中國公路隧道照明發(fā)展

(重慶交通大學(xué)土木工程學(xué)院 重慶 400074)

一、引言

中國隧道照明發(fā)展開始時(shí)間較晚，但在這短短幾十年的時(shí)間內(nèi)發(fā)展速度比其他國家快很多，如今已處于世界頂尖的行列。

截止2017年年底，我國運(yùn)營公路隧道總里程達(dá)到15240千米，共有隧道數(shù)約為16281條。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，照明費(fèi)用占隧道機(jī)電系統(tǒng)費(fèi)用約為三成，按每公里每年13萬的費(fèi)用算，全國每年的隧道費(fèi)用約為20億，如果不提高技術(shù)，每年的隧道運(yùn)營成本巨大，更別提維護(hù)更新了。

二、我國隧道照明技術(shù)發(fā)展進(jìn)程

九十年代初期，我國隧道照明剛起步，公路隧道內(nèi)很少有照明燈具，就算有也只是用來供人前進(jìn)的，照明質(zhì)量也不是很好，這就引起很多隧道安全問題，于是在隧道內(nèi)引入白熾燈、鹵素?zé)?、熒光燈等常見光源。隨著燈具技術(shù)進(jìn)步，某種燈具因其優(yōu)勢(shì)成為主流，下面就介紹幾種隧道照明燈具時(shí)代。

(一)高壓鈉燈時(shí)代

高壓鈉燈誕生于二十世紀(jì)六十年代，其發(fā)光光譜頻率寬，工作時(shí)發(fā)出金白色光。相較于家庭常用燈具，高壓鈉燈的優(yōu)點(diǎn)是光轉(zhuǎn)換率高、使用壽命長、耗電量一般、不吸引昆蟲、穿透性好、暖色調(diào)給人一種舒適感等。

夾馬石隧道照明技術(shù)時(shí)由于白熾燈漏電現(xiàn)象嚴(yán)重,壽命短，安全隱患嚴(yán)重等問題采用高壓鈉燈進(jìn)行照明改造。陳良提出在隧道高壓鈉燈技術(shù)下增加電容實(shí)現(xiàn)無功補(bǔ)償，大大減少電力損耗。焦沖隧道全段使用高壓鈉燈并提出采用逆光照明的理論。秦瑞雯對(duì)熒光燈帶加混光燈補(bǔ)充照明和采用高壓鈉燈加熒光燈照明的方案進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)高壓鈉燈的方案照明效果更好。

總的來說，從二十世紀(jì)九十年代以后，高壓鈉燈就被廣泛的使用，但它一直沒有創(chuàng)新，最高使用壽命也穩(wěn)定在兩萬五千小時(shí)，發(fā)展的勢(shì)頭緩慢。此后高性能隧道燈具的出現(xiàn)也直接影響高壓鈉燈的使用。

(二)LED燈時(shí)代

LED燈全名發(fā)光二極管，是在帶有引線的架子上放一塊用環(huán)氧樹脂密封的發(fā)光半導(dǎo)體所組成的燈。其能夠發(fā)出從紫外到紅外的光，發(fā)光顏色由電流決定。和高壓鈉燈相比，LED燈具有很大的優(yōu)勢(shì)：壽命長達(dá)十幾萬小時(shí)、顯色性好、立即啟動(dòng)、亮度高、均勻性好、光效最高可達(dá)到300 lm/W。

除上述優(yōu)點(diǎn)外，LED最具特色的即為能實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)光，并且調(diào)光級(jí)數(shù)可達(dá)256級(jí)以上。通過無級(jí)調(diào)光，隧道環(huán)境不會(huì)像使用回路控制時(shí)那樣損失均勻度，并且可以編程控制每盞LED燈在電路中可根據(jù)隧道內(nèi)的情況進(jìn)行實(shí)時(shí)變化，這樣隧道整體環(huán)境將更加舒適。

四川很多高速公路隧道已成功應(yīng)用無級(jí)調(diào)光控制，達(dá)到“車來燈亮、車走燈滅”的效果，滿足乘車人員的視覺需求，同時(shí)也節(jié)省運(yùn)營成本。最近全國也開展了公路隧道照明品質(zhì)提升工程建設(shè)，將年久的高壓鈉燈替換為LED燈，這標(biāo)志著除滿足安全與節(jié)能外，隧道照明開始邁向品質(zhì)建設(shè)。隨著LED燈具質(zhì)量提升和成本降低，LED燈具正以首選光源用于隧道照明。

(三)綠色照明時(shí)代

隨著對(duì)照明設(shè)備能耗降低的進(jìn)一步要求，安全、經(jīng)濟(jì)、綠色也成為新一代照明設(shè)備發(fā)展的主線。

1.太陽光直接照明技術(shù)

太陽光能作為一種取之不盡、用之不竭的能源，直接利用太陽光并將其導(dǎo)到需要照明的區(qū)域可節(jié)省大量照明用電，這個(gè)理念隨著進(jìn)入二十一世紀(jì)，特別是在2008年北京奧運(yùn)會(huì)很多場(chǎng)館使用綠色環(huán)保節(jié)能的設(shè)施之后越來越受人關(guān)注?，F(xiàn)今主要的太陽光直接照明的方式有：光導(dǎo)照明、光纖照明、反射照明。

光纖照明與光導(dǎo)照明主要是采光裝置、光傳輸裝置(光纖或光導(dǎo)管)、光輸出裝置這三部分組成。兩類照明方式都是通過收集太陽光，經(jīng)傳輸裝置傳到需要照明的區(qū)域以達(dá)到照明的目的。光導(dǎo)照明由于受到光傳播距離的限制，只用于傳輸距離不大的地下空間，但是其建設(shè)成本低。光纖照明能結(jié)合光追蹤系統(tǒng)，實(shí)時(shí)追蹤太陽位置，保證出光穩(wěn)定，但其整體成本較高，先不說跟蹤的準(zhǔn)確性，一卷光纖大概就是幾萬塊，設(shè)備安裝不到位很容易將其扭斷，人工成本費(fèi)又是一大筆支出，所以光纖照明接下來的目標(biāo)主要是提高跟蹤準(zhǔn)確性及光纖的質(zhì)量，這樣才能更好地發(fā)展。

反射照明技術(shù)是指利用平面鏡反射，將太陽光傳輸至需要照明的區(qū)域進(jìn)行照明或輔助照明。目前常用在地下礦井照明等比較局限的領(lǐng)域，使用于地面照明效果都有待提高。因此在隧道領(lǐng)域結(jié)合隧道采光，反射照明系統(tǒng)可分為單面反射鏡式、兩面反射鏡式與多面反射鏡式?？紤]到太陽光在多次反射后衰減較大導(dǎo)致最后照明效果不佳，而采用單面反射鏡的使用條件較為苛刻，結(jié)合光效利用率和成本性，反射照明技術(shù)還有很大的發(fā)展空間。

2.光伏發(fā)電技術(shù)

光伏發(fā)電技術(shù)使用光伏電池把收集到的太陽能轉(zhuǎn)化為電能給隧道燈具供電，這樣使得隧道運(yùn)營期間成本大大降低，達(dá)到經(jīng)濟(jì)性及綠色性。該項(xiàng)技術(shù)的重點(diǎn)在于光伏電池的光電轉(zhuǎn)換率上。同時(shí)也可以根據(jù)需要將光伏系統(tǒng)設(shè)置在隧道洞口減光建筑物上。

3.蓄能發(fā)光多功能涂料輔助照明

蓄能發(fā)光多功能涂料是一種新型材料，它能夠吸收能量，當(dāng)能量吸收到一定程度達(dá)到激發(fā)態(tài)時(shí)，會(huì)釋放先前吸收的能量，并以光的形式散發(fā)出來。

該材料的特點(diǎn)是：①不僅能反光還能主動(dòng)發(fā)光的；②比普通涂料帶給駕駛?cè)藛T的視覺效果更好，提高駕駛的安全；③用這種材料輔助照明可減少其他照明設(shè)備的使用；④作為涂料本身可以形成不同的顏色，涂抹于隧道降低隧道內(nèi)的單調(diào)感，提高隧道內(nèi)的舒適度。

三、我國隧道照明技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

高新科技產(chǎn)業(yè)的發(fā)展與時(shí)俱進(jìn)的帶動(dòng)了隧道照明技術(shù)的進(jìn)步，同時(shí)十九大也提出推進(jìn)綠色發(fā)展，形成節(jié)約資源和保護(hù)環(huán)境的空間格局、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、生產(chǎn)方式、生活方式。未來發(fā)展趨勢(shì)大致為：①隨著隧道照明品質(zhì)提升工程的開展，已建隧道內(nèi)使用的是高壓鈉燈及其他光源將被光效越來越高的LED燈及新型光源替代，更多綠色照明及輔助照明措施將用于提升隧道內(nèi)部光環(huán)境亮度，大大降低耗電量，減少成本，提高安全性；②根據(jù)隧道的實(shí)際情況，隧道照明的布置要靈活，照明設(shè)施要做到因隧制宜，允許在提高行車安全的前提下增加景觀照明，但不要過度照明；③定期檢查隧道內(nèi)燈具狀況及線路問題，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)處理，減少交通事故發(fā)生可能性；④有關(guān)隧道照明的書籍較少，需要培養(yǎng)專業(yè)人才，發(fā)明更精密、穩(wěn)定的設(shè)備，編寫適用的程序，提出更節(jié)能、更安全的理論；⑤隧道照明將越來越符合安全性、舒適性、節(jié)能性、綠色性的觀念，未來的隧道也會(huì)體現(xiàn)出智慧性，根據(jù)交通量及洞外亮度進(jìn)行符合人眼適應(yīng)亮度曲線的燈具的無級(jí)調(diào)光技術(shù)將越來越成熟，在低交通量情況下配合車輛檢測(cè)技術(shù)動(dòng)態(tài)組成智能控制系統(tǒng)，達(dá)成“車走燈熄、與車隨行”等效果也是未來的趨勢(shì)。