毗邻隧道外露段进口处照度研究

毗邻隧道外露段进口处照度研究
吴成朋
重庆铁发建新高速公路有限公司，重庆 400711
摘　要：西部山区越来越多地出现毗邻隧道，在能源紧张和隧道照明成本居高不下的背景下，解决毗邻隧道的照明节能问题成为十分关键的课题。

文章利用毗邻隧道外露段进口处的特点进行节能研究，通过人眼对照度的反应，取得在满足安全行驶条件下的最合理照度值，以避免由过度照明引起的浪费。

关键词：毗邻隧道；节能；照度；照明优化
中图分类号：U453 文献标志码：A 文章编号：2096-2789（2021）02-0074-03
随着国家经济的快速发展，基层建筑事业也进入了蓬勃发展的阶段。

在西部山区，地势具有特殊性，开始出现越来越多的毗邻隧道。

目前对毗邻隧道还没有较为准确的定义，王少飞[1]将隧道间距L≤250m的隧道称为毗邻隧道，如图1所示。

随着毗邻隧道规模的扩大，在能源紧张和隧道照明成本居高不下的背景下，解决毗邻隧道的照明节能问题成为十分关键的研究课题。

图1 毗邻隧道示意图高路面照明质量，且当墙面反射率达70%时，路面照度至少可以提高10%。

李敏[8]设计了用于隧道照明控制系统的CAN应用层协议，通过验证CAN总线协议在隧道照明控制中的可行性，证明了基于优化布灯参数的CAN总线控制技术在隧道节能中的应用价值。

然而毗邻隧道的特殊性导致在毗邻隧道外露段进口处的亮度与普通隧道而言是有较大差异的，故文章利用毗邻隧道外露段进口处的特点进行节能研究。

通过人眼瞳孔直径对照度的反应，取得在满足安全行驶条件下的最合理的照度值，以达到避免过度照明引起浪费的目的。

1 试验设计与数据采集
选择男性驾驶员4名，矫正视力均在5.0以上，年龄均在20～30岁，试验过程中车辆保持50km/h的速度匀速行驶。

试验前测量毗邻隧道中间外露段进出口的照度，并测量行车过程中的驾驶员的瞳孔直径。

通过测量来分析照度、瞳孔直径以及行车的速度这三个量之间的关系。

试验隧道位于重庆九龙坡区、南岸区以及武隆区，隧道情况如表1所示，以上隧道路面均为沥青路面。

隧道名称长度/m 新宋家沟二号隧道与新中梁山隧道连接段42.50
宋家沟二号隧道右线与中梁山隧道右线连接段58.65真武山隧道右线毗邻隧道组98.78
真武山隧道左线毗邻隧道组95.39白马隧道右线与羊角隧道右线连接段215.94
白马隧道左线与羊角隧道左线连接段155.75
羊角隧道右线与大湾隧道右线连接段227.81
羊角隧道左线与大湾隧道左线连接段210.98
表1 试验隧道情况
试验车辆采用雪佛兰科沃兹，眼动仪采用Smart Eye 5.6眼动仪，照度计采用台湾泰仕电子工业股份有限公司生产的1339R型照度计。

试验时照度测量的测点布置在行车道中线处，选取洞内40m、30m、20m、10m、0m以及洞外10m、20m处。

目前，由于缺少毗邻隧道照明设计相关规范，毗邻隧道的照明仍然是按照普通隧道的照明来进行设计。

但是，由于两毗邻隧道间的距离较近，工程具有特殊性，因此如何在保证隧道行车安全的同时实现毗邻隧道的照明节能是一个值得研究的问题。

传统的隧道节能技术一般是通过采用节能型的灯具、灯具安装参数优化、隧道内表面涂蓄能反光涂料以及采用智能化的照明控制系统这四个方面进行的。

杨超等[2]建立了基于灯具配光曲线和布灯参数的隧道照明利用系数计算模型，其研究结果表明，对称布灯方式是最为节能且能达到最好的照明效果。

崔璐璐[3]提出基于神经网络的高速公路隧道漫反射材料照明节能方法，并证明了该方法在降低能耗方面具有较好的效果。

黄艳国等[4]对比了遗传蚁群算法、标准遗传算法以及照明设计软件DIALux，得出了遗传蚁群算法对于隧道节能具有较为显著的作用。

沙欣[5]研究了LED光源在陕西黄延高速公路隧道照明中的节能技术及其应用，结果表明LED光源每年可节约超过100万元的费用。

洪远泉[6]分析了隧道外亮度、车流量、车速对隧道灯光照明功率损耗的影响后，提出可以通过降低隧道入口处亮度、按需照明以及LED照明来降低隧道电能损耗。

梁波等[7]通过隧道室内模拟试验、实体隧道试验和现场试验等一系列隧道照明节能试验，证明隧道侧壁采用反蓄光材料可以提
2 照度与瞳孔变化关系
2.1 照度与瞳孔直径的关系
取驾驶员瞳孔直径为D ，隧道内外路面的照度为E ,对所测的8条毗邻隧道外露段进口（即图1所示C 处）进行分析，建立了ln E 和ln(ED )的关系，以1号、2号隧道为例，拟合曲线图如图2、图3所示。

图2 1号隧道进口ln E -ln(ED )关系图
图3 2号隧道进口ln E -ln(ED )关系图
得到在毗邻隧道外露段的进出口瞳孔直径的变化速度，如图4所示。

在隧道的进出口处由于驾驶员要经历一个“暗—明—暗”的适应过程，在此过程中瞳孔直径要经历较大的变化，使驾驶员产生较大的视觉障碍，进而影响驾驶员对障碍物的辨识，严重时会引发一系列的交通事故。

假定驾驶员的瞳孔直径变化速度在一定区间内不会引起视觉障碍，取瞳孔直径变化速度的85%分位数为临界瞳孔直径变化速度，瞳孔面积减少时取15%分位。

(E D )
ln E
(E D )
ln E
由图2、图3可知，ln E 与ln(ED )线性关系显著，由此可以假设在毗邻隧道的外露段进出口段（即图1所示B 、C 处）有
ln(ED )=m ln E +n （1）整理得：
D =
E m-1e n （2）式中：D 为直径，m；E 为照度，lux；m 、n 为常数。

2.2 瞳孔直径变化速度
设瞳孔直径变化速度为V ，则，而
，其中，
v 为汽车行驶速度，m/s。

在该试验中汽车以恒定速度行驶，则
，可
图4 隧道进口处瞳孔直径变化速度
则在毗邻隧道外露段进口处，当瞳孔直径变化速度为-0.22～0.22mm 2/s 时，不会引起视觉障碍。

3 毗邻隧道外露段进口处的照明优化
将D =E m -1e n 两边同时求导即可得出瞳孔直径变化速度：
（3）
假设瞳孔直径临界变化速度为V c ，又由平均亮度与平均照度之间的关系可得E =cL ，其中系数c 为与路面条件有关的常数。

可得：
（4）
将毗邻隧道外露段进口处长度划分为两段D th 1、D th 2，洞口处亮度为L (20)(S )，按照普通隧道进行设计时所得的进口段D th 1、D th 2的亮度分别为L th 1、L th 2，进口段亮度折减系数为K ，将进口段D th 1、D th 2均划分为n 等份。

当亮度变化速度保持恒定时，驾驶员的视觉适应最佳。

则进口段距隧道洞口x 处的亮度合理设置值为
0≤x ≤D th 1 （5）
D th 1≤x ≤D th 2（6）
根据式（5），当处于进口段D th 1时，最佳亮度值为
（7）
式中：m =0.8805。

（下转第233页）
于提高评估成果的连续性、可靠性、有效性，对于后续国土空间规划编制工作的开展能够起到有效指导意义。

同时通过评估可加强行业内外成果的共享，建立信息反馈和业务协同机制，为地方相关政策的制定提供支撑。

5 结束语
市县级国土空间总体规划是我国空间规划体系的重要组成部分，做好国土空间开发保护现状评估工作是科学编制国土空间总体规划的重要基础，对全面提升国土空间治理能力具有重要意义。

溧阳市国土空间开发保护现状评估工作是在落实国家及省级层面相关政策要求的基础上，依据地方特色做出的率先积极探索，其“简洁有效的技术路线、系统全面的问题剖析、灵活多样的评价方法”对广大市县的评估工作具有较强的借鉴意义。

参考文献：
[1]林坚.高质量发展视角下的国土空间规划思考[J].中国建
设信息化,2020(21):14-15.
[2]陈烁.市县国土空间开发保护现状评估:以黄山祁门县为例
[J].安徽建筑,2020,27(4):44+60.
[3]王珊.地理信息大数据在国土空间规划中的应用探讨[J].
工程技术研究,2020,5(9):253-254.
[4]王洪海.地理信息大数据在国土空间规划中的应用分析
[J].工程技术研究,2020,5(10):277-278.
[5]李铭,徐有钢,邱李亚.福州市国土空间开发保护现状评估
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[6]赵亚莉.绿色发展理念主导下的国土空间规划编制路径
[J].中国土地,2020(10):31-32.
[7]陈科.聚焦六大高质量发展的苏南丘陵地区城市发展研
究:以溧阳市为例C//中国城市规划学会,重庆市人民政府.活力城乡美好人居:2019中国城市规划年会论文集（11总体规划）.北京:中国城市规划学会、重庆市人民政府, 2019:9.作者简介：陈科，男，硕士，高级城市规划师，研究方向为总体规划、城市更新、乡村振兴。

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根据式（6），当处于进口段D th 2时，最佳亮度值为
（8）
式中：m =0.8805。

4 结论
通过对驾驶员瞳孔直径变化的研究，得出毗邻隧道外露段进口处亮度的最佳值：（1）当处于进口段D th 1时，最佳亮度值为
；（2）当处于进口
段D th 2时，最佳亮度值为。

参考文献：
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[5]沙欣.LED 光源在黄延高速公路隧道照明中的节能技术研究
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节能照明理论与技术[J].现代隧道技术,2014,51(5):15-22.
[8]李敏.基于CAN 总线的隧道照明节能控制技术研究[D].南
昌:华东交通大学,2018.作者简介：吴成朋，男，本科，工程师，研究方向为隧道运营管理。