机离地面高度为1.5 m。黄山岭隧道测量距离为离洞口100 m，20°圆锥角视场角内无天空，其洞门形式为浅色端墙式，洞顶采用深色植被绿化，部分边坡裸露，如图3（a）所示。

亮度计和相机应当放置在离隧道洞口一个安全停车距离的位置（这里是100 m），并且放置在车道中间，离路面1.5 m高，如图3（b）所示。但是，当车道上有车流的时候，不能在车道中间测量，这种情况下可以将相机安放在车道的一边，其架设高度为1.5 m。因为测量时方位角的误差通常在1%左右，这样不会产生很大的误差，安全停车距离通常允

许存在10%的误差。测量洞外各景物亮度的平均值及各种景物所占的比例见表1。

图3 隧道测量

表1 黄山岭隧道洞外景物亮度及各种景物所占比例

景物所占比例（%）实测值（cd/m2）CIE推荐值（cd/m2）洞口5.4 346路面32.6 2 388 3 000绿化35.0 932 2 000边坡8.3 1 750 2 000端墙18.7 3 130 3 000天空09 063 8 000

测量得到的路面亮度偏低，这是因为隧道刚竣工，黑色改性沥青路面较新，颜色偏深。洞口绿化多为深绿色灌木，导致亮度比CIE推荐的值要低。

接下来分别用查表法、环境简图法和数码相机法快速确定L20，根据k值法计算入口亮度，比较不同方法计算得到的入口段亮度。

我国标准中采用的k值只是对日本和欧洲k值的简单平均，科学依据不足，因此笔者比较计算的时候，选用CIE 88—1990中推荐的k值进行计算，见表2。

表2 CIE 88—1990推荐的k值

k＝Lth/L20停车距离/m 对称照明L/Ev≤0.2逆光照明L/Ev≥0.6 60 0.05 0.04 100 0.06 0.05 1200.10 0.07

2 用查表法计算

根据《公路隧道照明设计细则》（JTG/T D70/2-01—2014），距离黄山岭隧道100m处20°圆锥角视场内无天空，洞口南偏西40°，隧道设计速度为80 km/h。

因此，通过表3，得到：

用查表法计算洞外亮度非常方便快捷，但是这种方法与实际情况往往有较大的出入。而本试验中的隧道洞口朝向并非正南北或正东西方向。这里查表法得到L20＝180 cd/m2，在隧道照明设计的前期具有非常重要的参考意义。

表3 JTG/TD70/2-01—2014推荐的洞外亮度L20（S）计算表

（cd/m2）

20～40 60 80 100 120 35%～50%南洞口——4 000 4 500 5 000北洞口——天空面积百分比洞口朝向或洞外环境设计速度Vt（km/h）5 500 6 000 6 500 25%南洞口3 000 3 500 4 000 4 500 5 000北洞口3 500 4 000 5 000 5 500 6 000 15%暗环境2 000 2 500 3 000 3 500 4 000亮环境3 000 3 500 4 000 4 500 5 000 0%暗环境1 500 2 000 2 500 3 000 3 500亮环境2 000 2 500 3 000 3 500 4 000

3 用环境简图法计算

环境简图法就是将隧道洞口外景物亮度与各部份所占的百分比相乘，所以必须确定合理的洞外景物亮度值。环境简图法要求在测量点距

地面1.5 m高处，考虑正对隧道洞口方向20°视野范围内，天空亮度、路面亮度、洞口环境亮度和隧道洞口亮度，洞外亮度值可以按下式计

算：

式中：L20（S）——洞外亮度，cd/m2；

Lc——20°视野范围内的天空亮度，cd/m2；

Lr——洞外道路路面亮度，cd/m2；

Le——环境亮度，cd/m2；

Lτ——洞口亮度，cd/m2；

c、r、e、τ——分别为天空、路面、环境、洞口所占的百分比。

各部分景物的亮度参考CIE 88—1990给出的值，见表4。

表4 洞外景物亮度（cd/m2）

洞口朝向天空路面岩石树木、8 000 3 000 3 000 2 000 8 000东、西12 000 4 000 2 000 2 000 6 000北草地建筑物南16 000 5 000 1 000 2 000 4 000

黄山岭隧道天空、路面、环境、洞口各自比例见表1。代入公式（2）后，计算得到

环境简图法的各部分面积比例需借用软件进行计算，在划分时由于操作人员不同，划分的面积可能有所差异，需要仔细排除差异，精细划分。

4 用数码相机和黑度法计算

我国JTJ026.1—1999《公路隧道通风照明设计规范》中推荐了黑度法，即拍摄隧道图像的黑白照片，并测量作为参考标准的灰板亮度，在照片上以灰板为参照，计算L20的值。近年来，随着数码相机和计算机