高速公路隧道照明及供配電節(jié)能的思考

黃正榮，魏佳北，李阿雷，張新斌

（1.中鐵建蘇州設(shè)計(jì)研究院有限公司，江蘇 蘇州 215000；2.中鐵建公路運(yùn)營有限公司，廣東 珠海 519000）

現(xiàn)階段，我國高速公路施工質(zhì)量取得了較大的進(jìn)步，然而工程施工中以及運(yùn)營中需要長時(shí)間的供電照明，該環(huán)節(jié)也成為運(yùn)營單位運(yùn)營成本的重要組成部分。隧道工程建設(shè)、運(yùn)營中，能耗日漸提高，因此有必要采取多種措施促進(jìn)供配電節(jié)能的持續(xù)發(fā)展。

1 高速公路隧道照明的要求

高速公路隧道照明的目的是保證車輛在經(jīng)過隧道時(shí)的行車安全，確保駕駛員有清晰的視野范圍，降低隧道通車時(shí)安全事故的發(fā)生率。由于隧道屬于半開放式的空間，駕駛員在駕車經(jīng)過隧道時(shí)，很容易產(chǎn)生白洞和黑洞效應(yīng)，造成駕駛員視線上的盲目，最終因車速過快或急轉(zhuǎn)彎等情況引發(fā)交通事故。因此，在高速公路隧道照明設(shè)計(jì)時(shí)，需結(jié)合不同段隧道的實(shí)際情況規(guī)劃合理的照明系統(tǒng)，調(diào)整照明光線的強(qiáng)弱，以增大行車安全系數(shù)。

在高速公路隧道照明設(shè)計(jì)中，應(yīng)注意一定的要求。

（1）入口段照明設(shè)計(jì)。駕駛員剛剛從外界環(huán)境進(jìn)入到隧道環(huán)境內(nèi)，視覺條件會(huì)發(fā)生較大變化。因此在該段照明設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)確保該段照明亮度與外界環(huán)境的一致性，給駕駛員一定的緩沖時(shí)間，使其逐漸適應(yīng)隧道內(nèi)的光線變化。

（2）中間段照明設(shè)計(jì)。中間段照明很容易受到車速和光影效果的影響使駕駛員出現(xiàn)黑洞效應(yīng)，存在短時(shí)間的盲視。這時(shí)如果駕駛員仍以常速或高速行車，很容易因?yàn)槎虝旱拿ひ曅?yīng)而出現(xiàn)危險(xiǎn)事故，所以在該段照明設(shè)計(jì)中，應(yīng)注重其與外界照明亮度的協(xié)調(diào)性，以降低黑洞效應(yīng)帶來的影響。

（3）過渡段照明設(shè)計(jì)。該段位置已經(jīng)接近隧道出口位置，照明設(shè)計(jì)需結(jié)合駕駛員自身的視覺效果進(jìn)行合理規(guī)劃，照明亮度不應(yīng)過強(qiáng)，以免對駕駛員視覺造成刺激?？梢匀岷凸饩€為主，朝著著出口段位置的方向逐漸調(diào)整照明亮度，做好視覺上的緩沖，使駕駛員在行駛到出口位置時(shí)，能夠適應(yīng)出口及外界光照的變化，減少視覺盲點(diǎn)。

（4）基本段照明設(shè)計(jì)?；径蝺?nèi)照明設(shè)計(jì)具有復(fù)雜性，在該段內(nèi)為保證駕駛員有良好的停車視距，在照明設(shè)計(jì)時(shí)，需充分考慮車速、運(yùn)輸量、空氣透光率等。通常情況下，基本段內(nèi)的照明亮度在20～30lux，最大照明亮度要控制在40lux左右。

（5）出口段照明設(shè)計(jì)。行車隧道分為單向隧道和雙向隧道，兩種隧道因?yàn)槌隹谖恢眯阅艿牟煌?，在照明設(shè)計(jì)上也存在一定差異。對雙向隧道來說，兩端位置既是出口也是入口，在照明設(shè)計(jì)中，要注重兩邊設(shè)計(jì)的一致性，以維護(hù)駕駛員行車安全。但單向隧道在出口段位置，會(huì)因?yàn)楣饩€的突然變強(qiáng)而導(dǎo)致駕駛員出現(xiàn)炫光的情況，進(jìn)而產(chǎn)生白洞效應(yīng)，威脅行車安全，所以在照明設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)該注重光線與外界環(huán)境的協(xié)調(diào)性，降低白洞效應(yīng)帶來的影響，避免交通事故的發(fā)生。

2 隧道照明的研究及實(shí)踐

2.1 結(jié)合隧道主體環(huán)境狀況對照明設(shè)施進(jìn)行優(yōu)化

通過對現(xiàn)階段隧道結(jié)構(gòu)的研究了解到，隧道大多是由入口段、過渡段、出口段這3部分組成的，3部分的長度基本相同，無基礎(chǔ)照明段。因此，在照明設(shè)計(jì)時(shí)，其照明參數(shù)的計(jì)算可結(jié)合現(xiàn)有規(guī)定要求實(shí)行準(zhǔn)確測算，加強(qiáng)照明功率及亮度設(shè)置的合理性。通常情況下，以5000m隧道照明設(shè)施安裝功率為參照點(diǎn)，250m左右的隧道照明功率應(yīng)為其的50%左右；1000m隧道的照明功率在65%～75%。不過因?yàn)榄h(huán)境條件的不同，所以在照明功率確定前，需先對現(xiàn)場環(huán)境予以勘查，并結(jié)合現(xiàn)場環(huán)境特征調(diào)節(jié)照明功率。尤其是一些短隧道，應(yīng)通過觀察其通視狀況，運(yùn)用簡化或者取消照明的方式，配合電光的誘導(dǎo)以及路面的電光安全裝置，解決隧道中照明消耗問題。通過簡化或取消短隧道照明，讓照明標(biāo)準(zhǔn)適應(yīng)近期修訂的隧道照明基本思路。

2.2 將節(jié)能理念引入到主體工程建設(shè)中

隧道出入口位置屬于能耗較大的區(qū)域，為實(shí)現(xiàn)外界與隧道的連接，降低光線轉(zhuǎn)變對駕駛員帶來的影響，在出入口位置的照明設(shè)計(jì)中，會(huì)采用相比較高的照射強(qiáng)度，相應(yīng)的電能損耗也會(huì)增加。為降低能源損耗，在設(shè)計(jì)過程中，可通過新發(fā)展理念的融入來降低外界與出入口連接位置的光纖照射效果，通過洞口植物栽植等方式，降低入口處的亮度，或通過內(nèi)部鋪設(shè)瓷磚的方式來增大隧道出入口的亮度，以實(shí)現(xiàn)內(nèi)外照明的一致性、協(xié)調(diào)性，加強(qiáng)照明亮度的均勻性。

另外，還可結(jié)合工程實(shí)際特點(diǎn)，在新發(fā)展理念的指導(dǎo)下，將功能性需求與隧道照明設(shè)計(jì)結(jié)合起來，充分利用現(xiàn)有的地形優(yōu)勢來做好出入口位置的減光或增光效果，降低照明能耗。如果采用的是鋪貼瓷磚或涂抹發(fā)光劑的方式，需要在使用前實(shí)行相應(yīng)測試，確保其可行性后，將其應(yīng)用到隧道照明中來，確保駕駛員有一個(gè)較為清晰的視野，提高照明質(zhì)量，避免危險(xiǎn)的發(fā)生。

2.3 合理應(yīng)用清潔能源和直流電源

在現(xiàn)今社會(huì)發(fā)展中，隨著環(huán)境污染力度的不斷加大，人們開始逐漸加強(qiáng)對可再生能源的利用，如太陽能、風(fēng)能等，以緩解環(huán)境危機(jī)，改善環(huán)境質(zhì)量，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)進(jìn)步。在高速公路隧道照明設(shè)計(jì)中，為降低電能損耗，也可加大可再生及清潔能源的應(yīng)用，在強(qiáng)化照明效果的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗目標(biāo)。通過調(diào)查了解到，當(dāng)前我國的太陽能在世界范圍內(nèi)已經(jīng)處于領(lǐng)先地位，并且國家也高度重視該領(lǐng)域，最近一段時(shí)間內(nèi)，石墨烯等新型的半導(dǎo)體材料研制成功，這一新的創(chuàng)舉為新能源和材料的應(yīng)用提供了最新的突破。

不過對于發(fā)展中國家來說，高速公路隧道照明會(huì)受到供電距離、電氣設(shè)備等因素的影響，雖然很多發(fā)展中國家都開始加大太陽能這類清潔型能源的應(yīng)用，但是由于隧道照明用電量較大，如果單純依靠清潔型能源供電，會(huì)造成較高的供電成本，且也無法保證供電效果，再加上太陽能轉(zhuǎn)換技術(shù)發(fā)展還不是十分完善，在使用中存在一些問題有待解決，限制了太陽能資源的應(yīng)用。因而在使用清潔型能源用電的過程中，還需配合電光誘導(dǎo)設(shè)施來降低能源損耗，維護(hù)隧道通車安全。

3 供配電節(jié)能技術(shù)

3.1 照明參數(shù)設(shè)計(jì)

在隧道照明設(shè)計(jì)中，要想加強(qiáng)供配電節(jié)能技術(shù)應(yīng)用的合理性，首要工作是對隧道洞口的亮度實(shí)行合理選擇和規(guī)劃，隧道洞口位置所占的照明功率相對較大，照明能耗相對較多，而且其又是連接洞外的主要媒介，照明亮度的合理調(diào)節(jié)對于增強(qiáng)隧道照明效果，降低照明設(shè)計(jì)成本有著重要意義。但照明亮度又是無法實(shí)際測量的，需要通過查表方式了解和計(jì)算相關(guān)數(shù)值，并對存在的誤差予以及時(shí)發(fā)現(xiàn)和調(diào)整，加強(qiáng)照明參數(shù)設(shè)計(jì)的合理性。

目前，在實(shí)踐研究中已經(jīng)得到一種新的取值方法，同以往設(shè)計(jì)形式相比，新方法可降低10%～15%能源的費(fèi)用，值得推廣和使用。在洞口亮度調(diào)節(jié)完成后，還要對隧道基礎(chǔ)段照明亮度實(shí)行調(diào)整和優(yōu)化，如此才能加強(qiáng)隧道照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)的合理性，照明參數(shù)規(guī)范的準(zhǔn)確性。針對隧道中的基本段，其主要的信息包括交通流量和時(shí)間信息，在具體運(yùn)行過程中，要將這些信息作為出發(fā)點(diǎn)，合理對照明系統(tǒng)進(jìn)行控制，強(qiáng)化節(jié)能效果。

3.2 線路節(jié)能設(shè)計(jì)

（1）科學(xué)增設(shè)自動(dòng)調(diào)壓設(shè)備。自動(dòng)調(diào)壓設(shè)備方式主要是通過可控硅斬波原理及正弦電壓原理相結(jié)合的方式來實(shí)施電壓輸出平均值調(diào)整的一種方式，其可在加強(qiáng)照明效果的同時(shí)降低電能損耗。不過這種方式在實(shí)際應(yīng)用中卻存在著較大的爭議性，主要是因?yàn)樵诳貕浩陂g，會(huì)產(chǎn)生高次諧波和線路振動(dòng)，使燈泡的壽命大幅度縮減。因此，在整個(gè)節(jié)能期間會(huì)產(chǎn)生大量的電力污染，同目前所遵循的環(huán)保原則相悖離。對此，需要結(jié)合實(shí)際情況適當(dāng)設(shè)置自動(dòng)調(diào)壓設(shè)備，促進(jìn)隧道照明系統(tǒng)的高效運(yùn)行。

（2）隧道中壓供電。該方法是結(jié)合隧道地理環(huán)境特征對原有的配電系統(tǒng)實(shí)行優(yōu)化和改革，實(shí)現(xiàn)新型變壓器供電方式設(shè)定的一種措施。該方法在高速公路隧道照明設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，不僅能增強(qiáng)供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性，還能夠減少能耗的產(chǎn)生，加強(qiáng)照明系統(tǒng)運(yùn)行的實(shí)用性，提升總體經(jīng)濟(jì)效益。

（3）燈具布設(shè)。燈具布設(shè)一方面要結(jié)合現(xiàn)場情況及現(xiàn)有的規(guī)范要求進(jìn)行設(shè)計(jì)，另一方面需做好現(xiàn)場檢測工作，保證燈具的正常使用，以降低能源損耗。

3.3 電磁感應(yīng)燈

如今，無極燈和電磁感應(yīng)燈是一種全新的照明燈具，兩者在照明中展現(xiàn)出了十分顯著的優(yōu)勢，其壽命較長、光效較高，而且也可減少能源消耗和環(huán)境污染，在室內(nèi)和景觀照明中得以廣泛應(yīng)用。電磁感應(yīng)燈利用了傳統(tǒng)電源電感鎮(zhèn)流器輸入電壓下降10%后，輸出功率降低20%，照明度也因此下降了20%以上。為確保電源電壓波動(dòng)處于規(guī)定的范圍，且其照明度能夠滿足設(shè)計(jì)的要求，設(shè)計(jì)人員應(yīng)將燈泡功率提高20%，增大照明度。無極燈的輸出功率不會(huì)受到電源電壓變化的影響，因此其無需考慮電源電壓變化對燈光照明度所產(chǎn)生的影響，其能夠充分滿足節(jié)能的要求。

4 未來展望

雖然我國現(xiàn)有法律條文對推動(dòng)高速公路建設(shè)和發(fā)展，促進(jìn)隧道照明系統(tǒng)的完善有一定作用，但由于隧道設(shè)計(jì)較為保守，管理制度還不是十分成熟，仍存在一些問題有待改善。

（1）加大先進(jìn)照明技術(shù)的引進(jìn)和應(yīng)用，對傳統(tǒng)設(shè)計(jì)模式予以改革和優(yōu)化，有針對性地開展照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)工作。同時(shí)，完善管理體系和制度，注重照明設(shè)計(jì)的規(guī)范性、合理性。

（2）根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況，通過節(jié)能燈具、清潔型能源的高效應(yīng)用來實(shí)現(xiàn)照明設(shè)計(jì)的節(jié)能、環(huán)保理念，降低光線刺激帶來的不利影響。

（3）加大智能控制系統(tǒng)的研發(fā)和應(yīng)用，提升隧道照明系統(tǒng)的自動(dòng)化調(diào)節(jié)水平，參照天氣、交通時(shí)段的變化對照明設(shè)施實(shí)行調(diào)整，減少照明能耗。

（4）對原有的照明系統(tǒng)予以改造升級。我國高速公路隧道照明系統(tǒng)在很多地區(qū)的設(shè)計(jì)不貼合實(shí)際，照明設(shè)施較為落后，照明效果得不到顯著提升，很難保證隧道通車安全。所以要對原有照明系統(tǒng)進(jìn)行改造升級，結(jié)合實(shí)際情況重新完成系統(tǒng)規(guī)劃，在安全性和經(jīng)濟(jì)性的指導(dǎo)下，優(yōu)化照明設(shè)施和技術(shù)，改進(jìn)整體照明質(zhì)量。

5 結(jié)束語

社會(huì)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展進(jìn)程中，自然資源扮演著十分重要的角色，人們也更加重視自然資源的合理利用和保護(hù)。為順應(yīng)綠色可持續(xù)發(fā)展的要求，隧道工程施工團(tuán)隊(duì)需要采取有效措施促進(jìn)節(jié)能減排工作的有效開展，利用過往的經(jīng)驗(yàn)和成果實(shí)現(xiàn)隧道工程建設(shè)施工中照明和供配電節(jié)能的高效發(fā)展，以期增大隧道工程的綜合效益。