某城市超長(zhǎng)隧道照明方案設(shè)計(jì)

劉瑞銘

摘要：本文對(duì)某城市的一個(gè)超長(zhǎng)隧道做了照明方案設(shè)計(jì)，在亮度計(jì)算、燈具選型、燈具布置、照明控制、應(yīng)急照明、照明節(jié)能等方面進(jìn)行了較詳細(xì)的論述。

關(guān)鍵詞：超長(zhǎng)隧道、照明、應(yīng)急照明、控制

1、概述

1.1隧道概況：

本項(xiàng)目隧道設(shè)置情況為：左線樁號(hào)Z1+130～Z5+183，長(zhǎng)度4053 m;右線樁號(hào)Y1+125～Y5+200，長(zhǎng)度4075m。雙洞六車道，設(shè)計(jì)車速80km/小時(shí)，隧道所在路段單洞2030年交通量為4454pcu/h，2040年交通量為7252pcu/h。

1.2設(shè)計(jì)原則

運(yùn)營(yíng)照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則是在保證行車安全和舒適的條件下，使照明回路操作簡(jiǎn)便;考慮隧道運(yùn)營(yíng)期間養(yǎng)護(hù)方便，同時(shí)積極響應(yīng)國(guó)家節(jié)能方針，盡量節(jié)約能源;隧道加強(qiáng)照明段近、遠(yuǎn)期交通量有所差別，故采用“一次實(shí)施、分期控制”原則;結(jié)合重慶市城市品質(zhì)提升精神，隧道基本照明設(shè)計(jì)不分近、遠(yuǎn)期，近、遠(yuǎn)期采用同一標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)。

2、照明設(shè)計(jì)計(jì)算

2.1照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)取值

本項(xiàng)目為城市隧道，交通流量較大，隧道主線左右線入口洞門(mén)型式均為端墻式的隧道。洞外環(huán)境亮度取2500cd/m2，折減系數(shù)K取0.035;路面亮度總均勻度（Lmin/Lav）（最小亮度/平均亮度）不低于0.4;車道路面縱向均勻度（Lmin/Lmax）（與車道中軸線平行的線上最小亮度/最大亮度）不低于0.6;眩光限制TI<15%;照明設(shè)計(jì)目標(biāo)年份為2041年，設(shè)計(jì)交通量（混合車（輛）/小時(shí)）根據(jù)各路段預(yù)測(cè)交通量經(jīng)平均和折算求得，本隧道交通量預(yù)測(cè)為8034pcu/h。依據(jù)《城市道路交通設(shè)施設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50688-2011表11.1.12中隧道照明中間段標(biāo)準(zhǔn)值，本隧道主線行車速度80km/h，交通量按雙車道單向交通N>2400輛/h，中間段照明平均亮度Lav取4.5cd/m2燈具維護(hù)系數(shù)取0.7，亮度系數(shù)瀝青路面取15，LED燈（防護(hù)等級(jí)≥IP65）利用系數(shù)0.7。

2.2 照明分段及亮度計(jì)算

本隧道左，右線隧道內(nèi)各區(qū)段照明亮度及長(zhǎng)度計(jì)算過(guò)程如下：

左線隧道：

L20（S）取2500cd/m2，折減系數(shù)k取0.035，入口縱坡0.5%，停車視距Ds取98m，隧道凈高h(yuǎn)取7.7米，車速Vt取80km/h;

入口段1：亮度Lth1=k×L20（S）=0.035×2500cd/m2=87.5cd/m2，長(zhǎng)度Dth1=（1.154Ds-（h-1.5）/tan10）/2=39m;

入口段2：亮度Lth2=0.5×k× L20（S）=0.5×0.035×2500cd/m2=43.75cd/m2，長(zhǎng)度Dth2=（1.154Ds-（h-1.5）/tan10）/2=39m;

過(guò)渡段1：亮度Ltr1=0.15×Lth1 =13.125cd/m2，長(zhǎng)度Dtr1=（Dth1+ Dth2）/3+Vt/1.8=70m;

過(guò)渡段2：亮度Ltr2=0.05×Lth1 =4.375cd/m2，長(zhǎng)度Dtr2=2Vt/1.8=89m;

中間段：Lin=4.5 cd/m2;

出口段1：Lex1=3×Lin=13.5 cd/m2;

出口段2：Lex2=5×Lin=22.5 cd/m2;

右線隧道取值與計(jì)算同左線隧道。

3、照明方案比選

3.1燈具選擇

目前國(guó)內(nèi)公路隧道照明主要采用的燈具為高壓鈉燈、熒光燈和LED燈具。本項(xiàng)目隧道照明燈具選擇主要考慮了兩種方案：選取高效節(jié)能的LED燈，或者選取隧道專用的防水熒光燈。兩種光源均為白色光源，顯色性較好，在同等功率的情況下，較其他光源燈具更容易給隧道司乘人員提供安全、舒適的環(huán)境。

熒光燈具優(yōu)點(diǎn)是發(fā)光效率高，呈線面型發(fā)光體，光源接近太陽(yáng)光。缺點(diǎn)是對(duì)環(huán)境影響大，有射頻干擾，易破碎，壽命與開(kāi)關(guān)次數(shù)有關(guān)，且使用時(shí)間長(zhǎng)后亮度逐漸變暗，后期運(yùn)營(yíng)燈具更換較為頻繁，LED燈具采用的是半導(dǎo)體發(fā)光材料，與其他發(fā)光材料相比較，其綠色、高效、可靠、耐用的勢(shì)顯著。其主要特點(diǎn)是發(fā)光壽命長(zhǎng)，壽命不受點(diǎn)亮次數(shù)影響，固態(tài)封裝，抗震性強(qiáng)，散熱小。并且隨著半導(dǎo)體技術(shù)的不斷進(jìn)步，LED照明燈具技術(shù)也在不斷發(fā)展，在LED照明燈具解決了光衰、散熱等問(wèn)題后，將更加適用于公路隧道，更加適合公路隧道運(yùn)營(yíng)管理的需求。故本項(xiàng)目選用LED隧道燈。

燈具技術(shù)參數(shù)：采用寬配光LED隧道燈具，防護(hù)等級(jí)不低于IP65，功率因素不低于0.95，燈具正常工作3000h光通量維持率不低于96%，正常工作6000h光通量維持率不低于92%，顯色指數(shù)Ra≥65，色溫4000K，燈具壽命不小于50000小時(shí)，并具有良好的防腐性能，每個(gè)隧道主洞LED燈具內(nèi)集成智能單燈控制器。

3.2 應(yīng)急與疏散照明設(shè)計(jì)

消防應(yīng)急照明和疏散指示系統(tǒng)采用集中電源集中控制型，系統(tǒng)由應(yīng)急照明控制器、應(yīng)急照明集中電源、消防應(yīng)急照明燈具、消防應(yīng)急標(biāo)志燈具等組成。應(yīng)急照明控制器設(shè)置在消防控制室內(nèi)。應(yīng)急照明燈具雙側(cè)交錯(cuò)布置于隧道兩側(cè)，采用10W LED燈，間距15m。應(yīng)急照明控制器備用電源工作時(shí)間為180min，消防應(yīng)急燈具應(yīng)急工作時(shí)間大于120min，集中電源的蓄電池組達(dá)到使用壽命周期后標(biāo)稱的剩余容量應(yīng)保證放電時(shí)間滿足120min的持續(xù)工作時(shí)間。

隧道應(yīng)急照明燈具首先應(yīng)滿足其他隧道燈具基本技術(shù)指標(biāo)要求，同時(shí)還應(yīng)滿足以下要求：應(yīng)急照明燈具應(yīng)滿足CCCF認(rèn)證;消防應(yīng)急照明燈具應(yīng)急狀態(tài)光通量不應(yīng)低于其標(biāo)稱的光通量，10W應(yīng)急照明燈具整燈光通量不小于800 lm。

3.3燈具布設(shè)

本工程隧道照明主要分為基本照明、加強(qiáng)照明、應(yīng)急照明三個(gè)部分，洞外引道照明由道路照明實(shí)施。

基本照明全線布置，加強(qiáng)段照明主要包括入口段、過(guò)渡段、出口段加強(qiáng)照明，隧道中間段常規(guī)照明僅設(shè)置基本照明。照明燈具均采用高光效的LED燈具，隧道標(biāo)準(zhǔn)段中間基本照明采用雙側(cè)對(duì)稱布置，隧道加強(qiáng)照明采用雙側(cè)對(duì)稱布置。

車行橫洞選用10W LED燈布置于隧道橫洞拱頂上，人行橫洞選用10W LED燈布置于隧道橫洞拱頂上。

3.4照明控制方式比較

照明控制方式主要有傳統(tǒng)的分回路控制和無(wú)極調(diào)光控制。傳統(tǒng)的分回路控制由低壓柜多個(gè)回路出線至隧道內(nèi)燈具，通過(guò)控制主回路上接觸器的通斷關(guān)閉部分隧道燈具來(lái)達(dá)到調(diào)節(jié)隧道內(nèi)亮度的目的，控制方式簡(jiǎn)單。無(wú)極調(diào)光控制，通過(guò)在每個(gè)隧道LED燈具上安裝單燈智能調(diào)光控制器，然后由裝設(shè)在洞口的智能集中控制器通過(guò)無(wú)線方式能對(duì)隧道內(nèi)燈具進(jìn)行精確的輸出功率調(diào)節(jié)以達(dá)到調(diào)光目的，同時(shí)智能集中控制器還能接受中央控制系統(tǒng)的指令對(duì)隧道燈具進(jìn)行分組控制，而且集中控制器還能連接手機(jī)APP對(duì)每個(gè)燈具的使用情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，可以實(shí)現(xiàn)故障報(bào)警，防盜功能。

鑒于目前的技術(shù)發(fā)展形勢(shì)，同時(shí)考慮到以后運(yùn)行維護(hù)的便利性，本項(xiàng)目照明控制采用智能無(wú)極調(diào)光系統(tǒng)，可以手動(dòng)控制和自動(dòng)控制方式兩種相結(jié)合。手動(dòng)控制可以通過(guò)切斷現(xiàn)場(chǎng)控制照明配電箱、隧道變電所配電柜各個(gè)回路的開(kāi)關(guān)關(guān)閉部分照明供電回路達(dá)到調(diào)光目的，也可以通過(guò)智能集中控制器的調(diào)光功能對(duì)指定燈具進(jìn)行手動(dòng)調(diào)整LED燈具輸出功率;自動(dòng)控制方式根據(jù)不同季節(jié)不同時(shí)間段和不同交通量控制各個(gè)照明燈具的輸出功率改變燈具的光通量，利用預(yù)先編制好的控制程序，由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)自動(dòng)控制各個(gè)照明LED燈具的光通量，使洞內(nèi)的照明亮度與外界自然光的亮度相適應(yīng)。

隧道內(nèi)的照明控制是根據(jù)隧道照明設(shè)計(jì)中所確定的照明區(qū)段、不同時(shí)段氣候條件下的照明要求，控制各個(gè)照明回路，從而達(dá)到既滿足隧道的照明亮度要求，保證行車安全，又節(jié)省能源的目的。本工程隧道照明采用晴天、云天、陰天、重陰天、夜間和深夜六級(jí)控制模式：

（1）晴天照明（洞外亮度為L(zhǎng)20=3000cd/m2）：隧道內(nèi)全部燈具全開(kāi)，所有燈具輸出100%功率。

（2）云天照明（洞外亮度為0.5L20）：隧道內(nèi)全部燈具全開(kāi)，入口加強(qiáng)照明燈具輸出50%功率。

（3）陰天照明（洞外亮度為0.25L20）：隧道內(nèi)全部燈具全開(kāi)，入口加強(qiáng)照明燈具輸出25%功率。

（4）重陰天照明（洞外亮度為0.13L20）：隧道內(nèi)全部燈具全開(kāi)，入口加強(qiáng)照明燈具輸出13%功率。

（5）前半夜照明：關(guān)閉所有加強(qiáng)照明燈具，基本照明燈具全開(kāi)。

（6）后半夜照明：關(guān)閉所有加強(qiáng)照明燈具，基本照明燈具開(kāi)一半。

（7）照明的自動(dòng)控制與隧道監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)控制，由隧道監(jiān)控系統(tǒng)統(tǒng)一考慮。

無(wú)極調(diào)光系統(tǒng)還可以全自動(dòng)明根據(jù)交通量進(jìn)行調(diào)節(jié)中間段照明，當(dāng)交通量N>=1200veh（h.ln）時(shí)，基本照明全開(kāi);當(dāng)交通量350veh（h.ln）<N<1200veh（h.ln）時(shí)，基本照明全開(kāi)，燈具輸出75%功率，當(dāng)交通量N<350veh（h.ln）時(shí)，關(guān)閉行車方向右側(cè)基本照明燈具，只開(kāi)左側(cè)基本照明。

3.2 照明節(jié)能措施

（1）照明系統(tǒng)三相配電干線的各項(xiàng)負(fù)荷分配平衡，最大相負(fù)荷不宜超過(guò)三相負(fù)荷平均值的115%，最小不宜小于85%。

（2）選用高光效的LED隧道燈具作為照明光源，光效達(dá)到100 lm/w及以上，功率因素不低于0.95，燈具效率不低于80%，顯色指數(shù)Ra≥65、色溫介于3500～6000K。

（3）隧道燈具配光形式為寬光帶對(duì)稱型燈具。

（4）隧道主洞照明按夏季晴天、夏季云天/其它季節(jié)晴天、夏季陰天/其它季節(jié)云天、夏季重陰天/其它季節(jié)陰天、夜間和深夜六級(jí)控制，由無(wú)極調(diào)光控制方式實(shí)現(xiàn)。

4、結(jié)語(yǔ)

本文針對(duì)具體隧道在亮度計(jì)算、燈具選型、燈具布置、照明控制、應(yīng)急照明等方面進(jìn)行了較詳細(xì)的論述。設(shè)計(jì)嚴(yán)格執(zhí)行最新的國(guó)家規(guī)范及地方、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)成果滿足了城市超長(zhǎng)隧道的使用要求，達(dá)到了控制靈活、節(jié)能高效的效果，具有一定的參考價(jià)值。

參考文獻(xiàn)：

[1]中華人民共和國(guó)交通運(yùn)輸部.《公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》第二冊(cè)交通工程與附屬設(shè)施（JTG/TD70/2-2014）[S].重慶. 2014

[2]中華人民共和國(guó)交通運(yùn)輸部.《公路隧道照明設(shè)計(jì)細(xì)則》（JTG/TD70/2-01-2014）[S].重慶. 2014