天津市志成道立交橋區(qū)高桿燈照明設計

高 杰

(天津市市政工程設計研究院，天津 300051)

1 引言

城市道路橋梁照明是城市基礎設施的重要組成部分，道路照明設計又是道路照明建設的首要環(huán)節(jié)，合理的照明設計可以使照明工程更為高效、節(jié)能并節(jié)省建設投資和運行成本。［1］

外環(huán)線東北部調(diào)線工程是天津市“十二五”期間重點工程項目，建成后天津市外環(huán)線將由原來“鴨梨”的形狀變成橢圓的“土豆”形狀。屆時，外環(huán)線全長約80公里，環(huán)內(nèi)新增近80平方公里土地。工程范圍內(nèi)共修筑道路25公里，大型互通立交橋4座，分離式立交4座，全線按快速路標準設計。外環(huán)線改造完成后，不僅解決了外環(huán)線東北段擁堵問題，極大提高外環(huán)線的通行能力，還為中心城區(qū)的發(fā)展提供了新的發(fā)展空間。

本文將介紹該工程中志成道立交橋區(qū)部分的功能性照明設計，通過對兩個方案的比較，闡述高桿燈替代普通燈桿在技術上及經(jīng)濟上的優(yōu)勢。

2 立交橋區(qū)照明設計原則

志成道立交橋連接著南北向的外環(huán)線以及東西向的志成道延長線，此兩條路皆為城市快速路，故該處為重要的交通節(jié)點。該橋為苜蓿葉型，橋梁主線部分東西向為雙向八車道，南北向為雙向十二車道，匝道共10條，寬度為8～9米，全橋中心區(qū)域面積約32萬平方米。

依據(jù)2006年國家頒布執(zhí)行的《城市道路照明設計標準》，對城市道路功能性照明有以下技術指標規(guī)定:

主干路 (快速路):平均照度20/30lx，均勻度≥0.4，功率密度≤1.25W/m2;

輔道 (匝道):平均照度10/15lx，均勻度≥0.35，功率密度≤0.85W/m2。

立交橋?qū)儆谥匾慕煌ń粎R區(qū)，應適當提高照明標準。

大型立交區(qū)域照明最佳方案應采用高桿燈照明，其在施工難度、維護難度及美觀等方面擁有較大優(yōu)勢。但每座高桿燈價格在20萬元以上，是普通燈桿的數(shù)十倍，給人以與常規(guī)照明方案相比，工程造價相對較高的印象，這正是目前業(yè)主普遍不愿接受高桿燈的原因。本工程在方案階段應業(yè)主要求，給出了以普通燈桿為主，高桿燈為輔的設計方案，同時給出了高桿燈為主的方案作為比選，下面分別予以介紹。

3 普通燈桿照明方案

本方案主要以普通燈桿照明為主，在橋區(qū)4個苜蓿葉形匝道中心處分別設置4座35米高桿燈，為匝道環(huán)照明。具體布置如圖1所示。

圖1 立交橋中心區(qū)高桿燈布置圖Fig.1 Arrangement of high-pole lamp in central district of overpass

該方案中，考慮橋面高度及燈具照射保護角度的要求，每座高桿燈有效照射半徑約70米，僅能覆蓋4個匝道環(huán)，橋梁主線、四周匝道，橋區(qū)內(nèi)地面輔道，均需設置燈桿或隧道燈照明。具體高桿燈位置及照射范圍如圖中虛線圈所示。

3.1 主線 (南北向)布燈方案

該路段道路斷面形式為:7米2車道輔道+1米側(cè)分帶+16米4車道快速車道+6米中央分隔帶+16米4車道快速車道+1米側(cè)分帶+7米2車道輔道。依前文所述設計標準，采用輔道兩側(cè)及中央分隔帶處布燈形式，燈桿對稱設置，桿高12米，挑臂1.5米，間距42米，每桿裝2套250W高壓鈉燈。布燈斷面如圖2所示。經(jīng)初步計算，

路面平均照度為

平均功率密度為

以上計算中皆以單幅橋面 (24米寬)為計算對象。

其中 φ——光源光通量，2套250W 高壓鈉燈取2×27000lm;

U——利用系數(shù)，依據(jù)燈具產(chǎn)品手冊及布燈形式，取0.4;

K——維護系數(shù)，依據(jù)照明規(guī)范取0.75;

N——雙側(cè)對稱布燈，該項取2;

S——布燈間距，取42;

W——路面寬度，單幅橋面取24。

功率密度計算中，考慮鎮(zhèn)流器功耗時，總功率按燈具功率的1.05倍取值。

計算指標滿足規(guī)范要求。

圖2 南北向主線道路照明斷面圖Fig.2 Illumination profile of north-south main road

3.2 主線 (東西向)布燈方案

該路段道路斷面形式為:16米4車道快速車道+3.5米中央分隔帶+16米4車道快速車道。本路段采用道路兩側(cè)對稱設置燈桿，桿高15米，挑臂1.5米，間距52米，每桿裝2套400W高壓鈉燈。布燈斷面如圖3所示。經(jīng)初步計算，

圖3 東西向主線道路照明斷面圖Fig.3 Illumination profile of east-west main road

路面平均照度為

平均功率密度為

其中 φ——光源光通量，2套400W 高壓鈉燈取2×48000lm;

W——路面寬度，取35.5。

功率密度計算中，考慮鎮(zhèn)流器功耗時，總功率按燈具功率的1.15倍取值。

計算指標滿足規(guī)范要求。

3.3 匝道及地面輔道布燈方案

匝道及輔道斷面形式較多，本文僅以8米寬的道路為例，采用單側(cè)布燈形式，燈桿高9米，挑臂1米，間距30米，每桿配150W高壓鈉燈一套，經(jīng)計算，路面照度為20.4lx，平均功率密度為0.75W/m2，滿足規(guī)范要求。計算過程略。

4 高桿燈照明方案

該方案在橋區(qū)設置12座高桿燈，根據(jù)所轄區(qū)域橋面的高度，燈桿高度選擇30、35和40米三種規(guī)格，每座燈桿裝設10至15套1000W高壓鈉燈泛光燈具，有效照射半徑取60至80米不等。高桿燈完全覆蓋橋區(qū)范圍，故主線、匝道及地面輔路均不需再設立燈桿。具體布置見圖4。

圖4 高桿燈覆蓋全橋區(qū)示意圖Fig.4 General view of coverage in overpass district with high-pole lamp

該方案橋面照度值的計算非常復雜，需要借助專業(yè)的照明設計軟件來完成。我們將所有橋面、路面的寬度及高程等信息輸入軟件建立模型，并按配光曲線為高桿燈建立模型，將初步設計的布燈點位插入其中，依據(jù)計算結(jié)果反復調(diào)整每座高桿燈的位置及高度，最終確定出最佳的設計方案(圖5、圖6、圖7)。

圖5 單座高桿燈半徑100米照度分布圖Fig.5 Illuminance distribution of single high-pole lamp in radius of 100 meters

圖6 東西向主線橋面照度逐點計算值Fig.6 Point by point calculation values of illuminance on east-west bridge floor

圖7 北側(cè)兩匝道照度灰階圖Fig.7 Illuminance gray-scale figure of 2 ramps on the north

5 方案分析比較

方案一中橋區(qū)范圍內(nèi)除4座高桿燈外，尚需設置9米燈桿230座，12米燈桿140座，共需沿橋敷設電纜13000米 (按采用YJV-1/5X16規(guī)格電力電纜沿橋穿G70鋼管敷設核算造價)。

方案二中12座高桿燈已能滿足橋區(qū)照明，無需另設燈桿，僅需為高桿燈敷設電纜約6000米。方案主要工程量對比見表1。

經(jīng)造價專業(yè)核算，方案一的工程費用為473.24萬元，方案二工程費用為434.74萬元，二者相差不大，且后者略有優(yōu)勢。經(jīng)分析，其造價優(yōu)勢主要體現(xiàn)在電纜敷設的節(jié)省上。我們可明顯看出，在大型互通立交的照明設計中，盡可能采用高桿燈可大大簡化設計及施工的工作量。同時，常規(guī)的燈桿照明也不能滿足橋梁景觀的設計要求，［3］它容易造成視覺上的凌亂感。在日后的維護工作中，高桿燈由于配有電動升降機構(gòu)，也方便了燈具的維修和更換。

表1 主要工程量統(tǒng)計表Table 1 Major Quantities Statistics

6 總結(jié)

高桿燈造價雖然昂貴，但應用于立交橋區(qū)，可代替大量燈桿，并節(jié)省電纜及相應管材的敷設長度，因此工程總投資未必增加。相反，卻為工程帶來了諸多方面的優(yōu)勢，故在立交橋功能性照明設計中，當客觀條件允許時，應優(yōu)先考慮采用高桿燈照明方式。

［1］牟娜.城市道路照明設計［J］.照明工程學報，2012，23(4):100～102.

［2］王曉媛，齊維貴.我國城市道路照明節(jié)電技術研究與應用現(xiàn)狀［J］.照明工程學報，2010，21(1):12～18.

［3］王卿，鄧丹平.功能照明和橋梁景觀的一體化設計［J］.照明工程學報，2012，23(6):141～145.