高速公路隧道照明系统改造分析

2020-11-09郑忠仁

光源与照明 2020年8期

郑忠仁

广东新粤交通投资有限公司（广东广州 510000）

0 引言

随着我国经济的不断发展，高速公路的建设规模不断扩大，并逐渐向山区延伸，与之相关的隧道施工也在不断增多[1]。在隧道工程中，需要高度重视照明系统，通过完善的隧道照明措施保证驾驶员在隧道行驶的过程中具有良好的视觉条件。这是因为，当车辆驶入隧道后，驾驶员的视觉会发生变化，基于隧道的特殊性，就需要设置完善的照明系统。传统的隧道照明系统中存在的问题比较多，还可能导致车辆在行驶过程中出现安全问题，因此积极完善隧道照明系统，加大改造力度刻不容缓。

1 隧道照明的重要性与工程概况

在高速公路的建设过程中，需要高度重视隧道施工，并采取有效的技术措施提高隧道照明水平。隧道对照明系统的要求很高，在其出入口之间的过渡路段中，车辆和驾驶员对照明系统的要求会更加苛刻。驾驶员在白天驶入隧道时，会突然感到眼前黑暗，如果隧道内部的照明亮度不足，就极有可能会出现安全事故。驾驶员在夜间离开隧道时，由于隧道内部有亮度较强的灯光照射，当车辆行驶至隧道出口时，面对突然出现的黑暗环境，也很容易发生危险。因此，在设计高速公路隧道照明系统时，要高度重视其出入口的过渡部分，并确保整个隧道照明系统功能更加完善[2]。有些隧道很长，要确保隧道内部的照明充足，在该过程中就会产生较大的能耗。因此，要结合高速公路隧道的实际情况，改造照明系统，除了要完善其功能，还要力求达到节能降耗的效果。

某高速公路全长234 km，涉及的隧道比较多，车辆通过时会存在一定的安全隐患。该路段隧道内部灯光比较昏暗，白天隧道内外部的光线差距较大，会给驾驶员造成突如其来的“黑洞”之感，如果车辆行驶的速度比较快，就容易产生安全事故。因此，改造升级该路段隧道的照明系统十分有必要[3]。

2 高速公路隧道照明系统照明要求和标准

我国对公路隧道照明系统有明确的要求，当隧道长度超过100 m，就要设置电能光照系统，安装照明设施。隧道中不同路段的照明设施设计与安装也有相应的标准，设计高速公路隧道照明系统时，可将隧道划分为若干个不同照明设计阶段，包括入口段、出口段、中间段、两头的两个过渡段。由于高速公路线路长，在整条线路上可能会存在特殊情况，如果对光线有特殊要求，就要设置应急照明系统，还要在隧道两端洞的外部设置专有的引导照明路段。

3 隧道照明节能控制的要求与原理

改造隧道照明系统时，需考虑其是否具备节能效果。由于人眼适应曲线与隧道照明节能控制的效果息息相关，因此在设置隧道照明系统时，除了要确保光线满足人的视觉需求，还要达到节能目的。

随着光线的变化，人眼会自动调节光亮，这样才能及时适应外界的明暗变化。人眼的瞳孔通过一定程度的放大和缩小，对进光量进行调节，确保洒落到视网膜上的光线量最为合理，这样人眼就可以看到清晰的内容。当驾驶员驶入隧道后，光线会忽然减弱，驾驶员的眼睛需要短暂的适应时间；当车辆从隧道口驶出后，人眼同样要适应光线的变化。此外，还要计算隧道内部和外部光线的强度比，了解人眼对光线的适应过程，以确保隧道出口和入口的照明更加合理，在设计过渡段的照明光亮度时，也会有严格的依据[4]。

在设计隧道照明节能控制时，需保证驾驶员在进出隧道的整个过程对光线具有良好的适应力，根据其适应时间设计照明系统，保证车辆行驶更加安全。因此，要根据照明系统控制的要求，精确地计算隧道照明系统的光照需求；要合理控制照明输出，根据不同隧道阶段的光照需求量对系统整体的光照输出进行精准把控，这样就可以充分发挥光照系统的功能。明确照明需求后，就可以对光源进行动态管理与控制，并通过定量控制的方式明确不同档位的光线亮度，确保整个照明系统的光照度得到准确的控制。

4 高速公路隧道照明系统建设的现状

目前，我国高速公路隧道照明系统的灯具主要以高压气体灯为主。在隧道的内侧墙壁上，会应用一种特殊的材料，该材料具有很高的反光率，可以及时反射光线，并将这一效果进行充分发挥，这样不仅可以提高照明效果，还可以减少对灯具的使用量。为进一步提高隧道照明系统的节能效果，设计人员会合理控制线路的长度，并确保配电房的位置正确。目前，主要采用集中控制的手段对隧道照明系统进行控制；调节光线时，可采用自动化调节或者由工作人员进行调节。在这一系列举措下，我国的隧道照明系统已经越发完善，不过，还要进一步提高照明系统的工作效率，并合理控制系统，进一步优化灯具选择等，以减少资源浪费，达到节能目的。

选择隧道光源和灯具时，要考虑光源的技术参数、灯具的使用寿命和成本等内容，严格按照相应的标准进行选择，这样才能满足隧道的照明需求。公路隧道投入使用后，要保证其照明系统处于持续工作的状态，确保照明系统足够稳定，才能保证整个隧道更加安全。常见的照明系统灯具有白炽灯、低压或高压钠灯、荧光灯等，这些灯具应用范围广且应用频率高。随着技术的不断发展，新型光源灯得到进一步研发与推广，如LED 光源和电磁感应灯，均具有非常优秀的物理性能。

5 高速公路隧道照明系统改造方案

5.1 技术指标

改造该高速公路的隧道照明系统时，主要采用先进的计算机、通信网络和自动化控制技术有效控制隧道的照明系统。设置照明系统时，全部以光电照明实现光的过渡，根据白天和夜间的差异明确照明的具体工况。光源主要采用高压钠灯、LED 灯等，采取轮班切换使用的方式。

5.2 安装与控制

在隧道的中间段设置一排LED 灯，主要采取吸顶式安装方式，确保灯具之间有一定的间距。新设置的LED灯会形成一个回路，并与原有的中排高压钠灯形成回路，这样就可以实现灯具的自动切换，既可以手动控制，又可以远程控制。

5.3 照明配光

可根据隧道的长度，采用三排和单排的方式布设灯具，并将路面亮度的总均匀度、车道路面纵向均匀度、失能眩光等参数控制在合理范围内。选择LED 灯时，要明确灯具的额定电源、功率等技术参数，使之符合隧道照明的要求；要确保灯具的外壳为铝合金外壳，灯具的电气性能要符合国家灯具通用标准，灯具、安装托架的整体强度可以充分适应洞内的风速；可随时拆卸和维护灯具，灯具的结构可方便实施应急处理。

5.4 系统改造的主要设备与材料

相关人员要根据施工图纸和技术指标选择合理的灯具，保证其亮度等指标符合要求，还要确保其照度分布均匀，具有节能环保和防水防尘的功效。目前，LED 灯在许多高速公路隧道照明系统改造工程中比较常见，其不仅可以应用在隧道照明中，还可以应用于收费站、加油站和停车场等照明系统中。LED 灯具有良好的散热性，重量轻便，方便安装和维护，而且LED 灯工作效率很高，光线比较柔和，可以给驾驶员带来良好的视觉效果（见图1）。该类灯具拥有较长的使用寿命，与传统的照明灯具相比，其维护成本更低；灯体采用铝合金挤压型材，结构比较紧凑，可适应比较恶劣的环境，维护人员维护该类灯具时也比较方便。LED 灯主要由底座、外壳、光学组件等部分组成，其电器元件具有良好的耐潮性。

图1 高速公路隧道LED 灯效果图

5.5 系统改造分析

在该次照明系统改造过程中，首先要设置LED 灯，主要将其设置在中间段的中台灯一侧，灯具距离该位置不到2 m；然后进行吸顶安装，将电源从夜间照明箱中引出，沿着原环形桥架引上电缆。灯具的管路要采用镀锌钢管，将聚氯乙烯铜芯电线穿过管内，确保每一个灯具处均留有铸铝接线盒，以满足灯具的接线需求。在连接电缆和电线时，可采用专门的工具——穿刺线夹，确保每个中间段的LED 灯形成回路。为确保灯具得到有效控制，在LED 灯构成的回路中，需设置相应的控制系统，通常将其设置于夜间照明箱中。照明箱中的PLC 会与之连接，这样就可以远程控制。此外，工作人员要及时拆分原有中排白天（夜间）高压钠灯的中间段，通过加装的开关箱，达到二级控制的目的。在一级控制中，只需通过原有的控制回路实现控制即可；在二级控制中，会由工作人员操作与控制，这样就可以实现灯具之间的来回切换。

6 系统优化运行与维护

6.1 系统优化运行

为确保高速公路隧道照明系统正常运行，就要选择优秀的运营管理人员负责该项工作。每一名工作人员要了解隧道照明的设计要求和操作规范，以及具体的操作方法，并熟练掌握相应法律法规的各项要求。设计照明系统时，需考虑隧道环境复杂多样的特性，如果设计或施工不够完善，就会存在不合理之处，在管理时需要及时了解方案的内容，并优化系统的运行情况，结合隧道的实际情况合理调整照明系统的参数。