LED護欄燈在橋梁照明中的應用研究

陳東明

(中鐵第一勘察設計院集團有限公司廈門分公司 福建廈門 361000)

0 引言

近年來，隨著我國社會經(jīng)濟改革的深入發(fā)展，城市化進程速度的加快，廈門市經(jīng)濟社會發(fā)展也步入“加速期”，各區(qū)也在超常規(guī)推進工業(yè)化、城鎮(zhèn)化及島內(nèi)外一體化。在島內(nèi)外一體化建設中，交通基礎建設占有相當大的比重。近幾年建成的“兩環(huán)八射”項目中含有較長的高架橋的項目較多，如馬青路高架、海滄貨運通道高架、西濱路高架、杏前路高架、同集高架等，在這些高架橋上設置常規(guī)燈桿照明，都存在不同程度的光污染問題。

1 城市照明光污染分析

城市道路均處在城鎮(zhèn)中，道路兩邊都是高樓林立。在城市道路照明系統(tǒng)中，傳統(tǒng)的照明方式均采用常規(guī)燈桿照明，常規(guī)照明的光污染較嚴重，給周圍居民的夜間休息帶來了嚴重的影響。在普通地面道路段，道路兩側均有高大的行道樹及綠化苗木，在一定程度上可減少光污染。但城市高架橋高度均在10m以上，兩側綠化苗木無法遮擋光線，無法減少光污染，給高樓層的居民休息帶來光污染。況且在高架橋上安裝燈桿，不僅影響橋梁的整體美觀性，而且也給后期的路燈管養(yǎng)單位帶來維修的危險性。城市中的立交橋，為了解決立交橋的路面照明，不可能采用常規(guī)燈桿照明，只能采用高度較高的高桿燈，這樣的照明方式光污染嚴重且路面照度、亮度及均勻度較差。

2 護欄燈發(fā)展及應用狀況

隨著城鎮(zhèn)化進行的深入，各地區(qū)的橋梁越來越多，護欄燈在各地區(qū)的應用也越來越多。護欄燈的型式也由最初的嵌入式護欄壁燈發(fā)展成為護欄投光燈，再發(fā)展成現(xiàn)在的嵌管式護欄燈。護欄燈的光源型式也由最初的金鹵燈、熒光燈發(fā)展成現(xiàn)在的LED光源。

嵌入式護欄壁燈是在橋梁的混凝土防撞護欄上方預留孔洞，然后將燈具嵌入安裝在孔洞中，該種照明方式是最早型式的護欄燈，由于整體照度不佳，在橋梁功能性照明中應用不多，主要用在行人天橋上。

護欄投光燈主要是將投光燈安裝在護欄頂部，使投光燈照射角度照向橋面，該種照明方式照明眩光較大，照度及均勻度也較差，各地在橋梁功能性照明中都有嘗試使用過，但應用不多。

嵌管式護欄燈起初是將T5熒光燈嵌入安裝在防撞護欄上部鋼管里的，使護欄燈和防撞護欄融為一體，配套安裝防眩光方形格柵，眩光及照度均勻度均有較大改善，基本達到道路照明參數(shù)的要求。隨著LED光源及配光技術、燈具技術及控制系統(tǒng)技術的發(fā)展及應用，LED嵌管式護欄燈在橋梁照明中的應用也越來越多，如集美大橋、BRT高架橋、疏港高架橋、海翔互通立交橋、海滄貨運通道高架橋等均有采用護欄燈照明。

橋梁護欄燈使用橋梁兩旁的護欄鋼管作為LED燈具的載體，解決橋面防護與照明雙重需求，取代高桿路燈對橋面的照明，不僅節(jié)約資源使橋面更簡潔，同時消除了高桿路燈造成的光污染，如圖1～圖2所示。

圖1 嵌管式LED護欄燈安裝效果圖一

圖2 嵌管式LED護欄燈安裝效果圖二

3 工程應用

3.1 工程概況

海滄貨運通道工程，道路全長3.63km，道路等級高架橋為城市快速路，地面道路為城市主干道。項目含有1座主線高架橋，4座匝道橋以及地面道路等，道路設計紅線標準段為60m，地面標準橫斷面為雙向6車道的機動車道，雙向4車道的輔道、綠化分隔帶及人行非機動車道，高架橋標準橫斷面為雙向6車道，寬度為26m(含混凝土防撞護欄設施等)，實際單向路面寬度為11.75m，如圖3所示。

圖3 道路標準橫斷面圖

3.2 橋梁照明方案的比選

該項目第一標段兩側有高樓林立的居民區(qū)，且貼近道路兩側有110kV、220kV高壓線，路段還存在高壓線跨越道路的現(xiàn)象，經(jīng)與供電部門現(xiàn)場核實測量，若設置常規(guī)燈桿照明，大部分路燈與高壓線安全距離均達不到輸電線路與構筑物安全距離的要求。為了減少行車噪音給兩側居民帶來噪音污染，在橋梁護欄外側均安裝了聲屏障，也影響了路燈燈桿的安裝。

基于上述情況的存在，提出橋梁照明以下幾種方案：

方案一：采用高度較低的燈桿，利用降低路燈燈桿高度，來滿足與高壓線的距離。

方案二：采用在道路外側高壓線路安全距離范圍外設置30m高桿燈。

方案三：采用低空照明，在混凝土防撞護欄上安裝照護欄燈。

方案一雖然滿足了與高壓線的安全距離，但是燈桿高度大大降低，橋面照明參數(shù)均受到較大影響，且橋面燈桿林立景觀性較差，布燈方式也不能滿足規(guī)范要求。方案二需要全線設置高桿燈，節(jié)能效果差，且高桿燈光污染嚴重，影響周邊居民的休息。方案三采用低空照明，橋梁護欄燈利用橋梁兩側的防撞墻作為LED護欄燈的安裝載體，解決橋面防護與照明雙重需求，取代高桿路燈對橋面的照明，不僅節(jié)約資源使橋面更簡潔，同時消除了高桿路燈造成的光污染。綜上，采用低空照明作為該項目的橋梁照明。

3.3 照明標準值參數(shù)的選擇

該項目高架橋為城市快速路，橋梁照明以功能性照明為主，參照《城市道路照明設計標準》[1]CJJ45-2015中的高檔值進行設計，選擇主要標準值為：

平均亮度維持值Lav：2.0cd/m2；

亮度總均勻度最小值Uo：0.4；

平均照度維持值Eav：30lx；

照度均勻度最小值UE：0.4；

眩光限制閾值增量最大初始值TI：10%；

機動車道照明功率密度值六車道≤1.00W/m2。

3.4 護欄燈的選擇及安裝

護欄燈燈體采用優(yōu)質鋁型材經(jīng)熱擠壓加工成型，厚度不低壓3mm，型材表面設置加強槽，可增加散熱和增加燈具強度，燈具表面經(jīng)過靜電噴塑處理，燈具防護等級IP65。選用具有防眩光、具有優(yōu)透光性及抗紫外特性的燈罩[2]。燈具配光曲線適合道路照明要求。燈具光源選用超高亮LED光源，1W/顆，光效不低于95lm/W。每套燈具長1.2m，每套燈具含12顆超高亮LED光源，光源色溫3500K。燈具電源采用LED戶外開關電源集中供電,輸入電壓為AC110-240V,頻率為50Hz，輸出電壓為DC24V，輸出功率為250W。每30m設置一個開關電源，開關電源安裝在防撞護欄預埋的接線盒內(nèi)。

護欄燈安裝在橋梁兩側混凝土護欄上，間距2m，縱向等距布置。燈具之間采用抗老化阻燃電纜，電纜接頭采用防水插接頭直接相連。

護欄燈控制系統(tǒng)與地面路燈共用一套控制系統(tǒng)，采用時控與微機控制相結合的控制模式，控制照明系統(tǒng)的開、關。同時開關電源配備調(diào)光控制器，在下半夜車輛較少時，適當降低照明照度，減少能源的消耗，實現(xiàn)節(jié)能減排。燈具安裝及接線示意圖如圖4～圖5所示。

圖4 護欄燈安裝大樣圖

圖5 護欄燈接線大樣圖

3.5 照明標準計算

經(jīng)過采用DIALux軟件進行模擬計算得出：平均照度值為35Lx，亮度總均勻度為0.18，最小照度值為15，照度均勻度為0.43，眩光限制閾值增量值為2，照明功率密度LPD值1.02；經(jīng)過計算照明標準基本滿足照明設計規(guī)范要求。

3.6 節(jié)能標準與措施

(1)根據(jù)《城市道路照明設計標準》[1]第7.1.2對照明功率密度(LPD)的規(guī)定，快速路主干路功率密度(LPD)≤1.00W/m2,該項目LPD=1.02W/m2,略有超標。

(2)選用的光源及控制器性能指標符合國家現(xiàn)行有關能效標準規(guī)定的節(jié)能評價值要求。

(3)選用燈具在滿足相關標準以及光強分布和眩光限制要求的前提下，燈具效率不低于70%。

(4)LED燈具選用高光效、優(yōu)配光、模組化的燈具，LED燈的整燈功率因數(shù)應大于0.95。

(5)燈具內(nèi)設置LED燈調(diào)光控制器，深夜采取自動降低燈具LED模塊的驅動電流，使LED燈具降低功率運行。每日的午夜12點之后，光源功率降低30%使用，經(jīng)調(diào)光控制器調(diào)節(jié)后快速路、主干路、次干路的平均照度不得低于10Lx,支路的平均照度不得低于8Lx。

(6)制定后期管養(yǎng)維護計劃，定期進行燈具清掃、光源更換及其他設施維護，使燈具維護系數(shù)大于0.7。

3.7 總體評價

護欄燈具安裝在橋梁兩側的防撞護欄，照明系統(tǒng)與護欄鋼管完美結合，不占用橋梁附屬設施空間，與橋梁完美融合一體。同時，為了從不同的角度展示照明的亮化效果，采用雙面出光的護欄路燈能很好地做到這一點。雙面發(fā)光的護欄燈是指前面安裝橋梁功能性照明燈具，背面(橋面外側)可增加點光源、線光源裝飾照明，作為橋梁的夜景照明[3]。它是集橋梁的功能照明，橋梁護欄的輪廓照明，橋梁外側的美化夜景照明三項功能為一體，最大限度地維持了建筑的原有風貌，同時很好地將功能照明及景觀照明效果完美結合，展現(xiàn)了光環(huán)境的和諧。

4 結語

LED護欄燈是一款定向發(fā)光、指向性強、配光性能好、電壓低安全、功耗低、發(fā)光效率高、顯色性好，壽命長、維修費用低的低空照明燈具等，屬于典型的環(huán)保節(jié)能的綠色照明光源。目前，我國的道路、橋梁兩側的照明設施大部分采用桿式照明，隨著LED照明技術的日益成熟，照明控制系統(tǒng)的日益先進，在某些特殊區(qū)域，受安裝燈桿限制、城市立交匝道、一些重視景觀的橋梁等，都可以采用護欄燈低位照明。這種照明方式的優(yōu)點，具有較好的誘導性，能避免過多的燈桿影響景觀。另外，隨著城市道路橋梁數(shù)量越多，照明燈具數(shù)量也越來越多，日常的管養(yǎng)維護量大，橋梁照明采用護欄燈照明，日常安裝維護時可以不使用登高車輛，降低了維護工作對道路交通的影響[3]。由此可見LED護欄燈作為橋梁功能性照明及景觀性照明是值得嘗試應用的產(chǎn)品。