安全運(yùn)營條件下公路隧道照明通風(fēng)系統(tǒng)節(jié)能優(yōu)化設(shè)計(jì)

凌虎

（安徽省交通控股集團(tuán)有限公司，合肥230000）

1 影響隧道交通安全的主要因素

1.1 隧道照明與交通安全的關(guān)系

隧道內(nèi)外亮度差異大，存在明顯的“黑洞效應(yīng)”和“白洞效應(yīng)”，駕駛員進(jìn)出隧道時(shí)，視覺上會經(jīng)歷一系列變化，如果出入口亮度相差較大，駕駛員很難在短時(shí)間內(nèi)感知道路的線型和可能出現(xiàn)的障礙物等，對行車安全產(chǎn)生影響。

1.2 隧道通風(fēng)與交通安全的關(guān)系

公路隧道內(nèi)，汽車排放的廢氣中含有多種有害物質(zhì)，主要以CO、NO2為主，輪胎、制動及道路磨損會產(chǎn)生顆粒物和揚(yáng)塵，這些共同構(gòu)成了隧道內(nèi)的空氣污染。隧道空間構(gòu)造相對封閉，只有進(jìn)出洞口兩頭與外界相通，自然通風(fēng)很難將污染物排除，隨著交通流的變化，污染物會逐漸增多，這些污染物對駕駛員的眼睛和呼吸道都有刺激作用，甚至發(fā)生中毒現(xiàn)象，固體顆粒物的增多還會對能見度造成影響，對行車安全構(gòu)成威脅。

2 隧道的照明、通風(fēng)與交通安全的關(guān)系

隧道的照明、通風(fēng)系統(tǒng)并不是孤立的、沒有聯(lián)系的兩個(gè)系統(tǒng)。隧道內(nèi)顆粒物對光線的散射和吸收作用使得在隧道這種特殊的交通環(huán)境中，極容易出現(xiàn)低能見度的現(xiàn)象，這種現(xiàn)象會導(dǎo)致隧道內(nèi)照明燈具的照明效果下降，使駕駛員的視覺對比度降低，當(dāng)視覺對比度低至視覺閾值的時(shí)候，駕駛員易對前方的交通情況產(chǎn)生錯(cuò)誤判斷，影響行駛安全。通過合理設(shè)置照明、通風(fēng)系統(tǒng)，提高隧道的能見度，進(jìn)而改善隧道內(nèi)通行環(huán)境，提高駕駛員的視覺對比度，進(jìn)而提高其判斷距離能力，增加反應(yīng)時(shí)間和剎車距離。

3 影響照明、通風(fēng)設(shè)計(jì)的主要安全指標(biāo)

根據(jù)對照明、通風(fēng)與營運(yùn)安全的關(guān)系進(jìn)行探究，分析《公路隧道照明設(shè)計(jì)細(xì)則》《公路隧道通風(fēng)設(shè)計(jì)細(xì)則》相關(guān)要求，同時(shí)根據(jù)已有研究成果，本文選取光線透光率（煙霧濃度可通過測定污染空氣100m 距離的煙塵光線透過率來確定）、路面平均亮度作為照明、通風(fēng)設(shè)計(jì)的主要安全指標(biāo)。公路隧道通風(fēng)設(shè)計(jì)細(xì)則指出，煙霧濃度K 不但與車速、安全停車視距有關(guān)，而且與洞內(nèi)亮度（或照度）、光源有關(guān)（三者關(guān)系見表1）。

表1 設(shè)計(jì)速度—路面平均亮度—煙塵濃度的關(guān)系

透光率是指一定厚度的光線透過率，它是影響氣象能見度的直接因子，用來表征大氣的混濁程度。如圖1 所示，假定行車速度為80km/h，可以看出，透光率與照度成反比，即透光率越高時(shí)所需的照度越低。但是通過之前的研究，發(fā)現(xiàn)透光率對隧道照明和對能見度的影響，得出調(diào)節(jié)隧道照明亮度可以提高能見度，但兩者是非線性關(guān)系，在亮度達(dá)到一定值后，再提高亮度對能見度的提高幫助不大，在低透光率的情況下，加大照明亮度提高目標(biāo)背景對比度，可以改善隧道能見度，是保證行車安全直接有效的手段。

圖1 透光率、行車速度、照明和光源之間的關(guān)系

公路隧道通風(fēng)設(shè)計(jì)細(xì)則指出，隧道通風(fēng)的主要稀釋對象限于CO、NO2、煙塵和空氣中的異味，同時(shí)給出稀釋煙塵所需的需風(fēng)量和稀釋CO 的所需風(fēng)量。

式（1）中：Qreq（VI）——隧道稀釋煙塵的需風(fēng)量（m3/h）；

K——煙塵設(shè)計(jì)濃度（m-1）；

QVI——隧道煙塵排放量（m2/h）。

式（2）中：Qreq（CO）——隧道稀釋CO 的需風(fēng)量（m3/h）；

QCO——隧道CO 排放量（m3/h）；

δ——CO 濃度。

通過式（1）、式（2）可以看出，隧道通風(fēng)與煙塵設(shè)計(jì)濃度、CO之間關(guān)系，隧道通風(fēng)設(shè)計(jì)需與隧道內(nèi)煙霧濃度結(jié)合起來。通風(fēng)量足夠則隧道煙霧濃度低，能見度高，所需照度相應(yīng)降低；如果通風(fēng)量小，則需提升隧道照度以保證駕駛員視覺對比度。

4 隧道照明通風(fēng)節(jié)能優(yōu)化設(shè)計(jì)

隨著綠色可持續(xù)發(fā)展理念的提出，節(jié)能降耗已成為一種趨勢，如何在保障隧道安全運(yùn)營的前提下，對隧道照明、通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化節(jié)能設(shè)計(jì)成為一種必然。

4.1 照明系統(tǒng)節(jié)能優(yōu)化設(shè)計(jì)

目前，國內(nèi)大部分隧道燈具采用的是高壓鈉燈，燈具布設(shè)時(shí)只考慮路面平均亮度，控制方式主要采用人工控制、時(shí)序控制方法。人工控制和時(shí)序控制易于實(shí)施，但是這兩種控制方式未充分考慮隧道內(nèi)外照度情況，極易造成能耗增加或引起安全隱患。經(jīng)研究，有關(guān)單位可通過以下方式相結(jié)合的措施達(dá)到既滿足安全、舒適的要求又實(shí)現(xiàn)節(jié)能的照明效果：采用智能控制方式，即在自動控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，采用短時(shí)交通流預(yù)測，實(shí)現(xiàn)隧道內(nèi)照明設(shè)施動態(tài)調(diào)光控制；基本照明段選用功耗低、色溫好、無眩光的LED 燈具；優(yōu)化燈具布置參數(shù)，即燈具安裝高度、間距、角度等參數(shù)；日常營運(yùn)中加強(qiáng)隧道燈具的維修管理，經(jīng)常性地擦除燈具外罩粉塵、煙霧等污染物，提高光線透過率。

4.2 通風(fēng)系統(tǒng)節(jié)能優(yōu)化設(shè)計(jì)

目前，國內(nèi)大部分隧道通風(fēng)設(shè)施采用直接控制法，即通過使用CO/VI 監(jiān)測器對隧道內(nèi)煙霧濃度和CO 濃度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，通過分析處理，控制風(fēng)機(jī)開啟數(shù)量幫助隧道內(nèi)獲取足夠的新鮮空氣，降低煙霧和CO 濃度值，從而提升隧道能見度，保持環(huán)境衛(wèi)生清潔。但這種控制方法在實(shí)際應(yīng)用中存在控制滯后和不連續(xù)性等問題，對隧道交通流的可預(yù)見性較差，達(dá)不到安全和節(jié)能的目的。經(jīng)研究，在原有的直接控制法中增加交通流（車流量、密度、速度）變化這個(gè)參數(shù)，再通過一定的策略分析，控制風(fēng)機(jī)運(yùn)行數(shù)量、時(shí)間和風(fēng)向，在實(shí)現(xiàn)稀釋煙霧和CO 濃度的同時(shí)達(dá)到節(jié)能和延長風(fēng)機(jī)使用壽命的效果[1]。再者，通過使用變頻技術(shù)，根據(jù)隧道內(nèi)實(shí)際所需的風(fēng)量來控制風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，減少輸出功率，同樣達(dá)到節(jié)能和延長風(fēng)機(jī)使用壽命的目的。

5 結(jié)語

為保障隧道交通安全，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)綠色節(jié)能發(fā)展。本文分析了隧道照明、通風(fēng)與隧道交通安全的主要關(guān)系，總結(jié)出影響照明、通風(fēng)設(shè)計(jì)的主要安全指標(biāo)，在保障隧道運(yùn)營安全的前提下，提出照明、通風(fēng)系統(tǒng)節(jié)能優(yōu)化設(shè)計(jì)的主要措施，為后期的隧道安全、節(jié)能研究提供新的方向。