高速公路隧道照明及供配電節(jié)能思考

祝清濤

（山東高速臨沂發(fā)展有限公司機(jī)電運(yùn)維中心，山東臨沂 276000）

0 引言

在當(dāng)今社會(huì)，隧道作為現(xiàn)代交通基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分，在提高交通效率、滿足人們出行需求的同時(shí)，也面臨著能源消耗和環(huán)境影響等方面的挑戰(zhàn)。其中，高速公路隧道的照明及供配電系統(tǒng)作為保障行車安全和隧道正常運(yùn)行的關(guān)鍵要素，其能耗問題日益引起廣泛關(guān)注。隨著社會(huì)對(duì)可持續(xù)發(fā)展和節(jié)能減排的日益關(guān)注，如何在確保道路安全的前提下優(yōu)化隧道照明及供配電系統(tǒng)，降低能源消耗，成為此行業(yè)亟待解決的問題。

1 高速公路隧道照明及供配電的重要性

1.1 保證駕駛員和乘客的安全

從安全性角度看，隧道作為高速公路的一部分，其照明系統(tǒng)的好壞直接關(guān)系著駕駛員和乘客的安全。隧道內(nèi)部良好的照明系統(tǒng)能夠?yàn)橥ㄐ腥藛T提供清晰的視野，能夠顯著提高駕駛員對(duì)道路狀況的感知，尤其對(duì)于應(yīng)對(duì)隧道內(nèi)曲線、交叉口等復(fù)雜道路結(jié)構(gòu)至關(guān)重要，有助于減少駕駛員的緊張感和焦慮感，減少視覺盲區(qū)，從而大幅度降低穿越隧道時(shí)發(fā)生交通事故的風(fēng)險(xiǎn)。此外，通過合理設(shè)置光線亮度和色溫，照明系統(tǒng)還能夠減輕駕駛員的視覺疲勞，進(jìn)一步提升行車安全性[1]。

1.2 確保隧道的正常運(yùn)行

供配電的可靠性對(duì)于隧道正常運(yùn)行至關(guān)重要。隧道供配電系統(tǒng)不僅支持隧道內(nèi)的照明，還涵蓋通風(fēng)、監(jiān)控等多個(gè)設(shè)備，直接關(guān)系到整個(gè)隧道的安全和順暢運(yùn)營(yíng)。首先，供配電系統(tǒng)的穩(wěn)定性關(guān)系到隧道內(nèi)部設(shè)備的正常運(yùn)行。在現(xiàn)代隧道中，照明、監(jiān)控、通風(fēng)等設(shè)備的正常工作是確保駕駛員和乘客安全的重要組成部分，一旦供電中斷或者配電系統(tǒng)出現(xiàn)故障，關(guān)鍵設(shè)備可能失效，導(dǎo)致隧道內(nèi)部的能見度降低，交通監(jiān)控受阻，甚至引發(fā)事故。其次，可靠的供配電系統(tǒng)對(duì)于預(yù)防交通擁堵具有重要作用。隧道交通的流暢性依賴于燈光、信號(hào)燈、監(jiān)控設(shè)備等的正常運(yùn)行，一旦供電系統(tǒng)發(fā)生故障，隧道內(nèi)部的交通流量就可能無法得到有效管理和引導(dǎo)，從而導(dǎo)致交通擁堵，不僅給駕駛員和乘客帶來不便，還可能影響整個(gè)交通網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行效率。因此，建立高可靠性的供配電系統(tǒng)，采用備用電源和自動(dòng)切換設(shè)備，能夠有效降低供電故障對(duì)隧道運(yùn)營(yíng)的影響，保障道路交通的暢通[2]。

1.3 有助于促進(jìn)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展

從效益性的角度考慮，良好的隧道照明及供配電系統(tǒng)不僅提升了交通運(yùn)輸?shù)陌踩?，還能夠促進(jìn)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。首先，交通安全是經(jīng)濟(jì)發(fā)展的基石，而隧道作為交通樞紐的一部分，安全的交通環(huán)境有助于降低事故發(fā)生率，減輕事故造成的損失，從而保障貨物及人員的安全運(yùn)輸，為經(jīng)濟(jì)活動(dòng)提供了穩(wěn)定的交通保障。其次，通過減少能源浪費(fèi)和降低運(yùn)輸成本，隧道照明及供配電系統(tǒng)也為經(jīng)濟(jì)發(fā)展創(chuàng)造了有利條件。合理設(shè)計(jì)的隧道照明及供配電系統(tǒng)能夠有效管理電力資源的使用，降低運(yùn)營(yíng)成本，提高能源利用效率，進(jìn)而推動(dòng)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)增長(zhǎng)。

2 高速公路隧道照明及供配電的具體要求

在高速公路隧道不同段落中，照明及供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)存在一定差異，細(xì)致入微的規(guī)劃有助于提高整體照明效果和行車安全性。合理的照明布局需要考慮到隧道內(nèi)曲線、坡道等特殊道路結(jié)構(gòu)，以提供全方位的照明支持，確保行車安全。第一，對(duì)于入口段的照明設(shè)計(jì)，需要考慮駕駛員由室外進(jìn)入隧道時(shí)的光線過渡，因此，入口段的照明設(shè)計(jì)應(yīng)以柔和的過渡光為主，避免強(qiáng)烈的反差，防止駕駛員在進(jìn)入隧道時(shí)因?yàn)楣饩€變化而產(chǎn)生眩暈感；照明設(shè)計(jì)還應(yīng)確保入口段的可見度，使駕駛員能夠清晰地看到隧道入口，從而減少可能的駕駛誤差。第二，中間段照明設(shè)計(jì)需要注重隧道內(nèi)部的均勻照明，以保障駕駛員在行駛過程中的良好視覺感受，對(duì)此要采用適度亮度和色溫的照明設(shè)施，確保整個(gè)中間段的照明均勻一致，避免出現(xiàn)明暗不一致的情況，防止駕駛員在行駛過程中產(chǎn)生視覺疲勞。第三，在過渡段照明設(shè)計(jì)方面，需要考慮隧道進(jìn)出口相對(duì)于中間段的過渡。合適的過渡段照明設(shè)計(jì)有助于實(shí)現(xiàn)視線的平滑過渡，避免突兀的光線變化對(duì)駕駛員產(chǎn)生干擾，對(duì)此可以采用逐漸增強(qiáng)或減弱的照明方式，使過渡段的光線變化更為自然，減輕駕駛員的視覺負(fù)擔(dān)。第四，對(duì)于基本段照明設(shè)計(jì)，應(yīng)保證整個(gè)隧道基本段的光線充足，確保駕駛員能夠清晰地看到道路和交通標(biāo)志。第五，在出口段照明設(shè)計(jì)上，需要考慮駕駛員從隧道出口進(jìn)入室外的光線變化。照明設(shè)計(jì)應(yīng)以平滑的方式過渡到室外光線，防止由于光線驟變而造成駕駛員視覺上的不適。同時(shí)，出口段的照明還應(yīng)確保駕駛員能夠清晰地看到出口標(biāo)識(shí)，確保安全駛出隧道[3]。

3 高速公路隧道照明設(shè)計(jì)與實(shí)踐

3.1 結(jié)合主體環(huán)境優(yōu)化設(shè)計(jì)

隧道通常由入口段、過渡段和出口段三部分組成，其長(zhǎng)度相近。設(shè)計(jì)中，以5000m的隧道照明設(shè)施安裝功率作為參照點(diǎn)，具體照明功率的分配需要根據(jù)不同隧道段的長(zhǎng)度進(jìn)行調(diào)整。以入口段、過渡段和出口段為例，250m左右的隧道照明功率應(yīng)約占5000m隧道照明功率的50%，而1000m的隧道占比應(yīng)在65%～75%之間（具體設(shè)計(jì)原則見表1）。

表1 照明設(shè)計(jì)原則

然而，由于實(shí)際環(huán)境條件的多樣性，設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)前需要對(duì)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境進(jìn)行仔細(xì)勘察，并結(jié)合實(shí)際環(huán)境特征對(duì)照明功率進(jìn)行調(diào)整，通過定制化的設(shè)計(jì)更好地適應(yīng)不同環(huán)境的需求，提高照明系統(tǒng)的效能。特別是在一些短隧道的設(shè)計(jì)中，可以通過觀察通視狀況，靈活應(yīng)用簡(jiǎn)化或取消照明的方式。例如可以借助電光誘導(dǎo)和路面的電光安全裝置，解決短隧道中照明帶來的能源消耗問題。這種靈活的設(shè)計(jì)方式既能確保隧道內(nèi)的視覺安全，又能有效降低照明功率的使用，從而在保證安全性的同時(shí)，減少能源浪費(fèi)，符合可持續(xù)發(fā)展的理念[4]。

3.2 積極采用LED照明技術(shù)

LED照明技術(shù)以其高效、長(zhǎng)壽命、低能耗以及優(yōu)越的亮度調(diào)節(jié)性能脫穎而出，成為照明領(lǐng)域的前沿選擇。LED的特性與現(xiàn)代社會(huì)的節(jié)能減排理念高度契合，對(duì)于提升隧道照明系統(tǒng)整體質(zhì)量具有顯著的優(yōu)勢(shì)。首先，LED技術(shù)的高能效轉(zhuǎn)化和低能耗能夠顯著提升照明系統(tǒng)的能效，為高速公路隧道節(jié)省能源成本；其亮度調(diào)節(jié)性能強(qiáng)大，可根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行智能調(diào)光，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)能效優(yōu)化。其次，LED燈具的壽命長(zhǎng)，可減少更替和維護(hù)頻率，有力地降低了運(yùn)維成本，特別適用于隧道這類運(yùn)維復(fù)雜的場(chǎng)景。再次，LED照明技術(shù)具有出色的環(huán)境適應(yīng)性，可在不同溫濕度條件下工作，能夠應(yīng)對(duì)高速公路隧道復(fù)雜多變的氣象條件；其可通過智能控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)即時(shí)亮度調(diào)整，適應(yīng)不同時(shí)間段和交通流量的需求，提高照明系統(tǒng)的適應(yīng)性。最后，LED光源提供更均勻、柔和的光線，降低眩光和反差，能提高駕駛員和乘客的可視舒適性，增強(qiáng)用戶的良好體驗(yàn)感。高速公路隧道LED照明如圖1所示。

圖1 高速公路隧道LED照明

3.3 引入智能照明控制系統(tǒng)

智能照明系統(tǒng)通過集成先進(jìn)的傳感器、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和自動(dòng)化控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)照明系統(tǒng)的智能監(jiān)測(cè)和調(diào)節(jié)。此系統(tǒng)不僅有助于提高能效，還能夠滿足隧道不同部分、不同時(shí)間段的照明需求，為用戶提供更加安全、舒適的行車環(huán)境。智能照明控制系統(tǒng)可通過光感控制的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)光線的自動(dòng)調(diào)節(jié)。通過在隧道內(nèi)部布置光感傳感器，系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)感知光照強(qiáng)度的變化，在白天或光線較強(qiáng)時(shí)，系統(tǒng)可自動(dòng)調(diào)低照明亮度，以節(jié)省能源，而在夜晚或光線較弱時(shí)，系統(tǒng)則能夠自動(dòng)提高照明亮度，確保良好的視覺環(huán)境。其次，智能照明控制系統(tǒng)還可以通過智能調(diào)光技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)燈具亮度的實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)。根據(jù)交通流量、天氣狀況以及隧道內(nèi)部情況，系統(tǒng)可以動(dòng)態(tài)調(diào)整照明亮度，以達(dá)到最佳的照明效果，不僅提高了能效，還可有效降低照明系統(tǒng)的運(yùn)營(yíng)成本。最后，智能照明控制系統(tǒng)還可以根據(jù)不同的時(shí)間段設(shè)定不同的照明模式。例如，在交通高峰期和夜間，系統(tǒng)可以采用更高亮度的照明模式，提高隧道的可視性；而在交通量相對(duì)較少的時(shí)間段，系統(tǒng)可以自動(dòng)切換到較低亮度的模式，以達(dá)到經(jīng)濟(jì)節(jié)能的目的，這種時(shí)間段劃分的智能控制有助于更好地滿足不同時(shí)間段的照明需求。

3.4 進(jìn)行光學(xué)設(shè)計(jì)優(yōu)化

光學(xué)設(shè)計(jì)的目的是通過有效利用光源，使光能在隧道內(nèi)部均勻分布，降低眩光和反差，提高視覺舒適性。在進(jìn)行光學(xué)設(shè)計(jì)優(yōu)化時(shí)，首先需要選擇適宜的光源。LED因具有發(fā)光面積小、壽命長(zhǎng)、可調(diào)光性強(qiáng)等特點(diǎn)，使其成為理想的光源選擇。此外，對(duì)光源的布局也是至關(guān)重要的，通過合理布置光源，可以實(shí)現(xiàn)光的均勻分布，避免照明不足或過強(qiáng)的情況，提高照明效果。其次，使用高效的反光材料和設(shè)計(jì)反射面是優(yōu)化光學(xué)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵步驟。通過合理選擇和配置反光材料，使光線更多地反射并傳播，減少能量損失。反射面的設(shè)計(jì)應(yīng)充分考慮隧道內(nèi)壁的幾何形狀以及車流等因素，以實(shí)現(xiàn)最佳的光學(xué)效果。最后，對(duì)照明系統(tǒng)的光學(xué)參數(shù)包括光束角度、光強(qiáng)分布等進(jìn)行調(diào)整，是光學(xué)設(shè)計(jì)優(yōu)化的重要方面。通過精確調(diào)整參數(shù)，可使其適應(yīng)不同的隧道結(jié)構(gòu)和使用場(chǎng)景，提高隧道內(nèi)的照明質(zhì)量，減少駕駛員的視覺疲勞。

4 高速公路隧道供配電節(jié)能設(shè)計(jì)與實(shí)踐

4.1 對(duì)線路進(jìn)行節(jié)能設(shè)計(jì)

供配電線路作為能源傳輸?shù)年P(guān)鍵組成部分，其設(shè)計(jì)水平直接關(guān)系到整個(gè)供配電系統(tǒng)的高效運(yùn)行和能耗控制。首先，采用低電阻、低能耗的導(dǎo)電材料是實(shí)現(xiàn)線路節(jié)能設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。通過選擇材質(zhì)優(yōu)越、電阻小的導(dǎo)線，可以有效降低線路的電阻，減少電流傳輸時(shí)的能耗損失，且有助于提高線路的傳輸效率，在一定程度上減少能源浪費(fèi)。其次，要合理規(guī)劃線路布局，采用優(yōu)化的線路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。要精心設(shè)計(jì)線路的布置，避免鋪設(shè)過長(zhǎng)、過大的電纜，減小線路的長(zhǎng)度和截面，從而降低電阻損耗；優(yōu)化線路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，采用合理的分支方式和連接方式，使能源在線路中的傳輸損耗最小化。再次，為確保供電系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，還需注意線路的維護(hù)保養(yǎng)。定期檢查線路設(shè)備的運(yùn)行狀況，及時(shí)修復(fù)和更換老化部件，有效減少線路設(shè)備的能耗。最后，合理設(shè)置線路的負(fù)載容量，防止過載工作，也是保障供電系統(tǒng)長(zhǎng)期高效運(yùn)行的關(guān)鍵因素。

4.2 供電設(shè)備能效優(yōu)化

在高速公路隧道供配電節(jié)能設(shè)計(jì)與實(shí)踐中，供電設(shè)備能效優(yōu)化也是重要的環(huán)節(jié)。通過對(duì)供電設(shè)備進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，可以提高設(shè)備的運(yùn)行效率，降低能耗，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)能目標(biāo)。首先，選擇高效能的變壓器和電纜是提高供電設(shè)備能效的關(guān)鍵。采用低損耗、高效率的變壓器和電纜，可以有效減少電能在傳輸過程中的損失，提高電能利用率。其次，可以采用變頻調(diào)速技術(shù)對(duì)電氣設(shè)備進(jìn)行智能控制。根據(jù)實(shí)際負(fù)荷需求調(diào)整設(shè)備的運(yùn)行速度，以避免設(shè)備在輕負(fù)荷情況下運(yùn)行時(shí)的能源浪費(fèi)，延長(zhǎng)設(shè)備壽命，減少運(yùn)行成本。最后，采用智能供配電控制系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)供電設(shè)備的實(shí)時(shí)監(jiān)控和調(diào)節(jié)，確保設(shè)備在最佳工況下運(yùn)行，進(jìn)一步提高能效。

4.3 注重應(yīng)急照明設(shè)計(jì)

應(yīng)急照明系統(tǒng)作為隧道安全運(yùn)行的保障，其設(shè)計(jì)和實(shí)施對(duì)于提高隧道的安全性和節(jié)能性具有重要意義。應(yīng)急照明系統(tǒng)應(yīng)具備快速啟動(dòng)、穩(wěn)定可靠、高效節(jié)能等特點(diǎn)，以滿足隧道內(nèi)緊急情況下的照明需求，同時(shí)降低能耗。對(duì)此，除了應(yīng)用LED燈具之外，還需要建立完善的應(yīng)急電源系統(tǒng)，包括備用發(fā)電機(jī)組、蓄電池組等設(shè)備的選型和配置，以及與主供電源之間的切換和協(xié)調(diào)機(jī)制。通過合理的應(yīng)急電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)，可以使供配電系統(tǒng)在主供電源故障時(shí)迅速切換到備用電源，確保應(yīng)急照明系統(tǒng)的正常運(yùn)行。此外，應(yīng)急照明系統(tǒng)還可以通過集成智能監(jiān)測(cè)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備狀態(tài)的遠(yuǎn)程監(jiān)控，使系統(tǒng)管理員能夠?qū)崟r(shí)獲得隧道內(nèi)部的照明情況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和解決可能影響系統(tǒng)正常運(yùn)行的問題，不僅提高了系統(tǒng)的響應(yīng)速度，還減少了人工巡檢的頻率，從而降低整體能源消耗。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，引入先進(jìn)的照明技術(shù)、智能化的供配電節(jié)能系統(tǒng)，并通過對(duì)設(shè)備能效進(jìn)行優(yōu)化，可在保障隧道行車安全的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)能效提升和能源消耗降低的目標(biāo)。在追求高效、安全、環(huán)保的同時(shí)，高速公路隧道照明及供配電系統(tǒng)應(yīng)該努力實(shí)現(xiàn)節(jié)能目標(biāo)，為構(gòu)建更加可持續(xù)的交通基礎(chǔ)設(shè)施貢獻(xiàn)力量。在未來的工程實(shí)踐中，技術(shù)人員要將這些經(jīng)驗(yàn)與成果不斷推廣，推動(dòng)交通領(lǐng)域朝著更加智能、綠色、可持續(xù)的方向邁進(jìn)。