道路照明设计的几个常见问题

道路照明设计的几个常见问题
发表时间：2019-08-12T15:57:41.597Z 来源：《防护工程》2019年10期作者：杨春华
[导读] 照明计算软件相比手工计算，具有高精度、高效率的优点，使用照明计算软件进行照明设计已经很普遍。

天津市市政工程设计研究院天津 300392
摘要：本文从道路照明和电气照明设计的标准出发，阐述了道路照明设计中常见的问题，包括路灯的利用系数、道路亮度与照度的转换关系、灯柱的布置等。

关键词：道路照明；设计；问题
一、照明指标的计算问题
1、路灯的利用系数
照明计算软件相比手工计算，具有高精度、高效率的优点，使用照明计算软件进行照明设计已经很普遍，但还是有不少电气设计师依然采用电气设计类手册和照明设计类书籍中的公式来进行照明设计，其中用得最多的就是利用系数法来估算所需灯具的数量和灯具的规格，而且不敢突破手册建议的利用系数。

这样简单地遵循手册虽然可以保证照明指标达标，但在LED路灯应用时可能造成很大的功率超标。

电气设计手册建议的利用系数是以光源光通量作为比较基准，而LED灯具由于一般没有像传统灯具将光源取出来测量光源光通量一样将LED灯珠取出来测量单个LED灯珠光通量，所以LED灯具给出来的光通量都是灯具光通量，LED灯具的利用系数都是基于灯具光通量作为比较基准的，其数值远超过传统灯具。

图1（a）是某高压钠灯路灯的利用系数，图1（b）、（c）是某两种LED路灯的利用系数图，图中HS为屋边利用系数，SS为路边利用系数。

可以明显看到LED路灯路边利用系数都超过高压钠灯很多。

如果用于路宽为2倍杆高的道路，LED路灯1和2的利用系数分别为0.74和0.64，而高压钠灯路灯利用系数仅为0.46。

如果将路边和屋边最右端（路宽远远大于杆高）的利用系数相加，可以发现高压钠灯路灯的结果是0.48+0.28=0.76，而两个LED路灯的结果都是1。

这个结果实际上代表了灯具的光输出比，也称为灯具效率。

LED灯具直接测量灯具的光通量，故灯具效率为100%，而传统灯具采用间接测量法，由于反射和透射的损失，灯具发出来的光通量总是比光源光通量小，灯具效率一般不会超过80%，路灯的标准要求不小于70%。

图1高压钠灯和LED路灯的利用系数图
对图1的高压钠灯路灯来说，路宽为2倍杆高的道路光源光通量利用系数是0.46，换算成灯具光通量的利用系数则是0.46/0.76=0.60，这样就与LED路灯是基于同样的比较基准了，两者利用系数的差别就没有直接比较那么大了。

但图1（a）和（b）仍有超过20%（0.74/0.6）的差别，这是不同的配光设计决定的。

可见，利用系数法并不是不能用，而是要基于所选择灯具自身的配光特点、每个灯具特定的利用系数曲线来使用，如果一味呆板地按照手册的建议值来进行计算，会存在极大的偏差。

2、路面亮度与照度的换算关系
行业标准CJJ45-2015《城市道路照明设计标准》（以下简称《道照标》）对机动车道的照明不仅有路面亮度的要求，同时还提供了路面照度推荐值（如表1所示），据此表可以推算沥青路面照度与亮度的换算关系约为15lx等同于1cd/m2。

同时《道照标》3.3.2条规定：“应根据本标准附录A中的平均亮度系数，计算求得为获得路面平均亮度而在沥青路面和水泥混凝土路面分别需要的平均照度”，附录中的附表A.0.2-1沥青路面简化亮度系数表为CIEC2路面材料特性。

传统的设计习惯是确定照度标准后用利用系数法确定灯具光通量要求，默认照度满足即亮度同时也满足。

但实际工作中，同一条道路选用CIEC2路面、用不同配光的灯具在同样的布置条件下，照明计算软件模拟计算出来的照度和亮度换算系数并不固定，最低可以14，最高将近18，最大差别可达28%，换算系数小的灯具眩光大，换算系数大的灯具眩光小。

国际照明委员会标准CIE115《LightingofRoadsforMotorandPedestrianTraffic》和欧盟标准EN13201《Roadlighting》对机动车交通道路的照明要求已经完全不提照度指标，也是考虑路面亮度的影响因素太多，很难有一个普遍适应的固定照度亮度换算系数。

我国标准虽然推荐了照度值，也是基于项目检测的现实困难，但在软件普遍使用的情况下，设计阶段只采用亮度指标是完全可行的。

2）表中各项数值仅适用于干燥路面。

3）表中对每一级道路在额定功率条件下的平均亮度和平均照度给出了两档标准值，“/”的左侧为低档值，右侧为高档值。

4）迎宾路、通向政府机关和大型公共建筑的主要道路、位于市中心或商业中心的道路，执行Ⅰ级照明标准。

二、灯杆灯具的布置问题
道路横断面型式基本决定了灯杆的布置位置和高度，而《道照标》5.1.3条要求常规照明灯具的布置按照一定的限制条件来确定灯杆的间距、杆高和挑臂参数。

图2中5种基本的照明布置方式，除了（e）很少见外，其余4种在我国都很常见。

1、立杆位置
表1机动车交通道路照明标准值
注：1）表中所列的平均照度仅适用于沥青路面，若系水泥混凝土路面，其平均照度值相应降低约30%。

不同的立杆位置对工程造价、运营能耗和照明效果有不同的影响。

比如对有中央隔离带的道路来说（如图3所示），中心对称布灯比双侧对称布灯因为节省灯杆、基础和电缆从而造价更低，同时不受人行道乔木影响更容易实现两侧非机动车道和人行道的照明要求，但机动车道对灯具发出的光的利用率比双侧对称布灯更低，运营能耗更高。

为了避免乔木绿化遮光，对有机非隔离带的道路断面，如果机非隔离带有种植乔木的计划，则灯杆不能立在人行道上。

图4的道路照明质量如果没有树木遮挡就非常好，但几年后随着机非隔离带树木长高，机动车道照明质量将不可避免地受到影响。

2、挑臂长度和仰角
《道照标》5.1.3条第1款要求：“灯具的悬挑长度不宜超过安装高度的1/4，灯具的仰角不宜超过15°”，有的设计师简单理解为灯杆挑臂长度不超过杆高的1/4，有的理解为灯具的仰角就是15°。

其实，灯具的悬挑长度是指灯具探入机动车道边线的距离，挑臂长度总是比悬挑长度要长；仰角不宜超过15°的概念是仰角越小、眩光越小，为了保证眩光小，最大仰角也不能大于15°。

对于在人行道上与行道树并立的灯杆而言，挑臂的长度应该尽量长，以避免灯具被树冠遮挡。

以10m安装高度为例，悬挑长度2.5m，立杆位置退入机动车道边线（无非机动车道）0.75m，则挑臂长度可以为3.25m；如果有非机动车道，甚至还可以加上非机动车道的宽度。

当然并非一定要悬挑长度至安装高度的1/4，只需保证灯具探出树冠即可，所以对灯杆布置在人行道、人行道与机动车道之间有非机动车道的路来说，悬挑长度也可能是负数。

从保证照明效果出发，电气设计师一定要了解道路的绿化设计，改建项目更应先考察现场再进行照明设计。

图2常规照明灯具布置的5种基本方式
图3中心对称布灯与双侧对称布灯的差别
结束语
道路照明是纯功能性照明，其照明质量由具体的综合指标来衡量，其设计以《道路照明标准》等相关标准为指导。

但根据“道”是基于普遍性的原则,除了功率密度是强制性规定外,其余都是推荐性标准,针对不同的灯具的光学性质,如果你有准确的光分布文件和计算软件工具,并能完全通过仿真优化设计,以达到更好的照明效果,降低项目成本。

电气设计人员需要更好地理解“招标”的规定，并在实际工作中灵活运用，更好地指导项目的实施。

参考文献：
[1]汪建平，邓云塘，钱公权.道路照明[M].上海：同济大学出版社，2005.
[2]国际照明委员会.CIE140：2019RoadLightingCalculations[S].2ndEdition，2019.。