高速公路隧道照明綜合節(jié)能技術(shù)的研究和應(yīng)用

朱小康

（武漢廣益交通科技股份有限公司，安徽 合肥 238000）

0 引言

為了合理利用土地資源，很多高速公路都設(shè)有隧道區(qū)。高速公路隧道的修建對于施工單位而言，其不僅在修建初期會耗費大量的建設(shè)成本，后期設(shè)置照明設(shè)施時，施工單位還會有額外支出的材料費用。更為重要的是，施工完成之后，施工單位還要定期對照明基礎(chǔ)設(shè)施進行養(yǎng)護。因此，想要提高公路工程施工單位的整體效益，其必須在隧道照明的成本控制上多加關(guān)注與研究。

1 隧道照明系統(tǒng)概述

部分地區(qū)因山勢崎嶇，修建了大量的隧道投入使用。隧道內(nèi)部可見度低，照明對于高速公路隧道的重要性不言而喻，良好的公路條件能防止司機在開車時因可見度低發(fā)生交通事故。就當(dāng)前使用情況看，高速公路隧道安裝的照明系統(tǒng)會進行分段設(shè)置。比如，大部分施工單位會在隧道區(qū)域的入口段、過渡段、中間段和出口段分別布置照明設(shè)備，確保司機的行車安全。但高速公路隧道因為不同路段的原因，外界因素對照明設(shè)施的要求極為復(fù)雜。施工人員必須按照現(xiàn)場的實際施工情況挑選最佳的照明燈具擺放位置，否則照明效果會大打折扣[1]。

另外，大部分高速公路隧道內(nèi)部控制照明回路時，通常會使用組合開關(guān)的方式，設(shè)置的數(shù)量一般在七八個左右。但這種控制方式過于籠統(tǒng)，不能均勻化隧道內(nèi)部的光亮，導(dǎo)致隧道內(nèi)部出現(xiàn)照明不勻的問題[2]。這也意味著施工單位的施工內(nèi)容極為復(fù)雜，照明施工難度大，非?？简炇┕と藛T的綜合能力。如果稍有不慎，隧道內(nèi)部的照明系統(tǒng)就會出現(xiàn)光亮不均勻的問題，影響司機的駕駛體驗。如果高速公路隧道內(nèi)部的光亮過高，會導(dǎo)致資源浪費的問題出現(xiàn)，且司機在長時間的燈光照耀下，也容易出現(xiàn)視覺疲勞，影響交通安全。

綜上所述，高速公路隧道照明的用處很多，為司機的出行提供了方便。但由于部分交通區(qū)域?qū)Ω咚俟匪淼勒彰飨到y(tǒng)管控不到位，以至于不少區(qū)域出現(xiàn)了綜合照明系統(tǒng)癱瘓的問題。另外，隧道照明消耗的電力資源過多，隧道運營管理部門每年都要支出大量的電費資金。

隨著高速公路的不斷擴建，山區(qū)公路越來越完善，隧道的數(shù)量與日俱增，運營管理部門投入的資金只增不減，而山區(qū)高速公路車通行流量不高，高速公路通行費的收入遠不能抵消隧道內(nèi)部照明資金的支出。所以隧道運營管理部門為了節(jié)省資金，減少了照明燈工作的次數(shù)?？蛇@種節(jié)能措施又與國家規(guī)定相違背，致使高速公路隧道增加了交通安全風(fēng)險性?；诖耍咚俟匪淼勒彰髟谠O(shè)計時，設(shè)計人員要率先考慮“安全”與“節(jié)能”之間的矛盾關(guān)系。

2 隧道照明綜合節(jié)能技術(shù)應(yīng)用的方案

當(dāng)前隧道照明中存在的主要問題是照明過度和欠照明，所以運營管理部門在應(yīng)用隧道照明綜合節(jié)能技術(shù)時，要考慮需求。以下是運營管理部門可參考的解決能源浪費的措施[3]。

2.1 增加照明控制回路，多級控制照明

設(shè)計人員在設(shè)計高速公路隧道照明系統(tǒng)時，應(yīng)考慮外界環(huán)境對隧道照明的影響，比如天氣狀況。因此，晴天照明和陰天照明就應(yīng)該以兩個不同回路來控制，具體的改造方案為：設(shè)計4 個回路控制，隧道左側(cè)設(shè)置晴天照明和陰天照明，隧道右側(cè)同上操作。這4個控制回路可以實現(xiàn)多級化管理的目標(biāo)，防止隧道出現(xiàn)資源浪費的問題。

2.2 增加照明控制方式，實現(xiàn)無極調(diào)控

照明調(diào)控裝置應(yīng)做技術(shù)上的升級，可以利用高壓鈉燈的照明原理，以降壓限流的方式，使隧道照明可以根據(jù)外界環(huán)境因素的變化發(fā)生改變。這樣，隧道照明就可以根據(jù)實時需求更改隧道內(nèi)部的照明環(huán)境。設(shè)計參考變量時，設(shè)計人員需要考慮天氣和車流量等參數(shù)。

無極調(diào)控的工作原理如下：燈具在額定電壓220V左右開始工作，一旦接收到節(jié)能指令后，燈具就可以及時調(diào)整電壓，使其保持在節(jié)能的水平，節(jié)能電壓的標(biāo)準(zhǔn)一般在185V～195V 左右。節(jié)能指令撤銷后，燈具就會以慢斜坡的方式，逐漸上升到220V 穩(wěn)壓。這種無極調(diào)控，節(jié)約了照明資源。有的高速公路為了增加控制的合理性，專門設(shè)置了照明調(diào)控裝置，保證隧道基本照明設(shè)施能夠?qū)崿F(xiàn)軟啟動，防止燈具因沖擊電流出現(xiàn)壽命縮減的問題。

2.3 確定好照明設(shè)計參數(shù)

隧道內(nèi)部若要實現(xiàn)節(jié)能目標(biāo)，設(shè)計參數(shù)一定要符合實際。所以設(shè)計人員提前設(shè)計照明方案時，一定要深入考察現(xiàn)場，確保參數(shù)的合理性與準(zhǔn)確性，減少照明資源參數(shù)出現(xiàn)錯誤的概率。不過由于我國的照明節(jié)能設(shè)計發(fā)展較晚，不少的方案設(shè)計中存在較大失誤，與高速公路的發(fā)展速度不相匹配。為了減小兩者之間的差距，實現(xiàn)協(xié)調(diào)發(fā)展的目標(biāo)，設(shè)計人員一定要充分鉆研照明設(shè)計中存在的問題，盡力減少設(shè)計中的偏值誤差，具體涉及的內(nèi)容如下：

首先，設(shè)計人員要確定好洞口的亮度。長度在1公里左右的隧道，設(shè)計的關(guān)鍵點就在于其照明的總功率上，設(shè)計人員只要加強照明設(shè)計，基本上就能維持整個隧道的照明功率。加強隧道照明設(shè)計的關(guān)鍵，則在于洞外亮度?；诖?，設(shè)計人員需要實際考察隧道周邊的地理環(huán)境，盡力排除外部因素對隧道照明造成的影響，合理設(shè)計洞外亮度。達成此目標(biāo)后，工程既可以減少投資，又能保障隧道的照明率。不過隧道外部亮度的探測極為困難，設(shè)計人員需要借助查表法，才能得到準(zhǔn)確的數(shù)值。當(dāng)然，科研學(xué)者還獲得了一種新的取值方法，如果按照3500cd/m 進行取值，隧道內(nèi)部可以節(jié)省的電費在10%～15%左右。

其次，設(shè)計人員需要研究高速公路隧道的流通量。對于流通量過多的隧道，可以加強對基本亮度的調(diào)整，嚴(yán)格把控隧道內(nèi)部的平均亮度。從一般的記載信息來看，最主要的流量信息有交通和時間。

2.4 線路節(jié)能

線路節(jié)能的實施主要包括以下幾個部分：

第一，公路隧道增設(shè)自動調(diào)壓設(shè)備。但這種節(jié)能措施頗具爭議性，具體的使用原理是工程人員利用可控硅斬波原理，按照當(dāng)中的正弦電壓尋得輸出電壓的平均值，并使其降到最低，以達到控壓節(jié)能的目的。但這種措施最大的弊端在于其在控壓時，會產(chǎn)生高次諧波和線路震蕩。如果這個弊端沒有消除，高速公路內(nèi)部的燈泡使用壽命將會大大縮減，嚴(yán)重時甚至對周圍的環(huán)境產(chǎn)生污染，極大地違背了綠色環(huán)保的理念。所以當(dāng)前工程師在設(shè)計節(jié)能方案時，很少會用照明自動調(diào)壓設(shè)備。

第二，高速公路中壓隧道中，經(jīng)常使用中壓供電。中壓供電是在原有的系統(tǒng)上進行改革和升級的技術(shù)，結(jié)合當(dāng)?shù)氐乩砬闆r，改變變壓器應(yīng)用供電模式。此項照明控制技術(shù)極為先進，因為除了我國本土研發(fā)的技術(shù)之外，管理部門還會引進國外先進的技術(shù)，在本土地理環(huán)境的基礎(chǔ)上，打造新型變壓器應(yīng)用供電模式。這種供電模式除了概念新穎之外，能極大地滿足高速公路隧道的用電需求，其所耗費的資金相對于傳統(tǒng)電力技術(shù)之外，成本會更低，更具經(jīng)濟價值。

第三，設(shè)計人員在布置高速公路隧道內(nèi)部的燈具時，一定要先對現(xiàn)場進行檢測，掌握具體的數(shù)據(jù)后，再去開展設(shè)計任務(wù)。因為燈具布置合理，施工現(xiàn)場的光源利用效率才能大幅度提高，燈具照明缺陷才能很好規(guī)避。

2.5 燈具節(jié)能措施

若要節(jié)省電力資源，公路隧道內(nèi)首選的燈具應(yīng)是LED 燈。LED 光源具有方向性投射，大功率LED 光源的工藝可以根據(jù)需要封裝成60～180o的射出角，光通量幾乎不損失。設(shè)計者可根據(jù)需要配光，LED 燈配光利用系數(shù)可以達到0.9，LED 燈本身就是環(huán)保型燈具，所以非常適合使用。

2.6 高速公路隧道照明控制和管理措施

很多高速公路長隧道內(nèi)部都配備了亮度檢測設(shè)備，這是照明控制措施中的重要機器。其應(yīng)用的原理在于光亮度值的分析，設(shè)備可以通過自動化檢測的方式，加強對洞內(nèi)外亮度的檢測，找到相關(guān)的數(shù)據(jù)。之后再以監(jiān)控系統(tǒng)為載體，傳入中心系統(tǒng)。計算機接收到相關(guān)數(shù)據(jù)后，對其開展運算處理，然后再通過智能運算的方法，制定較為合適的控制方案。此等控制措施的應(yīng)用，大大提高了高速公路長隧道照明的效率，確保了隧道運行的安全性。不過由于管控措施研發(fā)的時間較短，目前還沒有廣泛應(yīng)用，還需科研人員繼續(xù)研究[4]。

管理措施方面，科研人員需要加強對隧道內(nèi)部實際情況的分析，參透照明設(shè)計圖紙，提高設(shè)計方案的規(guī)范程度。施工時，施工人員要把握住節(jié)能控制的關(guān)鍵點，盡力遏制資源浪費的現(xiàn)象。同時，施工人員需要根據(jù)實際情況去核對施工方案的合理性和科學(xué)性。如果施工現(xiàn)場有意外情況發(fā)生，施工人員需要及時上報，便于設(shè)計人員對方案進行整改。一般來說，高速公路隧道內(nèi)部照明環(huán)境的實際施工通常不會和圖紙偏差較大，除非隧道內(nèi)部的車流量發(fā)生了變化，方案需要做出具體的調(diào)控。

施工任務(wù)結(jié)束后，管理部門還要定期安排人員對隧道進行清理，做好對燈具的養(yǎng)護工作，延長燈具的使用壽命。燈具光源的利用效率提高后，隧道內(nèi)部的照明度會大大增強。

2.7 供電方式的選擇

隧道中的供電方式多樣化，施工人員選擇時需要根據(jù)隧道長度進行考慮。一般，不超過1 公里的隧道需采用放射式供電的方法。不過此方法在投入使用前，管理部門需要在洞口處修建變電站，便于隧道內(nèi)部的電壓進行轉(zhuǎn)換。但如果隧道內(nèi)部的機電設(shè)備分布位置較為松散，管理人員還需設(shè)置中壓供電。中壓供電是電能的中轉(zhuǎn)站，其配電終端與復(fù)合中心是直接相連的，可以滿足隧道內(nèi)部燈具長距離供電的需求。并且中轉(zhuǎn)之后，電能損耗的效率大大減少，隧道內(nèi)部的電能資源消耗頻率大幅度下降。再加上，高速公路隧道的地形較為獨特，有些山體是連綿起伏的，導(dǎo)致隧道與隧道之間的連續(xù)性較強。為了提高速度內(nèi)部的供電效率，管理部門需合理選用集中供電的方法。集中供電在投入使用之前，管理部門需要對隧道內(nèi)部的區(qū)域進行劃分，確定每個隧道不同的供電形式，將供電網(wǎng)和隧道供電連接起來。更為重要的是，集中供電除了能給隧道內(nèi)部的燈具供給能量之外，還能惠利周邊的農(nóng)村地區(qū)，提高農(nóng)村地區(qū)的供電效率，保證居民的用電量。

3 對高速公路隧道照明節(jié)能綜合技術(shù)的展望

高速公路隧道的修建是大勢所趨，只有交通便利，山區(qū)經(jīng)濟才能得到發(fā)展。從當(dāng)前的高速公路隧道照明節(jié)能策略來看，其中還存在較大的不足，科研人員需要繼續(xù)研究，其應(yīng)該重點分析隧道內(nèi)部的照明現(xiàn)狀和照明視覺特征。如果能夠在這兩個方面取得突破，我國高速公路隧道的照明效率還會得到大幅度提高。

4 結(jié)語

本文對高速公路隧道照明節(jié)能綜合技術(shù)進行了分析，希望以此來改善高速公路隧道照明資源浪費的問題。根據(jù)調(diào)查研究分析，高速公路隧道照明節(jié)能涉及的內(nèi)容是多方面的，如果想要實現(xiàn)系統(tǒng)化的節(jié)能效果，設(shè)計人員在設(shè)計照明方案時，每個環(huán)節(jié)都要加入節(jié)能措施，并且每個方案都要有設(shè)計依據(jù)，設(shè)計人員要先考察現(xiàn)場，獲得精準(zhǔn)數(shù)據(jù)后再去商榷施工方案。尤其是對高速公路隧道周邊環(huán)境、車流量的勘測，必不可少。再者，高速公路隧道的照明本身具有獨特性，除了保障節(jié)能之外，設(shè)計人員還要考慮到高速公路內(nèi)部運行的安全性。其既要減少燈具對周邊環(huán)境產(chǎn)生的污染，又要保證隧道內(nèi)部的照明強度，防止內(nèi)部因可見度不高的問題，造成交通事故。