硕士研究生课程
?隧道工程?结课论文
院(系): 土木工程与建筑学院 专业： 建筑与土木工程 任课教师: 研究生姓名: 学号: 成绩： 日期： 2014年 月 日
隧道照明设计浅析
【摘要】隧道照明不同于一般道路照明，有其明显的特殊性和重要性，对隧道的交通安全
起着至关重要的作用。隧道照明具有隧道内外亮度差极大、空气污染严重、空间有限、噪音大、震动大等特点。隧道的照明要根据这些特点来设计解决。且隧道具有缩短里程、节省时间、提高交通运输效率、节省用地和有效保护生态环境等优点，但伴随着隧道照明设施的规模及数量与隧道的运营电费和维护费用必将越来越大、越来越高。因此，在当前我国能源紧张、用电缺口巨大的形势下，做好隧道照明的节能也有很重要的意义。来本文重点介绍隧道照明的主要特点及照明设计方法、影响隧道照明因素、隧道照明应注意的问题及隧道照明节能措施。
【关键词】隧道照明；照明设计；照明节能
一、隧道照明的特点
隧道照明具有以下特点：隧道内外亮度差极大、空气污染严重、空间有限、噪音大、震动大等。隧道照明的设计不同于道路照明，尤其在白天晴天的时候隧道内外的亮度差别极大（通常相差几百到几千倍），驾驶员进入隧道时，从外部向隧道内看是一个黑洞（对长隧道而言）或一个黑框（对短隧道而言）；白天驾驶员通过较长的隧道接近出口时，看到的是一个刺眼的炫亮白洞。为了消除黑洞和白洞现象，必须在隧道的入口和出口使路面的亮度达到一定水平，即加强照明；隧道内由于车辆排除的烟气，受到汽车前照明灯的照射，光线被烟雾吸收形成光散射现象，造成光幕，从而是前方的障碍物与路面、侧壁亮度对比减弱，使驾驶员识别障碍物的能力下降，所以隧道内基本段的亮度也要比普通路面高，而且隧道内灯具的布置还应该尽量减少频闪现象。
二、隧道照明设计
人眼对光的适应特性：从眼睛构造可知，视细胞有锥体细胞和杆体细胞两种，这两种 细胞对光的感受性是不同的，杆体细胞对光的感受性很高，而锥体细胞对光的感受性很低。 在明亮的环境下（亮度达到 10cd/m2），主要由锥体细胞参与视觉工作，这种视觉状态称 为明视觉；在昏暗的环境下（亮度在 10-2~10-6cd/m2），主要由杆体细胞参与视觉工作，这 种视觉状态称为暗视觉；亮度在 10~10-2cd/m2时，杆细胞和锥体细胞同时工作。锥体细 胞和杆体细胞对光的敏感性不同，锥体细胞对 555nm 的光敏感性最大，杆体细胞对 507nm 的光敏感性最大。
眼睛不但在阳光下能看清物体，在月光下也能看见物体，这主要是由于锥体细胞和杆 体细胞相互交换工作、瞳孔的大小变化以及视网膜上的化学变化等因素有关。当视觉环境 内亮度有较大幅度变化时，视觉对视觉环境内亮度变化顺应时的感受性称为适应。适应有 明适应、暗适应两种。人从黑暗处进入明亮环境时，最初会感到刺眼，而且无法看清周围 的景物，但过一会儿就可恢复正常的视力，这种适应叫明适应。人从明亮的环境进入暗处 时，在最初阶段将什么都看不见，逐渐适应了黑暗后才能区分周围物体的轮廓，这种从亮 处到暗处人们视觉阀限下降的过程就称为暗适应。明适应和暗适应所需的适应时间视具体 情况有长有短，一般说来明适应所需时间短，暗适应所需时间长。
在设计隧道照明时，要考虑到人的明适应和暗适应因素，重视过渡空间和过渡照明的 设计。为了满足眼睛适应性要求，在隧道入口需作一段明暗过渡照明，以保证一定的视力 要求。隧道出口处因适应时间很短，一般在 1s 以内，故可不作其它处理，况且隧道照明 不同于其它道路照明，存在以下几种特殊的视觉问题： （1）进入隧道前（白天）：由于隧道内外的亮度差别极大，因此从隧道外部去看，照
明很不充分的隧道入口会看到“黑洞”现象。 （2）进入隧道后（白天）：汽车由明亮的外部进入即使不太暗的隧道以后，要经过一 定时间才能看清隧道内部的情况，这称为“适应滞后”现象。
（3）隧道出口处：在白天，汽车穿过较长的隧道接近出口时，由于通过出口看到的 外部亮度极高，出口看上去是个“亮洞”，会出现极强的眩光，驾驶员感到极不适应；夜 间与白天正好相反，隧道出口看到的不是亮洞而是黑洞，这样驾驶员就看不清外部道路的 线型及路上的障碍物。
以上这几种特殊的视觉问题给隧道照明提出了较高的要求。有效解决这些视觉问题， 可从以下几方面着手。 1、隧道照明的设置
隧道照明可划分为引入段、适应段、过渡段、基本段和出口段等五个区段照明，其每个区段照明的作用：
引入段：消除“黑洞”现象，使驾驶员在洞口处能辨认障碍物； 适应段：进入隧道后，驾驶员能很快适应并消除“黑洞”现象； 过渡段：驾驶员逐渐适应隧道内部照明； 基本段：隧道内部基本照明；
出口段：在白天，使驾驶员能逐渐适应出口处的强光，消除“亮洞”现象；在夜间，使驾驶员能在洞内看清外部道路的线型及路上的障碍物，消除出口处的“黑洞”现象。 隧道照明的设计亮度以白天和夜间两种不同情况来确定，白天照明的隧道，其照明区段的划分和路面最低亮度可按照下列照明渐变图和表1如下：
照明渐变梯度图（白天）
表1区段照明长度及路面最低亮度
注：（1）上表是以隧道口部环境亮度为 4000cd/m2为基本亮度拟定的，如果洞外亮度大 于或小于 4000cd/m2表值应乘以系数 k0。K0=洞外环境亮度/4000 （2）当洞口没有减光措施时，要考虑缩短或取代引入段。 （3）当设计速度超过 80km/h 时应作专门研究。 隧道照明的设计是以亮度作为衡量指标的。但在设计方案的计算当中，我们还必须引入照度的指标进行参考。照明要求的亮度是分白天和夜间两种不同情况。隧道出口和入口的照
明设计应达到一定的照度标准。在白天，隧道出口段的亮度和入口段的亮度，应比隧道内基本照明亮度值高；在夜间，则相反，应低于隧道内基本照明亮度值；当隧道外有路灯照明时，隧道内路面亮度值不得低于露天亮度值得2倍。
2、照明光源及灯具
照明光源及灯具的选择是否适当是隧道照明质量有无保证的关键。隧道照明的光源， 除应满足在隧道特定环境下的光效、光通量、寿命及工作特性、光色、显色性和控制配光 的难易程度等要求外，还应选择在汽车排烟形成的烟雾中仍能保证有良好能见度的光源。 因此，通常情况下，应使用在烟雾中有较好透视性的低压钠灯或高压钠灯，如果是短隧道 或柴油车比率较小的隧道，烟雾会少些，亦可使用显色性相对较好的荧光灯。隧道出入口 的照明，可选用光通量高的高压钠灯。选择照明器时应注意选择尺寸合理、耐腐蚀性强、 不易老化、防潮和防喷流的灯具。照明器应有较好的配光性能，避免眩光，可采用专用的 隧道灯。隧道内基本照明及夜间照明标准列入下表：
注：（1）平均照度换算系数：13（混凝土路面）；22（沥青路面） （2）当设计车速超过 80km/h 时应作专门研究。 3、照明灯具的布置
隧道照明灯具的布置，除考虑亮度分布外，还要考虑闪光、诱导性、灯具维修方便， 其布置形式主要有三种，即相对排列、交错排列和中央排列。为了避免灯具不连续直射光 由侧面进入驾驶室造成“闪光”的不快感，应尽量不将灯具装在侧面，而装在隧道顶部两 侧或中央，且安装高度应在路面以上 4m 为宜。照明灯具呈线形分布，在一般情况下路面亮
度均匀度不应小于 0.35。
在照明灯具的选用上，一般分为一般照明、应急照明、特殊灯光照明这三种情况，根据不同的情况要选用不同的照明灯具。 （1）一般照明
一般照明包括保证隧道内正常行车所必需的基本照明和消除出入口“白洞”和“黑洞”效应的加强照明。隧道基本照明布灯方案为：两侧交错布灯，间距为10m，灯具安装于距路面中心5.3m处的隧道侧壁上。为了美观，加强照明灯具的安装高度同基本照明保持一致，并均匀布设于基本照明灯具间。
按规范要求一般照明为一级负荷。根据《民用建筑电气设计规范》（JGJ/T 16－92）第11.8.6条要求：“特别重要的照明负荷，宜在负荷末级配电盘采用自动切换电源的方式，也可采用由两个专用回路各带约50％的照明灯具的配电方式。”显然，“在负荷末级配电盘采用自动切换电源的方式”不适于隧道照明，本隧道采用“由两个专用回路各带约50％的照明灯具的配电方式”。这样即使在有一路电源或一台变压器检修或故障的情况下，也能保证隧道内最少有一半灯具正常点亮，不会引起整个隧道一般照明灯具全部熄灭而对高速行驶的车辆造成危险。
隧道内的照明根据各区段在不同环境下的亮度要求及交通量进行控制。通过隧道内、外设置的亮度监测仪和环形线圈来检测隧道口附近的光强，并通过隧道的交通量来控制各区段的照明亮度，使驾驶员尽快适应隧道内、外的光强变化，消除因光强变化所引起的视角障碍，从而达到既满足隧道的亮度要求，保证行车安全，又能延长灯具使用寿命和节约能源的目的。根据《公路隧道通风照明设计规范》（JTJ 026.1－1999）要求“入口段加强照明白天分晴天、云天、阴天、重阴4级控制，基本照明分夜晚交通量大、交通量小2级控制，出口段加强照明分白天、夜晚2级控制”。 （2）应急照明
大部分驾驶者在进入隧道时一般会开启车灯，但是还有部分驾驶者在进入一般照明全开启的隧道后会关闭车灯，这样做存在着很大的危险。虽然我们前面所说的一般照明是按照一级负荷来供电的，但是也不排除两路电源同时故障的可能。如果一般照明断电的话，没有开启车灯的车辆在隧道这样一个狭小的空间高速行驶其危险性就不言而喻，会发生由于司机的恐慌而引起追尾、碰壁等一系列交通事故。而设置了应急照明的隧道就完全可以降低此类事故的发生，当一般照明断电时，还有一部分应急照明灯具继续工作，虽然亮度较一般照明低，但是足以使司机采取一系列的安全驾驶措施，如：开启车灯、减速等。 应急照明的设置有以下几种方案：（a）从布灯方式上分为利用基本照明灯作为应急的方案和单独设置应急灯的方案。这两种方案都可以满足要求，由于大部分隧道采用高压钠灯照明，而高压钠灯（包括其它气体放电灯）断电后再起动时间较长（5～8min），很难作为应急照明灯。现在国内外在采用高压钠灯作为照明光源在隧道中的常规做法是单独设置应急灯，这样会造成重复投资，并且影响美观。因此采用的是利用基本照明灯作为应急照明的方案。平时应急照明作为基本照明的一部分，当基本照明出现故障后应急照明灯继续工作，以保证隧道内行车安全。（b）从应急电源选用上有集中设置应急电源和分散应急电源方案。分散应急电源一般应用于规模较小的建筑中，而在大型建筑中由于应急灯具数量较多，考虑到维护和投资方面的因素，一般采用集中应急电源装置。集中应急电源装置一般有EPS（应急电源）、UPS（不间断电源）和发电机几种。因启动发电机启动时间较长，不满足《公路隧道通风照明设计规范》（JTJ 026.1－1999）第4.9.1条“长度大于1000m的隧道应设置应急照明系统，并保证照明中断时间不超过0.3s。”的规定，因此设计中发电机作为应急电源的方案不予考虑；而由于隧道的特殊环境要求，并且从节能、寿命的方面考虑，最终应急电源选用了EPS装置。采用高压钠灯等气体放电光源作为隧道应急照明尚无先例，通过试验证明高压钠
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