隧道照明优化设计

吕 红，陈万富，廖俊宇

(1.重庆市巴南区路灯管理所，重庆 401320；2.重庆四联光电科技有限公司，重庆400707)

隧道是埋置于地层内的工程建筑物，是人类利用地下空间的一种形式。由于隧道的特殊性，为保障隧道内行车安全，照明灯具必须24 h工作。而隧道内部环境恶劣，灰尘堆积，灯具本身的损耗和清洁带来的维护难度急剧上升，既不利于节能减排，也不利于道路通行的安全稳定。

同时，隧道内照明灯具布置不合理会影响驾驶员对周遭信息的采集。例如，眩光导致人无法正常辨认视野中的环境，在紧急情况时无法做出正确处理。同时，车辆驶进与驶出隧道时，由于隧道内外的亮度差别较大，视觉上会产生所谓的“黑洞效应”和“白洞效应”，此现象容易导致交通事故的发生。因此，良好的隧道照明可在一定程度上减少事故发生的概率，从而提高隧道运营的稳定性与效率。

从人眼的视觉特点出发，分析驾车接近、进入、通过、驶出隧道的过程中视觉上会遇到的一系列现象，介绍隧道照明各区段的组成及设计重点。以花溪隧道照明改造为例，从需求出发，研究隧道照明的配光方法。对优化后的照明方案进行仿真，从仿真数据和3D效果图来改进隧道照明方案，改进后的隧道照明维护成本降低，也解决了隧道照明眩光问题。

1 隧道路况分析

根据《公路隧道照明设计细则》(JTGT D702-01—2014)的要求，隧道可分为接近段、入口段、过渡段、中间段及出口段，不同区间对应不同的设计要求。其中，过渡段给司机创造了充足的时间适应入口段与中间段的亮度变化。

在白天，驾驶员经过入口段，视觉反馈上是一个由明到暗的过程，而出口段正相反。在驾驶员进入隧道后，需要一定的时间来适应亮度上的变化，此时感官信息接收滞后。在隧道出口处，由于隧道外亮度极高，这种视觉上由暗到明的过程，会出现类似于白洞的视觉反馈，使驾驶员无法正常观察行车环境(见图1)。

图1 隧道照明白天亮度模型

在夜晚行车时，驾驶员经过入口段，视觉反馈上是一个由暗到明的过程，出口段却正相反。在驾驶员进入隧道时，需要对入口附近的灯具采取相应措施，以保证驾驶员不受眩光影响。在隧道出口处，由于隧道外亮度低，需要在接近出口处设置适应性照明措施，以保障夜晚行车安全。

同时，除路面的亮度、均匀度等照明指标需满足规范要求外，两侧2 m以下的墙面也对亮度和均匀度提出了相应指标要求，从平面照明转为立体照明，也是隧道照明比普通道路照明更复杂的原因之一。

2 隧道照明设计

2.1 配光设计

以花溪隧道照明改造为例，原照明方案采用高压钠灯(见图2)，由于钠灯启动反应速度慢，同时原钠灯使用年限较长、光衰较大、能耗较高，严重影响了隧道照明质量，同时也造成了大量能源浪费和经济损失。

图2 花溪隧道灯具布局

经实地考察，此隧道双车道7.5 m宽，沥青路面，隧道顶部布灯方式，布灯高度为5.2 m，灯具间距为7 m。

依据上述要求和条件，使用光学软件设计了如图3的中间段优化配光曲线。

(a)照明设备配光曲线

2.2 照明设计仿真

为检验LED照明方案的有效性和正确性，利用仿真软件建立隧道照明系统并进行仿真模拟，旨在提高方案的可行性与可靠性。

根据花溪隧道现有灯具的实际分布情况，参考已设计好的隧道照明设备配光曲线，用照明仿真软件 DiaLux 进行仿真，结果见表 1。

表1 花溪隧道照明仿真结果

2.3 工程应用设计

基于仿真结果与实际需求，采用顶部布灯的安装方式。布灯高度H=5.2 m，间距L=7 m。安装示意图如图4所示。

图4 隧道照明灯具安装示意图

2.4 隧道照明效果

2.4.1 照明改造效果

花溪隧道照明改造后实际照明效果如图5所示。

图5 花溪隧道照明改造效果图

2.4.2 实际测试数据

根据照明设计仿真测试方法，对花溪隧道的照明情况进行了一系列测试，测试数据见表2，从实测数据来看，若取亮度系数为20，则其亮度计算值为4.69 cd/m2，与仿真值基本符合，其平均照度、照度均匀度等指标均满足当时实施的《公路隧道通风照明设计规范》(JTJ 026.1—1999)。

表2 花溪隧道实测数据

3 总结与展望

3.1 总结

目前，随着中国公路的快速发展，为保障交通安全，需要在隧道内安装照明系统并实现全天候照明。然而部分隧道的照明灯具布置不够可靠，特别是一些老旧隧道，过度照明或照明不足的现象屡见不鲜，加上照明设备的日常维护消耗，隧道照明的花费给管理部门也带来了巨大的经济负担。

依据《公路隧道照明设计细则》(JTGT D702-01—2014)，为节约安装施工成本，直接采用原钠灯的安装条件和参数，专门设计隧道的LED灯具产品光学参数，通过仿真计算、实际工程配光设计，达到并超过了标准规定的设计指标，具有极好的照明效果。

3.2 展望

尽管对隧道照明方案进行了一定的研究，也实际应用于老旧隧道照明改造项目中，但由于成本、时间等因素，此方案也存在一定的不足，在后续的研究过程中还需要进一步完善。

1)结合最新LED应用成果，完善隧道照明设计标准，建立更全面、更权威的隧道照明评价体系。

2)充分考虑隧道的特性，隧道的墙面反射、地域亮度等都会影响实际的照明效果。

3)应用智能控制系统，让灯具可以自行根据气候、人流和车流量等因素实时动态调整照明参数，以实现按需照明，减少能源损耗。