高速公路隧道照明及供配电节能的思考

黄正荣，魏佳北，李阿雷，张新斌

（1.中铁建苏州设计研究院有限公司，江苏 苏州 215000；2.中铁建公路运营有限公司，广东 珠海 519000）

现阶段，我国高速公路施工质量取得了较大的进步，然而工程施工中以及运营中需要长时间的供电照明，该环节也成为运营单位运营成本的重要组成部分。隧道工程建设、运营中，能耗日渐提高，因此有必要采取多种措施促进供配电节能的持续发展。

1 高速公路隧道照明的要求

高速公路隧道照明的目的是保证车辆在经过隧道时的行车安全，确保驾驶员有清晰的视野范围，降低隧道通车时安全事故的发生率。由于隧道属于半开放式的空间，驾驶员在驾车经过隧道时，很容易产生白洞和黑洞效应，造成驾驶员视线上的盲目，最终因车速过快或急转弯等情况引发交通事故。因此，在高速公路隧道照明设计时，需结合不同段隧道的实际情况规划合理的照明系统，调整照明光线的强弱，以增大行车安全系数。

在高速公路隧道照明设计中，应注意一定的要求。

（1）入口段照明设计。驾驶员刚刚从外界环境进入到隧道环境内，视觉条件会发生较大变化。因此在该段照明设计时，应确保该段照明亮度与外界环境的一致性，给驾驶员一定的缓冲时间，使其逐渐适应隧道内的光线变化。

（2）中间段照明设计。中间段照明很容易受到车速和光影效果的影响使驾驶员出现黑洞效应，存在短时间的盲视。这时如果驾驶员仍以常速或高速行车，很容易因为短暂的盲视效应而出现危险事故，所以在该段照明设计中，应注重其与外界照明亮度的协调性，以降低黑洞效应带来的影响。

（3）过渡段照明设计。该段位置已经接近隧道出口位置，照明设计需结合驾驶员自身的视觉效果进行合理规划，照明亮度不应过强，以免对驾驶员视觉造成刺激。可以柔和光线为主，朝着着出口段位置的方向逐渐调整照明亮度，做好视觉上的缓冲，使驾驶员在行驶到出口位置时，能够适应出口及外界光照的变化，减少视觉盲点。

（4）基本段照明设计。基本段内照明设计具有复杂性，在该段内为保证驾驶员有良好的停车视距，在照明设计时，需充分考虑车速、运输量、空气透光率等。通常情况下，基本段内的照明亮度在20～30lux，最大照明亮度要控制在40lux左右。

（5）出口段照明设计。行车隧道分为单向隧道和双向隧道，两种隧道因为出口位置性能的不同，在照明设计上也存在一定差异。对双向隧道来说，两端位置既是出口也是入口，在照明设计中，要注重两边设计的一致性，以维护驾驶员行车安全。但单向隧道在出口段位置，会因为光线的突然变强而导致驾驶员出现炫光的情况，进而产生白洞效应，威胁行车安全，所以在照明设计过程中，应该注重光线与外界环境的协调性，降低白洞效应带来的影响，避免交通事故的发生。

2 隧道照明的研究及实践

2.1 结合隧道主体环境状况对照明设施进行优化

通过对现阶段隧道结构的研究了解到，隧道大多是由入口段、过渡段、出口段这3部分组成的，3部分的长度基本相同，无基础照明段。因此，在照明设计时，其照明参数的计算可结合现有规定要求实行准确测算，加强照明功率及亮度设置的合理性。通常情况下，以5000m隧道照明设施安装功率为参照点，250m左右的隧道照明功率应为其的50%左右；1000m隧道的照明功率在65%～75%。不过因为环境条件的不同，所以在照明功率确定前，需先对现场环境予以勘查，并结合现场环境特征调节照明功率。尤其是一些短隧道，应通过观察其通视状况，运用简化或者取消照明的方式，配合电光的诱导以及路面的电光安全装置，解决隧道中照明消耗问题。通过简化或取消短隧道照明，让照明标准适应近期修订的隧道照明基本思路。

2.2 将节能理念引入到主体工程建设中

隧道出入口位置属于能耗较大的区域，为实现外界与隧道的连接，降低光线转变对驾驶员带来的影响，在出入口位置的照明设计中，会采用相比较高的照射强度，相应的电能损耗也会增加。为降低能源损耗，在设计过程中，可通过新发展理念的融入来降低外界与出入口连接位置的光纤照射效果，通过洞口植物栽植等方式，降低入口处的亮度，或通过内部铺设瓷砖的方式来增大隧道出入口的亮度，以实现内外照明的一致性、协调性，加强照明亮度的均匀性。

另外，还可结合工程实际特点，在新发展理念的指导下，将功能性需求与隧道照明设计结合起来，充分利用现有的地形优势来做好出入口位置的减光或增光效果，降低照明能耗。如果采用的是铺贴瓷砖或涂抹发光剂的方式，需要在使用前实行相应测试，确保其可行性后，将其应用到隧道照明中来，确保驾驶员有一个较为清晰的视野，提高照明质量，避免危险的发生。

2.3 合理应用清洁能源和直流电源

在现今社会发展中，随着环境污染力度的不断加大，人们开始逐渐加强对可再生能源的利用，如太阳能、风能等，以缓解环境危机，改善环境质量，促进经济进步。在高速公路隧道照明设计中，为降低电能损耗，也可加大可再生及清洁能源的应用，在强化照明效果的基础上，实现节能降耗目标。通过调查了解到，当前我国的太阳能在世界范围内已经处于领先地位，并且国家也高度重视该领域，最近一段时间内，石墨烯等新型的半导体材料研制成功，这一新的创举为新能源和材料的应用提供了最新的突破。

不过对于发展中国家来说，高速公路隧道照明会受到供电距离、电气设备等因素的影响，虽然很多发展中国家都开始加大太阳能这类清洁型能源的应用，但是由于隧道照明用电量较大，如果单纯依靠清洁型能源供电，会造成较高的供电成本，且也无法保证供电效果，再加上太阳能转换技术发展还不是十分完善，在使用中存在一些问题有待解决，限制了太阳能资源的应用。因而在使用清洁型能源用电的过程中，还需配合电光诱导设施来降低能源损耗，维护隧道通车安全。

3 供配电节能技术

3.1 照明参数设计

在隧道照明设计中，要想加强供配电节能技术应用的合理性，首要工作是对隧道洞口的亮度实行合理选择和规划，隧道洞口位置所占的照明功率相对较大，照明能耗相对较多，而且其又是连接洞外的主要媒介，照明亮度的合理调节对于增强隧道照明效果，降低照明设计成本有着重要意义。但照明亮度又是无法实际测量的，需要通过查表方式了解和计算相关数值，并对存在的误差予以及时发现和调整，加强照明参数设计的合理性。

目前，在实践研究中已经得到一种新的取值方法，同以往设计形式相比，新方法可降低10%～15%能源的费用，值得推广和使用。在洞口亮度调节完成后，还要对隧道基础段照明亮度实行调整和优化，如此才能加强隧道照明系统设计的合理性，照明参数规范的准确性。针对隧道中的基本段，其主要的信息包括交通流量和时间信息，在具体运行过程中，要将这些信息作为出发点，合理对照明系统进行控制，强化节能效果。

3.2 线路节能设计

（1）科学增设自动调压设备。自动调压设备方式主要是通过可控硅斩波原理及正弦电压原理相结合的方式来实施电压输出平均值调整的一种方式，其可在加强照明效果的同时降低电能损耗。不过这种方式在实际应用中却存在着较大的争议性，主要是因为在控压期间，会产生高次谐波和线路振动，使灯泡的寿命大幅度缩减。因此，在整个节能期间会产生大量的电力污染，同目前所遵循的环保原则相悖离。对此，需要结合实际情况适当设置自动调压设备，促进隧道照明系统的高效运行。

（2）隧道中压供电。该方法是结合隧道地理环境特征对原有的配电系统实行优化和改革，实现新型变压器供电方式设定的一种措施。该方法在高速公路隧道照明设计中的应用，不仅能增强供电系统的稳定性，还能够减少能耗的产生，加强照明系统运行的实用性，提升总体经济效益。

（3）灯具布设。灯具布设一方面要结合现场情况及现有的规范要求进行设计，另一方面需做好现场检测工作，保证灯具的正常使用，以降低能源损耗。

3.3 电磁感应灯

如今，无极灯和电磁感应灯是一种全新的照明灯具，两者在照明中展现出了十分显著的优势，其寿命较长、光效较高，而且也可减少能源消耗和环境污染，在室内和景观照明中得以广泛应用。电磁感应灯利用了传统电源电感镇流器输入电压下降10%后，输出功率降低20%，照明度也因此下降了20%以上。为确保电源电压波动处于规定的范围，且其照明度能够满足设计的要求，设计人员应将灯泡功率提高20%，增大照明度。无极灯的输出功率不会受到电源电压变化的影响，因此其无需考虑电源电压变化对灯光照明度所产生的影响，其能够充分满足节能的要求。

4 未来展望

虽然我国现有法律条文对推动高速公路建设和发展，促进隧道照明系统的完善有一定作用，但由于隧道设计较为保守，管理制度还不是十分成熟，仍存在一些问题有待改善。

（1）加大先进照明技术的引进和应用，对传统设计模式予以改革和优化，有针对性地开展照明系统设计工作。同时，完善管理体系和制度，注重照明设计的规范性、合理性。

（2）根据现场实际情况，通过节能灯具、清洁型能源的高效应用来实现照明设计的节能、环保理念，降低光线刺激带来的不利影响。

（3）加大智能控制系统的研发和应用，提升隧道照明系统的自动化调节水平，参照天气、交通时段的变化对照明设施实行调整，减少照明能耗。

（4）对原有的照明系统予以改造升级。我国高速公路隧道照明系统在很多地区的设计不贴合实际，照明设施较为落后，照明效果得不到显著提升，很难保证隧道通车安全。所以要对原有照明系统进行改造升级，结合实际情况重新完成系统规划，在安全性和经济性的指导下，优化照明设施和技术，改进整体照明质量。

5 结束语

社会和经济发展进程中，自然资源扮演着十分重要的角色，人们也更加重视自然资源的合理利用和保护。为顺应绿色可持续发展的要求，隧道工程施工团队需要采取有效措施促进节能减排工作的有效开展，利用过往的经验和成果实现隧道工程建设施工中照明和供配电节能的高效发展，以期增大隧道工程的综合效益。