公路隧道照明燈具安裝高度和角度對(duì)路面亮度和均勻度的影響分析

黃文攝

（深中通道管理中心，廣東 中山 528400）

0 引言

《公路隧道照明設(shè)計(jì)細(xì)則》（JTG/T D70/2-01—2014）是現(xiàn)行最新的照明設(shè)計(jì)細(xì)則，其中規(guī)定了隧道照明質(zhì)量的評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)，主要是路面的亮度，可路面亮度檢測(cè)難度系數(shù)高，受影響因素太多，如材料材質(zhì)、光攝入角度、儀器擺放位置等多方面因素影響，其中有一因素稍微改變就會(huì)導(dǎo)致測(cè)量有較大的誤差；而照度受影響因素較少，因素改變導(dǎo)致的測(cè)量結(jié)果誤差也不會(huì)影響試驗(yàn)效果，且現(xiàn)行隧道照明驗(yàn)收檢測(cè)主要是以測(cè)量路面照明來(lái)評(píng)價(jià)隧道照明是否達(dá)標(biāo)。因此，此研究主要根據(jù)路面照度及均勻度情況來(lái)評(píng)定隧道照明質(zhì)量情況。

1 試驗(yàn)隧道概況

試驗(yàn)隧道長(zhǎng)度約200m，單洞為單向雙車道，車道寬3.75m，凈跨度10.4m，凈高度7.5m，壁厚0.25m，混凝土路面，假定設(shè)計(jì)車速100km/h，隧道安裝不同高度的多組燈具，從中選取同高度燈具兩側(cè)對(duì)稱布置，照明光源采用3500～4500kLED 燈，隧道實(shí)際情況如圖1 所示。

圖1 試驗(yàn)隧道現(xiàn)場(chǎng)

2 LED 光源燈具安裝高度和角度對(duì)路面亮度和均勻度的影響

2.1 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

做現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)?zāi)M時(shí)，選擇夜間進(jìn)行試驗(yàn)，這樣影響試驗(yàn)數(shù)據(jù)因素少，試驗(yàn)隧道基本段照明燈具布設(shè)間距10m，應(yīng)急照明燈具布設(shè)間距20m，在隧道側(cè)壁距地面2m、2.5m、3m、3.5m、4m、4.5m、5m、5.5m、6m高的位置分別安裝燈具，燈具支架采用可調(diào)整角度的支架，調(diào)整范圍0～180°，然后分別對(duì)每種高度的燈具進(jìn) 行 試 驗(yàn)，試 驗(yàn) 一：將2m、2.5m、3m、3.5m、4m、4.5m、5m 燈具的支架角度固定在30°，對(duì)路面照明數(shù)據(jù)進(jìn)行檢測(cè)分析。試驗(yàn)二：對(duì)5～6m 高燈具分別進(jìn)行15～60°調(diào)整，然后對(duì)不同組合情況進(jìn)行路面數(shù)據(jù)檢測(cè)分析。通過(guò)試驗(yàn)一、試驗(yàn)二的數(shù)據(jù)來(lái)評(píng)定照明質(zhì)量[1]。

2.2 隧道照明環(huán)境仿真模擬

根據(jù)實(shí)際試驗(yàn)隧道的斷面，按1∶1 比例，用SketchUP 建模軟件建立3D 隧道模型，再把隧道模型導(dǎo)入DIAlux 軟件中，利用DIAlux 對(duì)建立好的隧道模型內(nèi)側(cè)壁表面賦予材質(zhì)，選擇一些反光系數(shù)低的材料進(jìn)行裝飾。因隧道半封閉空間環(huán)境的影響，照明燈具發(fā)出的光會(huì)在隧道側(cè)壁產(chǎn)生漫反射，隧道路面的照度是燈具光和隧道側(cè)壁反射光的綜合照度，為了不影響隧道燈具試驗(yàn)的效果，盡量采用一些暗系材質(zhì)使DIAlux 軟件在進(jìn)行照明計(jì)算分析時(shí)，可以忽略因漫反射造成的干擾[2]。

隧道中間段采用的50W 的LED，將該燈具IES 燈具插件導(dǎo)入DIAlux 軟件中。10m（燈具安裝間距應(yīng)滿足規(guī)范要求的閃爍頻率低于2.5Hz 或大于15Hz）間距兩側(cè)對(duì)稱布設(shè)燈具，按現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)方案一、方案二分別進(jìn)行試驗(yàn)，任意選取3 組燈具之間一段路面作為照明試驗(yàn)對(duì)象，進(jìn)行軟件計(jì)算，得出所選取路面的各種照明數(shù)據(jù)，根據(jù)其中平均照度、路面照度總均勻度和路面中線照度縱向均勻度，判定隧道照明效果[3]。

2.3 數(shù)據(jù)分析

通過(guò)DIAlux 軟件對(duì)隧道照明環(huán)境的模擬后，軟件分別計(jì)算出安裝高度為2m、2.5m、3m、3.5m、4m、4.5m、5m、5.5m、6m，安裝角度分別為15°、20°、25°、30°、35°、40°、45°、50°、55°、60°組合條件下，2～4.5m安裝高度對(duì)照明情況的影響變化見(jiàn)表1，安裝高度及安裝角度對(duì)照明情況的影響見(jiàn)表2，具體變化趨勢(shì)如圖2-圖4 所示[4]。

圖2 安裝5m 高時(shí)不同角度下的路面照明質(zhì)量情況

圖3 安裝5.5m 高時(shí)不同角度下的路面照明質(zhì)量情況

圖4 安裝6m 高時(shí)不同角度下的路面照明質(zhì)量情況

表1 試驗(yàn)一照明數(shù)據(jù)

表2 試驗(yàn)二的照明數(shù)據(jù)

按《公路隧道照明設(shè)計(jì)細(xì)則》（JTG/T D70/2-01—2014）中要求，根據(jù)模擬要求，隧道中間段設(shè)計(jì)應(yīng)為4.5cd/m2，水泥混凝土路面的平均亮度與平均照度間的換算系數(shù)可取10 lx/（cd·m-2），經(jīng)換算，隧道路面平均照度若達(dá)到45 lx 以上即可滿足設(shè)計(jì)和規(guī)范要求；總均勻度大于0.4,縱向均勻度大約0.6 時(shí)，均勻度也滿足規(guī)范要求。選取隧道照明的中間段作為照明仿真區(qū)段，通過(guò)對(duì)中間段基本照明燈具安裝不同高度和安裝不同角度組合情況的照明模擬試驗(yàn)，采集了大量的隧道路面的平均照度、路面照度總均勻度和路面中線照度縱向均勻度數(shù)據(jù)，通過(guò)數(shù)據(jù)的對(duì)比分析，得出隧道燈具安裝的最佳的位置及最佳角度為：一是燈具安裝高度為5m 時(shí)，最佳的安裝角度為30°；二是燈具安裝高度為5.5m 時(shí)，最佳的安裝角度為30°；三是燈具安裝高度為6m 時(shí)，最佳的安裝角度為20°；四是燈具安裝3m 時(shí)，路照度最大[5-6]。

3 結(jié)語(yǔ)

經(jīng)過(guò)上述試驗(yàn)分析，在隧道安裝燈具時(shí)，隧道采用高位安裝時(shí)，LED 燈具安裝高度為5m 時(shí)，安裝角度30°，隧道路面照明質(zhì)量最好，低位照明時(shí)燈具安裝最近高度宜為3m。