重视道路和隧道照明中亮度与照度的关系

２００９年８月第２０卷增刊

照明工程学报

ＺＨＡＯＭＩＮＧＧＯＮＧＣＨＥＮＧＸＵＥＢＡＯ

Ａｕｇ．Ｖ０１．２０

２００９Ｓｕｐｐｌｅｍｅｎｔ

重视道路和隧道照明中亮度与照度的关系

邹吉平１

李

丽１

解全花２李志业２

王

俊２

（１．同济大学建筑与城市规划学院，上海２０００９２；２．通用电气照明有限公司，上海２００２３３）

摘要：本文从国外道路照明设计的照度法、亮度法、小目标可见度法三种方式谈起，分析了我国照明业界对亮度法的认识不足；并以隧道照明设计的两种场景为例，综合比较了六个方案分别在沥青路面Ｒ３和水泥路面Ｃｌ情况下的地面和墙面的亮度与照度，也计算了路面的亮度与照度的均匀性及眩光值。比较不同方案的结果发现我国隧道照明灯具与国外的差距，以此提请照明界同仁们认真审视道路与隧道照明中亮度与照度的关系。关键词：隧道照明；道路照明；照度；亮度

ＲｅｖｉｅｗｉｎｇｔｈｅＣｏｎｎｅｃｔｉｏｎＢｅｔｗｅｅｎＬｕｍｉｎａｎｃｅａｎｄＩｌｌｕｍｉｎａｎｃｅ

ｉｎＲｏａｄ＆ＴｕｎｎｅｌＬｉｇｈｔｉｎｇ

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Ｃｈｉｎｅｓｅ

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Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｔｕｎｎｅｌｌｉｇｈｔｉｎｇ；Ｒｏａｄｌｉｇｈｔｉｎｇ；Ｌｕｍｉｎａｎｃｅ；Ｉｌｌｕｍｉｎａｎｃｅ

国人Ａｄｒｉａｎ于１９８９年提出了小目标可见度模型Ｓ，Ｉ＇ｖ

１道路照明历史进展

在机动车辆盛行之前，道路照明最初目的是减少夜间罪犯率，而当今的道路照明则是以保证交通安全，降低夜间交通事故率为目的¨Ｊ。从２０世纪２０年代开始，欧美国家就开始采用“照度标准”科

（Ｓｍａｌｌ

Ｔａｒｇｅｔ

Ｖｉｓｉｂｉｌｉｔｙ），并得到业界的认同，因此，

“可见度标准”于２０００年写进了美国道路照明标准

ＲＰ－８－００［２－３ｆ。

按照“照度标准”设计的道路照明在美国被称为“刷地照明”，这类似我国称呼的洗墙灯照明，因为这种照明方式是不考虑照射到地面上的光线是否为可用之光，是否是有意义的光或是否有必要照射的光。在驾驶员看来，按照“亮度标准”设计的道路照明系统能使得路面均匀可见，能给驾驶员增添信心，但均匀的路面亮度并非意味着路面的障碍物可见度高，所以它并不是一种最利于减少夜间交通事故的

学地进行道路照明设计与计算；自ＣＩＥ

Ｎｏ．１２．２

《机动车交通道路照明的建议》于１９７７年出版以来，路面亮度的概念在道路照明设计标准中起到了重要作用，西方发达国家也因此在８０年代就开始采纳“亮度标准”来更科学地进行道路照明设计；美

照明工程学报２００９年８月

有效照明方式。可见度标准在美国及日本已有深入的研究，我国在最近几年里也有人做过相关研究，但对可见度标准的实际可行性，目前在业内尚有争议。

的认识也不够。

在道路照明领域里，亮度与照度之间的关系菲常复杂，其复杂的原因是路面的材质对光线的反射不是均匀漫反射，也不是镜面反射，而是一种跟入射光线方向关系紧密的复合反射，其亮度取决于驾驶员的观察方向和光线照射到路面入射角度之间的关系。本文接下来的举例就证实了沥青路面Ｒ３的照度与亮度之间的比率可能会小于１５倍（如表２方案２中的照度是亮度的９．３倍），也可能会大于２２

２

我国照明界对亮度标准的认识现状

亮度通常是评价道路与隧道照明质量的主要指

标之一，但由于亮度计算或检测都比照度要复杂得多，在照明设计或验收时，亮度指标往往容易被忽视。而国家相关标准与规范也倾向性地把照度与亮度的关系简化为一种跟反射系数有关的转换倍数关系，甚至有人对亮度概念模糊不清，认为照度均匀性就是亮度均匀性，甚至把亮度误认为是照度。如

倍（如表２方案３中的照度是亮度的２６．４倍）。对

于水泥路面Ｃｌ，其照度与亮度之间的比率也有可能小于国标推荐的１０倍（如表３中的方案２、表４中的方案１和方案２都小于１０）。

“ＪＴＪ０２６．１—１９９９公路隧道通风照明设计规范”中

说明沥青路面的照度一般是亮度的１５～２２倍，水泥路面的照度一般是亮度的１０～１３倍；笔者在仔细阅

３

忽视亮度标准给隧道照明设计带来的问题

读“ＣＪＪ４５－－２００６城市道路照明设计标准”并对照

ＣＩＥ相关标准时，发现该标准在涉及亮度的章节中出现不够严谨或疏忽之处（规范中的ｒ表中的值乘

３．１

隧道照明设计实例之一

本节以隧道照明中间段为例，路宽１１．４米单向

三车道，Ｒ３沥青路面，灯具安装高度５．５米，采用两侧交错间距１０米的布灯方式，其布灯平面与剖面图见图４所示。为了体现照度与亮度的差别，选择了国产和进口两种灯具，分别计算其路面照度和亮度，以及墙面照度和亮度。方案１采用国产对称型隧道灯（国内多数为对称型配光，且配光性能大同小异），其配光曲线如图５所示；方案２采用进口非对称配光型隧道灯，其配光曲线如图６所示。除了安装角度不一致外，方案２布灯的几何参数和方案１完全相同。采用ＤＩＡＬＵＸ分别对两个方案进行照度与亮度计算，其计算结果如表１所示。

以１０００，而ＣＩＥ的ｒ表却是１００００）；ＣＪＪ４５－－２００６

在涉及亮度计算和释义的章节中基本是沿袭

ＣＪＪ４５一１９９１标准，而ＣＩＥ在过去２０年里不断推出

新标准或修订以前旧标准，国家半导体照明工程研发及产业联盟发布的“ＬＢ／ＴＵ０１＿２００８整体式ＬＥＤ路灯测试方法”于２００８年９月１日起实施，该标准的附录Ｂ说明了采用路面照度均匀度来表征ＬＥＤ路灯的发光均匀度。从这些例子看出，我国照明界对道路照明亮度标准的认识同日新月异的国际标准相比，存在一定程度的脱节或滞后，业界对亮度标准

图４隧道照明设计实例之一

ＶｏＬ

２０增刊

邹吉平等：重视道路和隧道照明中亮度与照度的关系

４１

．．．．．．．—ＣＯ－Ｃ１５０．．．．．．——ｃ９０－２７０

图５国产对称型配光曲线

图６进口非对称型配光曲线

表ｌ隧道照明设计实例之一计算结果

・・・因ＣＩＥｌ４０－－２０００标准在道路计算时，不考虑周边环境影响（如：墙面的反射光线照射到地面后形成的观察员方向亮度），本文各列表

中除了墙面照度与亮度计算了反射光线外，路面照度、亮度和眩光结果均未考虑反射。当考虑反射时，路面照度会增加１３％左右，但对驾驶员方向的亮度而言，目前尚无相关软件来计算反射光线的影响。

３．２隧道照明设计实例之二

本节以单向双车道隧道的中间段为例，路宽７．５米，Ｒ３沥青路面，灯具安装高度５．５米，采用间距１０米的中央布灯方式，其布灯平面与剖面图见图７所示。为了体现照度与亮度的差别，选择了进

口对称型灯具、逆光（顺光）照明灯具和一款国产对称型灯具（配光曲线同图５），进口对称型配光和逆（顺）光型配光曲线见图７和图８所示。在布灯几何尺寸相同的情况下（其平面图、剖面图、侧面图如图９所示），分别按照方案１（进口对称）、方

２ｍ／ｄ）２ｍ／ｄ（

４２

照明工程学报

２００９年８月

案２（进口逆光）、方案３（进口顺光）、方案４度和亮度。采用ＤＩＡＬＵＸ分别对四个方案进行照度与亮度计算，其计算结果如表２所示。

（国产对称）计算其路面照度和亮度，以及墙面照

图７进口对称型配光曲线图８进１２Ｉ逆光型配光曲线

表２隧道照明设计实例之二计算结果

路面亮度及照度参数

计算值

ｆｃ（ｃ

墙面ｌ照度

亮度

照度（１】【）

４３

墙面２

亮度（ｅｅｌ／

６．８１

光幕亮度西动

０．１０

备注／光通量／维护系数／效率糸飘／牧率进口对称

１６５００

￡哪

，ｆ

。

，ｒ

‘

富ｗ

（１ｘ）（１ｘ）７８

Ｅａａｉｎ／ｇ”５，

）“ｏ’“）

０．５３０．９ｌ

Ｅ。Ｉ。／Ｅ～

Ｅｍ／Ｅ一

０．８３２０．７５２

（１ｘ）（ｃｄ／ｍ２）（１ｘ）

５０

７．９０

方案１车道一观察员车道二观察员

６．０１

（按ｐ＝０．５计算）

（按ｐ＝

Ｏ・５计算）０．１０

ｈ

６．ＯｌＯ．５３Ｏ．９１

７４％，０．７０

方案２车道一观察员车道二观察员

７．８７０．４２

ｏ．９４

７３

０．７１４ｏ．５３８

５０８．０２２５３．９８０．８３

进口逆光

１６５００ｌｍ７３％．０．７０

（按ｐ＝０．５计算）

（按Ｐ＝

Ｏ・５ｉ－ｌ－ｇ）Ｏ．８３

７．８７Ｏ．４２

ｏ．９４

方案３车道一观察员车道二观察员

２．７７

０．６９Ｏ．５８

７３ｏ．７１４５０８．０２３２５．１７０．００进口顺光

１６５００ｔｍ７３％．０，７０

０．５３８

（按ｐ＝０．５计算）

（按ｐ＝

Ｏ－５

２．７７Ｏ．６９Ｏ．５８

ｉ－ｉ－算）０．００

方案４车道一观察员车道二

３．１３

０．５８ｏ．７５

７４０．５８９０．３０４

４４

６．９７３４５．３６０．０１

国产对称

１６５００ｌｍ

（按ｐ＝０・５ｈ－ｇ）

（按ｐ＝Ｏ・５计算）

Ｏ．０１

３．１３Ｏ．５４

７３％，０・７０

观察员０．７５

Ｖ０１．２０增刊邹吉平等：重视道路和隧道照明中亮度与照度的关系

４３

图９隧道照明设计实例之二

３．３水泥路面亮度结果

由于亮度值与路面材质有直接关系，图１０反映了在两条不同材质的车道，在位置靠近时，白天的照度基本一致，但其拍摄的照片显示车道的亮度大小出现明显差别，图１０也反映了两条车道对光线的镜面反射系数的差别ＨＪ，右边的车道跟光线的入射方向关系较大。本节把４．１与４．２节设计实例中的沥青路面Ｒ３换成水泥路面Ｃ１，其他所有设计参数完全不变，并将其计算结果如表３和表４所示。

图ｌｏ不同材质的路面亮度不同

表３

隧道照明设计实例之一水泥路面计算结果

４４

照明工程学报２００９年８月

３．４

比较各方案亮度结果发现的问题

比较表１结果，发现国产的隧道灯只能提供足

差距，国产灯具的配光较窄，布灯间距较小，很多隧道的布灯间距甚至小于６米。这种过密的布灯方式会在车速增加的情况下，频闪严重超标，有造成交通事故的潜在可能性。尽管我国的相关标准对隧

够高的照度，却无法提供足够的亮度，而进口隧道

灯不仅照度不错，而且亮度比国产隧道灯高８０％之多。比较表２中的方案１和４，发现在相同的照明条件下，灯具均为对称型配光，进口隧道灯比国产隧道灯的亮度高９０％之多。如果拿国产隧道灯具和欧美国家的逆光照明相比，国产灯具提供的亮度只有逆光照明灯具的４０％。同一款逆光照明灯具，如按照顺光照明方式安装，则其亮度只有逆光照明的３５％。从这些数据可知，忽视亮度标准的道路和隧道照明系统不仅难以达到应有的照明效果，而且可能会浪费一半以上的电能。比较表３和表４发现，进口隧道灯在水泥路面上产生的亮度比国产灯具的亮度高２０％一３２％（注：如针对水泥路面Ｃｌ反射

道灯的配光有要求，如“ⅡＪ０２６．１—１９９９公路隧道通风照明设计规范”和“ＪＴ／Ｔ６０９－－２００４公路隧道照明灯具”中提到应采用“宽光带”隧道灯具，但没有说明配光角度的具体数值，这给企业生产、工程设计和招投标都带来迷惑，造成行业内无法正确

实施“宽光带”规定的局面。我国在道路和隧道照明标准制定时，多以参照国际上流行的标准为主，借鉴国外的亮度标准制定我国道路和隧道照明标准，但在执行标准的时候却回到了照度标准，这就是造成本文列举的进口隧道灯具提供的路面亮度比国产灯具高近ｌ倍的原因。

特性和本文案例布灯场景专门设计灯具配光，会得

到更高路面亮度），这也证实了水泥路面产生的镜面反射不如沥青路面强，对入射光线的方向没有沥青路面敏感。

从比较结果也可看出国产隧道灯与进口灯具的

初一看４．３节的比较结果，读者也许会很惊诧，同样功率的隧道灯，在布灯方式、光通量和灯具效

４我国需要研究路面亮度系数ｎ－ｑ？

ＶｏＬ

２０增刊邹吉平等：重视道路和隧道照明中亮度与照度的关系

４５

率都基本一致的情况下，路面的亮度却有天壤之别。其实不然，从图１所示的观察员在ａ方向上的亮度

系数ｑ（ｐ，ｙ）立体中可以看出，光线的入射角和观察员的视线方向角之间的关系对路面的亮度大小影响很大，这就要求灯具制造厂家在做光学设计时，

需要根据路面的反射特性进行专业的光学设计。笔

者在研究的过程中发现，本文使用的进口灯具配光并不是最好的配光，如在其基础上进行优化设计，在同样的设计案例中还能提高Ｉｉ３沥青路面亮度的１０％以上（对表２的方案ｌ而言，亮度能达到６．６ｃｄ／ｍ２。这比国产灯具在沥青路面上产生的亮度

高一倍以上）。国内照明业界对路面的亮度特性关

注不够，造成了我国在道路与隧道照明灯具光学设

计人员非常缺乏。

目前，我国没有做过相关路面亮度系数测试，通常采用Ｃｌ和Ｒ３来分别计算水泥路面和沥青路面的亮度值，这显然是不够的。对路面亮度系数研究的缺乏使得业界对路面亮度的重视度不够，从国家标准与规范的制定到道路照明设计与施工，从照明设备制造与检测到工程竣工与验收，基本上都是采用照度乘以一个系数转换成亮度的方式。笔者曾多次在做隧道照明设计和投标的过程中提交给业主和设计院亮度计算报表，但遗憾的是，评标小组里面的“专家们”却要求投标方提供照度计算，并按照照度值来评标，采用沿道路中心线增加一个极窄的计算面来计算纵向照度均匀度来替代亮度纵向均匀度。如按照照度标准评价道路和隧道灯具的配光性能，由于进口灯具（或按照亮度标准设计与制造的

灯具）在路面上产生的平均照度略低于国产灯具，很可能导致出局的厄运。

我国道路照明产业巨大，据资料统计，２００５年，大陆地区具有路灯Ｌ５００万套，北京、上海、广州的现有路灯都超过１０万套，道路照明年耗电量占整个照明耗电比重较大。研究路面亮度系数是关系到我国节能减排与绿色照明的基础性研究工作之一，同时也是关系到我国道路照明产业发展的一件大事。笔者迫切地希望引起我国照明界同仁们的重视，认真考虑与探讨我国是否需要着手研究各种路面亮度系数的课题。

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Ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｏｆ

ｔｈｅ

ｌｉｓｈｔｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ

ｏｆ

ｌｕｍｉｎａｒｉｅｓ

ｆｏｒ

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Ｌｉｇｈｔｉｎｇ

Ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ．

重视道路和隧道照明中亮度与照度的关系

作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：被引用次数：

邹吉平， 李丽， 解全花， 李志业， 王俊， Zou Jiping， Li Li， Xie Quanhua， Li Zhiye ， Wang Jun

邹吉平,李丽,Zou Jiping,Li Li(同济大学建筑与城市规划学院,上海,200092)， 解全花,李志业,王俊,Xie Quanhua,Li Zhiye,Wang Jun(通用电气照明有限公司,上海,200233)照明工程学报

CHINA ILLUMINATING ENGINEERING JOURNAL2009，20(z1)0次

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10.期刊论文 林燕丹. 陈文成. Lin Yandan. Chen Wencheng 道路与隧道照明的国际探讨--南昌道路与隧道照明国际研讨会的召开及其意义 -灯与照明2005,30(2)

2005年3月11日,国际隧道与照明研讨会在南昌召开.会议的主办方是江西省赣粤高速公路股份有限公司,协办单位为上海宏源照明电器有限公司及复旦大学电光源研究所.该会议是在复旦大学、芬兰赫尔辛基技术大学及德国达姆斯塔特技术大学的联合项目PROMILL(Promoting Illuminating

Engineering Studies, Research and Continuing Co-operation between Europe and China)的促进下完成的.PROMILL项目是由欧盟赞助、为促进中国与欧洲在照明工程领域的合作研究与教育而进行的一个跨国合作项目.来自德国、芬兰、美国、韩国、泰国和中国的二十多位专家参加了会议,他们分别活跃在道路交通建设、道路照明和光源研究的领域.

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