基于DIALUX软件的隧道照明优化

郭转 任由果

摘 要：斑马效应本质是均匀度较低，对于长隧道而言，严重的斑马效应，增加了隧道环境对驾驶员的负担，增大了隧道交通事故发生率。本文研究如何在隧道中间段合理布局反光材料来来提高隧道照明的均匀度。通过对DIALUX软件模拟的运用，得到以下优化数值。斑马效应在路面均匀度约为0.9时几乎可以消除其影响。在本次设定参数模拟优化过程中，侧壁涂刷蓄光反光涂料的宽度为5.270m，高度2.4m，涂刷位置间距宽度为3.494m时，能够达到最优。优化后的路面平均亮度提高2.7%，路面亮度总均匀度提高4.4%，路面亮度纵向均匀度提高1.6%。

关键词：斑马效应；均匀度；反光材料；DIALUX软件

1引言

1.1背景及研究意义

21世纪以来，中国公路隧道年均增长率高且逐年增大，仅前十年公路建设年均隧道里程就高达，隧道建设与营运技术得到了长足发展。与此同时，高速公路隧道中的交通事故发生率也在持续增长，而造成交通事故的首要原因是由于驾驶员视觉疲劳。特长隧道基础段，由于布灯间距大，隧道环境封闭、光线暗淡，有严重的斑马效应。本文以改善斑马效应为出发点，用反光材料提升隧道内的照明环境，对隧道中间段的驾驶环境进行了探索研究。

1.2国内外发展现状

国内对斑马效应的研究，更多的偏向于对斑马效应产生的原因作分析，或以调节隧道灯的数量来提升隧道内路面总均匀度。在隧道反光材料上，国内主要是以对隧道辅助节能的光学性实验研究为主，通过大面积涂刷反光材料，提升隧道内整体的亮度（照度）以此达到节能的目的。国内外对隧道中间段的照明标准并无统一定论，在中间段照明亮度上中国标准低于国际照明协会标准，国际照明协会标准低于美国标准。

2隧道照明质量评价指标选取

目前国内隧道照明质量评价指标从这两个方面出发主要分为两大类：路面平均亮度（照度）、路面亮度（照度）总均匀度、失能眩光属于视功能指标；平均亮度（照度）、路面亮度纵向均匀度、不舒适眩光属于视觉舒适方面的评价指标。在本文中，选取路面平均亮度、路面亮度总均匀度、路面亮度纵向均匀度三个指标作为隧道照明质量评价指标。

3隧道模型构建

3.1设定参数

选用江西九景高速公路雁列山隧道作为研究对象，雁列山隧道位于江西省九江至景德镇高速公路上，由1号、2号两座相连隧道组成，隧道全场3352m（其中1号隧道长1533m，2号隧道长1819m），隧道中间段的长度为1383米。按平行双洞单向交通设计。

3.2隧道照明模型建立

在DIALUX中構建隧道照明环境，采用灯具参数如表3所示：

隧道路面采用混泥土路面，反射系数为0.245，构建隧道照明环境如图所示：

3.3反光材料布局确定

3.3.1反光材料的选取

在国内，反光材料大体分为两种类型：诱导反光材料类型，主要以反光膜、反光突起路标等，用于制作指路标志、禁止标志、警告标志等使用标志；另一种为蓄能型自发光材料，以发光材料、有机树脂及乳液、有机溶剂或水、无机颜、填料、助剂等按一定比例通过特殊的加工工艺制作而成的，广泛应用于消防安全、公路交通领域。

我们选取了反光涂料、反光膜，与水泥砂浆、瓷砖比较它们之间在材料性质和施工工艺上的差别。

在比较上表中材料的性能，选择的材料为反光涂料，该涂料抗腐蚀性好，应用年限久，施工方便直接，资金成本低，且耐火性好，隧道的安全指数高。

3.3.2反光材料宽度确定

根据《公路隧道照明设计细则》（JTGTD702-01-2014）机动车驾驶员注意集中的区域大致在60-160m，故纵向距离取60m，为保证有足够多的横向取点个数，横向距离取路面宽度。

DIALUX直接输出路面的亮度数据，路面中线的亮度如下图所示：

根据路面中线输出亮度分布折线图，路面纵向宽度取76.866m。从上图可以看出：

第一， 路面亮度呈明暗条状交替分布，亮度大小呈凹凸分布。

第二， 经过统计计算，凸上去的宽度为3.494m，凹下去的宽度为5.270m。

第三， 一个凹凸的长度为灯具的一个纵向间距。

因此，我们可以确定反光材料的位置和宽度。反光材料的宽度为5.270m，空白区域的宽度为3.494m。

3.3.3反光材料高度确定

在前文我们已经确定了反光材料的位置，隧道侧壁反光材料涂刷的限制高度为3m，在这一限制条件下，初始反光材料设置为0.9m，每次改变材料高度为0.5m，设置侧壁布局输入到DIALUX中，计算每次的指标值。

按照初始反光材料高度布置的隧道照明环境如下图所示：

依次增加反光材料的高度，计算不同反光材料高度下，隧道照明质量评价指标数值如下表：

从上表我们可以得到：随着反光材料高度的增加，路面平均亮度在增大，路面亮度总均匀度先增大后减小，路面亮度纵向均匀度持续增大。结合三个评价指标，反光材料的高度最佳为2.9m。

3.4优化前后对比

优化后的路面平均亮度为5.62cd/m2，路面亮度总均匀度为0.7053，路面亮度纵向均匀度为0.8281。路面平均亮度提高2.7%，路面亮度总均匀度提高4.4%，路面亮度纵向均匀度提高1.6%。

4总结与展望

通过对仿真软件输出的数据进行分析，在隧道侧壁涂刷反光材料，在经济最低的成本消耗下，对光的多次利用来缓解斑马效应，减少了道路安全事故发生的频率，营造良好的隧道行驶的环境，使得隧道工程持续的发展。合理的布局反光材料，会使隧道整体环境的亮度、照度、均匀度得到提升，从而改善驾驶员在隧道行驶中视觉的不适。

不断发生的隧道事故，在警示我们，隧道研究不能只顾及某一个方面，要多方面考量，以人为本，改善隧道环境才是解决高事故的唯一办法。基于此，缓解斑马效应的研究，会成为日后隧道研究的发展趋势。

参考文献

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