有关城市下穿隧道照明设计的探讨
有关城市下穿隧道照明设计的探讨
摘要以公路隧道通风照明设计规范中相关隧道照明要求为参考，搭建隧道照明系统框架，结合软件照度计算、项目特点、实际施工中的相关工程经验及参考文献引发对单孔双向隧道照明设计问题的探讨。
关键词隧道照明系统亮度计算照明入口段照明过渡段与中间段
Abstract With a reference to the requirements of JTJ 026.1-1999, a framework for the city tunnel lighting system was build. Reference tosoftware lightness calculation, the characteristics of the project, relevant project experience in the actual construction and references ， single-hole bi-directional tunnel lighting design is analyzed and discussed.
Key words Tunnel lighting system Lightness calculationLighting entrance section Lighting transition section and the middle section
1 前言
本文以广州市黄埔区港前路南海神庙隧道为例。南海神庙原是南海岸边一座祭祀南海神的庙宇，位于湖中的半岛上，湖通过狭长的水道与南边浩瀚的南海相连，南海神庙隧道即为穿过该湖的下穿隧道。闭口段长度370m。
2 隧道照明设计条件
环境条件
本隧道为城市交通隧道，下穿南海神庙古码头。洞口为偏东西走向。
土建结构物的设计方案
隧道闭口段长度370m。净空要求5m。单孔，双向通行。仅限通行非危险化学品等机动车，属于四类隧道。
交通状况
主线设计车速40km/h，主线四车道双向交通，汽车专用。
通风方式、布置方案及烟雾浓度。
采取自然通风方式，隧道两头顶部设有通风孔。
供电条件：配电所位置、容量及电源电压。
隧道内各用电设备的电源均来自隧道泵房内配电房。该配电房按二级负荷供电。位于地面上不同10kV高压来源的两台变压器提供两路0.38kV低压进线。
3 隧道照明系统
3.1隧道照明系统组成及理论值计算
隧道照明系统包括入口段（出口段）、过渡段1、过渡段2、过渡段1、入口段（出口段）。
入口段（出口段）亮度与长度
因本隧道为单孔双向交通，入口段同时又是出口段，入口段亮度要求高于出口段，故隧道起终点均以入口段亮度要求设计。
a．入口段（出口段）亮度计算
Lth＝k•L20（S）
k——入口段亮度折减系数，根据规范要求，按交通量取内插值，k取0.02；
L20——洞外亮度，广州日照较为充足，且隧道洞外无遮挡，东西洞口取用南北洞口之中间值，取3250cd/m2；
得晴天入口段（出口段）亮度Lth＝0.02×3250＝65cd/m2；
云天（阴天）洞外亮度取0.5 L20，得云天（阴天）入口段亮度Lth＝0.5×0.02×3250＝32.5cd/m2。
b．入口段（出口段）长度
入口段（出口段）长度取51m。
过渡段亮度与长度
a．过渡段亮度计算
Ltr1＝0.3Lth；Ltr2＝0.1Lth
晴天状态：Ltr1＝0.3×65＝19.5cd/m2；Ltr2＝0.1×65＝6.5 cd/m2；
b．过渡段长度计算
过渡段长度Dtr1取72m，过渡段长度Dtr2取124m。
应急照明
夜间正常照明作为应急照明，另设疏散指示标志。
控制模式
分晴天、云天（阴天）、夜间三种照明控制模式。
接近段减光措施
不设接近段减光措施。
3.2隧道照明设计
照明灯具两侧对称布置，设于隧道建筑界限外。照明灯具由基本照明和加强照明两部分组成。
入口段照明灯具设置
基本段照明：250W高压钠灯，间距8m，从洞口3m处设置。
晴天加强照明：250W高压钠灯，间距2m，从洞口9m处设置。单独成列。
云天（阴天）加强照明：250W高压钠灯，设于基本段照明灯具之间，间距2m。与基本段照明合成一列。
过渡段1照明灯具设置
基本段照明：150W高压钠灯，间距8m。
晴天加强照明：150W高压钠灯，基本段照明灯具间距8m之间设置2套。与基本段照明合成一列。
过渡段2照明灯具设置
基本段照明：150W高压钠灯，间距8m。
3.3隧道照明亮度计算
采用照明专业软件DIALux，按照上述隧道环境及设计布置灯具建模计算。
维护系数取0.67，隧道内暂无装饰，墙面反射系数按混凝土材质取0.47。
光源参数
参考灯具名称：COOPERLIGHTINGHPS；
光通量：33000/17500 lm；
功率：250W/150 W；
安装高度：4.8~4.9m；
安装角度：40°~45°。
入口段亮度计算（如下图1）
图1入口段亮度值
入口段亮度均匀度：U0=最小亮度/平均亮度=52/97=0.54
图中所示入口段评估区域自入口处即隧道闭口段9m开始，至入口段结束。入口处0~9m范围内，在晴天状态下，未设晴天加强照明灯具，仅在9m处开始布置，故此段未纳入评估区域。
过渡段1亮度计算（如下图2）
图2过渡段1亮度值
过渡段1亮度均匀度：U0=最小亮度/平均亮度=11/23=0.48
过渡段2亮度计算（如下图3）
图3过渡段2亮度值
过渡段2亮度均匀度：U0=最小亮度/平均亮度=4.97/7.33=0.678
由以上可以看出，各段平均亮度值与亮度均匀度均满足理论设计要求。
3.4问题的提出与探讨
隧道照明因行车安全而设置。隧道照明的连续性，各照明分段之间亮度的合理过渡，在隧道行驶中驾驶者人眼的舒适度是隧道行车安全的重点，照明节能也需以此为前提。
以下“按规范”均指按“公路隧道通风照明设计规范”。
3.4.1入口段长度问题
隧道结构纵坡±4.9%，按规范计算入口段长度公式，此纵坡在照明停车视距表中无对应取值。若以纵坡-4%，设计车速40km/h，隧道净空5m为条件，按照规范中入口段长度公式计算：
Dth=1.154Ds—
式中Ds——停车视距，本条件下取29；
h——洞内净空高度。
得出Dth =13.6m。以设计车速计算通过入口段的时间为1.23s。晴天状态下，洞外亮度3250cd/m2，入口段设计亮度65cd/m2（计算亮度97cd/m2），在不到2s内人眼适应如此大的亮度落差，容易给行车安全带来隐患。接下来从人眼视觉适应的角度来分析入口段长度设置问题。
暗适应是指当我们从明亮的地方走进黑暗的地方，一下子我们的眼睛就会什么也看不见，需要慢慢地适应，逐渐才能看清暗处的东西，其间视网膜的敏感度逐渐增高的适应过程，这一过程约20～30分钟。驾驶者从隧道口进入隧道也需要眼睛的一个暗适应过程。由于隧道内已根据洞外亮度、行车速度、隧道纵坡等因素设置了隧道照明，在这个前提下，根据人眼的视觉差异，暗适应的时间约为3～10S。以暗适应时间为5S，设计车速40km/h来计算，Dth＝5S×11.1m/s＝55.5m。结合灯具间距有规律布设，设计取值51m。
3.4.2过渡段与中间段设置问题
（a）
（b）
图4 各照明段的亮度与长度
如果隧道长度足够长，且为单孔单向隧道，按规范隧道照明系统分段为入口段、过渡段1、过渡段2、过渡段3、中间段、出口段，此种分段方式亮度过渡性、连续性好，为隧道照明的常规做法。
对于本单孔双向隧道，分析一，如图4（a）所示，按照规范隧道照明需设置的各个分段，共有9段之多，以计算行车速度40km/h（即11.1m/s）计算，驾车穿过隧道需要约33.3s，即意味着驾驶者半分钟内需经过9个不同亮度等级（图中在亮度直线上所标示的为经过过各分段的计算时间）。人眼在行车过程中每隔较为短暂的时间就需要适应不同的亮度变化，容易造成视觉疲劳，给行车安全带来隐患。在照明灯具设置上，既要满足各段的亮度要求，又要满足亮度均匀度要求，这就需要灯具在每一段的功率及间距上都有所不同。这给施工及后期维护带来不便，且景观性也不够好。在亮度标准上，按规范，过渡段3亮度Ltr3＝0.035×65＝2.275cd/m2；中间段亮度参照规范表4.2.1，取1.5 cd/m2。若将灯具光源调整为70W，灯具位置不变，经软件计算平均亮度3.3cd/m2。若满足过渡段3的亮度要求，光源功率仍需要减小。在车行隧道的中，即便是设置通风系统，尾气及自然环境对车行环境的影响都较地面道路的影响大。粉尘颗粒浮于隧道上部，形成漫反射，实际照射在路面上的光通量较光源本身的光通量有较大的损耗，对于功率小，光通量亦小的光源尤其明显。故将70W及以下高压钠灯光源用在主要城市隧道的连续照明中需谨慎采用。
分析二，如图4（b）所示，为本文所采取的照明分段方式：取消过渡段3与与中间段的设置，整个隧道的亮度等级相应提高。驾驶者穿越整条隧道仅需经过5个亮度跨越，亮度适应时间充分，光源选取的较为单一，灯具间距设置规律性强，施工与后期维护较为方便。
由于亮度等级的提高，灯具设置增多，较图4（a）方案不节能，对此可以采取传统的集中式节能器、较为成熟的双功率镇流器、先进的智能电感技术等方式，在满足照明亮度合理性的同时，保证了能耗的节省。
4 结束语
现行隧道照明规范主要针对公路，期待城市交通隧道照明的相关规范出台，为城市隧道照明提供有力依据，使城市照明系统更为合理。
参考文献：
交通部重庆公路科学研究所公路隧道通风照明设计规范JTJ 026.1-1999 北京 人民交通出版社 2000年 P41-51
李恭慰 建筑照明设计手册 北京 中国建筑工业出版社 2004年 P391-392