[案例应用]公路隧道照明设计研究

公路隧道照明设计应解决好隧道中特有的视觉现象，尤其是根据隧道所在地的光气候、朝向、隧道入口的光环境等，选择合适的洞外景物亮度值等照明设计参数值，它们关系到公路隧道照明节能、交通安全和快速。

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安全[2篇]

1.引言

公路隧道由于具有缩短里程、节省时间、提高交通运输效率、节省用地和有利于保护生态环境等优点，在山区的公路建设中被广泛采用。因此，隧道照明设施的规模及数量越来越大，隧道的运营电费和维护费用也越来越高，照明节能和照明安全也越来越突出，为了解决好照明节能和安全问题，就必须研究公路隧道照明。

隧道的构造比较特殊，它的两侧和顶部是封闭的，会产生隧道特有的人眼明适应和暗适应，尤其是白昼的视觉问题。

在白昼，刚接近长隧道时，驾驶员看到是一个黑洞，这是“黑洞”现象;如果隧道较短，则会产生“黑框”现象;由于洞外亮度大，进入隧道后，人眼需要适应时间，即产生“适应的滞后现象”;对于长隧道的中间段，汽车废气会形成烟雾，影响驾驶员的可见度;在隧道出口，会产生一个很亮的洞口，形成强烈的眩光，降低驾驶员的可见度，这就是“亮洞”现象。上述这些现象均会对驾驶员的视觉生理产生影响;在隧道中同时还会产生管状视觉现象和闪烁现象等，这些现象也均会对驾驶员的视觉心理产生影响，会使驾驶员产生心理上不舒适感，从而产生安全隐患。所以隧道照明设计必须解决好隧道照明特有的视觉问题，尤其是确定合理的洞外亮度值，这样才能创造出良好的视觉环境，从而更有利于隧道照明安全和节能。

在机动车交通量和设计行车速度一定的条件下，隧道洞外景物亮度值大小将直接关系到入口段亮度值大小，也即与隧道照明节能、营运电费、工程投资和行车安全等有关。

2.洞外景物亮度研究

目前在进行隧道照明设计时，入口段的亮度值是由洞外亮度L20(s)乘以入口段亮度折减系数K近似算得[1]，而确定洞外亮度L20(s)的方法主要有4种：查表法，黑度法，数码相机照相法和亮度计算法(环境简图法)。

(1)查表法

查表法就是根据国标[I]洞外亮度中，按洞外停车视距(如设计车速80km/h 为100m)视看隧道的20度视野的天空面积百分比值、洞口朝向或洞外环境、车速查取洞外亮度值。

由于重庆市目前新建的公路隧道大多数位于山区，此时的天空面积百分比值通常为零，此时如按国标在设计车速一定时查取洞外亮度值，那么只能按暗环境和亮环境进行确定，这时不但存在如何区分暗环境和亮环境的问题，而且还没有考虑不同朝向和洞外植被、护坡、端墙、路面铺装等洞外环境的影响。实际上不同情况的洞外亮度值差别是很大的，具体测试值见表1(由重庆交通科研设计院

测试)。

表1高速公路隧道在天空面积百分比为零时洞外亮度实测值

从表l中可以算得，南向洞外亮度平均值为4073cd/m2，北向为3400cd/m2，东向为2455cd/m2，西向为2725cd/m2;由此看来，南向洞外亮度为最大，东向和西向洞外亮度较小，所以，即使当天空面积百分比为零时，L20(s)也是与朝向有关的;此外还与“公路隧道通风照明设计规范”[1]规定东洞口与西洞口取用南洞口与北洞口之中问值的说法是有矛盾的。从表1中可看出，L20(s)大小与洞外环境关系很大，如果保留自然植被或洞口正墙面采用深色植被和沥青路面等措施，那么就可使L20(s)减小到3000cd/m2左右。

从表1中还可以看出，隧道代号为22的L20(s)值是当地其他南向隧道的洞外亮度值的2倍左右，原因是该隧道口正墙面采用具有规划(镜面)反光特性的大理石材料，因此导致了在特定的反射角度时，反射光很强，造成了眩光，L20(s)也上升到6870cd/m2，这是不利于隧道照明节能和安全的，应在进行隧道照明设计时避免在洞口外采用镜面反射材料，宜采用粗糙的建筑材料，努力降低洞外亮度值，使隧道照明设计有利于隧道照明节能和安全，从而使隧道照明设计更为合理。

(2)黑度法

黑度法是一种洞外亮度测量法，它是国标[1]推荐的一种洞外亮度的实测方法。实测时，在接近段起点S处(当设计车速为80km/h时距洞口 100m)，距地面

1.5m高正对隧道洞口方向20度视野的洞外环境一次成像在胶片上，拍摄黑白照片时还需要在洞口旁立一个已知亮度的灰板作为参照物，然后将冲洗出来的胶片置于黑度仪上测读度视野内各景物的黑度[1]，将各自所占面积的百分比作为权重计算出平均黑度，再与参照物的亮度作比较，确定现场测量时刻的洞外亮度

L20(s)值。实测应选在夏季(6～8月)晴天无云连续进行3天，每天测量5次(10：00～14：00，地方时，每次间隔lh)或11次(7：00～17：00，地方时，每次间隔lh)。

黑度法的缺点是测量精度与感光胶片质量、冲洗状况等关系密切，而且确定洞外亮度过程复杂，不适宜在工程在应用：而且偶然几天的洞外亮度测量结果不一定能真实反映出当地的光气候变化的规律性，会导致实际的洞外亮度值与设计值之间产生误差，使相对误差超出士25%范围。总之，从实际应用和理论观点上看，用黑度法确定洞外亮度还需要进一步改进才行，并且要进行长期实测后才能确定洞外亮度的变化规律性。

(3)数码相机照相法

为了消除黑度法因采用感光胶片带来的测量误差和缩短测试洞外亮度的周期，随着电子科学技术的发展，数码相机获得了进一步完善，因此可利用数码相机照相法确定洞外亮度‘到。虽然数码相机的成像技术在不断提高，但是数码相机毕竟不是测光仪器，所以由不同型号、不同厂家生产的数码相机采集的光度参数会产生差别，为此应进行数码相机光学特性化研究[3]，确定数码相机所采集的数字图像的灰度值和刺激值之间的关系式与相应的校正系数，并在光度学实验里进行标定，即在正常曝光条件下，利用标准灰板、色板，确定刺激值与被测目标的亮度表达式，这样才能利用数码相机对洞外亮度分布进行近似测量。

数码相机照相法快速简便，具有一定的测量精度，满足隧道照明工程上的应用要求。将数码相机照相法作为隧道照明设计的实测验证的手段是可行的，但是，数码相机照相法与黑度法一样，必须要排除测量洞外亮度的偶然性才行，为了隧道照明安全和节能，采用数码相机照相法和黑度法均需要进行长期实测后才能确定适宜的洞外亮度值;而且当隧道口土建完成后，还应保证公路路面施工也需要同时完成，完成时问应在每年6月份之前，否则就不适合用实测法确定洞外亮度

值。

(4)亮度计算法

亮度计算法又称为环境简图法。环境简图法的实质就是由隧道口外景物亮度与各部分所占的百分比乘积算得的，所以必须确定合理洞外景物亮度值。环境简图法要求在接近洞口段起点s处，距地面1.5m高正对隧道洞方向20度视野范围内，考虑天空亮度、路面亮度、洞IJ环境亮度和隧道洞口亮度的贡献，于是算得洞外亮度值。

L20(s)=cLc+rLr+eLe+rLr (1)

式中L20(s)——洞外亮度(cd/m2);