從CIE88—2004看《公路隧道照明設計細則》的先進性

劉亞軍，史玲娜，涂 耘，安文娟

(1.陜西寶漢高速公路建設管理有限公司， 陜西 漢中 721300； 2.招商局重慶交通科研設計院有限公司， 重慶 400067)

從CIE88—2004看《公路隧道照明設計細則》的先進性

劉亞軍1，史玲娜2，涂 耘2，安文娟2

(1.陜西寶漢高速公路建設管理有限公司， 陜西 漢中 721300； 2.招商局重慶交通科研設計院有限公司， 重慶 400067)

在深入研究CIE88—2004《公路隧道和地道照明設計指南》的基礎上，分析比較JTG/T D702-01—2014《公路隧道照明設計細則》和JTJ 026.1—1999《公路隧道通風照明設計規(guī)范》在隧道照明設計思想及方法上的不同。對具體隧道采用《細則》方法進行照明優(yōu)化設計，并將設計結果與按《規(guī)范》設計的結果進行比較。結果表明：采用CIE隧道照明的設計思想，不僅符合隧道行車的視覺適應特點，而且還有利于隧道照明節(jié)能，隧道照明的舒適性與節(jié)能性均體現(xiàn)出《細則》的先進性。

隧道照明；CIE；《細則》；視覺適應；節(jié)能

隨著我國公路隧道建設的發(fā)展，我國公路隧道照明設計規(guī)范也逐步完善。1990年前，我國對公路隧道照明沒有具體規(guī)定。1990年12月1日，交通部頒布實施了JTJ 026—1990《公路隧道設計規(guī)范》，從而使我國公路隧道照明設計有了相應的設計技術標準[1]。目前，國內(nèi)約有1 000多座2000年以前建成的公路隧道，其照明系統(tǒng)的設計及運營管理主要采用該規(guī)范的相關規(guī)定。2000年6月1日，交通部頒布了交通行業(yè)公路隧道照明設計及運營管理的專業(yè)規(guī)范，即JTJ 026.1—1999《公路隧道通風照明設計規(guī)范》(簡稱《規(guī)范》)。之后10多年間，已建成的7 000多座公路隧道其照明系統(tǒng)設計及運營管理主要采用該《規(guī)范》的相關規(guī)定。上述2個規(guī)范對推進我國公路隧道照明工程科技進步、規(guī)范其設計行為、完善隧道照明體系等均起到了積極的作用。但我國公路隧道建設和隧道照明技術起步較晚，規(guī)范編制階段的經(jīng)驗和基礎性工作不足，未能全面覆蓋相關技術內(nèi)容，在隧道照明的分期實施、短隧道照明設計方法與取值、節(jié)能光源及燈具的應用標準等方面仍存在一些不足[2]。

鑒于此，招商局重慶交通科研設計院有限公司在總結近些年我國隧道照明建設經(jīng)驗及技術發(fā)展趨勢的基礎上，吸收了隧道照明設計經(jīng)驗及科研成果，參考CIE88—2004《隧道和地下通道照明指南》和CEN4380—2003《照明設備—隧道照明》，編制了JTG/T D702-01—2014《公路隧道照明設計細則》(簡稱《細則》)，并在2014年8月1日由交通運輸部正式頒布，同時還頒布了JTG D70/2 —2014《公路隧道設計規(guī)范 第二冊 交通工程與附屬設施》以指導隧道機電設計的規(guī)范化。《細則》對隧道照明設計考慮了駕駛員的隧道行駛視覺特性，提出了符合隧道視覺特點的節(jié)能設計方法。為充分說明《細則》在隧道照明設計理論與方法上的先進性，本文從CIE88—2004的角度，結合《細則》與《規(guī)范》的比較結果，對《細則》的先進性及對應的節(jié)能性進行闡述。

1 CIE88—2004的隧道照明設計思想

CIE88—2004規(guī)定隧道照明應遵循駕駛員的視覺需求，并以能辨識路面障礙物的停車視距作為照明安全設計的原則[3]。其根據(jù)隧道行車的視覺適應性將隧道分為接近段、入口段、過渡段、中間段、出口段和分離段，如圖1所示，并根據(jù)隧道的幾何長度、線形、洞壁反射率及交通量規(guī)定了不同長度隧道入口段白天的照明要求。

圖1 隧道區(qū)段劃分

CIE88—2004對隧道不同區(qū)段的亮度確定及照明設計思想所述如下。

入口段：指緊鄰洞口的隧道內(nèi)第一區(qū)域，其長度至少為1個停車視距。入口段設計亮度Lth由大氣光幕亮度Latm、汽車擋風玻璃光幕亮度Lws、接近段等效光幕亮度Lseq、最小要求辨識對比度Cm、目標物反射系數(shù)ρ和對比顯示系數(shù)qc等因素決定，計算式為：

(1)

(2)

式(2)中接近段等效光幕亮度Lseq的取值由停車視距2.0°～56.8°范圍內(nèi)極坐標區(qū)域中不同區(qū)域平均亮度Lije的疊加而成，可由下式表示：

Lseq=5.1×10-4∑Lije

(3)

CIE88—2004規(guī)定，在入口段前半段，亮度為Lth，后半段亮度可線性減?。辉谌肟诙文┒?，亮度值要減小為前半段亮度值的0.4倍，即0.4Lth。

過渡段：指隧道內(nèi)部亮度過渡區(qū)域，起于入口段的終點，止于中間段的起點。其亮度遞減規(guī)律由式(4)決定，如圖2所示。CIE88—2004規(guī)定該亮度遞減曲線可由階梯曲線替代，相鄰2區(qū)段最大亮度比為3，且最后1個區(qū)段的亮度不應大于中間段亮度的2倍。

Ltr=Lth(1.9+t)-1.4

(4)

中間段：指隧道過渡段與出口段之間的隧道中間部分。亮度值由停車視距和交通量決定，其值如表1所示。CIE88—2004規(guī)定對特長隧道的中間段可分為2段，第一區(qū)段為行車前30 s的距離，對應亮度也按表1取值；余下部分為中間段的第二區(qū)段，其亮度按表2取值。

出口段：指隧道中間段終點到出洞口之間的區(qū)域。長度建議為一個停車視距，CIE88—2004規(guī)定白天出口段的亮度應線性增加，在距出口20 m處，其亮度應增加到中間段亮度的5倍。

圖2 過渡段亮度遞減規(guī)律

停車距離/m亮度/(cd·m-2)長隧道小交通量長隧道大交通量1606063106

表2 特長隧道中間段第二區(qū)段亮度

分離段：指隧道出口外的一段，不屬于隧道的一部分，但會影響到隧道照明。其長度為從隧道出洞口位置起2倍停車視距的區(qū)域，夜間其亮度不應低于隧道中間段亮度的1/3。

2 《細則》與《規(guī)范》的比較

CIE88—2004對隧道照明的設計思想總體遵循駕駛員的隧道行車視覺適應特點，而《細則》的修訂則是在《規(guī)范》基礎上更進一步考慮了這些特點，從而使我國公路隧道照明在設計理念上既符合人眼行車視覺的舒適性[4]，又能體現(xiàn)隧道照明的節(jié)能性。與《規(guī)范》相比，《細則》具有如下先進性[5-7]。

1) 考慮了短隧道及不同等級隧道的照明設置要求。

與《規(guī)范》相比，《細則》考慮了短隧道及光學長隧道的照明，在《規(guī)范》規(guī)定長度大于100 m的隧道應設置照明的基礎上，對不同長度、不同等級公路的隧道及光學長隧道提出了照明設置要求。其參考CIE隧道照明設置的思路，且更具可操作性。

2) 調(diào)整了入口段照明要求，將入口段劃分為2個照明段。

3) 調(diào)整了過渡段照明的亮度計算系數(shù)。

《規(guī)范》將過渡段分為3個照明段，其亮度依次為Ltr1=0.3·Lth、Ltr2=0.1·Lth、Ltr3=0.035·Lth。

《細則》規(guī)定的過渡段其3個照明段亮度依次為Ltr1=0.15·Lth1、Ltr2=0.05·Lth1、Ltr3=0.02·Lth1，從而進一步體現(xiàn)了節(jié)能性。

4) 完善了特長隧道中間段分段設置的亮度及長度。

《規(guī)范》對于隧道中間段的照明均按行車速度與交通量進行均一化標準設計，只規(guī)定當雙車道單向行車隧道交通量介于700輛/h和2 400輛/h之間，雙向行車隧道交通量介于360輛/h和1 300輛/h之間，且通過隧道的行車時間超過135s時，中間段可按原規(guī)定亮度的80%取值。

《細則》對特長隧道進行了分段照明設計，與CIE88—2004的視覺適應思想基本一致。《細則》規(guī)定，單向交通情況下，車輛以照明設計規(guī)定的速度通過隧道的時間超過135s時，隧道中間段宜分為2個區(qū)段。第一區(qū)段長度取設計速度下行駛30s的距離，亮度按《細則》規(guī)定的中間段亮度Lin取值，其值大小與設計時速和交通量有關；余下的中間段長度與之對應的長度及亮度不應低于表3的標準。

表3 《細則》規(guī)定的中間段分區(qū)段設置長度及亮度取值

5) 調(diào)整了出口段照明要求，出口段劃分為2個照明段。

《規(guī)范》對出口段按整區(qū)段單一標準進行設計，規(guī)定單向交通隧道應設置出口段照明，且出口段長度宜取60m，亮度宜取中間段亮度的5倍。

《細則》結合CIE88—2004的思想將出口段劃分為EX1、EX2兩個照明段，每段長30m，第一區(qū)段的亮度取中間段亮度的3倍，第二區(qū)段亮度取中間段亮度的5倍?！都殑t》規(guī)定的這種分段亮度梯度與中間段亮度結合，符合駕駛員從隧道內(nèi)的暗環(huán)境到洞外明環(huán)境的亮適應過程。

總體而言，《細則》對隧道照明設計的規(guī)定符合隧道行車駕駛員的視覺適應特點，與CIE88—2004的設計思想一致，但更符合我國的隧道交通特點，在工程上也更具可操作性。與《規(guī)范》相比，《細則》不管是在設計理念還是照明節(jié)能上均更具先進性。

3 《細則》節(jié)能性分析

為進一步說明《細則》相比《規(guī)范》的節(jié)能效果，本文以重慶市內(nèi)一座近2.5km的長隧道為例予以說明。該隧道洞外亮度取3 000cd/m2，設計車速為80km/h，單向交通且交通量小于350veh/(h·ln)。該隧道設計以《規(guī)范》為依據(jù)，現(xiàn)采用《細則》提出的方法并結合最優(yōu)算法對隧道照明進行優(yōu)化設計，且將得到的隧道每一區(qū)段劃分、對應的設計亮度及所選用燈具的數(shù)量和功率與《規(guī)范》進行比較，結果如表4所示。

表4 重慶市某長隧道的照明設計原方案與優(yōu)化方案比較

由表4可見，根據(jù)人眼視覺特點對長隧道按《細則》方法進行節(jié)能優(yōu)化設計后，與《規(guī)范》設計方案相比，每一照明區(qū)段的燈具數(shù)和總功率都有不同程度降低；總體而言，采用《細則》方法設計，所用燈具數(shù)量可比原方案減少約30%，耗電功率可減少約40%。《細則》根據(jù)人眼的行車視覺特點對隧道出入口段進行了區(qū)段劃分，其不僅符合長隧道的行車照明需求，而且也符合中隧道的行車照明需要。因此，采用《細則》提出的方法進行隧道照明設計，既可以滿足隧道行車照明需求，保證照明安全，又可以減少隧道照明能耗，大大降低隧道運營成本。

比較結果表明，采用CIE88—2004隧道照明亮度變化規(guī)律對隧道照明區(qū)段進行進一步細分是解決高速公路隧道照明能耗高的一種有效途徑，《細則》吸取了CIE88—2004的亮度遞減思路，其可以有效指導我國高速公路營運隧道安全與節(jié)能管理模式的建立，對提高我國公路隧道運營安全，降低高速公路隧道運營成本可以起到積極作用。

4 結束語

本文通過深入分析CIE88—2004的隧道照明設計思想，對新頒布的《細則》和原《規(guī)范》進行了比較?！都殑t》采用CIE88—2004的思想，對公路隧道照明出入口段作了進一步區(qū)段劃分，既符合隧道行車的視覺特點，又可大幅降低長隧道照明能耗。此外，根據(jù)短隧道通透性確定了不同長度短隧道的照明設計標準，既符合短隧道行車的照明視覺要求，又有利于短隧道照明節(jié)能。與《規(guī)范》相比，《細則》提出的隧道照明設計方法更接近CIE88—2004的隧道亮度需求變化曲線，在滿足駕駛員隧道行車亮度適應需求的同時，可使一般長隧道的照明能耗減少約40%。

因此，《細則》對隧道照明設計方法的規(guī)定，從理論基礎到工程實施，均體現(xiàn)了隧道照明設計的先進性，所規(guī)定的亮度取值亦符合我國的交通現(xiàn)狀。《細則》的頒布不僅保證我國公路隧道照明的安全與節(jié)能，同時也促進了我國公路隧道照明技術的發(fā)展。

[1]王夢恕.中國是世界上隧道和地下工程最多、最復雜、今后發(fā)展最快的國家[J].鐵道標準設計，2013(1)：1-4.

[2]項小強，李偉平.對現(xiàn)行《公路隧道通風照明設計規(guī)范》中兩個問題的探討[J].公路，2009(11)：256-258.

[3]CIE Technical Committee. Guide for the Lighting of Road Tunnels and Underpasses CIE 88：2004[S]. Austria：Internatonal commission on Illumination，2004.

[4]黃 彥.隧道照明過渡段人眼適應問題研究[D].重慶：重慶大學，2013.

[5]交通部重慶公路科學研究所.公路隧道通風照明設計規(guī)范：JTJ 026.1—1999[S].北京：人民交通出版社，2000.

[6]招商局重慶交通科研設計院有限公司.公路隧道照明設計細則：JTG/T D702-01—2014[S].北京：人民交通出版社，2014.

[7]招商局重慶交通科研設計院有限公司.公路隧道設計規(guī)范 第二冊 交通工程與附屬設施：JTG D70/2—2014 [S].北京：人民交通出版社，2014.

[8]殷 穎.隧道入口段亮度計算方法研究[D].重慶：重慶大學，2008.

Discussion on the Advantages of "the Design Rule of Highway Tunnel Lighting" from CIE 88-2004

LIU Yajun1,SHI Lingna2,TUN Yun2,AN Wenjuan2

Based on thorough study of CIE88-2004 "Road Tunnel And Tunnel Lighting Guide",this paper analyze and compares the differences between JTG/TD 702-01-2014 "Highway Tunnel Lighting Rules" and JTJ026.1-1999 "Road Tunnel Ventilation Lighting Design Specifications" in tunnel lighting design thought and method of the specific tunnel. With the "rules",we optimize the lighting design of the specific tunnel,and compare the design results with that by "Specifications". The results show:using CIE tunnel lighting design idea,it's not only meets with tunnel driving visual adaptation characteristics,but also conducive to tunnel lighting energy-saving,comfort and energy efficiency of tunnel lighting shows the advantages of the "rules".

tunnel lighting; CIE; "Rules"; visual adaptation; energy-saving

10.13607/j.cnki.gljt.2016.06.033

重慶市社會民生科技創(chuàng)新專項(cstc2015shmszx90004)；陜西省交通廳科技項目(13-29K,15-29K)；貴州省交通廳科技項目(2014-122-020)

2016-09-01

劉亞軍(1974-)，男，陜西省黃陵縣人，本科，高工。

1009-6477(2016)06-0154-05

U459.2

A