王 勇, 王國(guó)欣, 李書渝, 李金會(huì), 蘇井高, 向 明

(1. 中國(guó)建筑第八工程局有限公司工程研究院, 上海 200135; 2. 中國(guó)建筑土木建設(shè)有限公司, 北京 100070)

0 引言

在公路隧道建設(shè)中,由于空間環(huán)境的封閉,須在洞內(nèi)各工作面提供足夠照明以滿足施工需要。近年來,隨著環(huán)保意識(shí)增強(qiáng),LED作為一種高效節(jié)能的新一代照明技術(shù)逐步取代傳統(tǒng)白熾燈、節(jié)能燈成為隧道施工照明的主流,也是打造優(yōu)質(zhì)隧道工程的重要手段[1-4]。調(diào)查發(fā)現(xiàn),目前隧道施工中常見的LED照明燈具主要有泛光燈、球泡燈與燈帶3種,三者技術(shù)特點(diǎn)的差異使得照明效果與照明成本也各不相同。故根據(jù)隧道施工不同工作面照明需要,進(jìn)行LED燈具的優(yōu)化選取與布置,是當(dāng)前進(jìn)一步深化隧道施工綠色照明面臨的重要問題。在隧道各施工照明區(qū)段中,已施作二次襯砌結(jié)構(gòu)的成洞段長(zhǎng)度最長(zhǎng),作為運(yùn)輸通道需不間斷照明,且隨著二次襯砌推進(jìn)布燈將持續(xù)增多。對(duì)成洞段LED燈具的選取與布置進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),將對(duì)整個(gè)隧道施工的照明節(jié)能起到至關(guān)重要的作用。JTG/T F60—2009《公路隧道施工技術(shù)細(xì)則》[5]規(guī)定,隧道施工成洞段平均照度應(yīng)不小于4 lx。

目前關(guān)于隧道LED照明的研究主要集中于運(yùn)營(yíng)階段,如: 龔志遠(yuǎn)等[6]采用DIALux軟件對(duì)運(yùn)營(yíng)期隧道不同照明區(qū)段的LED布燈照明效果進(jìn)行了模擬分析,為智能調(diào)光提供了布燈參考;李然等[7]對(duì)燈具的不同安裝高度和角度進(jìn)行數(shù)值模擬試驗(yàn),通過平均照度與均勻度的對(duì)比分析,確定了LED隧道燈的最佳安裝位置;黃傳茂[8]與范士娟等[9]均研究了對(duì)稱、交錯(cuò)、中央、側(cè)偏等不同布燈方式對(duì)LED燈具照明效果的影響,對(duì)運(yùn)營(yíng)期隧道燈具優(yōu)化布置起到一定的參考作用。但是,由于隧道施工階段與運(yùn)營(yíng)階段在照明標(biāo)準(zhǔn)、燈具類型、布燈形式、洞內(nèi)環(huán)境等方面存在較大差異,使得當(dāng)前較為成熟的運(yùn)營(yíng)階段LED照明研究成果難以直接應(yīng)用于施工階段[10]。

本文基于公路隧道施工成洞段照明特點(diǎn),采用德國(guó)DIALux照明模擬軟件[11-12]開展LED燈具優(yōu)化設(shè)計(jì)研究,并在重慶紅巖村橋隧項(xiàng)目進(jìn)行相關(guān)應(yīng)用驗(yàn)證,以期為更加高效、節(jié)能、經(jīng)濟(jì)地實(shí)現(xiàn)公路隧道施工照明綠色化提供一定的技術(shù)支撐。

1 隧道施工LED照明燈具與照明設(shè)計(jì)方法

隧道施工中常見的LED照明燈具主要有泛光燈、球泡燈與燈帶3種,其典型實(shí)物與相應(yīng)配光曲線分別如圖1和圖2所示。

圖1 隧道施工常見LED照明燈具Fig. 1 Common LED lighting fixtures in tunnel construction

其中,泛光燈應(yīng)用最為廣泛,其防護(hù)等級(jí)普遍高于IP65,拆裝便捷,在振動(dòng)與濃塵條件下均可正常工作,適用于各工作面照明。球泡燈防護(hù)等級(jí)相對(duì)較低,須與燈口配合使用,故多用于照明條件相對(duì)較好的成洞段。燈帶應(yīng)用率最低,雖然其照明連續(xù)性最佳,但帶狀構(gòu)造使其易臟污,影響照明效果,更換時(shí)需剪斷拼插連接,操作復(fù)雜,增加了維護(hù)成本;且隨燈帶增長(zhǎng),其與電源接頭處發(fā)熱的問題也十分嚴(yán)重,增大了安全風(fēng)險(xiǎn),同樣限制了其推廣使用。

圖2 隧道施工常見LED照明燈具配光曲線Fig. 2 Light distribution curves of common LED lighting fixtures in tunnel construction

在隧道施工照明設(shè)計(jì)方面,目前現(xiàn)場(chǎng)多依經(jīng)驗(yàn)布燈,缺乏系統(tǒng)指導(dǎo),難免造成照明過度或照明不足的問題。為便于工程人員進(jìn)行燈具選取布置,可借鑒運(yùn)營(yíng)期隧道照明設(shè)計(jì)方法,采用利用系數(shù)法進(jìn)行隧道施工期成洞段照明設(shè)計(jì)。所謂利用系數(shù)是指燈具投射到工作面上的總光通量與燈具內(nèi)所有光源發(fā)出的總光通量的比值,其大小主要受燈具效率、燈具光強(qiáng)分布、空間幾何特征和空間結(jié)構(gòu)表面反射系數(shù)等因素影響。JTG/T D70/2-01—2014《公路隧道照明設(shè)計(jì)細(xì)則》[13]規(guī)定,隧道路面平均照度可采用利用系數(shù)法按式(1)進(jìn)行計(jì)算。

式中:Eav為隧道路面平均照度,lx;η為利用系數(shù);?為燈具額定光通量,lm;M為維護(hù)系數(shù);ω為燈具布置系數(shù),對(duì)稱布置時(shí)取為2,交錯(cuò)、中線及中央側(cè)偏布置時(shí)取為1,施工照明為單側(cè)布燈,故取為1;W為路面寬度,m;S為燈具間距,m。

故燈具與利用系數(shù)確定后,便可根據(jù)路面平均照度要求反推燈具布置間距,從而確定布燈方案。

進(jìn)一步地,設(shè)成洞段長(zhǎng)度為L(zhǎng)(單位為m),燈具光效為λ(單位為lm/W),則成洞段全長(zhǎng)所需燈具數(shù)量n=ωL/S,單盞燈具功率P=?/λ(單位為W)。若燈具價(jià)格為C0(單位為元/盞),施工周期內(nèi)清潔維護(hù)費(fèi)用為C1(單位為元/盞),電費(fèi)為k(單位為元/kWh),則成洞段燈具初期投入費(fèi)用為nC0,維護(hù)費(fèi)用為nC1,而平均每月照明所需電費(fèi)

成洞段獲得單位平均照度每月所需電費(fèi)

在隧道幾何尺寸與維護(hù)系數(shù)確定的情況下,f僅與利用系數(shù)η和光效λ成反比,兩者越高則獲得單位照度成本越低。因此,在隧道施工照明中,應(yīng)盡量選擇高光效與高利用系數(shù)的燈具,這是降低綜合照明成本的重要手段。

除平均照度要求外,運(yùn)營(yíng)隧道還對(duì)路面照度總均勻度U0和路面中線照度縱向均勻度U1進(jìn)行了規(guī)定。其中,U0定義為路面最小照度與平均照度之比,U1定義為路面中線最小照度與最大照度之比。通過對(duì)2個(gè)參數(shù)進(jìn)行控制,可保證隧道照明具有較好的均勻性,避免炫光與視覺疲勞。在隧道施工成洞段照明中,本文將上述2個(gè)參數(shù)作為參考指標(biāo)進(jìn)行了研究。

2 DIALux成洞段照明模擬方案

由上述平均照度計(jì)算公式可知,通過調(diào)整燈具種類與布燈方式獲得較高的利用系數(shù)是施工照明節(jié)能的關(guān)鍵。因此,為了獲得燈具種類與安裝高度、間距、仰角對(duì)利用系數(shù)的影響,采用DIALux照明模擬軟件計(jì)算獲得了不同參數(shù)取值下的路面平均照度及均勻度,并反算出了相應(yīng)的利用系數(shù)。計(jì)算所用隧道內(nèi)輪廓線如圖3所示,路面寬度為17.23 m,凈空高度為8.87 m。

圖3 隧道斷面幾何尺寸(單位: m)Fig. 3 Geometric dimension of tunnel cross-section (unit: m)

此外,在典型取值下,進(jìn)一步研究了照明效果與隧道斷面大小及路面、側(cè)壁反射系數(shù)的關(guān)系。計(jì)算采用的具體參數(shù)取值如表1所示(表中標(biāo)?數(shù)據(jù)為典型值)。其中,球泡燈安裝仰角考慮一般豎直或水平布置的習(xí)慣,取為0°和90°。且為便于比較3種燈具照明差異,泛光燈、球泡燈光源光通量均取為8 000 lm/盞,而燈帶單位長(zhǎng)度光通量取為8 000 lm與泛光燈、球泡燈典型布置間距12 m的比值。斷面大小影響計(jì)算中,以圖3斷面為基準(zhǔn),命名為DM-3,并分別乘以0.6、0.8、1.2、1.4的長(zhǎng)度縮放系數(shù),依次得到斷面DM-1、DM-2、DM-4、DM-5。對(duì)于維護(hù)系數(shù),考慮隧道施工環(huán)境惡劣,本文取為0.5。

表1 計(jì)算參數(shù)取值Table 1 Values of calculation parameters

3 模擬結(jié)果分析

3.1 典型參數(shù)下計(jì)算結(jié)果對(duì)比

典型參數(shù)下3種LED燈具隧道照明效果與2燈間路面照度分布如圖4所示?？芍? 在光源光通量相同的情況下,由于配光曲線不同,三者照明效果也會(huì)產(chǎn)生較大差異。其中,泛光燈照明集光性較強(qiáng),可將燈光投向需要照明的地方,其正前方路面明亮,所對(duì)隧道內(nèi)壁也有一定的亮度,而布燈一側(cè)內(nèi)壁相對(duì)較暗;球泡燈光線較分散,隧道布燈側(cè)頂拱、邊墻部位較亮,而路面與所對(duì)隧道內(nèi)壁照明效果相對(duì)較差;燈帶由于是連續(xù)性布置,因此縱向照明均勻性最好,避免了照明集中與顯著的明暗對(duì)比情況。

圖4 3種LED燈照明效果對(duì)比Fig. 4 Comparison of lighting effects of three LED fixtures

3.2 布燈參數(shù)影響

3.2.1 球泡燈

不同布燈方案下球泡燈利用系數(shù)、路面平均照度、路面照度總均勻度U0與路面中線照度縱向均勻度U1的計(jì)算結(jié)果分別如表2—5所示?？芍? 球泡燈利用系數(shù)始終在0.409～0.429,最大僅變化4.9%,考慮施工照明標(biāo)準(zhǔn)較低,該變化對(duì)整體照明效果影響十分有限,故可認(rèn)為球泡燈利用系數(shù)受布燈仰角、間距、高度影響均較小。且進(jìn)一步結(jié)合Eav計(jì)算公式可知,此時(shí)平均照度與布燈間距近似呈反比關(guān)系。路面照度總均勻度U0主要與布燈仰角和高度相關(guān),受間距影響相對(duì)較小。高度越大,仰角越大,U0越大。而路面中線照度縱向均勻度U1主要隨布燈間距增大而減小,受仰角及高度影響相對(duì)較小。

基于球泡燈利用系數(shù)隨布燈間距增大而變化不大這一特點(diǎn),當(dāng)成洞段采用球泡燈照明時(shí),在不改變平均照度的前提下,可在照明設(shè)計(jì)中采取提高燈具功率(光通量),同時(shí)增大布燈間距的做法減少燈具數(shù)量,降低初期投入。此外,應(yīng)盡量采用水平布燈(仰角90°)與較高處布燈的方法來增大最小照度值,從而提高路面照度總體均勻度U0。

表2 球泡燈利用系數(shù)計(jì)算結(jié)果Table 2 Calculation results of utilization coefficient of LED bulbs

表3 球泡燈路面平均照度計(jì)算結(jié)果Table 3 Calculation results of average illuminance of LED bulbs

表4 球泡燈路面照度總均勻度計(jì)算結(jié)果Table 4 Calculation results of overall uniformity of road surface luminance of LED bulbs

表5 球泡燈路面中線照度縱向均勻度計(jì)算結(jié)果Table 5 Calculation results of longitudinal uniformity of road surface luminance of LED bulbs

3.2.2 泛光燈

受配光影響,泛光燈布燈仰角與高度越大,路面受較強(qiáng)光照面積將越小,由此造成平均照度減小,進(jìn)而導(dǎo)致計(jì)算利用系數(shù)隨之降低。如表6所示,50°、70°、90°時(shí)平均利用系數(shù)分別為0.815、0.699和0.508,仰角越大利用系數(shù)越低;高度越大,利用系數(shù)總體越低,但由1.5 m增至3.0 m時(shí),利用系數(shù)最大僅變化0.058;而隨間距增大,利用系數(shù)變化更小,最大僅0.016;故對(duì)于泛光燈利用系數(shù)取值,布燈仰角的影響顯著大于高度與間距。且與球泡燈相比,泛光燈利用系數(shù)要大得多,故當(dāng)燈具光通量與布燈間距相同時(shí),采用泛光燈將有更好的照明效果。

表6 泛光燈利用系數(shù)計(jì)算結(jié)果Table 6 Calculation results of utilization coefficient of LED floodlights

泛光燈路面平均照度計(jì)算結(jié)果如表7所示?？芍? 由于泛光燈利用系數(shù)隨間距變化很小,故平均照度與間距同樣近似呈反比關(guān)系。

表7 泛光燈路面平均照度計(jì)算結(jié)果Table 7 Calculation results of average illuminance of LED floodlights

泛光燈U0和U1計(jì)算結(jié)果分別如表8和表9所示?？芍? 對(duì)于泛光燈U0,其隨布燈仰角、高度增大及間距減小而增大;對(duì)于U1,其隨布燈間距增大而顯著下降,受高度與仰角影響較小;且泛光燈U0、U1顯著小于球泡燈U0、U1。

表8 泛光燈路面照度總均勻度計(jì)算結(jié)果Table 8 Calculation results of overall uniformity of road surface luminance of LED floodlights

表9 泛光燈路面中線照度縱向均勻度計(jì)算結(jié)果Table 9 Calculation results of longitudinal uniformity of road surface luminance of LED floodlights

綜上,當(dāng)采用泛光燈時(shí),同樣可基于其利用系數(shù)隨布燈間距增加變化不大的特點(diǎn),通過提高燈具功率,同時(shí)增大間距的做法減少燈具數(shù)量。且在實(shí)際安裝時(shí),可采用較小仰角以進(jìn)一步增大平均照度,但需綜合考慮其對(duì)照明均勻性的影響。

3.2.3 燈帶

由于燈帶呈條狀連續(xù)布置,故利用系數(shù)與布燈間距無關(guān)。燈帶利用系數(shù)和路面平均照度計(jì)算結(jié)果分別如表10和表11所示?？芍? 布燈仰角對(duì)燈帶利用系數(shù)的影響顯著大于高度,且利用系數(shù)隨其非單調(diào)變化,在50°時(shí)總體最高。而與球泡燈、泛光燈相比,燈帶的利用系數(shù)介于兩者之間,略小于泛光燈,大于球泡燈。由Eav計(jì)算公式可知,當(dāng)路面寬度與維護(hù)系數(shù)確定后,平均照度僅與燈帶利用系數(shù)及?/S(即燈帶單位長(zhǎng)度光通量)成正比。

表10 燈帶利用系數(shù)計(jì)算結(jié)果Table 10 Calculation results of utilization coefficient of LED strips

表11 燈帶路面平均照度計(jì)算結(jié)果Table 11 Calculation results of verage illuminance of LED strips

燈帶U0和U1計(jì)算結(jié)果分別如表12和表13所示?？芍? 對(duì)于燈帶U0,其整體上隨布燈仰角與高度增加而增大;對(duì)于U1,其普遍在0.95以上,表明燈帶沿隧道縱向照明均勻性很好,受高度與仰角影響很小,且燈帶U0、U1計(jì)算結(jié)果大于球泡燈與泛光燈的U0、U1計(jì)算結(jié)果。

表12 燈帶路面照度總均勻度計(jì)算結(jié)果Table 12 Calculation results of overall uniformity of road surface luminance of LED strips

表13 燈帶路面中線照度縱向均勻度計(jì)算結(jié)果Table 13 Calculation results of longitudinal uniformity of road surface luminance of LED strips

綜上,當(dāng)采用燈帶時(shí),雖然理論上可通過調(diào)整布燈角度增大照明效果,但實(shí)際中由于燈帶材質(zhì)較軟,照明方向難以精確把控。若增加調(diào)節(jié)固定裝置勢(shì)必增加照明成本,得不償失。故建議在燈帶照明設(shè)計(jì)中采用較小利用系數(shù)取值,從而考慮燈帶安裝角度難以控制對(duì)照明質(zhì)量的影響。

3.3 斷面大小影響

不同斷面下球泡燈、泛光燈、燈帶照明計(jì)算結(jié)果分別如表14—16所示。由表14可知: 球泡燈利用系數(shù)與斷面大小關(guān)系不大,取值在0.410～0.428變化。平均照度隨斷面增大下降明顯,而U0、U1隨之分別減小與增大。由表15可知: 泛光燈利用系數(shù)隨斷面增大略有增加,但最大變化量為0.083,相對(duì)較小; 平均照度隨斷面增大下降明顯,U0基本無變化,而U1顯著增加。由表16可知: 燈帶利用系數(shù)隨斷面增大總體略有增加,但最大變化量為0.04,同樣相對(duì)較小;平均照度與U0隨斷面增大下降明顯,而U1基本不變。

表14 不同斷面下球泡燈照明計(jì)算結(jié)果Table 14 Calculation results of LED bulbs under different tunnel cross-sections

表15 不同斷面下泛光燈照明計(jì)算結(jié)果Table 15 Calculation results of LED floodlights under different tunnel cross-sections

表16 不同斷面下燈帶照明計(jì)算結(jié)果Table 16 Calculation results of LED strips under different tunnel cross-sections

3.4 反射系數(shù)影響

不同反射系數(shù)下球泡燈、泛光燈、燈帶照明計(jì)算結(jié)果分別如表17—19所示?？芍? 隧道路面與側(cè)壁反射系數(shù)越高,3種燈具的利用系數(shù)、平均照度、U0、U1越大,且側(cè)壁反射系數(shù)的影響顯著大于路面反射系數(shù)。以泛光燈為例,路面反射系數(shù)為60%情況下的利用系數(shù)、平均照度、U0、U1分別是反射系數(shù)為10%時(shí)的1.07、1.07、2.26、1.03倍;而對(duì)于側(cè)壁反射系數(shù)相應(yīng)可達(dá)1.35、1.35、6.25、1.14倍。實(shí)際施工中,隧道側(cè)壁為裸露的原始混凝土結(jié)構(gòu),而路面臟污嚴(yán)重,反射系數(shù)普遍較低,進(jìn)一步結(jié)合文獻(xiàn)[14],建議將路面與側(cè)壁反射系數(shù)近似取為20%,對(duì)一般成洞段施工照明設(shè)計(jì)具有一定的參考性。

表17 不同反射系數(shù)下球泡燈照明計(jì)算結(jié)果Table 17 Calculation results of LED bulbs under different reflection coefficients

表18 不同反射系數(shù)下泛光燈照明計(jì)算結(jié)果Table 18 Calculation results of LED floodlights under different reflection coefficients

表19 不同反射系數(shù)下燈帶照明計(jì)算結(jié)果Table 19 Calculation results of LED strips under different reflection coefficients

4 LED照明現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

重慶紅巖村橋隧項(xiàng)目是重慶快速路3縱線的重要組成部分,隧道全長(zhǎng)11.262 km,主要含紅巖村左右主線隧道、歇臺(tái)子連接線X-A與X-B隧道以及軌道交通5號(hào)線紅巖村暗挖車站及區(qū)間隧道。其中,紅巖村隧道左、右線分別長(zhǎng)3 723.54 m和3 715 m,2洞軸線間距28～45 m,為小凈距隧道。隧道內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)段道路為3車道,設(shè)計(jì)路幅寬度為12.0 m,毛洞寬度為16.2 m,斷面大小約158 m2,內(nèi)輪廓采用三心圓形式。

該項(xiàng)目在隧道施工照明中普遍采用了泛光燈與球泡燈2種LED燈具,并在成洞段布置了50 m長(zhǎng)的LED燈帶照明試驗(yàn)段,如圖5所示。其中,球泡燈主要用于成洞段照明,布燈仰角為90°,呈水平狀,安裝于統(tǒng)一固定在隧道側(cè)壁電纜槽的燈口之上,效果美觀。而泛光燈在成洞段及其他各工作面均有廣泛使用。照明所用LED燈具型號(hào)及典型布置參數(shù)如表20所示。

以全長(zhǎng)約7 439 m的紅巖村左、右線隧道為例,若全長(zhǎng)均按單一燈具布置,則所需泛光燈、球泡燈與燈帶的初期投入分別為6.69、3.15、10.04萬元,總功率分別為41.79、31.52 、59.51 kW,每月照明費(fèi)用分別為3.05、2.30、4.34萬元(按1元/kWh計(jì)算)。而根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)使用反饋,在電壓穩(wěn)定的情況下,泛光燈與球泡燈使用壽命接近,在半年左右,而燈帶壽命最短。故在當(dāng)前照明方案下,球泡燈綜合照明成本最低、燈帶最高。

進(jìn)一步采用TA8120型數(shù)字照度計(jì)對(duì)當(dāng)前方案下3種燈具照明效果進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè),并與DIALux相應(yīng)理論計(jì)算值進(jìn)行對(duì)比。測(cè)點(diǎn)按GB/T 5700—2008《照明測(cè)量方法》[15]所述道路照明測(cè)試方法布置。隧道縱向2燈間均勻布置11個(gè)測(cè)點(diǎn),橫向每車道布置3個(gè)測(cè)點(diǎn)(共計(jì)10個(gè)測(cè)點(diǎn)),故2燈之間測(cè)點(diǎn)總數(shù)為11×10=110個(gè)。測(cè)試過程如圖6所示,結(jié)果如表21所示。在理論計(jì)算中,各燈光效均取為80 lm/W,維護(hù)系數(shù)取為0.5。

圖5 紅巖村橋隧項(xiàng)目隧道LED照明Fig. 5 LED lighting in the tunnels of Hongyancun project

表20 紅巖村橋隧項(xiàng)目隧道LED照明參數(shù)Table 20 LED lighting parameters of Hongyancun bridge and tunnel project

圖6 照明效果現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)Fig. 6 Site measurement of lighting effect

由現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)結(jié)果可知,實(shí)測(cè)值排序與理論值排序大致相同,路面平均照度由高到低依次為燈帶、泛光燈、球泡燈,但數(shù)值有較大差異,主要原因是: 1)燈具質(zhì)量參差不齊,實(shí)際光效偏離計(jì)算設(shè)定值; 2)實(shí)際中燈具(特別是燈帶)布置角度不易控制; 3)計(jì)算中反射系數(shù)取值的影響; 4)3種燈具新舊不一,維護(hù)系數(shù)取值有所偏差; 5)儀器精度與測(cè)試誤差,且實(shí)測(cè)結(jié)果表明各燈平均照度均高于4 lx成洞段最低照明標(biāo)準(zhǔn),而U0、U1與運(yùn)營(yíng)期隧道最低標(biāo)準(zhǔn)0.3與0.5[13]相比相對(duì)較小,這是由施工照明單側(cè)布燈較低導(dǎo)致路面最小照度值較低的特點(diǎn)決定的。

此外,由實(shí)測(cè)結(jié)果也可知目前燈帶試驗(yàn)段平均照度較高,存在一定的過度照明,若通過降低功率的方法獲得與球泡燈相同的平均照度,則僅需4.06 W/m,照明費(fèi)用每月為2.20 萬元,與球泡燈照明費(fèi)用接近。但考慮到其初期投入遠(yuǎn)高于球泡燈,以及后期維護(hù)的便捷性,建議優(yōu)選球泡燈。且球泡燈實(shí)測(cè)平均照度與泛光燈相近,但初期投入與照明費(fèi)用均較低。故在目前燈具型號(hào)及布燈方案下,球泡燈是紅巖村隧道成洞段照明的最優(yōu)選擇。

5 結(jié)論與建議

本文提出一套公路隧道施工成洞段LED照明設(shè)計(jì)方法,并通過DIALux照明仿真對(duì)相關(guān)影響因素進(jìn)行了研究分析,得到以下結(jié)論與建議:

1)相同布燈時(shí),3種隧道施工LED燈具利用系數(shù)由高到低依次為泛光燈、燈帶、球泡燈。且利用球泡燈與泛光燈利用系數(shù)受布燈間距影響很小的特點(diǎn),可采取提高燈具功率、增大布燈間距的做法,以減少燈具數(shù)量,節(jié)省初期投入。

2)相同布燈時(shí),3種燈具路面照明均勻性由好到差依次為燈帶、球泡燈、泛光燈。且3種燈具U0均隨布燈仰角、高度增加而增大,減小布燈間距將顯著增大泛光燈U0,但對(duì)球泡燈影響很小。隨間距增加,球泡燈與泛光燈U1顯著減小,而燈帶U1基本不受影響。

3)隨著隧道斷面增大,球泡燈與泛光燈的U1顯著增加,利用系數(shù)與U0變化較小;而燈帶U0下降明顯,利用系數(shù)與U1變化不大。反射系數(shù)越高,路面照明效果越好,且側(cè)壁反射系數(shù)影響顯著大于路面反射系數(shù)。

4)綜合考慮照明效果與經(jīng)濟(jì)性,隧道施工成洞段照明建議以球泡燈與泛光燈為主。當(dāng)布燈間距與燈具光效相同時(shí),優(yōu)選泛光燈,兩者不同時(shí),應(yīng)根據(jù)布燈方案計(jì)算所需燈具功率,并結(jié)合照明成本進(jìn)行燈具優(yōu)選。

5)本文研究主要針對(duì)隧道施工成洞段基本照明,接下來可在工作面照明方面進(jìn)一步開展研究工作;且需拓展考慮隧道斷面形狀等工況對(duì)施工照明效果的影響,從而完善相關(guān)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。