马 非，陈开良，王 乾，彭 力

(1.招商局重庆交通科研设计院有限公司隧道分院，重庆 400067；2.三明福银高速公路有限责任公司，福建三明 365000；3.重庆交通大学交通运输学院，重庆 400074；4.重庆大学建筑城规学院，重庆 400040)

引言

我国隧道不仅修建在山岭地区，在江河、海峡和港湾等地区也越来越多地考虑修建隧道，这样可不影响水路通航，提高舒适性，增加隐蔽性且不受气候影响[1-3]。因此，在今后一段时间内，我国公路隧道的数量和里程还将持续上升。随着隧道数量的持续上升，安全与节能成为现今隧道照明面临的两个突出问题。传统的隧道照明方式不仅会消耗大量的电能，给运营企业造成经济负担，并且巨大的能源消耗也会引起雾霾等严重空气污染问题。从节约资源、保护坏境角度出发，研究如何减小隧道照明消耗的电能越来越成为国内外研究学者关注的重点[4-7]。为了达到隧道照明节能的目的，研究者考虑了隧道分段照明、隧道轮廓标、灯具类型、配光曲线、布灯形式等因素，使其照明效果能够达到安全与节能的最优组合[8-12]。不同的路面类型会影响到隧道内的各照明指标。公路隧道路面通常采用水泥混凝土路面或沥青路面。水泥混凝土路面摩擦系数较小，反射率较大，为 0.24～0.31。沥青路面摩擦系数大，反射率较小，为 0.18～0.21。因此，目前研究认为，在满足行车安全的基础上，路面尽量选用水泥混凝土路面，并加入浅色石子改善路面亮度，可以提高照明效果[8]。但是，目前这方面的相关研究还较少，本文通过软件模拟对不同路面类型下的照明指标进行分析，得出照明效果最好的路面类型，对未来隧道内路面的设计工作具有重大意义。

1 不同路面类型模型的建立

1)路面类型。传统的路面分类为刚性路面、柔性路面及半刚性路面，刚性路面就是水泥混凝土路面，柔性路面就是沥青路面，半刚性路面介于两者之间。我国隧道路面结构的特点是：在中长及特长隧道中，水泥混凝土路面所占的比例较大，沥青混凝土路面和复合式路面采用较少；短隧道中多采用沥青混凝土路面。本文研究的不同路面类型有水泥路面，沥青路面和湿润路面，其中湿润路面又有反射程度不同的类型，隧道内各路面描述见表1。

2)照明指标。通过对照明指标的分析可以进行照明效果的评价，本研究分析的照明指标包括路面照度，路面亮度，目标亮度，光幕亮度以及小目标可见度，其表示的具体含义见表2。

表1 路面类型分类

表2 照明指标

图1 隧道横断面Fig.1 The cross-section of tunnel

3)隧道模型。该隧道模型属于单向三车道，总宽13.85 m，单车道宽3.75 m，路面至拱顶距离为7.3 m，灯具布置位置距离路面高度为5.50 m，布灯形式为两侧交错布灯，布灯间距10 m，灯具发光轴线与竖直面夹角为15°。隧道横断面图如图1所示。图2是用极坐标方法表示的配光曲线图，此外还可以用直角坐标法和等光强曲线法表示。从图2可以看出配光曲线(kenall2)在55°附近，最大光强数值为404 cd/klm(8010/19.813)，横向配光曲线不对称。

图2 配光曲线示意图Fig.2 The light distribution curve diagram

2 模拟计算结果分析

1)路面照度。采用照明软件AGI32进行计算，得出不同路面类型的路面照度值，见表3。

表3 不同路面材料下路面照度值

路面照度总体上差异不大，那是由于照度只与灯源本身相关，与接收面的情况无关，模拟呈现在误差范围内波动，路面照度的变化趋势如图3所示。

图3 不同路面类型下路面照度值比较Fig.3 The comparison of illuminance of different pavement

2)路面亮度。计算得到不同路面类型的路面亮度值，见表4。从表4可以看出路面亮度总体上差异较大，湿润路面的路面亮度值较高，最高亮度比最低亮度高出60.1%。湿润路面亮度最大值随着反光率的增加而增加，但是最小值有减小的趋势，表明湿润路面反射率的提高增大了路面亮度的不均匀，从驾驶员舒适性考虑，湿润的路面对行车安全不利。所有路面亮度值变化趋势如图4所示。

表4 不同路面材料下路面亮度值

图4 不同路面材料下路面亮度值比较Fig.4 The comparison of luminance of different pavement

3)目标物亮度。计算得到不同路面类型情况下的目标物亮度值，其数值关系到目标是否能被发现，见表5。

目标物亮度总体上差异不大，湿润路面的路面照度值较高，且随着路面反光率的增加而增加，目标物亮度值变化趋势如图5所示。

4)光幕亮度。计算得到不同路面类型情况下的光幕亮度，其数值见表6。

表6和图6可以看出光幕亮度总体上差异不大，尤其是最大值几乎相同，平均值略微有些变化，其变化趋势如图6所示。

5)小目标可见度。计算得到不同路面类型情况下的STV值，见表7。

表5 不同路面材料下路面目标物亮度值

图5 不同路面类型下路面目标亮度比较Fig.5 The comparison of luminance of target object under the different pavement type

表6 不同路面材料下路面光幕亮度值

图6 不同路面类型下路面光幕亮度比较Fig.6 The comparison of veiling luminance under the different pavement type

表7 不同路面材料下亮度STV值

不同路面的STV值差异较大，尤其是沥青路面的STV值比水泥路面和湿润路面较高，表明沥青路面有益于洞内小目标的发现。路面的STV值变化趋势如图7所示。

图7 不同路面类型下STV比较Fig.7 The comparison of STV under the different pavement

3 综合评价

根据前面得到的模拟分析结果，分析不同路面类型对平均亮度、小目标物亮度、背景亮度、 小目标物可见度的贡献，从而在不同条件下为选择路面类型提供参考。

根据表8中的数据可以得出综合判断：①对于干燥的水泥路面和沥青路面来说，水泥路面在小目标物亮度和背景亮度之间区别很小，虽然水泥路面的平均亮度比沥青路面高，但是小目标的可见度反而比沥青路面低很多，所以在隧道路面类型的选择中，在满足规范里地面亮度要求的前提下，尽量选择沥青路面。②同一类型路面，路面湿润程度越高，路面平均亮度、小目标物可见亮度越高，除W1外，小目标物可见度越高。但是，由于路面平均亮度的增加只是因为湿润造成的路面部分镜面反射的效果，而湿润路面摩擦系数将减小，低温状态下将更小，更容易引发交通事故。因此在设计中，不能单单依靠指标的满足就判断隧道照明设计符合规范要求，还要求在现场判断路面情况。③解决进入洞口处的湿润问题将是未来进一步工作的重点。

表8 不同路面材料下路面情况综合评价

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