从CIE88—2004看《公路隧道照明设计细则》的先进性

刘亚军，史玲娜，涂 耘，安文娟

(1.陕西宝汉高速公路建设管理有限公司， 陕西 汉中 721300； 2.招商局重庆交通科研设计院有限公司， 重庆 400067)

从CIE88—2004看《公路隧道照明设计细则》的先进性

刘亚军1，史玲娜2，涂 耘2，安文娟2

(1.陕西宝汉高速公路建设管理有限公司， 陕西 汉中 721300； 2.招商局重庆交通科研设计院有限公司， 重庆 400067)

在深入研究CIE88—2004《公路隧道和地道照明设计指南》的基础上，分析比较JTG/T D702-01—2014《公路隧道照明设计细则》和JTJ 026.1—1999《公路隧道通风照明设计规范》在隧道照明设计思想及方法上的不同。对具体隧道采用《细则》方法进行照明优化设计，并将设计结果与按《规范》设计的结果进行比较。结果表明：采用CIE隧道照明的设计思想，不仅符合隧道行车的视觉适应特点，而且还有利于隧道照明节能，隧道照明的舒适性与节能性均体现出《细则》的先进性。

隧道照明；CIE；《细则》；视觉适应；节能

随着我国公路隧道建设的发展，我国公路隧道照明设计规范也逐步完善。1990年前，我国对公路隧道照明没有具体规定。1990年12月1日，交通部颁布实施了JTJ 026—1990《公路隧道设计规范》，从而使我国公路隧道照明设计有了相应的设计技术标准[1]。目前，国内约有1 000多座2000年以前建成的公路隧道，其照明系统的设计及运营管理主要采用该规范的相关规定。2000年6月1日，交通部颁布了交通行业公路隧道照明设计及运营管理的专业规范，即JTJ 026.1—1999《公路隧道通风照明设计规范》(简称《规范》)。之后10多年间，已建成的7 000多座公路隧道其照明系统设计及运营管理主要采用该《规范》的相关规定。上述2个规范对推进我国公路隧道照明工程科技进步、规范其设计行为、完善隧道照明体系等均起到了积极的作用。但我国公路隧道建设和隧道照明技术起步较晚，规范编制阶段的经验和基础性工作不足，未能全面覆盖相关技术内容，在隧道照明的分期实施、短隧道照明设计方法与取值、节能光源及灯具的应用标准等方面仍存在一些不足[2]。

鉴于此，招商局重庆交通科研设计院有限公司在总结近些年我国隧道照明建设经验及技术发展趋势的基础上，吸收了隧道照明设计经验及科研成果，参考CIE88—2004《隧道和地下通道照明指南》和CEN4380—2003《照明设备—隧道照明》，编制了JTG/T D702-01—2014《公路隧道照明设计细则》(简称《细则》)，并在2014年8月1日由交通运输部正式颁布，同时还颁布了JTG D70/2 —2014《公路隧道设计规范 第二册 交通工程与附属设施》以指导隧道机电设计的规范化。《细则》对隧道照明设计考虑了驾驶员的隧道行驶视觉特性，提出了符合隧道视觉特点的节能设计方法。为充分说明《细则》在隧道照明设计理论与方法上的先进性，本文从CIE88—2004的角度，结合《细则》与《规范》的比较结果，对《细则》的先进性及对应的节能性进行阐述。

1 CIE88—2004的隧道照明设计思想

CIE88—2004规定隧道照明应遵循驾驶员的视觉需求，并以能辨识路面障碍物的停车视距作为照明安全设计的原则[3]。其根据隧道行车的视觉适应性将隧道分为接近段、入口段、过渡段、中间段、出口段和分离段，如图1所示，并根据隧道的几何长度、线形、洞壁反射率及交通量规定了不同长度隧道入口段白天的照明要求。

图1 隧道区段划分

CIE88—2004对隧道不同区段的亮度确定及照明设计思想所述如下。

入口段：指紧邻洞口的隧道内第一区域，其长度至少为1个停车视距。入口段设计亮度Lth由大气光幕亮度Latm、汽车挡风玻璃光幕亮度Lws、接近段等效光幕亮度Lseq、最小要求辨识对比度Cm、目标物反射系数ρ和对比显示系数qc等因素决定，计算式为：

(1)

(2)

式(2)中接近段等效光幕亮度Lseq的取值由停车视距2.0°～56.8°范围内极坐标区域中不同区域平均亮度Lije的叠加而成，可由下式表示：

Lseq=5.1×10-4∑Lije

(3)

CIE88—2004规定，在入口段前半段，亮度为Lth，后半段亮度可线性减小；在入口段末端，亮度值要减小为前半段亮度值的0.4倍，即0.4Lth。

过渡段：指隧道内部亮度过渡区域，起于入口段的终点，止于中间段的起点。其亮度递减规律由式(4)决定，如图2所示。CIE88—2004规定该亮度递减曲线可由阶梯曲线替代，相邻2区段最大亮度比为3，且最后1个区段的亮度不应大于中间段亮度的2倍。

Ltr=Lth(1.9+t)-1.4

(4)

中间段：指隧道过渡段与出口段之间的隧道中间部分。亮度值由停车视距和交通量决定，其值如表1所示。CIE88—2004规定对特长隧道的中间段可分为2段，第一区段为行车前30 s的距离，对应亮度也按表1取值；余下部分为中间段的第二区段，其亮度按表2取值。

出口段：指隧道中间段终点到出洞口之间的区域。长度建议为一个停车视距，CIE88—2004规定白天出口段的亮度应线性增加，在距出口20 m处，其亮度应增加到中间段亮度的5倍。

图2 过渡段亮度递减规律

停车距离/m亮度/(cd·m-2)长隧道小交通量长隧道大交通量1606063106

表2 特长隧道中间段第二区段亮度

分离段：指隧道出口外的一段，不属于隧道的一部分，但会影响到隧道照明。其长度为从隧道出洞口位置起2倍停车视距的区域，夜间其亮度不应低于隧道中间段亮度的1/3。

2 《细则》与《规范》的比较

CIE88—2004对隧道照明的设计思想总体遵循驾驶员的隧道行车视觉适应特点，而《细则》的修订则是在《规范》基础上更进一步考虑了这些特点，从而使我国公路隧道照明在设计理念上既符合人眼行车视觉的舒适性[4]，又能体现隧道照明的节能性。与《规范》相比，《细则》具有如下先进性[5-7]。

1) 考虑了短隧道及不同等级隧道的照明设置要求。

与《规范》相比，《细则》考虑了短隧道及光学长隧道的照明，在《规范》规定长度大于100 m的隧道应设置照明的基础上，对不同长度、不同等级公路的隧道及光学长隧道提出了照明设置要求。其参考CIE隧道照明设置的思路，且更具可操作性。

2) 调整了入口段照明要求，将入口段划分为2个照明段。

3) 调整了过渡段照明的亮度计算系数。

《规范》将过渡段分为3个照明段，其亮度依次为Ltr1=0.3·Lth、Ltr2=0.1·Lth、Ltr3=0.035·Lth。

《细则》规定的过渡段其3个照明段亮度依次为Ltr1=0.15·Lth1、Ltr2=0.05·Lth1、Ltr3=0.02·Lth1，从而进一步体现了节能性。

4) 完善了特长隧道中间段分段设置的亮度及长度。

《规范》对于隧道中间段的照明均按行车速度与交通量进行均一化标准设计，只规定当双车道单向行车隧道交通量介于700辆/h和2 400辆/h之间，双向行车隧道交通量介于360辆/h和1 300辆/h之间，且通过隧道的行车时间超过135s时，中间段可按原规定亮度的80%取值。

《细则》对特长隧道进行了分段照明设计，与CIE88—2004的视觉适应思想基本一致。《细则》规定，单向交通情况下，车辆以照明设计规定的速度通过隧道的时间超过135s时，隧道中间段宜分为2个区段。第一区段长度取设计速度下行驶30s的距离，亮度按《细则》规定的中间段亮度Lin取值，其值大小与设计时速和交通量有关；余下的中间段长度与之对应的长度及亮度不应低于表3的标准。

表3 《细则》规定的中间段分区段设置长度及亮度取值

5) 调整了出口段照明要求，出口段划分为2个照明段。

《规范》对出口段按整区段单一标准进行设计，规定单向交通隧道应设置出口段照明，且出口段长度宜取60m，亮度宜取中间段亮度的5倍。

《细则》结合CIE88—2004的思想将出口段划分为EX1、EX2两个照明段，每段长30m，第一区段的亮度取中间段亮度的3倍，第二区段亮度取中间段亮度的5倍。《细则》规定的这种分段亮度梯度与中间段亮度结合，符合驾驶员从隧道内的暗环境到洞外明环境的亮适应过程。

总体而言，《细则》对隧道照明设计的规定符合隧道行车驾驶员的视觉适应特点，与CIE88—2004的设计思想一致，但更符合我国的隧道交通特点，在工程上也更具可操作性。与《规范》相比，《细则》不管是在设计理念还是照明节能上均更具先进性。

3 《细则》节能性分析

为进一步说明《细则》相比《规范》的节能效果，本文以重庆市内一座近2.5km的长隧道为例予以说明。该隧道洞外亮度取3 000cd/m2，设计车速为80km/h，单向交通且交通量小于350veh/(h·ln)。该隧道设计以《规范》为依据，现采用《细则》提出的方法并结合最优算法对隧道照明进行优化设计，且将得到的隧道每一区段划分、对应的设计亮度及所选用灯具的数量和功率与《规范》进行比较，结果如表4所示。

表4 重庆市某长隧道的照明设计原方案与优化方案比较

由表4可见，根据人眼视觉特点对长隧道按《细则》方法进行节能优化设计后，与《规范》设计方案相比，每一照明区段的灯具数和总功率都有不同程度降低；总体而言，采用《细则》方法设计，所用灯具数量可比原方案减少约30%，耗电功率可减少约40%。《细则》根据人眼的行车视觉特点对隧道出入口段进行了区段划分，其不仅符合长隧道的行车照明需求，而且也符合中隧道的行车照明需要。因此，采用《细则》提出的方法进行隧道照明设计，既可以满足隧道行车照明需求，保证照明安全，又可以减少隧道照明能耗，大大降低隧道运营成本。

比较结果表明，采用CIE88—2004隧道照明亮度变化规律对隧道照明区段进行进一步细分是解决高速公路隧道照明能耗高的一种有效途径，《细则》吸取了CIE88—2004的亮度递减思路，其可以有效指导我国高速公路营运隧道安全与节能管理模式的建立，对提高我国公路隧道运营安全，降低高速公路隧道运营成本可以起到积极作用。

4 结束语

本文通过深入分析CIE88—2004的隧道照明设计思想，对新颁布的《细则》和原《规范》进行了比较。《细则》采用CIE88—2004的思想，对公路隧道照明出入口段作了进一步区段划分，既符合隧道行车的视觉特点，又可大幅降低长隧道照明能耗。此外，根据短隧道通透性确定了不同长度短隧道的照明设计标准，既符合短隧道行车的照明视觉要求，又有利于短隧道照明节能。与《规范》相比，《细则》提出的隧道照明设计方法更接近CIE88—2004的隧道亮度需求变化曲线，在满足驾驶员隧道行车亮度适应需求的同时，可使一般长隧道的照明能耗减少约40%。

因此，《细则》对隧道照明设计方法的规定，从理论基础到工程实施，均体现了隧道照明设计的先进性，所规定的亮度取值亦符合我国的交通现状。《细则》的颁布不仅保证我国公路隧道照明的安全与节能，同时也促进了我国公路隧道照明技术的发展。

[1]王梦恕.中国是世界上隧道和地下工程最多、最复杂、今后发展最快的国家[J].铁道标准设计，2013(1)：1-4.

[2]项小强，李伟平.对现行《公路隧道通风照明设计规范》中两个问题的探讨[J].公路，2009(11)：256-258.

[3]CIE Technical Committee. Guide for the Lighting of Road Tunnels and Underpasses CIE 88：2004[S]. Austria：Internatonal commission on Illumination，2004.

[4]黄 彥.隧道照明过渡段人眼适应问题研究[D].重庆：重庆大学，2013.

[5]交通部重庆公路科学研究所.公路隧道通风照明设计规范：JTJ 026.1—1999[S].北京：人民交通出版社，2000.

[6]招商局重庆交通科研设计院有限公司.公路隧道照明设计细则：JTG/T D702-01—2014[S].北京：人民交通出版社，2014.

[7]招商局重庆交通科研设计院有限公司.公路隧道设计规范 第二册 交通工程与附属设施：JTG D70/2—2014 [S].北京：人民交通出版社，2014.

[8]殷 颖.隧道入口段亮度计算方法研究[D].重庆：重庆大学，2008.

Discussion on the Advantages of "the Design Rule of Highway Tunnel Lighting" from CIE 88-2004

LIU Yajun1,SHI Lingna2,TUN Yun2,AN Wenjuan2

Based on thorough study of CIE88-2004 "Road Tunnel And Tunnel Lighting Guide",this paper analyze and compares the differences between JTG/TD 702-01-2014 "Highway Tunnel Lighting Rules" and JTJ026.1-1999 "Road Tunnel Ventilation Lighting Design Specifications" in tunnel lighting design thought and method of the specific tunnel. With the "rules",we optimize the lighting design of the specific tunnel,and compare the design results with that by "Specifications". The results show:using CIE tunnel lighting design idea,it's not only meets with tunnel driving visual adaptation characteristics,but also conducive to tunnel lighting energy-saving,comfort and energy efficiency of tunnel lighting shows the advantages of the "rules".

tunnel lighting; CIE; "Rules"; visual adaptation; energy-saving

10.13607/j.cnki.gljt.2016.06.033

重庆市社会民生科技创新专项(cstc2015shmszx90004)；陕西省交通厅科技项目(13-29K,15-29K)；贵州省交通厅科技项目(2014-122-020)

2016-09-01

刘亚军(1974-)，男，陕西省黄陵县人，本科，高工。

1009-6477(2016)06-0154-05

U459.2

A