高速公路隧道照明关键技术研究与应用王辉福建省高速公路有限公司福建福州350000摘要：本文通过调研、现场试验、理论分析等技术手段，围绕高速公路隧道照明系统研究与工程应用，提出照明关键技术参数、设计方法及参数取值，是对国内相关规范的突破和补充；提出降低照明规模，节约投资和运营费用建议，对推动公路隧道照明技术进步提供依据。

关键词:公路隧道照明技术研究应用一、引言截止2012年底，福建省已通车高速公路隧道共有430座，单洞总长905公里。

如何在保证行车安全下，尽可能地节约动力费和维护费用，是目前及将来高速公路建设和运营中所面临的一项突出问题。

《公路隧道通风照明设计规范》（JTJ026.1-1999）（以下简称《规范》）自2000年发布实施以来，作为交通行业隧道照明设计相关的首部专业规范，对推进我国公路隧道运营照明工程科技进步和规范设计行为起到了积极作用。

但由于我国隧道建设起步较晚，因此该《规范》未能全面覆盖隧道照明技术内容。

随着近年我国公路隧道建设数量、规模与类型日益增加，照明新理论和新技术发展和成熟，需要对目前的公路隧道照明关键技术进行研究和提升。

为此，我们与重庆交通科研设计院成立了“高速公路隧道照明关键技术研究”课题组开展研究。

主要研究内容以及实施方案二、二、主要研究内容以及实施方案（一）主要研究内容及经济技术指标1、高速公路短隧道照明设计参数研究。

提出适合于高速公路短隧道特点的安全与节能照明参数指标及设计方法。

2、高速公路长隧道照明设计参数及LED灯在隧道内应用研究；提出适合于福建地区高速公路隧道照明关键技术指标，提出新型照明LED隧道光源、灯具在隧道内使用的适应性、实用性及使用条件等。

3、研究成果在依托工程中的应用。

提出金鸡岭隧道照明系统的优化设计方案，为短隧道照明系统安全、节能运营提供工程案例参考。

项目考虑养护、安全、气候等综合节能技术，实现照明节能20%以上。

（二）实施方案1、依托工程。

本课题的依托工程为福建永安至武平高速公路龙岩段87.213公里，其中短隧道4座、中隧道5座、长隧道1座。

（1）根据课题成果提出金鸡岭隧道（单洞长365m）照明系统优化设计方案，为短隧道照明系统安全、节能运营提供工程案例参考。

（2）选择朝向不同、规模不同的龙井（单洞3052m）、黄山岭（单洞321m）、石背角（单洞264m）和溪背山（单洞401m）4座隧道进行照明效果的动态现场测试，评价照明效果，并对中间成果进行修正。

2、课题完成情况（1）2009年7月提交了课题研究中间成果及依托工程金鸡岭隧道的照明优化方案。

并顺利通过福建省交通运输厅主持的中间成果评审会，并在依托工程中得以应用。

（2）于2010年8月开展了隧道照明效果现场测试，探索应用眼动仪开展基于小目标物体发现距离的驾驶员生物效应动态测试试验。

2010年9月~10月，针对现场试验录制的影像资料、调查表进行数据分析处理，总结现场测试结果。

（3）编制完成了《高速公路隧道照明关键技术研究技术报告》以及现场测试分析报告和效益分析报告等。

三、主要研究结论意见（一）需设置电光照明隧道极限长度的界定意见1、长度L＞150m的高等级公路隧道应设置照明。

2、长度L≤150m的直线隧道应在路缘或边墙上安装有源电光诱导标志。

通过研究，综合考虑交通量、隧道通视条件等因素、总结我国短隧道运营经验等提出必须设置电光照明的隧道长度，较现行《规范》“长度大于100m的隧道应设置照明”的规定有所放宽，既符合各等级公路隧道运营实际，又减少山区公路隧道建设成本及运营费用。

（二）中、长隧道照明参数研究意见吸收、借鉴国外对长隧道照明关键参数研究的理念及取值标准，提出综合考虑国内营运实际、驾驶员视觉适应需要、安全、节能的照明参数取值。

1、综合隧道运营安全与节能需求，首次提出隧道入口段照明采用均分两段设置的方法。

后1/2入口段长度的亮度取前1/2入口段长度的亮度的50%。

不仅符合福建省地区日照强的特点，提高入口前1/2段亮度减少“黑洞效应”，满足夏季晴天司机驾车进入隧道的视觉适应需求，利于行车安全，且通过分为两段设置的方法在满足人眼对亮度变化适应的条件下，达到节能。

《规范》与课题关于k值的取值对比见表1。

表1、入口段亮度折减系数k值对比表项目设计交通量Nkv t(km/h)《规范》双车道，单向交通双车道，双向交通100806040≥2400veh/h≥1300veh/h0.0450.0350.0220.012≤700veh/h≤360veh/h0.0350.0250.0150.01课题成果单向交通双向交通100806040≥1200veh/（h·ln）≥650veh/（h·ln）0.060.050.0350.022≤350veh/（h·ln）≤180veh/（h·ln）0.050.040.030.0122、修改了洞外亮度的取值规定。

提出福建省公路隧道洞口20°视场范围内天空含率为0%的洞外亮度L20（S）的取值建议范围（见表2），较现行《规范》提出的建议值及目前国内隧道照明设计所采用的洞外亮度参数值大幅降低。

在综合入口段亮度折减系数的大幅提高的前提下，洞外亮度取值的趋于合理。

同时，通过研究提出了降低洞外亮度的技术措施，达到既有利于行车安全，也有利于节能的目的。

表2洞外亮度L20(S)(cd/m2)天空面积百分比洞口朝向或洞外环境v t(km/h)40v t(km/h)60v t(km/h)80v t(km/h)1000%暗环境1500200025003000亮环境20002500300035003、根据隧道视觉适应曲线，首次修改了过渡段照明的亮度指标计算系数（见表3），在的安全行车前提下，降低了过渡段照明的装机功率，利于节能。

同时提出了判定是否设置过渡段3的方法：当过渡段TR3的亮度值L tr3不大于中间段亮度值L in的2倍时，可不设置过渡段TR3。

表3过渡段亮度计算系数取值对比表照明段TR1TR2TR3亮度《规范》L tr1=0.3L th L tr2=0.1L th L tr3=0.035L th 课题成果L tr1=0.15L th L tr2=0.05L th L tr3=0.02L th4、隧道中间段的亮度标准参照现行《规范》执行。

但对于单向交通，当通过隧道的行车时间超过135s时，长隧道有充分的适应（过渡）时间，故L in可适当降低，则隧道中间段可由两个不同的区段组成。

第一个区段为对应设计行车速度下30秒的行车距离，亮度可按现行《规范》进行取值（如表4）；第二个区段为对应设计行车速度的余下中间段长度，亮度可按表4的80%取值，并不应低于1.5cd/m2。

表4中间段亮度Lin计算行车速度（km/h）L in（cd/m2）单向交通N＞1200辆/（h·ln）双向交通N＞650辆/（h·ln）单向交通N≤350辆/（h·ln）双向交通N≤180辆/（h·ln）1009.0 4.080 4.5 2.060 2.5 1.540 1.5 1.55、首次提出隧道出口段分两段设置的方法及亮度指标取值。

出口段长度宜取60m，前30m亮度宜取中间段亮度的3倍，靠近洞口30m宜取中间段亮度的5倍。

既考虑了行车安全，又利于节能。

6、长隧道照明关键参数研究成果对比分析以设计时速为80km/h、长度为3000m的单向交通两车道隧道为例，预测交通量暂定为1200辆/（h·ln），L20（S）取3000cd/m2，隧道照明系统对比分析结果可以看出，3km特长隧道照明规模总体降幅约为5.65%，在保障安全行车的同时，还降低了照明及供配电工程的初期投资、运营电费，年电费节约率为14.62%，经济效益显著。

（四）短隧道照明参数研究成果1、照明设计中的短隧道分类（1）曲线短隧道：位于行车道中线、高1.50m、距隧道入口1倍照明停车视距的位置不能完全看到出口的短隧道，又称光学长隧道。

（2）直线短隧道：在位于行车道中线、目高为1.50m、距隧道入口1倍照明停车视距的位置能完全看到出口的短隧道。

2、短隧道照明入口段及过渡段亮度取值可按表5进行取值。

表5短隧道入口段及过渡段照明亮度计算表隧道长度L （m）隧道类型入口段亮度过渡段亮度第一段第二段100m＜L≤150m 直线短隧道——可不设置过渡段曲线短隧道0.5L th0.25L th150m＜L≤300m 直线短隧道5L in 2.5L in曲线短隧道L th0.5L th是否设置过渡段应综合平面线形及交通量大小确定。

300m＜L≤500m 直线短隧道0.5L th0.25L th 曲线短隧道L th0.5L th3、短隧道中间段照明参数参照长隧道取值。

4、隧道长度L≤300m的直线隧道可不设置出口段照明。

5、短隧道照明关键参数研究成果对比分析：以设计时速为80km/h、长度为300m、365m的曲线短隧道为例，进行照明系统经济效益的比较分析。

预测交通量暂定为1200辆/（h·ln），L20（S）取3000cd/m2，参照规范关于长隧道照明的规定进行设计，隧道照明对比分析如下：（1）300m曲线短隧道与直线短隧道照明系统对比分析。

300m曲线短隧道的照明规模降幅约可达60%；300m直线短隧道的照明规模降幅约可达69%；不仅降低照明及其供配电工程的初期投资，还将减少运营电费和管理费用，经济效益显著。

（2）365m曲线短隧道照明系统对比分析。

照明规模降幅约可达45%，不仅降低照明及其供配电工程的初期投资，还将减少运营电费和管理费用，经济效益显著。

（五）隧道照明灯具布置方式研究成果1、入口段灯具的布置建议采用对称照明系统或顺光照明系统。

2、中间段照明灯具的布置建议采用逆光照明系统。

（六）隧道照明效果现场测试结论本课题首次开展了基于小目标物体发现距离的驾驶员生物效应动态测试试验，首次利用眼动仪动态跟踪测试驾驶员的驾驶行为，探索隧道照明新颖的动态测量评价方法。

为合理评价照明系统、进一步修正照明关键参数提供了技术手段。

四、研究成果依托工程应用效果（一）金鸡岭短隧道研究成果的应用依托工程金鸡岭隧道，在尽量减少原有工程改动的前提下，经比选推荐采用的照明方案与原设计照明方案相比可以减少照明总负荷46％，大大节省了初期投资和常年营运费用。

（二）其余依托工程研究成果应用龙井、黄山岭、石背角和溪背山共4座隧道参照研究成果设计，通过动态现场测试和近三年运营验证了研究成果的可行性；照明系统通过合理、有效控制可满足行车安全要求，总体实现节能20%以上。

五、主要技术创新和提升要求（一）技术创新1、首次提出了短隧道照明的设计方法及指标，优化了长隧道的照明技术参数。