（交通信息工程及控制专业论文）公路隧道照明系统的分析与实现.pdf

摘要 本文从新角度、新理念上提出了特长公路隧道照明系统的人性化设计这一观点，即所 有的设计标准、要求和改进措施必须做到以人为本，以更好的满足驾驶员为出发点和最 终的落脚点。目的是通过设置合理的照明设施防止“黑洞 和“白洞 效应的产生，消 除驾驶员在行驶过程中出现的视觉疲劳，调节驾驶员焦虑情绪和压抑心理等问题。从而 减少事故的发生，保证隧道内的交通安全。 从人机工程学理论出发以营造“人一机一环境”相互协调的系统为目的，从医学的 角度，研究分析了驾驶员的视觉生理基础、视觉机理、视觉动态特征及其影响因素、视 觉疲劳及其影响因素、心理生理特征及其影响因素等。讨论了驾驶员行驶过程中出现的 “道路催眠 、心理紧张恐惧问题。从光学的角度分析了光、照明和视觉的相互关系， 结合公路隧道内的视觉特点，提出在公路隧道中通过照明亮度的改变和灯光颜色的变化 来消除“道路催眠问题；通过把特长隧道化长为短的原则，即设置特殊灯光带营造相 对真实宜人的环境来调节驾驶员焦虑情绪和压抑心理。结合已经开通的秦岭终南山公路 隧道照明系统，研究分析了其特殊灯光带的设置，对理论进行了验证。 本论文吸收并消化了国内外在隧道照明系统领域中出现人性化设计这一新理念，为 公路隧道照明设计、施工单位及科学研究提供理论借鉴；同时对驾驶员和交通管理单位 也具有参考作用。 关键词：公路隧道、照明系统、视觉特征、道路催眠、人性化设计 a b s t r a c t t h i sp a p e rf r o mt h en e wa n g l e ，n e wp r i n c i p l ep u tf o r w a r dh u m a n i z e dd e s i g nt h i s s t a n d p o i n to no v e r l o n gh i g h w a yt u n n e ll i g h t i n gd e s i g ns y s t e m n a m e l ya l ld e s i g ns t a n d a r d s ， r e q u e s t sa n di m p r o v e m e n tm e a s u r eh a v et oa t t a i nt om a k ep e o p l et h ec e n t e r , w i t hb e t t e r s a t i s f yt h ed r i v e rf o rp o i n to fd e p a r t u r ew i ms t o pf o rar e s tap o i n tu l t i m a t e l y t h ep u r p o s ei s t h r o u g hr e a s o n a b l el i g h t i n gs y s t e mt op r e v e n t ”b l a c kh o l e a n d ”w h i t eh o l e ”e f f e c t ，a l l e v i a t e t h ed r i v e r ss e n s eo fv i s i o nt i r e d ，r e g u l a t et h ed r i v e r sa n x i o u sm o t i o na n ds u p p r e s sm e n t a l s t a t ef e a re t cp r o b l e m sw h i c ha p p e a r e di nt h ep r o c e s so fd r i v i n g t h u sr e d u c et h eo c c u r r e n c e o f t r o u b l e ，p r o m i s et h et r a f f i cs a f e t yi nt h et u n n e l s e to u tf r o mp e r s o n sm a c h i n ee n g i n e e r i n ga c a d e m i ct h e o r y , t ot a k ec o n s t r u c t i n g m u t u a l l yh a r m o n i o u ss y s t e mo f ”p e r s o n m a c h i n e e n v i r o n m e n t ”f o rp u r p o s e f r o mt h ea n g l e o fm e d i c a ls c i e n c e ，t h er e s e a r c ha n a l y z e dt h ed r i v e r ss e n s eo fv i s i o np h y s i o l o g yf o u n d a t i o n , s e n s eo fv i s i o nm e c h a n i s m ，d y n a m i cv i s i o nc h a r a c t e r i s t i ca n di t si m p a c tf a c t o r , v i s i o nt i r e d s t a t ea n di ti m p a c tf a c t o r , m e n t a lp h y s i o l o g yc h a r a c t e r i s t i ca n di ti m p a c tf a c t o re t c t h e p r o b l e m s ”t h er o a dh y p n o t i z e ”a n dm e n t a ls t a t es t r a i nh a v eb e e nd i s c u s s e da p p e a r e di nt h e p r o c e s so fd r i v i n g f r o mt h ea n g l eo fo p t i c s ，a n a l y z e dt h ec o r r e l a t i o no fl i g h t 、i l l u m i n a t e da n d s e n s eo fv i s i o n c o m b i n e dt h es e n s eo fv i s i o nc h a r a c t e r i s t i c si nt h eh i g h w a yt u n n e l ，p u t f o r w a r dt h a tp a s s i n gc h a n g et h el i g h t n e s sa n dt h ev a r i e t yo fl i g h tc o l o rt or e m o v e ”t h er o a d h y p n o t i z e ”p r o b l e mi nt h eh i g h w a yt u n n e l ；t h o u g ht h ep r i n c i p l et h a tt u r nt h es p e c i a lf e a t u r e s t u n n e ll o n gf o rt h es h o r t ，t h a ti sc o n s t i t u t i n gs p e c i a ll i g h tb e l tt oc o n s t r u c to p p o s i t et r u ea n d p l e a s a n te n v i r o n m e n tt or e g u l a t et h ed r i v e r sa n x i o u sm o t i o na n ds u p p r e s sm e n t a ls t a t e c o m b i n e dt h ec i r c u l a t i n gq i n l i n gz h o n g n a nm o u n t a i nh i g h w a yt u n n e li l l u m i n a t es y s t e m ， s t u d i e da n da n a l y z e di t ss p e c i a ll i g h tb e l tc o n s t i t u t i o n ，v e r i f i e dt h et h e o r i e s t h i sp a p e ra b s o r b e da n dd i g e s t e dh u m a n i z a t i o nd e s i g nt h a tw a sn e wt h o u g h t sa p p e a r e d i nt h es y s t e mo ft u n n e ll i g h t i n gs y s t e m p r o v i d ea ne m o l l i e n tt h e o r i e sr e f e r e n c ef o rt h ed e s i g n ， c o n s t r u c t i o nu n i to ft h eh i g h w a yt u n n e la n ds c i e n t i f i cr e s e a r c h ；a l s oh a sr e f e r e n c ef o rd r i v e r s a n dt r a f f i cm a n a g i n g k e y w o r d s ：t h eh i g h w a yt u n n e l ，t u n n e li l l u m i n a t e ，s e n s eo fv i s i o nc h a r a c t e r i s t i c ，t h er o a d h y p n o t i z e ，h u m a n i z a t i o nd e s i g n 1 1 1 论文独创性声明 本人声明：本人所呈交的学位论文是在导师的指导下，独立进行研究工 作所取得的成果。除论文中已经注明引用的内容外，对论文的研究做出重 要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本论文中不包含任何 未加明确注明的其他个人或集体已经公开发表的成果。 本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名：谢洒两 呷年石月7 日 论文知识产权权属声明 本人在导师指导下所完成的论文及相关的职务作品，知识产权归属学 校。学校享有以任何方式发表、复制、公开阅览、借阅以及申请专利等权 利。本人离校后发表或使用学位论文或与该论文直接相关的学术论文或成 果时，署名单位仍然为长安大学。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名：谢海雨 导师签名：电坛 2 唧年石月7 日 嘲年月7 日 长安大学硕士学位论文 1 1 课题来源及研究意义 第一章绪论 随着我国社会经济的发展，高等级公路逐年增多。我国7 5 的国土是山地和丘陵， 在山地和丘陵地区修建隧道可以克服地形限制、改善线型、缩短行车距离，从而保护生 态、节省燃料、节约时间、提高经济效益。近十多年来，几乎每年都有十座以上的长大 隧道建成。统计数字表明，截至2 0 0 5 年底，我国已有公路隧道2 4 9 5 座，其中包括在建 的3 0 0 0 米以上的6 0 余座【l 】。较长的公路隧道有川藏公路的二郎山隧道，长4 1 6 0 米， 海拔标高为2 2 0 0 米；广渝高速公路华蓥山隧道( 双洞) 分别长4 7 0 5 米和4 6 8 6 米。在 陕西省穿越秦岭的西汉、西柞、西商三条高速公路上的隧道已成群出现，短则2 - 3 千 米，长则5 - 6 千米，而秦岭终南山隧道，长达1 8 0 2 千米，居亚洲第一，世界第二。 公路隧道是一种特殊的管状构造物，侧向净宽比一般公路小，且高度有限，因此环 境相对封闭。车辆进入通过隧道过程是一个从明亮进入黑洞，适应黑洞后，又从黑洞走 向明亮的过程。这一特殊路段势必给驾驶员带来种种视觉问题。同时车辆在进入隧道后， 由于环境的相对封闭性导致驾驶员的视距有限，再加上隧道内较一般区域黑暗，致使驾 驶员心理上易产生不安与压迫感，使操作自由度降低，从而导致事故的发生，影响交通 安全性。公路隧道的行车安全问题又是高速公路中交通安全的重要环节，因此公路隧道 必须设置照明系统。通过合理的照明，不仅要把必要的视觉信息传递给驾驶员，并且要 让驾驶员在隧道行驶过程中感觉安全舒适。 1 2 国内外研究现状及发展趋势 1 2 1 国外发展概况 隧道照明是在一般道路照明的基础上发展起来的。围绕如何经济有效的解决驾驶员 视觉的暗适应与明适应问题，各国都进行了不同的实验研究，并就隧道的照明问题提出 了各自的观点与设计参数。隧道照明分为白天和夜间两种情况来确定不同的亮度值，这 是各国共同遵守的原则。隧道照明的困难主要在白天，因此国外在洞外露天的一段距离 采用减光措施，逐步将视野环境亮度降低。因为国外对公路隧道的照明技术的研究开始 早，经过多年的研究和实践，所以技术相对成熟。例如，早在2 0 世纪6 0 年代，意、法 两国之间的m o n tb l a n c 隧道( 长1 1 6 千米) 就已经按照交通量的变化进行照明调光【3 】。 长安大学硕士学位论文 8 0 年代后，世界各国相继出台了隧道照明规范，以规范隧道照明的设计和施工，减少 交通事故。其中，当时被广泛接受的标准是c i e ( 国际照明委员会) 1 9 8 2 年制定的( c m n o 3 0 2 ，1 9 9 8 ) 。随后，这个标准分别在1 9 9 0 年、1 9 9 5 年进行了修订。在此同时，各国 也相继实施了各自的标准，如e u r o s t d ( 欧洲隧道照明标准，1 9 9 7 年版) ，日本隧 道照明指针( 1 9 9 0 ) 等。这些发达国家由于照明理论和技术相对比较完善，因此已经 形成规范性的标准。 1 2 2 国内研究现状 为了保证行车安全，根据国家标准，长度超过1 0 0 m 的公路隧道都必须安装照明系 统，公路隧道照明技术需要越来越迫切。我国隧道照明技术起步较晚，经验和基础性的 工作不足。在2 0 0 0 年以前使用的原则主要遵守公路隧道设计规范( j t j 0 2 6 9 0 ) 来 设计隧道的照明系统【2 1 。由于该规范设计标准不很完善，因此9 0 年代后期，为了适应 我国公路隧道照明技术需要，我国有一部分学者在这方面进行了一系列的研究。这些研 究主要从2 个方面进行：确定布置灯光的方案，来消除“黑洞效应 和“白洞效应 等 问题；设计照明的控制系统，对隧道的照明进行动态控制。 2 0 0 0 年1 月，我国颁布了公路隧道通风照明设计规范( j t j 0 2 6 1 1 9 9 9 ) 该规范 在照明系统构成、洞外亮度和减光、隧道各照明段的长度和亮度、照明总均匀度和纵向 均匀度 调光分级、光源分级、灯具及布置、照度与亮度计算推荐方法等方面做出详细 的规范说明。 在该规范公布后，从国内研究情况来看，主要研究方向不再集中于讨论如何设计照 明系统，而在于如何控制照明系统，实现照明系统的自动化，实现照明系统的优化和节 能。 1 2 3 发展趋势 随着公路隧道规模的加大，特别是长隧道和特长隧道的增加，对公路隧道照明技术 的要求也越来越高，促使专家学者在这方面进行研究。其发展趋势可以从以下方面进行 描述： 1 设计开发隧道照明亮度分析和计算软件 在隧道照明系统的设计过程中，首先必须对隧道的各种布灯方案进行分析，一般通 过计算照明亮度等参数来评价和分析各方案的性能。因此，隧道照明系统的设计需要大 量而又复杂的数据计算，为了减轻繁琐的计算工作，并且提高计算精度，国内外相继开 2 长安大学硕士学位论文 发了照明亮度分析和计算软件。 2 对现有隧道的照明系统进行检测和分析 对已经建成并投入使用的隧道，由于运营时间的增长，灯具的照明性能下降，以及 路面和墙面的变化，隧道照明系统的照明性能也会下降。因此，国内有学者就开始研究 如何检测、分析和评价隧道的照明系统。、 3 设计自动调光系统 在隧道的入口段、过渡段等区域的照明自动调光，以实现节能。这种研究国内也已 经有了应用实例，如厦门沧海隧道安装的澳大利亚邦齐公司d y n a l i t e 控制系统。该控制 系统将照明系统分为3 个部分：加强照明、基本照明和应急照明。加强照明采用高压钠灯 按照时序和照明补偿的方法；基本照明采用可调光的荧光灯进行照明，实现连续无级调 光，达到安全舒适和节能的目的。 4 设计开发新型隧道照明灯具和照明方法 隧道的光源发展主要方向是高效节能，现在使用的光源主要有白炽灯、荧光灯、高 压钠灯、低压钠灯、高压汞灯。在这几种灯中，以高压钠灯发展空间最广阔，它有显色 性好、寿命长、光效高等优点。现在使用率很高，主要用在隧道的加强照明方面。另外 低压钠灯由于有较好的透视性，随着进一步的研究，延长寿命也将在长隧道中大量使用。 在照明方法的改进方面，主要是采用逆光照明，这种照明在国外使用很多，如瑞士几乎 所有隧道均采用此种照明方式。另外，国外还有二次配光技术，即将光通过反光器反射 到玻璃罩上，再通过玻璃罩上的配光条纹进行再配光，将光线尽量照射在路面上。 5 隧道照明控制系统 隧道的控制系统发展也比较迅速，国内行业中也有不少的典型工程应用实例。如福 建美菰林特长公路隧道监控系统、长大隧道群的监控系统、甬台温高速公路大溪岭一湖 雾岭隧道的监控系统等。 6 l e d 白光照明的应用 由于我国经济的飞速发展，造成能源的供应短缺，特别是在电力供应方面尤为严重。 再者，隧道照明用电是隧道运营的主要成本之一。从近期或长远的角度出发，节能使一 个必要的手段。白炽l e d 是2 1 世纪引人瞩目的绿色光源，是一种功耗低、寿命长( 正 常发光6 万一1 0 万h ) 、抗震动、无辐射的节能环保型光源。自1 9 9 8 年以来，在短短的 几年中全球半导体与照明领域掀起一股白光l e d “热潮，使白光l e d 技术不断创新， 飞速发展，l e d 的发光强度和稳定性大幅度的提高。从国内外的研究表明，大功率高 3 长安大学硕士学位论文 亮度的白光l e d 已经逐步在工程中得以应用。l e d 在城市道路照明、建筑夜景照明、 家居日用等方面得到了广泛的初步应用尝试【2 1 。 1 3 本课题研究的主要目的、内容及研究意义 1 3 1 主要目的 2 0 0 7 年1 月2 0 同世界上最长的双洞公路隧道秦岭终南山公路隧道正式通车。 秦岭终南山公路隧道是目前世界上第一座采用双洞单向行驶的特长山岭公路隧道，单 洞全长1 8 0 2 公里，双洞总长3 6 0 4 公里，建设规模居世界第一。此前世界最长的单 洞双向公路隧道是总长2 4 5 公里的挪威洛达尔隧道。秦岭终南山公路隧道双洞总长 3 6 0 4 公里，远高于洛达尔隧道。 经常跑长途的驾驶员都知道，进隧道和出隧道时会产生一种“黑洞刀和“白洞 效 应，眼睛极度不适，会产生各种视觉问题，为了防止“黑洞 和“白洞 效应的产生， 缓解驾驶员的焦虑情绪和压抑心理，秦岭终南山隧道参考欧洲先进的隧道设计理念，采 用了极具艺术感的全新照明方案，特意设计了充满人性化的特殊灯光带。隧道内每隔4 5 公里设置一处1 5 0 米长的特殊灯光带，灯光带由蓝色、红色和白色荧光灯管照明，分别 组成朝霞、晚霞、蓝天、白云等图案，减轻驾驶员在特长隧道行车的单调感，缓解驾驶 疲劳，有效地调节了驾驶员情绪，体现了人性化的设计理念。 可见驾驶员作为道路交通安全性问题的核心和主体，保证隧道内的交通安全，必须 做到以人为本，做到使所有的设计标准、要求和改进措施以更好的满足驾驶员为出发点 和最终的落脚点。此外，今天的公路隧道照明不仅仅是单纯的功能性照明，它已经被融 进了景观照明意图，这就要求公路隧道照明设计在保证其交通安全等功能性要求的基础 上，还要与景观照明设计进行沟通，真正做到科学的隧道照明设计。 1 3 2 主要内容 1 结合驾驶员穿越隧道时出现的一系列的视觉变化特征，探讨特长公路隧道照明设计的 一般原则和标准；分析隧道照明控制系统实现照明节能。 2 从人机工程学理论出发，从光学的角度分析光、照明和视觉的相互关系；从医学的角 度研究分析驾驶员的视觉生理基础、视觉机理、视觉动态特征及其影响因素、视觉疲劳 及其影响因素、心理生理特征及其影响因素等。 3 在驾驶员视觉疲劳方面主要讨论“道路催眠”问题；结合公路隧道内的视觉特点，提 4 长安大学硕士学位论文 出在公路隧道中通过照明亮度的改变和灯光颜色的变化来消除“道路催眠 问题；分析 驾驶员行车时的心理生理反应特征，提出对特长隧道用特殊灯光带把隧道化长为短，来 消除人的恐惧、紧张等不良的心理因素。 4 以秦岭终南山隧道为研究对象，介绍其人性化设计的成果，对理论进行验证。 1 3 3 研究意义 本论文是在吸收和消化国内外在公路隧道照明系统领域中出现的新思想新理念的 基础上完成的。本论文的完成对在此领域内的研究人员来说具有参考价值，并为公路隧 道设计、施工单位和交通管理单位提供理论参考。 1 4 本章小结 1 介绍了公路隧道照明系统的国内外研究现状及发展趋势； 2 介绍了本论文研究的主要目的、主要内容及研究意义。 5 长安大学硕上学位论文 第二章公路隧道照明系统 照明就是用光，而用光的主题是人，对于公路隧道照明来说主题主要就是驾驶员， 所以从隧道的照明规划到使用的整个过程都不能忘记人的特性，同时更应考虑我们赖以 生存环境的保护，即节能、节约资源等问题。 照明的目的是通过视觉进行安全、快捷、愉快的各种行动，确保明视性、安全性和 环境的表现性。公路隧道的照明就是把必要的视觉信息传递给驾驶员，并且使驾驶员具 有的安全度和舒适程度应不亚于隧道毗连的明线路段，感觉应像在隧道外连接线上行驶 时的感觉一样，否则驾驶员在接近隧道时往往会习惯性地突然减速，从而导致出现险情， 影响交通安全。 公路隧道照明与道路照明的显著不同是白天也需要照明，而且白天照明问题比夜间 更加复杂，必须考虑白天的“适应”。当人们的眼睛已经适应了白天的主观亮度以后， 就很难在正常的功能状态下，突然面对一个相对亮度很低的隧道入口，这就要立即调整 亮度使眼睛达到暗适应，相反，当离开洞时，人们的眼睛已经适应了洞内较低的亮度， 突然面对一个相对亮度很高的隧道出口，这就要立即调整亮度使眼睛达到明适应。因此， 隧道出入口的照明，必须有特殊加强的照明，使它满足眼睛的适应状况。入口段必须做 好过渡处理，使之从高亮度逐段降低到低亮度水平，在完成这一工作时要考虑到经济效 益。 为防止隧道内照明由于突然停电或其它原因而熄灭，还应设置独立的供电系统来应 急，即应急照明。对长时间停电，还应设置诱导照明，使驾驶员能够在任何情况下看清 前进的方向，驶出洞外。对特长公路隧道来说，驾驶员由于长时间在隧道内行驶，不可 避免的会产生视觉疲劳和心理紧张恐惧等问题。在设计照明系统时，要充分考虑人的因 素做到人性化的设计。因此还要考虑添加特殊照明来消除这一状况。 从理论上讲隧道照明与道路照明一样，也需要考虑路面应具有一定的亮度水平，同 时还应进步考虑设计速度、交通量、线形等影响因素，并从驾驶上的安全性和舒适性 等方面综合确定照明水平。 2 1 隧道的视觉问题 汽车驾驶员在白天从明亮的环境接近、进入和通过隧道的过程中，与行走在一般道 路上是很不一样的，它将发生种种特殊的视觉问题： 长安大学硕：l ：学位论文 1 进入隧道前的视觉问题( 白天) 由于隧道内外的亮度差别极大，所以从隧道外部去看照明很不充分的隧道入口会看 到黑洞( 长隧道) 及黑框( 短隧道) 现象。 2 进入隧道立即出现的视觉问题( 白天) 汽车由明亮的外部进入即使是不太暗的隧道以后，要经过一定时间才能看清隧道内 部的情况，这称为“适应的滞后现象，这是因为急剧的亮度变化，使人的视觉不能迅 速适应所致。 3 隧道内部的视觉问题( 白天、夜间) 隧道内部与一般道路不同，主要在于隧道内部汽车排出的废气无法迅速消散，形成 烟雾，它可以将汽车头灯和道路照明器发出的光吸收和散射，降低了能见度。 4 隧道出口处的视觉问题 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，出现极强的眩光，驾驶员在这种极强的眩光效应下会感到十分不舒服； 夜间与白天正好相反，隧道出口看到的不是亮洞而是黑洞，这样就看不清外部道路的线 形及路上的障碍物【3 1 。 2 2 隧道照明及标准 出于对驾驶员视觉问题的考虑及对照明设计需要，隧道照明系统一般分为下面几个 部分：中间段照明、入口段照明、过渡段照明、出口段照明、应急照明、洞外引道照明 及接近段减光设施。公路隧道通风照明设计规范( j t j 0 2 6 1 1 9 9 9 ) 规定，长度大于 l o o m 的隧道应设置电光照明设施。 1 基本照明 在公路隧道照明区段中，基本段照明也叫中间段照明、基本照明。其任务是保证停 车视距，基本照明水平与能见度、行车速度以及交通量等因素有关。在正常条件下，基 本段的亮度l i n 可按表2 1 取值。 当双车道单向交通量在7 0 0 辆h - - - 2 4 0 0 辆l l 之间，双向交通量在3 6 0 辆h - - 1 3 0 0 辆 h 之间，且通过隧道的时间超过1 3 5 s 时，可按表2 1 的8 0 取值。人车混行的隧道， 基本段亮度不低于2 5 c d m 2 。 7 长安大学硕十学位论文 表2 1 基本亮度l h 计算行车速度 k ( c d m 2 ( k m h ) 双车道单向交通n 2 4 0 0 辆m双车道单向交通n 7 0 0 辆1 1 双车道双向交通n 1 3 0 0 辆l i双车道双向交通n 3 6 0 辆l l 1 0 09 04 8 04 52 6 02 5 1 5 4 01 5 1 5 路面亮度总均匀度应不低于表2 2 所示值，当交通量为其中间值时，可内插。 表2 2 路面亮度总均匀度o u o ) 设计交通量n ( 辆1 1 ) 双车道单向交通双车道双向交通 u o 2 4 0 0 1 3 0 0 0 4 7 0 0 3 6 0 0 3 插。 隧道路面中线亮度纵向均匀度应不低于表2 3 所示，当交通辆为其中间值时，可内 表2 3 亮度纵向均匀度( u 1 ) 设计交通量n ( 辆绚 双车道单向交通双车道双向交通 u i 2 4 0 01 3 0 0 0 6 旬7 7 0 03 6 0 0 5 关于舒适性标准，难以用一个数值限界表示，影响舒适性的因素除亮度之外还有许 多其他因素，如灯具布置、光色、点光源还是线光源等都影响到驾驶员的主观感觉。 夜间没有白天那样强烈的明暗适应问题，交通量也大大减少，所以照明标准可以适 当降低。其减少程度以不会因此导致交通事故为限度，一般折减系数可取0 5 。夜间沿 隧道全长按同一标准照明，但为了使出口处不产生黑洞效应，洞外连续道路应设计相应 照明。 2 入口照明 在通常情况下，当汽车驶近隧道，但距洞口尚有一定距离时，驾驶员的注意力会自 然的集中在观察洞口附近情况上，开始注视之点称为注视点。继续接近洞口时，在驾驶 员的视野里，亮度较高的外界景物( 其亮度为外界亮度) 逐渐减少，相应的洞内低亮度 的景物逐渐增加。当汽车到达洞外某一点( 约距洞口1 0 m ) 时，司机视野中的外界景物 8 长安大学硕上学位论文 全部消失、开始适应洞内亮度的变化，不再为“感应现象 所困扰，该点成为适应点。 在照明设计中，车速与洞外亮度是两个主要基准值，车速已由道路等级限定，洞外 亮度值要由道路照明设计者进行周密调查后确定。其取值等级升高一级对造价和运营费 用都将产生很大影响，因而需要采取适当措施降低洞外亮度，以便减少造价和节能。 对洞口照明的研究是从本世纪五十年代中期开始的，研究的主要课题是洞口处的最 高亮度厶应该怎样取值。隧道交通中最重要的问题莫过于安全，没有可靠的安全性就 谈不上通行能力，所以厶值应满足安全上的需要。当司机在适应点观察隧道内部时， 至少应当满足在停车视距以远处能识别2 0 x 2 0 c m 的正方形障碍物。由眼睛适应能力方 面的知识联想到厶受洞外亮度l 2 。( s ) 的影响，换句话说，由洞外亮度厶。( s ) 到洞口处亮 度厶的减少速率受眼睛适应能力的限制。减少速率过快眼睛将产生不适应现象，出现 黑洞效应是不容许的。相反的，减少速率过慢，即厶过高，是不经济的，也不符合要 求。研究表明，厶与注视时间及车速有关。注视时间长，车速低，则毛低：反之则高。 还与洞口朝向、交通方式( 单向或对向) 、交通量及车速等有关。朝东比朝西时低，朝 南比朝北时低，单向交通比对向交通时低，交通量较小时比较大时低，车速小时比车速 高时低。 入口段的长度取决于设计的车辆行驶最大速度，且与该速度所对应的停车视距相 等。这是因为在入口段的远端必须提供衬托观察物体的背景，使驾驶员从这个停车视距 到进入隧道能看清楚这些物体。 根据公路隧道通风照明设计规范( j t j 0 2 6 1 1 9 9 9 ) 入口段亮度可按公式2 1 计 算： 厶= k k ( s ) ( 2 1 ) 式中厶入口段亮度( c d m 2 ) 尼入1 ：3 段亮度折减系数， 厶。( s ) 洞外亮度( c d m 2 ) k 一般按下表2 4 取值 长安大学硕士学位论文 表2 4 入口段亮度折减系数k 设计交通量n ( 辆1 1 ) 七 计算行车速度v i ( k m h ) 双车道单向交双车道双向交 1 0 08 06 04 0 通通 2 4 0 01 3 0 00 0 4 50 0 3 50 0 2 20 0 1 2 7 0 03 6 00 0 3 50 0 2 50 0 1 50 o l 附注1 ：当交通量在其中间值时，按内插考虑。 在洞口土建完成时，应采用黑度法进行洞外亮度实测。实测值与设计值的误差如超 出2 5 ，应调整照明系统的设计。黑度法是一种简易的实测法。实测时，在接近段起 点s 距地面1 5 m 高处，正对洞口拍摄黑白照片，拍摄时在洞口旁立一个已知亮度的灰 板，作为参照物，然后将冲洗出来的胶片置于黑度仪上测读2 0 。视场内各景物的黑度， 经权重计算得出平均黑度，从而确定现场的洞外亮度l 2 0 ( s ) 值。实测应在夏季( 6 ，7 ， 8 月) 晴天无云时连续进行3 日，每日测读5 次( 1 1 ：0 0 至1 5 - 0 0 时，时距l h ) 或1 1 次( 8 ：0 0 至1 8 0 0 时，时距l h ) 。洞外亮度实测时实测位置为接近段起点，接近段长 度应取洞外一个照明停车视距，照明停车视距可按下表2 5 取值。 表2 5 照明停车视距1 ) s 弋v , ( k m h ) _ 4321o1234 1 0 01 7 91 7 31 6 81 6 31 5 81 5 41 4 91 4 51 4 2 8 01 1 21 1 01 0 61 0 3 1 0 09 89 59 39 0 6 06 26 05 85 75 65 55 45 35 2 4 02 92 82 72 72 62 62 52 52 5 根据公路隧道通风照明设计规范( j t j 0 2 6 1 1 9 9 9 ) 入e l 段长度可按下式( 2 2 ) 计算： d , h = 1 1 5 4 d , 一器 ( 2 2 ) 式中， 巩入口段长度( m ) ； 口照明停车视距( m ) ； h 洞口内净空高度( m ) ： 入口段灯具布置 1 0 长安人学硕士学位论文 入口段的照明由基本照明和加强照明两部分组成，前者的灯具布置应按中间段照明考 虑，后者可用功率较大的灯具加强照明。 入口段的加强照明所有灯具，可以从洞口以内1 0 m 处开始布设。 3 过渡照明 在公路隧道照明中，介于入口段和中间段之间的照明区段成为过渡段，其任务是解 决从入口段亮度厶到中间段亮度厶的剧烈变化( 常为数十倍) 给驾驶员造成的不适应 现象，使之能有充分的适应时间。该适应时间取决于中间段亮度毛和入口段亮度厶之 比。通常过渡段有t r i ，t r 2 ，t r 3 三个照明段组成，与之对应的亮度可按下表2 6 取值 表2 6 过度段亮度表 i照明段t r it r 2t r 3 l i i 亮度 l 廿i = 0 3 l t hl “2 = 0 1 h hk = 0 0 3 5 l t h l 过渡段长度根据设计的最大车速而定，且过渡段上的照明水平与入口段末端和中间 段上的照明水平是有区别的。现行公路隧道通风照明设计规范( j t j 0 2 6 9 0 ) 中过渡 段分别由过渡段1 、过渡段2 和过渡段3 构成。 过度段各照明段的长度可按下表2 7 取值 表2 7 过渡段长度珥 计算行车速度d t r ld 口2d 仃3计算行车速度v td 订id 蛇d 们 ( m )( m )( m )( k m h )( m )( m )( m ) 哆( k m h ) 1 0 01 0 61 1 11 6 76 04 46 7l o o 8 07 28 91 3 34 02 64 46 7 4 出口照明 出口段是指隧道内接近出口行驶的驾驶员视觉受洞外光线影响的一段。在对向交通 的隧道中，两段均为入口，同时也均为出口，两端的照明情况完全相同，也就不存在出 口的处理问题，不需要出口照明。 在单向交通的隧道中，需要对出口段作适当的处理，以便缓和白洞现象带来的不利 影响。根据公路隧道通风照明设计规范( j t j 0 2 6 1 - 1 9 9 9 ) 在单向交通隧道中，应设 置出口段照明；出口段长度取6 0 m ，亮度宜取中间段亮度的5 倍。 长安大学硕：l ：学位论文 隧道出口朝东或朝西的情况下，在日出或日落时阳光可直接射入隧道洞口，形成强烈的 眩光为避免发生这种现象，出口应作适当处理，其方法主要有两种：一是在洞内出口段 设置曲线，或在洞外设置曲线段做遮挡；二是在出口引道上设置曲线，并在曲线外侧设 置挡墙、种植高大常青乔木等，遮挡直射阳光。 5 接近段减光设施 隧道洞外随季节、时辰变化，并且因隧道所处环境( 如山区、平原区等) 和所在地 区不同而变化。明亮的日光下亮度可高达8 0 0 0 c d m 2 ，显然亮度是过高。我们希望能把 洞外亮度降低到较低的程度，使司机在进入洞内时感受到的亮度变化较为缓和。因此， 需要在洞口外进行一些适当的处理。遮光处理是解决入口照度突变造成的视觉不适应的 方法之一，可以减少缓和照明的安装功率。遮光的原则是使越接近入口的光线能够变得 较弱，遮光距离一般不少于5 0 m 。如在接近入口处地段设置遮光棚、铺设黑色路面以及 植树或铺植草坪等，借以降低此段的天然亮度，并使路面的亮度与洞口亮度相适应。遮 光棚在国外常用，但其建筑费用很高，用栽树的方法来代替遮光棚则较为经济，同样也 能收到较好的效果。不论洞外是否采用遮光处理，在进口段的墙面和路面上都应使用反 射率较高的浅色建筑材料。在接近段起点处的2 0 。视场中，天空面积小于5 0 时，不 宜设置遮光棚。 6 洞外引道照明 洞外引道宜布设置路灯，布灯长度与路面亮度不宜小于下表2 8 所示值 表2 8 洞外引道布灯长度与路面亮度 计算行车速度( k m h ) 路面亮度( 甜珑2 ) 长度( 朋) 1 0 0 2 o1 8 0 8 01 01 3 0 6 00 59 5 4 00 5 6 0 7 应急照明 隧道照明由于突然停电或其它原因而熄灭，在灭灯最初数秒钟内是最危险的。此时， 如果某一汽车突然急减速，而后面其它车辆仍以原速度继续行驶，在这种亮度突然降低 的情况下汽车速度突然变化会来危险。但在几秒钟后汽车前灯点燃，驾驶员慢慢适应环 境，危险才能消除。因此，事故照明在停电后数秒钟点燃是不能满足要求的，宜有两个 1 2 长安大学硕士学位论文 以上独立电源供电，应急照明应有另外的独立供电系统。备用电源能在主电源停电后自 动投入，并持续3 m i n 以上。应急照明的照度一般应为正常照明的1 5 以上，对于长时 间停电，则希望设置诱导照明，此时应在隧道内壁等间隔布灯，以指引隧道内壁位置及 进出方向。在长隧道及特长隧道中，应设置避灾引导灯【1 2 】。 2 3 光源与灯具 过去，我国一直是低等级公路较多，公路隧道很少，长、大隧道更难见到，至于隧 道的照明设施更无从谈起，对隧道照明缺乏深入研究。随着公路建设尤其是高速公路建 设的发展，公路隧道方案被广泛采用，公路隧道项目日益增多。隧道照明设施的规模及 数量越来越大，隧道运营电力费也越来越高；同时隧道照明质量跟不上高速发展的公路 建设，严重影响行车安全性，隧道交通事故也日益增多。因此对隧道照明节约能源、提 高照明效果、保证行车安全性和舒适性的要求进一步提高。 隧道照明的光源应满足隧道特定环境下的光效、光通量、光衰减、寿命、光色和显 色性、成本要求；同时还能保证在汽车排放形成的烟雾中有良好的能见度。隧道照明的 效果必须依靠可靠的光源来实现。公路隧道一旦投入使用，照明系统几乎就处于长期点一 灯状态。选择一种适宜的光源，是隧道照明的重要环节。应综合考虑，合理运用。隧道 用光源的发展方向是高效节能。目前隧道照明中一般选用的光源是白炽灯、荧光灯、高 压汞灯、低压钠灯和高压钠灯。随着科技的发展，照明领域取得了一个又一个的进步， 随着l e d 新光源的推出以及电磁感应灯的问世。人们也试图将这些新型电光源用于道路 和隧道照明中。 2 3 1 传统光源 1 白炽灯 白炽灯开创了人类电气照明的历史，是照明也是隧道照明的第一代光源。白炽灯结 构简单、使用方便、易于调光、色调温暖、显色性好，但是效率低、耗电高、寿命短、 容易破碎。目前隧道照明中已不使用白炽灯。 2 荧光灯 荧光灯使用寿命不长，透雾性较差，但显色性较好，荧光灯的光效和寿命均为普通 白炽灯的5 倍以上，在城市隧道中也有使用，一般使用在隧道紧急停车带和人行横道中。 3 低压钠灯 低压钠灯虽然光效高于其它光源，但是它的显色性差，使用寿命短，国内几乎没有 1 3 长安大学硕+ 学位论文 生产，所以目前在隧道中很少使用。随着进步的研制，延长寿命，也将在隧道中大量 使用。 4 高压汞灯 高压汞灯是隧道照明的第二代光源，光效不高，而且吸引蚊虫，不能调光。目前隧 道照明中已逐渐减少使用。 5 高压钠灯 高压钠灯光效高、透烟性强、使用寿命长，是隧道照明绿色产品。高压钠灯是目前 公路隧道照明光源的最佳选择。 在公路隧道的发展进程中，高压钠灯发展空间广阔，市场容量很大，替代高压汞灯 照明势在必行。9 0 年代中期，欧司朗公司己开发出脉冲式钠灯光源，该光源除继续保持 寿命长、高光效的特点外，还显著改善了光色和显色性。 目前，国内外隧道照明几乎均采用高压钠灯。这是因为高压钠灯具有光效高、寿命 长，且所发出的桔黄色的光线，具有强透雾功能。高压钠灯主要配用镇流器。目前在市 场上销售的镇流器有传统电感镇流器、节能( 低损耗) 型电感镇流器、h 级电子镇流器、l 级电子镇流器。传统的电感镇流器功率耗损大，仅镇流器每年消耗电能数量巨大；可电 子镇流器具有高光效、低频闪和节能等优点，但目前因价格过高或产品质量难以令人满 意或对外电磁干扰很严重等适用范围受到限制。而节能型电感镇流器性能安全、可靠、 节能、省钱，符合现在的中国国情，符合绿色照明的需要，可靠耐用，价格低廉，节能 效果显著，既实现环保节能又可以节省投资，是绿色照明时代的主流产品。同时高压钠 灯的寿命在标准电压下工作一般为1 8 0 0 0 h 2 4 0 0 0 h 。 2 3 2 新型光源 1 l e d ( 发光二极管) l e d 以其固有的特点，如省电、寿命长、耐震动，响应速度快、冷光源等特点，广 泛应用于指示灯、信号灯、显示屏、景观照明等领域。但白色l e d 单颗用电1w ，光输出 2 5l m ，目前由于白光l e d 的光效低、功率小，亮度差、价格昂贵等条件的限制，无法作 为通用光源推广应用。近年来，l e d 的发光效率虽然在逐步提高。但是，在照明普及应 用方面仍存在一些技术性问题： ( 1 ) l e d 灯的功率和光效有待大幅提高，使其具有更高的光通量和更高的能量效率。 ( 2 ) 白光l e d 发出的白光带有蓝色光的成分，在这种光的照明下，人们的视觉效应不是很 自然、舒服。 1 4 长安人学硕士学位论文 ( 3 ) 如何将l e d 点光源集中形成高强度、大面积照明。 ( 4 ) 价格昂贵是影响l e d 照明的主要原因，降低成本是l e d 照明推广应用的关键。 ( 5 ) l e d 和光学、机械、电子控制等相关技术的整合。 ( 6 ) l e d 照明规范、标准的制订【1 4 1 。 解决上述问题需要很长的一段时间。据了解目前国内外还没有l e d 新光源在隧道照 明应用的成功案例。l e d 新光源要在隧道照明中建设和维护中取代大功率的高压钠灯、 高压汞灯、金卤灯等光源，还需进一步的研究和探讨，解决l e d 光源在照明应用中存在 的技术问题，生产出符合隧道照明的新产品才能使l e d 新光源发挥更大的作用。目前， 全世界都在致力于l e d 的研究，可以相信，在不久的未来，l e d 光源的应用也将不断发展， 在隧道照明建设中发挥巨大的作用。 2 无极荧光灯( 电磁感应灯) 无极荧光灯采用的原理是先由电产生磁场，再由磁场产生感应电流，再应用耦合震 荡原理将产生的高频电压注入到玻壳或玻璃管中。电磁感应灯的寿命可以达n 6 00 0 0h 以上，光效可达8 5 - - - - 9 0 1 m w ，显色性好，而且高效节能。但电磁感应灯真正投入照明， 服务社会，技术上还需要更多的完善。如何解决大范围应用电磁感应灯存在的电磁干扰， 就成为科研人员主要的攻关课题。且价格昂贵，在日本新干线上安装的1 0 5 w 的灯体，约 5 0 0 美金左右只。德国欧司朗公司已开发成功1 0 0 w 和1 5 0 w 两种规格无极荧光灯并投入 使用，但价格高，每只5 5 0 0 - 6 5 0 0 元，只在欧洲少量使用。