甘肃省高速公路隧道智能照明综合节能技术研究

窦辉

【摘 要】高速公路隧道具有能够缩短行车里程、提高交通运输的效率、节省用地以及能够有效的保护生态环境等特点。本文针对目前甘肃省高速公路隧道照明智能照明中存在的问题，提出了一些节能措施，以相应节能减排的国家政策，达到较好的生态效益、经济效益和社会效益。

【关键词】高速公路隧道；智能照明；节能技术

中图分类号： U453.7 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2018）31-0014-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.31.007

【Abstract】Highway tunnels have the special features of shortening mileage， improving transportation efficiency， saving land and effectively protecting the ecological environment. In view of the problems existing in the intelligent lighting of highway tunnel lighting in Gansu Province， this paper puts forward some energy-saving measures to achieve better ecological， economic and social benefits with the corresponding national policies of energy conservation and emission reduction.

【Key words】Highway tunnel； Intelligent lighting； Energy-saving technology

0 前言

近年来随着我国经济水平提高，我国甘肃省高速公路建设发展迅速。隧道照明相关设施的规模及数量也变得越来越大，隧道照明的高能耗问题日趋严重。因此降低隧道照明的能源消耗是各个运营部门以及科研单位重要任务；并且节能减排也成为隧道照明研究课题的首要任务。隧道照明节能的难点在于在保证隧道交通的安全性基础上，来尽可能的降低隧道照明相关设施的电能消耗。本项目立足于我国隧道照明系统发展现状和面临的主要问题，为了使其运营风险可控，提出一套安全舒适、绿色节能的智能照明综合节能技术，降低公路隧道照明系统能耗和运维难度，提升隧道运营安全性。

1 高速公路隧道照明特点

高速公路隧道照明与道路照明的目的是相同的，都是为了给车辆驾驶员提供良好的视觉环境以保障交通运输及人身安全，提高运输效率等。但是，由于隧道的构造比较特殊，会产生隧道特有的人眼明适应和暗适应的过程，白天时视觉问题尤为凸显。驾驶员在白天进入隧道时会出现“黑洞”现象及“亮洞”现象的视觉问题。高速公路隧中的这两种现象则尤为突出。因此，高速公路隧道照明德尔设计必须合理解决好隧道所造成的视觉问题，以及道路照明和隧道照明中共有的视觉问题，为驾驶员创造出良好的视觉环境。

2 甘肃省高速公路隧道照明存在的问题

2.1 照明设计参数的不完善

高速公路隧道照明相关设计规范仍旧沿用早期版本，但在此期间，我国公路隧道的数量、规模及类型都有了较大的变化，并且新理论、新技术等不断涌现，因此部分公路隧道照明设计的参数需考虑修正及完善。

2.2 照明控制方式参差不齐

目前甘肃省部分高速公路的中、短隧道照明仍旧无法实现远程控制，绝大多数公路隧道照明系统则由于照明的配电回路所限而无法进行自适应控制，只能实现3～6级照明控制等级，造成严重的“过度照明”及“无效照明”现象；除此之外，隔盏开关灯也会产生路面亮度不均匀、“斑马纹”等有害现象，给高速公路隧道交通安全埋下隐患。

2.3 照明的节能理念误区

高速公路隧道照明节能并不能简单的理解为开关某些灯具就可以，而是建立在交通运输安全及效率的基础之上的照明节能。部分高速公路隧道管理者只是为了追求节能降耗，而随意更改公路隧道照明控制方案，主观性太大，而理论及实践依据不足，这种做法既忽视了高速公路隧道照明节能的本质要求，又对交通运输安全及效率造成了极大的危害。

2.4 照明设施养护未得重视

目前，甘肃省一些较长的公路隧道出口段及靠近出口端的基本照明存在亮度不足情况。这除照明设施自身的因素外，主要在于高速公路隧道照明管理人员养护不及时致使灯具污染情况比较严重，从而降低了光利用率。

3 甘肅省高速公路隧道智能照明综合节能措施

3.1完善高速公路隧道照明控制系统与措施

现有系统的控制方法主要包括手动控制方法、时序控制方法和自动控制方法。手动控制方法和时序控制方法易于实施，在实际应用中稳定可靠，但不能够根据天气、车流量和车速的变化对洞内亮度进行调节，基本上没有达到节能的效果，存在着很大的电能浪费。要想达到照明“节能减排”和“按需照明”，具体应考虑以下几个方面：

3.1.1 准确测试洞外亮度

准确测试洞外亮度是公路隧道照明设计中最重要的一项基准参数，国内很多设计单位均未考虑洞口的具体条件和实际特点而取现行规范建议的上限值。这种取值方式难免造成不必要的电能浪费。甘肃省某院长在国内提出的基于数码技术的公路隧道洞外亮度测试方法，使得大规模、高效率地测试公路隧道洞外亮度成为可能；其实测数据表明，绝大多数高速公路隧道洞外亮度均在规范建议上值得75%以内。

3.1.2 交通量的科学预测和照明系统的分期实施

交通量的大小对高速公路隧道照明需求有较大影响，如设计速度为80km/h时，大交通量比小交通量理论上多用电40%以上。在甘肃省高速公路运营初期，交通量相对较小且在两三年才能够逐渐达到设计的交通量预测量。

3.1.3 优化照明设计参数

目前，很多设计单位由于缺乏照明灯具的光强度等具体得灯具配光参数，不得已采用利用系数曲线图计算方法，不管怎么样的照明灯具，统统采用相似的设计参数，早已经导致有些公路隧道的照明系统浪费且存在运营安全隐患。所以设计人员必须收集适当的照明灯具配光参数，采用先进的数值模拟计算方法来科学地进行设计，以避免因设计参数不准确而带来的电力资源浪费现象，达到节能的目的。

3.2 合理布设照明灯具

目前国内高速公路隧道内照明灯具的传统布置方式有3种：两侧对称布灯、两侧交错布灯、中间单排布灯。选择不同的布灯方式，其所用灯具数量和养护难易会有所区别。实验数据表明，中间单排布灯比两侧布灯效率高，两侧交错布灯比两侧对称布灯效率高。工程实践证明，选用拱顶侧偏布灯，灯具的安装高度为6.3m，既是一种效率较高的布灯方式，而且能较好地解决需要完全封闭隧道才能进行高速公路隧道照明灯具维护维修的难题。

3.3 钠灯与LED灯的技术组合

目前国内高速公路隧道照明灯具主要为高压钠灯。高压钠灯具有光效较高、寿命较长、色温高、舒适性强等优点，同时也存在大量的电能损耗，频繁地更换灯具增加了运营费用，会产生光污染、热辐射等缺点，这些缺点都限制着高速公路的正常运营。目前，隧道使用的新光源中LED灯是使用最多的，它具有显色性较好，很接近于自然光，减少司乘人员白天驾车进入隧道的适应时间，提高行车安全。同时，LED光源工作电压低，输出光通量随电压波动小，效率比高压钠灯高，可达90%以上，减少了额外的功率消耗，节能效果较好。隧道出入口段的照明，由于必须解决入口“黑洞”、出口“亮洞”的现象，对照明亮度有很高的要求，照明灯具的布设也相对较多，再加上洞口烟雾浓度高的特点，现在实际运用中把不同光源结合起来，即在隧道的出入口段、过渡段采用高压钠灯和LED灯相结合的方式，这种“组合照明”方式不仅能满足隧道照明亮度的要求，而且提高了照明效率，优化了照明效果，同时也可以使隧道的运营成本降到最低。

3.4 提高高速公路隧道照明的科学管理水平

3.4.1 确实加强管理人员的节能意识

高速公路隧道管理人员对隧道的照明節能有着至关重要的作用。一些管理人员对公路隧道照明控制的主观性、随意性很大，往往以牺牲公路隧道安全照明为代价来追求自身的利益空间。这种只求节约用电而不考虑行车与人员安全的行为是最让人痛心疾首的。

3.4.2 重视照明设备的维护与保养

在公路隧道中，由于各种原因会使隧道照明灯具随着时间推移其表面污垢而渐渐加重。这就对公路隧道的照明效果会大打折扣，特别是在出口段更为严重。虽然每个隧道都对照明灯具有定期清理，但很明显这种清理频率和清理干净度也是很难做到规定要求的。

3.4.3 照明系统分期分批合理实施

新建公路隧道初期可能交通量可能很小，但过一段时间后其交通量就会随之渐渐地增大。对于这种情况，我们就应该采取分期分批实施的照明方式，这样能够有效地节约电能。

4 效果分析

预期经济效益：（1）公路隧道智能照明综合节能技术的应用范围广，可实现隧道照明按需照明，能源利用率高，较传统的隧道照明系统可实现节能20%以上，节能效益显著。（2）该项技术的投资成本适中，但该技术节能效益高，每年的运营电费低，且光伏发电系统还可享受国家政策补贴，产生正收益，进一步降低隧道运营费用，较传统照明系统增加投资可在5～7年内收回，经济效益显著。（3）通过该项技术的应用，将全面提升照明质量，可实现隧道照明质量综合达标率80%以上，提高隧道运营安全性，降低交通事故发生率，降低运维难度。

预期社会效益：公路隧道智能照明综合节能技术的研究和应用，将有效的降低隧道照明系统运营能耗，极大的改善目前隧道照明系统运营成本巨大的问题。该项技术可创造有效率的照明环境、提高隧道照明质量，提升隧道行车的安全性；利用太阳能资源，改善能源供应结构，改善环境；引入新技术，提高隧道照明领域的科技水平。

5 结语

近些年来，伴随着我国高速公路快速的发展，高速公路隧道照明高耗能问题日益突出。本文针对目前甘肃省高速公路隧道照明系统中存在的问题，从设计、项目实施以及其运营管理等方面提出了一些节能措施，主要包括合理采用设计速度、交通量的科学预测以及精确测试洞外亮度等；以达到较好的生态效益、经济效益和社会效益。

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