周逸凯

（山东省交通规划设计院集团有限公司,山东 济南 250000）

0 引言

隧道作为现代交通网络中不可或缺的一部分，其照明设施的安全和稳定性对于行车安全至关重要[1]。近年来，随着交通网络的日益发展，隧道照明设施因频繁使用和各种外界因素，如环境老化、机械损伤等，失效率逐渐增高。传统的隧道照明维护方式往往是在灯具失效后进行更换或修复，但这样的反应式维护模式在某些情况下已经不能满足隧道照明的连续性和均匀性需求，从而可能影响到驾驶者的行车安全[2]。而该文针对现存问题进行深入研究，尝试从行车视觉均匀度的角度出发，深入分析了不同灯具失效工况下的视觉影响，同时结合各种实际应用场景，提出了一系列创新的维养策略，以为隧道照明设施的维护与优化提供新的思路和方向，促进隧道照明技术有了质的提升。

1 行车视觉均匀度下隧道照明试验研究

1.1 试验原理

隧道内照明对驾驶员的行车安全至关重要。近几年，随着基础设施的迅速发展，隧道照明技术也在逐步优化。例如，在国内的重点工程中，如京沪高铁、连云港至乌鲁木齐的西部大通道等，隧道照明系统的设计都吸纳了最新的研发成果，在UAN 光源选择上选择了LED 光源与光谱优化，在控制策略上优选了智能照明系统、自适应控制策略以及故障检测与自动备用系统，有效地提高了隧道照明设施的使用效率。因此，为了进一步优化隧道照明设施的维养技术，降低后期隧道照明设施维护难度，该研究致力于通过模拟真实驾驶环境，评估不同的照明条件下对驾驶员行车视觉的影响，进而为隧道照明设计和维护提供科学依据。

1.2 试验设计

1.2.1 试验场地与灯具安装

该试验场地为模拟隧道实验室LTT-320。场地宽度为9.8 m，高度为7.14 m，长度为200 m。灯具安装采用LX-TNL320 型号的LED 隧道灯具（技术参数见表1），其设计能够满足长廊式的模拟隧道的照明需求，并具有良好的均匀度和可调光功能。同时考虑场地高度为7.14 m、宽度为9.8 m，将灯具安装在6 m 的高度，并沿隧道长度方向每隔10 m 设置一组，每组由3 盏灯具组成，确保充足的照明范围并减少对驾驶员的直接眩光和照明的均匀性[3]。最后将LC-CNTRL 模块作为灯具控制系统，进行灯具亮度调节、状态监控以及故障检测。

表1 隧道试验灯主要技术参数

1.2.2 试验测量工具

该试验所应用的测量工具、参数型号及试验用途见表2。

表2 试验测量工具

1.2.3 试验参数

（1）试验模拟行驶速度：60 km/h、80 km/h 和100 km/h。

（2）小目标障碍物：使用高20 cm、宽20 cm、深20 cm 的立方体物体，材料为塑料，表面颜色为灰色。

（3）视认距离：视认距离是驾驶员在行驶中能够识别前方小目标障碍物的最远距离。该次试验距离将停车视距作为驾驶员的视认距离。计算公式如下：

式中，D——停车视距（视认距离）；S——车速（m/s）；T——驾驶员的反应时间，仍然取1.5 s 为标准值；——重力加速度，取值9.8 m/s2；f——摩擦系数，针对干燥的混凝土路面，取值约为0.7。

在该次试验中，规定纵坡为0%，照明停车视距：设计速度60 km/h，停车视距60 m；设计速度80 km/h，停车视距100 m；设计速度100 km/h，停车视距158 m。

（4）驾驶员视高：考虑当今的大部分私家车、商务车的驾驶视高通常在1.2~1.4 m，该次试验驾驶员视高确定为1.3 m。

1.3 试验流程

1.3.1 初始设定与校验

（1）亮度设定：将所有灯具设定为额定功率100 W，色温5 500 K，保证开启。

（2）照度测量：使用照度计LM-202X 在隧道每隔20 m 测量初始亮度，确保照度在500~550 lux 之间[4]。

（3）光谱验证：使用光频谱分析仪SPCTR-PRO5，确保灯具光谱主峰位于5 500±50 K。

（4）温度湿度：环境温度应维持在25±2 ℃，湿度维持在60%±5%。

1.3.2 灯具失效模拟

该次共设置四种不同灯具失效工况，对应行驶速度见表3。

表3 灯具失效工况及对应行车速度

1.3.3 主观评价试验

（1）放置小目标障碍物：在隧道60 m、100 m、158 m 的位置放置障碍物。

（2）行驶模拟：①60 km/h 速度时，观察驾驶员是否能在60 m 位置识别障碍物；②80 km/h 速度时，观察驾驶员是否能在100 m 位置识别障碍物；③100 km/h 速度时，观察驾驶员是否能在158 m 位置识别障碍物[5]。

（3）反应记录：使用摄像机Cam-VisioX 记录每次模拟时驾驶员的反应时间。

1.4 试验结果分析

1.4.1 初始设定与校验结果

（1）照度测量：在隧道内每隔20 m 测量的照度均500~550 lux 之间。

（2）光谱验证：通过光频谱分析仪测得的灯具光谱主峰确实位于5 500±50 K 内。

1.4.2 灯具失效模拟结果

根据试验设置的四种不同灯具失效工况，得出以下结果，见表4。

表4 灯具失效与视认距离

从表4 中可以看出，随着灯具失效数量的增加，驾驶员的视认距离有所减少，并且反应时间也逐渐增加。

1.4.3 主观评价实验结果

将小目标障碍物置于隧道60 m、100 m、158 m 的位置，并进行行驶模拟。结果如下：

（1）在60 km/h 速度下，驾驶员在57 m 的位置识别到了障碍物。

（2）在80 km/h 速度下，驾驶员在95 m 的位置识别到了障碍物。

（3）在100 km/h 速度下，驾驶员在150 m 的位置识别到了障碍物。

1.4.4 研究结论

（1）从照度测量结果来看，隧道的初始照度设计是合理的，可以满足基本的行车安全需求。

（2）在灯具失效模拟中，可以看到随着灯具失效数量的增加，驾驶员的视认距离逐渐减小。尤其在四灯失效的工况下，行驶速度为80 km/h 时，视认距离已经减少到了90 m，已达到了相对危险距离。

（3）通过摄像机记录，发现驾驶员的反应时间也随着灯具失效数量的增加而增加，这进一步说明了照明条件对驾驶员的行车安全有直接的影响。

（4）在低亮度环境下，提高路面的平均亮度可以显著提高驾驶员的视认距离，从而提高行车安全性。

综上，可以得出结论：隧道照明灯具失效时，低亮度环境下提高路面平均亮度对隧道视认环境改善的效果最好。这为隧道照明设施的维护和设计提供了有力的科学依据。

2 隧道照明设施维养技术优化

基于该次的试验结论“隧道照明灯具失效时，低亮度环境下提高路面平均亮度对隧道视认环境改善的效果最好”，以下从维养原则与维养对策两方面，提出隧道照明设施维养技术的优化方案。

2.1 维养原则

后期隧道照明设施维养工作应秉持安全优先、预防为主、响应迅速、科学决策的维养原则。其中，安全优先是指以保障驾驶员视认安全是隧道照明设备维护的首要目标。预防为主是指通过定期维护和检测，提前预防照明设备的损坏和失效。响应迅速是指一旦发现设备损坏或失效，必须立即响应并采取修复措施。科学决策是指所有的维养决策都应基于科学的数据和研究，以确保效果和效率。

2.2 维养对策

2.2.1 正常情况下的维养对策

正常情况下的维养对策主要包括以下三个方面。

（1）检查内容：包括灯具工作状态，包括亮度、色温、频闪等；照明控制系统的运行情况；灯具外观，如灯罩的清洁度、灯具的固定稳定性等。

（2）检查规则：需根据隧道具体车流量设定检查频次。高流量隧道每月检查一次，中等流量隧道每季度检查一次，低流量隧道半年检查一次。此外，在重大天气变化后，如暴雨、雪、台风等，都应进行额外的检查，确保灯具稳定运行。

（3）检查标准：第一，任何灯具的亮度偏离标准值的10%以上，应当调整或更换。第二，若发现控制系统存在故障或不稳定现象，应当及时进行修复或调整。第三，灯具外观应保持清洁，无明显损坏或变形，固定应稳定，如有问题应及时处理。

2.2.2 灯具失效情境下的维养对策

（1）单灯失效。在该次试验中，可以发现单灯失效对隧道内车辆驾驶员的视觉认知影响较小。因此，对此类失效情况，建议延后维养的方式，即无需立即处理。但为保证隧道照明设施的长期性能，当发现此类失效时，建议对失效灯具进行拍照存档，并将其纳入最近的维护计划中，进行灯具的更换或维修。

（2）双灯失效。双灯失效对隧道视觉环境的影响较为显著。基于试验数据，对于设计速度小于60 km/h 的隧道，只有当路面平均亮度低于3 cd/m2时，才需特殊处理。此时，可以考虑对失效灯具附近的单一灯具的光通量进行调节，根据1.3.1 的跳管策略进行光通量的调节，但调节幅度不应大于10%。而对于设计速度为80 km/h 和100 km/h 的隧道，根据失效灯具的组合模式（单侧不连续、双侧不连续、单侧连续、左右对称失效等），需要采取不同的维养方式，可能涉及对失效灯具所在回路灯具的光通量进行调节，调节范围为0%~100%，且不应超过10%。同时，当双灯失效发生时，也可利用可变信息情报板限制车辆的行驶速度，以降低灯具失效的影响。

（3）三灯和四灯失效。在这两种情况下，隧道内的照明环境已经明显受到影响，不能满足驾驶的视认要求。因此 当三灯失效或四灯失效发生时，应在24 h 内组织维护技术人员对失效灯具进行处理。根据灯具的损坏程度，可以进行维修或更换。在等待维修人员到来和处理期间，除了需要采用双灯失效时的策略外，还应启动隧道的应急照明，以确保隧道的行车安全。

3 结语

综上所述，该文通过全面的试验研究和综合分析，深入探讨了隧道照明设施的维养技术及其在特定工况下的优化策略，明确了在单灯和双灯失效时，隧道内的照明环境仍然可以保证一定的行车安全，但仍需采取一些优化策略。而当灯具失效数量增多时，隧道内的照明环境显著受到影响，这时需要迅速进行维护，甚至启动应急照明等措施。并基于试验结论，该文提出了一套科学的隧道照明设施维养技术，既为隧道照明设施的实际应用提供了有效的优化策略，又为隧道照明设施的日常维护和应急处理提供了有力的技术支持。