公路隧道照明布灯方案的改良设计分析

宫广涛

摘要：文章以广西某高速公路隧道为例，对其进行了中央单排布灯、两侧对称布灯、两侧交错布灯以及拱顶侧偏布灯四种不同隧道照明布灯方案的理论对比分析。研究结果表明，中央单排布灯方案（灯具纵向间距为9.5 m，高度為7 m，灯具的额定功率为44 W）的隧道路面光照效果良好，且相比其他设计方案具有更少的维修任务，并实现了最佳的节能降耗目的，建议在工程实践中予以改良应用。

关键词：公路隧道;照明;布灯方案;节能降耗

0 引言

伴随着西部大开发以及“一带一路”建设的深入推进，中西部地区的交通基础设施建设得到了大力发展，由于特殊的地理环境，在这些地区修建交通基础设施必然会涉及大量的隧道工程，这些隧道工程需要提供照明服务，但是能耗却一直居高不下，这就需要对隧道照明能耗问题进行优化和解决[1-2]。

灯具材料和型号是影响隧道照明节能降耗的一大原因，当前，最为常用的灯源为LED。除了灯具型号影响之外，更重要的是布灯方案的选择，合理的隧道布灯方式对隧道的节能控制起到了至关重要的作用。为此，很多专家学者及工程实践者均对隧道照明节能技术进行了研究，促进了相关理论和实践的发展[3-9]。但是，照明方案不仅要考虑节能降耗问题，还需要照顾照明的合理性，做到照度和降耗的双重标准，不同的隧道布灯方案在照度和能耗上均有不同的表现，因此也需要对其进行综合的考量和评估，故本文开展了中央单排布灯、两侧对称布灯、两侧交错布灯以及拱顶侧偏布灯四种不同隧道照明布灯方案对比，可为隧道照明节能布置提供借鉴。

1 工程概况

广西某高速公路隧道全长6.85 km，设计时速为80 km/h，设计交通量为1 200 veh/（h·ln）。隧道为双洞单向交通设计，隧道洞身形式为单心圆拱式曲墙（圆心半径大小为5.4 m），设计宽度为10.25 m（其中行车带净宽为7.5 m），设计高度为7.5 m，行车道两侧设有0.5 m宽的路缘带，并在两侧设有1 m和0.75 m宽的检修道，见下页图1。隧道照明系统原设计方案采用SPT-B40隧道LED灯，其发光效率、横向发光角度、纵向发光角度分别为100 lm/W、100°和110°，光线输出率及灯具色温为100%和5 000 k，显色指数>70，LED灯的利用系数取值为0.85。现场原设计布灯方案为：两侧对称布置，灯纵向间距为9.5 m，横向间距为7 m，高度为7 m，灯具功率为40 W，安装仰角为15°。

2 优化方案设置

优化方案包括中央单排布灯、两侧对称布灯、两侧交错布灯以及拱顶侧偏布灯四种不同隧道照明方案。具体工况设置情况为：（1）中央单排布灯：灯具纵向间距为9.5 m，高度为7 m，灯具的额定功率为44 W;（2）两侧对称布灯：灯具纵向间距为8.89 m，横向间距为3 m，高度为5.5 m，安装仰角为5°，灯具额定功率为20 W;（3）两侧交错布灯：灯具纵向间距为8.89 m，横向间距为3 m，高度为6.9 m，安装仰角为10°，灯具额定功率为50 W;（4）拱顶侧偏布灯：灯具纵向间距为8.89 m，横向间距为2 m，高度为6.9 m，安装仰角为10°，灯具额定功率为46 W。灯具均使用SPT-B40隧道LED灯，不同隧道照明优化方案示意见图2。

3 模拟分析结果

3.1 维修任务

由于该隧道分为前后两段，为便于分析，取后段共计5 508 m进行分析。一般而言，灯具的使用寿命是指光衰30%时（即灯具的养护系数为0.7），其平均寿命在50 000 h以上，由于本文分析均是使用同型号的SPT-B40隧道照明灯，那么隧道照明的维修任务就与灯具数量直接相关。对优化前后共计五种布灯方式的灯具数量进行了计算，结果见图3。从图中可以看到：在原设计照明方案下，共需要布置1 224个LED灯，在中央单排布灯方案下，仅需布置580个LED灯，在两侧对称布置方案下，需要布置1 240个LED灯，而在两侧交错布灯和拱顶侧偏布灯方案下则需要布置620个LED灯，从布灯数量上来讲，中央单排布灯方案最少，因此其维修任务更少，其次为两侧交错布灯和拱顶侧偏布灯方案。

3.2 节能降耗

对不同方案下的隧洞用电功率进行计算，其结果见图4。从图4中可以看到：在原设计方案下，隧道的用电额定功率为48.96 kW，在优化为中央单排方案后，用电额定功率降至25.52 kW，相较于原设计方案下降47.9%;两侧对称布置方案下，用电额定功率仅为24.8 kW，较原设计方案下降49.3%;两侧交错布灯方案下，用电额定功率为31 kW，较原设计方案下降36.7%;拱顶侧偏方案下，用电额定功率为27.9 kW，较原设计方案下降43%;各优化方案下，用电量都较原设计方案有较大幅度下降，实现了节能降耗的目的，其中双排对称布灯方式下虽然LED灯数量较多，但其灯具额定功率仅为20 W。因此，相对而言，两侧方案较原设计方案下降1/2左右，最为省电，其次为中央单排布置方案，再次为拱顶侧偏方案。

根据上式分别计算得到了不同方案下的照度情况，如表1所示：在原设计方案下，隧道路面的最小照度为23.72 lx，小于规范设计要求的25 lx，而且，路面的平均照度在五种方案下最小，因此，原设计方案是需要进行改进的;在另外四种优化方案中，两侧对称布灯和拱顶侧偏布灯方案的路面最小照度分别为24.78 lx和24.91 lx，表明两种优化方案也不满足相关规范要求，故排除这两种优化方案。中央单排布灯和两侧交错布灯形式下，路面照度参数均满足相关规范要求，但是从上文分析可知，中央单排布灯情况下，灯具维修任务和隧道照明用电量较两侧交错布灯更少。因此，综合各项因素分析，认为中央单排布灯优化方案最佳，可在过程中予以改良运用。

4 结语

本文以广西某高速公路隧道为背景，对原隧道照明布灯设计方案提出中央单排布灯、两侧对称布灯、两侧交错布灯以及拱顶侧偏布灯四种改良优化方案，通过维修任务、节能降耗水平以及隧道路面照度参数的计算分析，认为中央单排布灯方案（灯具纵向间距为9.5 m，高度为7 m，灯具的额定功率为44 W）光照效果良好，且具有更少的维修任务和用电量，建议在工程中进行改良运用。但是，隧道照明参数受隧道长度、高度、宽度等影响，其他隧道工程还需要做对应分析。

参考文献：

[1]郭丽苹，李志远.隧道口减光设施对照明的影响研究[J].交通节能与环保，2020，16（1）：123-126.

[2]王梦犀.隧道照明工程设计案例与能耗分析[J].中国照明电器，2020（1）：27-30.

[3]刘 强，王希良.混合灯具组合的隧道中间段照明改善方法研究[J].公路，2019，64（12）：308-312.

[4]曹佳宝.高速公路隧道照明智能节电技术研究[J].公路与汽运，2019（6）：39-41.

[5]李军明.隧道照明节能控制及安全监控方案分析[J].交通企业管理，2019，34（4）：95-96.

[6]赵元龙.高速公路隧道单排布灯方案的设计与实现[J].中国交通信息化，2018（6）：137-139.

[7]林芷行，简 慧，韦 浩.公路隧道节能方式探讨[J].西部交通科技，2018（4）：144-147.

[8]王兴平，史玲娜，涂 耘，等.公路隧道系统性照明节能技术应用思路[J].西南公路，2016（4）：27-31，45.

[9]王希良，李晓寒，韩美玲，等.高速公路隧道按需照明的节能控制[J].照明工程学报，2020，31（1）：113-118.

收稿日期：2020-05-27