城市快速路立交匝道照明研究

姚 凯，何 康，郭河志

(郑州市市政工程勘测设计研究院，河南 郑州 450000)

引言

近年来，随着城市化的提速，大中城市快速路建设发展迅速，城市快速路是大城市解决主要交通量的重要手段，但它车速高、车流量大，一旦出现交通事故会严重影响整个区域的交通，与普通市政道路有着显著的差异，而夜间行车相对普通道路，对照明的要求更高，快速路的照明成为了城市照明设计的一个新领域。本文通过对几个典型路段进行实测与分析，对其中的匝道照明方式进行探讨，为同行提供一些数据，作为立交照明设计的参考。

1 照明标准的确定

郑州市在短短的十年时间，连续建成了京广快速路、三环快速路、陇海快速路、农业快速路、107辅道快速路、四环快速路等一大批项目，快速路高架桥里程超过了200 km，在高架快速路照明方便积累了一些经验。

《城市道路照明设计标准》(CJJ 45—2015)[1]中相关条文，并未对快速路的高架桥照明做出专门的解释，设计师参照快速路的高标30 lx(高架桥面层普遍采用近似于R2类别的改性沥青混合料[2]，简易的换算亮度为2 cm/m2)设计主桥，理论上与实际效果证明均满足要求，但在匝道照明设计时则出现了分歧。

城市高架快速路的匝道由两条车道或者一条车道外加一条紧急停车带组成，宽7～8 m。现行城市快速路与主干道的照明标准为20/30 lx(1.5/2 cm/m2)，对应的车速是60～80 km/h，但匝道的设计车速为40 km/h，属于次干道的车速，因此又可以参照次干道的设计标准，而次干道的照明标准为15/20 lx(1/1.5 cm/m2)。同时不同类型的匝道其实际车速不同，如互通立交的匝道与上桥匝道的车速略低，而下桥匝道的车速则偏高。

根据国外的大量相关研究，机动车安全行车速度与路面亮度有直接的关系[3](见图1)，C为物体和路面亮度对比值，车速越高，安全行驶要求的照明值越高。因此，桥梁匝道尤其是互通立交匝道按照快速路的高标30 lx(2 cd/m2)是有些偏高的，而采用低标20 lx(1.5 cd/m2)更为合适,经过多个项目的其实际运行效果也是不错的。

图1 安全行车速度和路面平均亮度的关系Fig.1 The relationship between safe driving speed and average road brightness

2 互通式立交匝道照明

传统的互通立交照明采用普通杆柱式路灯与高杆灯两种方式，均存在很大的缺陷。

2.1 杆柱式路灯

互通立交普通杆柱式的路灯会让驾驶员有灯林的感觉，行车诱导性差，同时维修不便。按常规的立杆方式修灯必须使用高空作业车上桥，高空车占据一半的车道会严重影响车辆通行，见图2。匝道往往设计为较大的单面横坡，车斗升高可能会向一侧倾斜，存在一定安全隐患。同时立交匝道长，处于曲线转弯段的匝道，稍不注意，容易发生车辆追尾导致交通堵塞。

图2 桥上检修设备Fig.2 Maintenance equipment on bridge

另外，由于立交桥匝道相互交叉时净高的限制，杆柱路灯的布置往往受到上层立交桥的影响；而立交匝道由于转弯半径小，为满足均匀度导致灯杆的间距会明显小于直线段，路灯利用系数低，使桥梁交叉部位的路灯布置更为困难。

采用常规路灯照明的现状立交桥由于布灯密度高，夜晚立交的上空往往漫天金黄，大大超出了CIE对天空亮度限制的要求。

因此采用杆柱路灯作为互通立交照明并不是最佳的选择。

2.2 高杆照明

高杆灯被称为立交桥之眼，这种照明方式设计、施工简单，安装维护方便，是早些年常用的立交照明方式，但存在以下主要问题，因此已不是城市立交照明的主流。

1)照明光效低。一座互通立交如果达到完全满意的照明全覆盖，需要很多30～40 m的升降式高杆灯，但无效照明很多，耗电量很大。高杆灯采用的是大功率泛光灯，是面照明方式，其大部分光照到桥下绿地内，而照射匝道上的一般不足30%，光照利用率很低，大多为无用光。另外，过多的光照射到立交范围绿地中，对植物、昆虫和其他动物产生不利的生态影响。

2)效果不佳。对于大型互通式立交桥，三层匝道一般高出地面十多米，见图3。如果简单地采用常用的30 m的高杆灯，因为灯盘相对于匝道的高差较小，实际照明范围不大，照明均匀度更差，且必然对上层匝道产生明显的眩光，而且上层匝道遮住下层桥面会产生明显的阴影暗区。

图3 互通立交高杆灯位置图Fig.3 Location map of high pole lamp in Interchange

3)不利于与周围景观融合。 随着园林城市的建设，立交区越来越重视景观建设，绿化与景观设计日趋精细化。传统高杆灯采用的大功率灯具大面积的照到地面上，使周围景观缺乏亮度明暗对比，针对景观所做的照明艺术性大打折扣。

2.3 低位照明

随着LED照明技术的发展，近年来低位照明在立交匝道的应用日趋广泛。相对于高杆灯照明，低位照明为定向照明，有更好的均匀度，光的利用率更高。由于不需要登高车，安装维护很方便。低位照明把灯具设置在匝道挡墙处，定向照射需要照明的地方，减小光源与所要照明物体间的距离，最大限度地减小光的投射路程，减小光源的功率，提高光的效率。

尤其是LED低位匝道灯，见图4，可以根据匝道的结构特点，设计最优的配光透镜，制作出美观、精巧的外型，达到最佳的照明效果。虽然灯具会受到车辆溅起的泥水影响，但采用机械化的专用外墙清洗车辆很容易对灯具同时进行清洁，见图5。

图4 各种常见低位匝道灯Fig.4 Various common low ramp lights

图5 机械化清洗挡墙Fig.5 Mechanized cleaning of retaining wall

3 上下匝道照明

高架快速路的上下桥匝道很多，可采取杆柱路灯照明与低位照明两种方式。

3.1 杆柱式路灯

相对于互通立交，普通杆柱式的路灯用于上下桥匝道照明是不错的。它有两种布置方式：

1)路灯设置在主桥。主桥路灯由单臂调整为双臂，一侧与标准段相同照射主桥，一侧照射匝道。这种布灯方式造价低，效果好，光效高，在主道灯具检修的同时可同步检修匝道侧灯具。图6、图7为东三环匝道布灯断面和匝道实景图。

图6 匝道布灯断面Fig.6 Ramp light distribution section

图7 匝道实景图Fig.7 Real view of ramp

2)路灯设置在匝道桥。主桥路灯不变，在匝道外侧挡墙单独安装路灯照射匝道。这种布灯方式造价适中、照明诱导性好、光效高，但匝道路灯检修同样面临灯高车阻挡车道与车辆安全问题。图8、图9为北三环东延布灯断面图和实景图。

图8 布灯断面图Fig.8 Sectional view of lamp arrangement

图9 北三环东延实景图Fig.9 East extension of North Third Ring Road

3.2 低位照明

低位照明非常适合互通式立交，也同样适用与高架桥的上下匝道，如2.3节所述。上下匝道采用低位照明相对于杆柱路灯照明，经济型与维修便利性不如前者。

4 匝道低位照明的实测数据分析

通过已建成的7个典型工程实地检测，我们对各种低位匝道照明的数据作了汇总分析。参照照明测量[4]方法，按照项目建成时间的顺序，依次介绍如下：

4.1 京沙高架桥

京沙高架桥建于2011年，匝道采用LED 12 W护栏灯，在匝道两侧砼防撞墙上与钢护栏配合安装，间距2 m布置，匝道宽7 m。京沙高架现场匝道实景见图10，京沙高架LED光谱曲线见图11。

图10 匝道实景图Fig.10 Real view of elevated ramp

图11 京沙高架LED光谱曲线Fig.11 LED spectrum curve of jingsha elevated

4.2 北三环-文化路立交桥

立交照明建于2013年，在两侧防撞墙内安装方形嵌入式匝道灯，匝道宽8 m，光源为70 W高压钠灯，间距6 m，灯具距地高度0.9 m，北三环匝道实景见图12，北三环高压钠灯光谱曲线，见图13。

图12 匝道实景图Fig.12 Real view of elevated ramp

图13 高压钠灯光谱曲线Fig.13 Spectrum curve of high pressure sodium lamp

现场实测可看出，均匀度极差，照明效果不理想，能耗超高，如果后期补偿电容器失效，能耗更为严重。

4.3 南三环-京广互通立交桥

京广互通立交匝道建于2013年，采用的布灯方式与灯具与北三环立交均相同，但光源改为功率20 W陶瓷金卤灯。京广互通立交匝道现场实景图见图14。京广互通立交陶瓷金卤灯光谱曲线见图15。

图14 匝道实景图Fig.14 Real view of elevated ramp

图15 陶瓷金卤灯光谱曲线图Fig.15 Spectrum curve of ceramic metal halide lamp

4.4 南阳路-北三环立交桥

南阳路-北三环立交建于2014年，匝道宽8 m，在立交桥匝道两侧砼防撞墙上与钢护栏之间安装护栏LED匝道灯(9 W白光+背光4 W RGB)，每2 m两个LED匝道灯。南阳路北三环立交匝道现场实景见图16，南阳路北三环LED光谱曲线见图17。

图16 匝道实景图Fig.16 Real view of elevated ramp

4.5 陇海路快速路高架桥

该立交建于2015年，匝道采用全新设计的方型嵌墙匝道灯，在匝道灯两侧防撞墙内对称布置，匝道宽度8 m，灯具间距4 m，灯具底距桥面高度0.7 m，光源为18 W白光LED。陇海路高架匝道实景见图18、陇海路高架LED光谱曲线见图19。如下：

图18 匝道实景图Fig.18 Real view of elevated ramp

图19 LED光谱曲线Fig.19 LED spectrum curve

4.6 农业快速路高架桥

该立交建于2017年，匝道采用专门设计的长条型嵌墙匝道灯，在匝道灯两侧防撞墙内对称布置，匝道宽度8 m，灯具间距4 m，灯具底距桥面高度0.7 m，光源为12 W白光LED。农业路高架匝道现场实景见图20，农业路高架LED光谱曲线见图21。

图20 匝道实景图Fig.20 Real view of elevated ramp

图21 LED光谱曲线Fig.21 LED spectrum curve

4.7 四环快速路高架桥

该立交建于2020年，匝道采用全新设计的长条型嵌墙匝道灯，在匝道灯两侧防撞墙内对称布置，匝道宽度8 m，灯具间距4 m，灯具底距桥面高度0.7 m，主光源为12 W(白光)LED+2 W(暖白指示)，增加了黄色导引灯。由于四环立交匝道目前尚未施工完，仅对部分匝道测量。四环高架匝道实景见图22、四环高架LED光谱曲线见图23。

图22 匝道实景图Fig.22 Real view of elevated ramp

图23 LED光谱曲线Fig.23 LED spectrum curve

4.8 照明数据分析

7个工程除前两项缺乏灯具数据外，我们均采用DIALux照明软件进行了计算，由于高架桥现场条件限制，架设亮度计检测较为困难，因此均使用彩色照度计按标准进行检测[4]，实地检测的数据如表1所示。

表1 实测照度数据表

1) 照明均匀度、眩光。北三环均匀度明显不达标；陇海路的LED匝道灯采用间接式配光，眩光小但均匀度不达标，照明效果尚可接受。另外几个节点均匀度均达标，但除农业路、四环路立交布灯合理外，另几个用灯量过多，经济性较差，尤其是南阳路-北三环立交。农业路匝道采用直接照明(图24)，眩光较明显，而四环灯具则在前者的基础上进行了配光优化(图25)，重点解决眩光问题，眩光大大减弱，虽然灯具效率有所降低，但性能相对与前者更加均衡;同时考虑雨天与雾天照明效果的降低[5]，四环匝道为在线可调光灯具，雨雾天功率适当增大以改善照明。

图24 农业路匝道灯Fig.24 Ramp lamp of agricultural road

图25 四环匝道灯Fig.25 Four ring ramp light

2)平均照度。北三环立交的平均照度远超出限定指标，南阳路立交、京广互通与南阳路接近30 lx，其他工程略高于规范的快速路低值，满足要求。

3)功耗。南三环、农业路、四环满足规范强条对LPD的要求，陇海路略超标准，但作为匝道照明尚基本可以接受，其他则远远超出限定指标。

4)显色指数。高压钠灯的显色性最差，陶瓷金卤灯与LED有很好的显色指数，因此有更好的辨识度，相同照度下有更好的视觉感受。

5 结语

对比实测数据与现场观察，高架桥在上下匝道处使用高低搭配双臂路灯是最经济，也是效果最好的作法。而新型低位匝道照明在平均照度、均匀度、光效、功率密度、能耗方面的综合性能是均衡的，适合在互通立交匝道使用，随着LED技术的日趋成熟，集美观、节能等多种优点的新型LED匝道灯在城市立交匝道照明应用中将占据更多的市场[6]。