隧道灯工程方案详解

一、隧道视觉现象的特点:

在白天，驾驶员进入隧道直至离开隧道，会遇到很多视觉问题: 

进入隧道前的视觉问题:长隧道，驾驶员看到的是黑乎乎的一个洞，这就是“黑洞”现象;短隧道，在驾驶员面前就出现一个“黑框”。高外部亮度、低入口亮度、空气杂散光线、挡风玻璃亮度。 进入隧道即刻会发生的视觉现象。由明亮的外部进入一个较暗的隧道，由于驾驶员的视觉需要一定的适应时间(视觉的暗适应)，因此他无法迅速地看情隧道内部的情况。

隧道内部的视觉问题。在隧道内部，由于汽车排出的废气集聚在隧道里而形成烟雾。汽车前照灯的光被这些烟雪吸收和散射，造成光幕，降低了前方障碍物与其背景(路面、墙面)之间的亮度对比度，从而降低了障碍物的能见度。

隧道出口处的视觉问题。处于一个很暗的环境，夹然前方出现一个很亮的出处，会产生强烈的眩光，使驾驶员看不情路沉，极易发生车祸。为使驾驶员在明亮出口的视觉背景下可清晰看见前面大车阴影中的小车，以及离开出口时有良好的后向视觉，出口需要加强照明。

为了解决以上的各种问题，隧道照明分为入口照明、内部照明和出口照明。一般隧道内部的照明水平比较低，不可能与外部相比拟，考虑到人眼的适应问题，因此入口照明是逐渐降低的，设置不同照度水平的过渡照明。

         （a）黑洞现象           （b）亮洞现象

　二、LED与高压钠灯等效亮度研究主要结论

　　根据《子课题1：照明设计参数研究》之《隧道等效亮度研究》中间成果，将拟合得到的LED照明条件下反应时间与背景亮度之间的关系式求出反应时间相等时LED对HPS的亮度对比系数R（L）。见表2

　　                   表1   LED对HPS的亮度对比系数R（L）值

　　对实验采用的各种视标对比度平均效果而言，LED仅需产生2.0×0.4777＝0.9554（cd/m2）亮度值即可获得HPS产生2.0cd/m2亮度时的反应时间，即LED产生0.9554（cd/m2）亮度的照明效果与HPS灯产生2.0cd/m2亮度的照明效果是等效的。

　　根据算出的亮度对比系数R（L）和灯具光效灯基本参数，结合ERS＝ηs/ηnps/R(L)S，ηsrs＝ηhps×ERs，可算出LED对HPS的相对光效，即折算光效。见表

　　　　                      表2   LED对HPS的相对光效和折算发光效率

　　注：LED灯为固体发光光源，不同于高压钠灯等气体发光光源。因此不同厂家生产的LED光源在色温、发光颜色均有很大差别，这样会直接导致视觉反应时间不同。以上表格只能反映课题组对实验测试某LED光源的数据。

三、隧道路段设计：

    接近段

    接近段指隧道口外的一段道路，此处的驾驶员必须能看情隧道内物体。这也是驾驶员视觉调节的阶段，决定了隧道口和隧道入口段的亮度要求。在白天，由于入口外环境的高亮度和隧道内低亮度的强烈对比，也由于驾驶员的眼睛对明亮环境的视觉暂留影响，一个照明不够的隧道口会使人产生“黑洞效应”，看不见洞内任何细节。

    入口段

    入口段是隧道内四个区段的第一段，在接近段行驶的驾驶员进入隧道前必须能看见入口处的路面情况.消除“黑洞”现象。

    入口段的长度取决于隧道设计的最高时速，至少与最高速度时的安全刹车距(SSD)相等。这是因为在此

段最远端的路面应当为在安全刹车距离外准备进入隧道的驾驶员能看清障碍物作为背景。

    过渡段

经过照明水平相对高的阀值段，隧道内的照明可以逐步降低到很低的水平，这段渐降的区域就是过渡段。过渡段的长度取决于设计最高时速和入口段尾部与内部段的照明水平的差别。过渡段可能根据不同照明水平分成1 -3段。

  内部段

内部段即如其名，是隧道内远离外部自然光照影响的区域，驾驶员的视觉只受隧道内照明的影响。

内部段的特点是全段具有均匀的照明水平。因为完全不需变化，该段只需提供合适的亮度水平，具体数值由交通流量和车辆时速决定。

出口段

出口段是单向隧道的最后区段，接近出口的驾驶员视觉受隧道外亮度的影响，为防止出隧道时，由于高亮度刺激而降低视觉，亦即眩光的影响，这可能造成驾驶员不能及时发现前面行驶在大卡车阴影里的小车，出口段须加强照明。

四.路段长度及亮度计算

入口段照明

1.入口段照明可按以下公式计算:

Lth=k x L20

Lth为入口段亮度(cd/m2}

k为入口段亮度折减系数，见下表

L20为洞外亮度

入口段亮度折减系数

2.洞外亮度

a.洞外亮度在设计阶段，如无实测资料，可按下表选取:

五、隧道案例：

1、解决问题:  （1）确定L20,  Lth  Ltr,  Lex

             （2）选择灯具/光源和布灯方式

             （3）利用软件计算

2、隧道情况:

全长1.5公里

路宽为10米

洞高为5.5米

双向双车道

主车道单向流量3300辆/h

设计车速60km/h

入口坡度4%

3、设计要求:

严格按照《有公路隧道通风照明设计规范》要求

Specifications for Design of Ventilation and Lighting of Highway Tunnel

JTJ 026.1-1999

《有公路隧道通风照明设计规范》解读：

1.入口段亮度：

入口段长度计算:

Dth=1. 154DS+(h-1. 5)/tan100

Dth-入口段长度

Ds-照明停车视距(刹车距离)

h-洞内净高

（1）.入口段灯具布置

A.入口段的照明由基本照明和加强照明两部分组成，前者按中间段照明考虑，后者可用功率较大的灯具加强照明。

B.入口段的加强照明灯具，可从洞口以内10M车开始布置。

（2）.连续隧道的入口段照明当两隧道间行驶时间按计算车速考虑小于30s，且通过的前一隧道内行驶时间大于30s时，后续隧道入口段亮度折减了按下表选取:

C.洞口土建完成后，应实测洞外亮度，实测与设计值相差>25%，应调整照明系统。

D.洞外亮度实测时实测位置应为接近段起点，接近段长度应取洞外一个照明停车视距(刹车距离)。

E.照明停车视距按下表选取

入口段长度计算:

Ds取62米

Dth=1. 154Ds+(h-1. 5 ] /t an100

      =1 .154x62+(5. 5-1. 5）/tan100

      =50米

入口段亮度计算:

k=0. 022

接入段亮度取3000cd/m2

L20=3000cd/m2

Lth=kX L20

=66cd/m2

由LED与高压钠灯等效亮度研究主要结论可以知道，同样的亮度，LED灯给人的视觉亮度是高压钠灯的两倍，所以才用LED光源作为照明，Lth>33cd/m2

软件模拟的隧道效果图

                                   隧道内入口段地面的等亮度图

2.过渡段照明

（1）过渡段亮度

过渡段由TR1，TR2，TR3三个照明段组成

与之对应的亮度按下表取值

（2）过渡段长度

过渡段长度按下表取值

查表可知过度段I的长度为44米，亮度为10cd/m2

查表可知过度段II的长度为67米，亮度为7cd/m2

过度段I的效果图

隧道内过度段I地面的等亮度图

过度段II的效果图

隧道内过度段II地面的等亮度图

中间段亮度

（1）中间段亮度

A.中间段亮度按下表取值:

                       车速一路面亮度一烟雾浓度之关系

B.人车棍合通过的隧道，中间段亮度值度不低于2.5cd/m2。

C.隧道两侧墙面2M高范围内，宜铺设反射率不小于0.7的墙面材料。路面左右两侧墙面2m高范围内的平均亮度，应不低于路面平均亮度;平均亮度与平均照明的换算关系一般可按沥青路面(15-22} lx/cd。

水泥路面(10-13) lx/cd。 

（1）灯具布置符合以下要求:

    A.灯具布置应满足闪烁频率低于2. 5HZ或高于15HZ。

    B.中间段灯具的平面布置形式可采取中线布置，两侧交错布置或两侧对称布置。

C.路面亮度总均匀度不低于下表:

D.路面中线亮度纵向均匀度不低于下表:

E.应急停车带和连接通道照明

应急停车带宜采用荧光灯照明，其照明亮度应大于7cd/m2

连接通道亮度应大于2cd/m2

本案:

经查表

路面亮度总均匀度u1>0.4。

亮度纵向均匀度u1> 0.7。

本案:流量3300辆/h

车速:60km/h

中间段亮度2. 5cd/m2                  

灯具对称布置

中间段的效果图

出口段照明

1.在单向交通隧道中，应设置出口段照明，出口段长度宜取60米，亮度宜取中间段亮度的5倍。即L>12即可

2.在双向交通隧道中，可不设出口段照明。

出口段的效果图

隧道内出口段地面的等亮度图

六、调光

1.应根据洞外亮度和交通量变化分级调整入口段，过渡段，出口段的照明亮度。

2.入口段，过渡段，出口段的照明亮度可按下表取值

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