基于DIALUX軟件的隧道照明優(yōu)化

郭轉(zhuǎn) 任由果

摘 要：斑馬效應(yīng)本質(zhì)是均勻度較低，對(duì)于長(zhǎng)隧道而言，嚴(yán)重的斑馬效應(yīng)，增加了隧道環(huán)境對(duì)駕駛員的負(fù)擔(dān)，增大了隧道交通事故發(fā)生率。本文研究如何在隧道中間段合理布局反光材料來(lái)來(lái)提高隧道照明的均勻度。通過(guò)對(duì)DIALUX軟件模擬的運(yùn)用，得到以下優(yōu)化數(shù)值。斑馬效應(yīng)在路面均勻度約為0.9時(shí)幾乎可以消除其影響。在本次設(shè)定參數(shù)模擬優(yōu)化過(guò)程中，側(cè)壁涂刷蓄光反光涂料的寬度為5.270m，高度2.4m，涂刷位置間距寬度為3.494m時(shí)，能夠達(dá)到最優(yōu)。優(yōu)化后的路面平均亮度提高2.7%，路面亮度總均勻度提高4.4%，路面亮度縱向均勻度提高1.6%。

關(guān)鍵詞：斑馬效應(yīng)；均勻度；反光材料；DIALUX軟件

1引言

1.1背景及研究意義

21世紀(jì)以來(lái)，中國(guó)公路隧道年均增長(zhǎng)率高且逐年增大，僅前十年公路建設(shè)年均隧道里程就高達(dá)，隧道建設(shè)與營(yíng)運(yùn)技術(shù)得到了長(zhǎng)足發(fā)展。與此同時(shí)，高速公路隧道中的交通事故發(fā)生率也在持續(xù)增長(zhǎng)，而造成交通事故的首要原因是由于駕駛員視覺(jué)疲勞。特長(zhǎng)隧道基礎(chǔ)段，由于布燈間距大，隧道環(huán)境封閉、光線暗淡，有嚴(yán)重的斑馬效應(yīng)。本文以改善斑馬效應(yīng)為出發(fā)點(diǎn)，用反光材料提升隧道內(nèi)的照明環(huán)境，對(duì)隧道中間段的駕駛環(huán)境進(jìn)行了探索研究。

1.2國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀

國(guó)內(nèi)對(duì)斑馬效應(yīng)的研究，更多的偏向于對(duì)斑馬效應(yīng)產(chǎn)生的原因作分析，或以調(diào)節(jié)隧道燈的數(shù)量來(lái)提升隧道內(nèi)路面總均勻度。在隧道反光材料上，國(guó)內(nèi)主要是以對(duì)隧道輔助節(jié)能的光學(xué)性實(shí)驗(yàn)研究為主，通過(guò)大面積涂刷反光材料，提升隧道內(nèi)整體的亮度（照度）以此達(dá)到節(jié)能的目的。國(guó)內(nèi)外對(duì)隧道中間段的照明標(biāo)準(zhǔn)并無(wú)統(tǒng)一定論，在中間段照明亮度上中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)低于國(guó)際照明協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)，國(guó)際照明協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)低于美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)。

2隧道照明質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)選取

目前國(guó)內(nèi)隧道照明質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)從這兩個(gè)方面出發(fā)主要分為兩大類：路面平均亮度（照度）、路面亮度（照度）總均勻度、失能眩光屬于視功能指標(biāo)；平均亮度（照度）、路面亮度縱向均勻度、不舒適眩光屬于視覺(jué)舒適方面的評(píng)價(jià)指標(biāo)。在本文中，選取路面平均亮度、路面亮度總均勻度、路面亮度縱向均勻度三個(gè)指標(biāo)作為隧道照明質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)。

3隧道模型構(gòu)建

3.1設(shè)定參數(shù)

選用江西九景高速公路雁列山隧道作為研究對(duì)象，雁列山隧道位于江西省九江至景德鎮(zhèn)高速公路上，由1號(hào)、2號(hào)兩座相連隧道組成，隧道全場(chǎng)3352m（其中1號(hào)隧道長(zhǎng)1533m，2號(hào)隧道長(zhǎng)1819m），隧道中間段的長(zhǎng)度為1383米。按平行雙洞單向交通設(shè)計(jì)。

3.2隧道照明模型建立

在DIALUX中構(gòu)建隧道照明環(huán)境，采用燈具參數(shù)如表3所示：

隧道路面采用混泥土路面，反射系數(shù)為0.245，構(gòu)建隧道照明環(huán)境如圖所示：

3.3反光材料布局確定

3.3.1反光材料的選取

在國(guó)內(nèi)，反光材料大體分為兩種類型：誘導(dǎo)反光材料類型，主要以反光膜、反光突起路標(biāo)等，用于制作指路標(biāo)志、禁止標(biāo)志、警告標(biāo)志等使用標(biāo)志；另一種為蓄能型自發(fā)光材料，以發(fā)光材料、有機(jī)樹(shù)脂及乳液、有機(jī)溶劑或水、無(wú)機(jī)顏、填料、助劑等按一定比例通過(guò)特殊的加工工藝制作而成的，廣泛應(yīng)用于消防安全、公路交通領(lǐng)域。

我們選取了反光涂料、反光膜，與水泥砂漿、瓷磚比較它們之間在材料性質(zhì)和施工工藝上的差別。

在比較上表中材料的性能，選擇的材料為反光涂料，該涂料抗腐蝕性好，應(yīng)用年限久，施工方便直接，資金成本低，且耐火性好，隧道的安全指數(shù)高。

3.3.2反光材料寬度確定

根據(jù)《公路隧道照明設(shè)計(jì)細(xì)則》（JTGTD702-01-2014）機(jī)動(dòng)車(chē)駕駛員注意集中的區(qū)域大致在60-160m，故縱向距離取60m，為保證有足夠多的橫向取點(diǎn)個(gè)數(shù)，橫向距離取路面寬度。

DIALUX直接輸出路面的亮度數(shù)據(jù)，路面中線的亮度如下圖所示：

根據(jù)路面中線輸出亮度分布折線圖，路面縱向?qū)挾热?6.866m。從上圖可以看出：

第一， 路面亮度呈明暗條狀交替分布，亮度大小呈凹凸分布。

第二， 經(jīng)過(guò)統(tǒng)計(jì)計(jì)算，凸上去的寬度為3.494m，凹下去的寬度為5.270m。

第三， 一個(gè)凹凸的長(zhǎng)度為燈具的一個(gè)縱向間距。

因此，我們可以確定反光材料的位置和寬度。反光材料的寬度為5.270m，空白區(qū)域的寬度為3.494m。

3.3.3反光材料高度確定

在前文我們已經(jīng)確定了反光材料的位置，隧道側(cè)壁反光材料涂刷的限制高度為3m，在這一限制條件下，初始反光材料設(shè)置為0.9m，每次改變材料高度為0.5m，設(shè)置側(cè)壁布局輸入到DIALUX中，計(jì)算每次的指標(biāo)值。

按照初始反光材料高度布置的隧道照明環(huán)境如下圖所示：

依次增加反光材料的高度，計(jì)算不同反光材料高度下，隧道照明質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)數(shù)值如下表：

從上表我們可以得到：隨著反光材料高度的增加，路面平均亮度在增大，路面亮度總均勻度先增大后減小，路面亮度縱向均勻度持續(xù)增大。結(jié)合三個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)，反光材料的高度最佳為2.9m。

3.4優(yōu)化前后對(duì)比

優(yōu)化后的路面平均亮度為5.62cd/m2，路面亮度總均勻度為0.7053，路面亮度縱向均勻度為0.8281。路面平均亮度提高2.7%，路面亮度總均勻度提高4.4%，路面亮度縱向均勻度提高1.6%。

4總結(jié)與展望

通過(guò)對(duì)仿真軟件輸出的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，在隧道側(cè)壁涂刷反光材料，在經(jīng)濟(jì)最低的成本消耗下，對(duì)光的多次利用來(lái)緩解斑馬效應(yīng)，減少了道路安全事故發(fā)生的頻率，營(yíng)造良好的隧道行駛的環(huán)境，使得隧道工程持續(xù)的發(fā)展。合理的布局反光材料，會(huì)使隧道整體環(huán)境的亮度、照度、均勻度得到提升，從而改善駕駛員在隧道行駛中視覺(jué)的不適。

不斷發(fā)生的隧道事故，在警示我們，隧道研究不能只顧及某一個(gè)方面，要多方面考量，以人為本，改善隧道環(huán)境才是解決高事故的唯一辦法。基于此，緩解斑馬效應(yīng)的研究，會(huì)成為日后隧道研究的發(fā)展趨勢(shì)。

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