刘英婴  

（重庆大学建筑城规学院 重庆 400045）

摘  要：本文阐述了近年来隧道照明节能技术的研究成果，结合山地城市隧道建设的需求，提出了目前存在的问题，对隧道照明节能技术的进步和发展进行了展望。 

关键词：隧道  节能技术  安全技术

Study on Save-energy Technology used in Road Tunnel Lighting

Liu Yingying   

(College of Architecture and Urban Planning  Chongqing University)

（Chongqing 400045）

Abstract: This paper elaborated the up-to-date research results of save-energy technology on tunnel. Combining the development of tunnel construction in mountainous city, problems at present have been suggested, save-energy technology on tunnel lighting have been carried out in this paper.

Keywords:  tunnel lighting   save-energy technology 

0  引言

隧道节能技术的研究目前主要集中在隧道照明方面。50年代中期以前，隧道照明技术一直不为人们所注意，隧道贯通后，安上些灯便了事，有的根本不安灯，也是常事。50年代中期起，由于隧道交通量日增，车速也迅速提高，人们开始认识到在隧道里随意、简单地安上一些灯，并不能解决行车安全问题。在车辆驶到离隧道洞口不远处，司机所见仍只是黑糊糊的一片，无法发觉并辨明隧道洞口处的障碍物。1957年英国J.M.Waldram首先指出这种现象的危险性和严重性，并开始对之进行研究，且形象地称之为“黑洞现象”。而出洞口恰恰相反，驾驶员穿过较长的隧道接近出口时，由于隧道洞口的外部环境亮度极高，出口看上去是个亮洞，会出现极强的眩光——“白洞现象”。隧道照明不同于一般道路照明，有其明显的特殊性，最大不同点是在隧道里白天也需要照明，而且白天的照明问题比夜间更加复杂。因此，隧道照明的节能技术就显得尤为重要。

1 隧道照明研究现状

国外对隧道照明的研究开始较早，经过多年的实践，技术相对成熟。在上一个世纪60年代初，Schreuder就对隧道照明进行了基础的实验研究。他创建了隧道实验模型，并在模型中进行了小目标的察觉几率实验，得到了标准区域亮度与隧道入口段亮度之间的函数关系。在60年代，日本的Nakamichi和Narisada 等人也对隧道照明进行了实验研究，得到了察觉目标物所需的背景亮度和从观察者开始注意隧道入口时起所花的时间之间的函数关系。

基于Schreuder、Nakamichi和Narisada等人的隧道基础实验研究，国际照明委员会（以下简称CIE）在1973年出版了《隧道照明国际建议》，这是CIE的第26号出版物。在这个报告中，给出了驾驶员安全驾驶所要求的隧道入口段照明水平。CIE在1984年发表了61号出版物——《隧道入口段照明——对确定隧道入口段亮度的基础性研究》。这篇报告仅仅讨论与隧道入口段亮度基本原则直接相关的情况，而不包括与隧道照明有关的其他重要问题。在这篇报告中，根据众多因素考虑了入口段照明要求的变化，例如驾驶员的视觉环境、天气环境、道路和交通情况、驾驶习惯、汽车的构造和性能等，肯定了Schreuder等人进行的基础实验的有效性，并在真实的隧道中进行了驾驶实验，为后来的隧道照明研究打好了基础。

1990年，CIE发表了第88号出版物——《公路隧道和地下通道照明指南》。这本指南给出了隧道照明的基本原则和照明设施的有效光度学建议值。在这本指南中建议用K值法来计算入口段亮度，也就是入口段亮度与洞外亮度的比值等于K。

K = Lth /L20（s）                                                    （1）

式中：

Lth——入口段亮度(cd/m2)；  

K——入口段亮度折减系数；

L20(S)——洞外亮度(cd/m2)。

由于欧洲各国、日本、美国等建议的K值各不相同，在国际上还没有形成公认的、有效的K值，因此，K值法还有一定的不足。

在这种情况下，CIE对照明指南进行了修订，在2004年出版了《公路隧道和地下通道照明指南》，其中提出了用察觉对比度法来确定入口段亮度。对于本次修订，CIE 88-1990的基本原则依然有效，最主要的差异是视域范围内的隧道入口段亮度的确定，CIE 2004年出版物是以等效光幕亮度为基础进行的修订。这可以使视阈范围内的亮度确定比以前推荐的方法更准确，尤其是在非标准的情况下。

2002年，美国布朗（Brown）大学的David Berson等学者在人眼视网膜上发现了第3种感光细胞——神经结细胞，它对不同波长光的敏感度是不同的，峰值位于490nm,并称为citopic（我国暂译为司辰视觉），这种感光细胞对进入人眼的光辐射产生生物效应而获得对外界的认识，称之为光生物效应。光生物效应是2002年世界上十大发现之一，它能控制人的生物节律和强度，并且影响人眼瞳孔大小，从而对人的视看水平和反应时间等产生重要影响。

现行的隧道照明设计标准，均没有考虑照明光源的色温和光谱分布，也就是光色的影响，尤其是没有考虑citopic对人的视觉功效和机敏程度等生物效应的影响。另外，在实际隧道照明条件下，会发生亮背景下观察暗目标，即在负对比条件下人眼更有利于观察目标。而目前的隧道照明研究均采用的是正对比，所以需要进行负对比条件下的隧道照明研究，使提出的隧道照明设计标准更符合驾驶行车时的实际需要。

2  隧道照明节能技术发展

为了适应隧道照明的发展需求，我国在隧道照明节能技术方面进行了一系列的研究。这些技术研究主要从2个方面进行：

1）研究适宜的光源以及确定布置灯光的方案，来消除“黑洞效应”和“白洞

效应”等问题；

2）设计照明系统的控制系统，对隧道的照明进行动态控制。

在选择适宜的光源上，应考虑隧道照明光源的色温和光谱分布对视觉的影响，并计算出隧道照明光源的光生物效应光通量。据研究表明，光生物效应与照明光源中的蓝绿光成份的含量多少关系极大，见表一：

表1在不同视觉条件下金属卤化物灯和高压钠灯的光通量和发光效率

灯具的布置方式影响照明系统的照明效率：在大量的照明实测工作的基础上，发现中心布置比双侧排布置效率高，双侧交错布置比双侧对称布置效率高。

把布灯方式定在中排偏置60cm处和侧布在一侧布灯高度为6.3m处的两种布灯方案。这两种方案将有效地解决公路隧道运营过程中的养护和运营费用高的问题，是较高效率和节能的布灯方式。

灯体大小、反光器形式是影响灯具配光质量、性能的关键。具有大灯体、特殊的反光器的照明灯具是适合隧道照明特点的理想灯具。加大力度研究和开发逆光灯具是今后增效节能的最有效的途径。

除了灯光控制外，目前有关隧道照明的节能，还综合采用以下方案：

（1）采用高功率因数的照明灯具（配合高效电子镇流器）；

（2）隧道内两侧铺反射率高的装修材料；

（3）尽量缩短供电电缆长度以减少线路损耗、合理布置配电房的位置；

（4）集中调光控制、减少洞外亮度等方法。

隧道内的照明控制是根据隧道照明设计中所确定的照明区段、不同时段气候条件下的照明要求，控制各个照明回路的开关，从而达到既满足隧道的照明亮度要求，保证行车安全，又节省能源的目的。其控制方式大致可分为手动控制方式、分时段进行的时序控制方式和根据洞内外的亮度值自动控制照明回路的全自动控制方式三种。手动控制方式主要用于公路等级低，隧道长度较短、照明级别少的隧道照明系统，由人工根据不同的时段及天气情况而开关不同的照明配电回路。分段时序控制方式则是采用时序控制器控制隧道照明的各个配电回路，根据一天中不同的时间段而开启（闭合）相应的照明回路，此种控制方式主要也是用于照明回路较少的短隧道和中长隧道。隧道照明的自动控制方式则是利用光照度计分别采集隧道内外的亮度参数，经对比处理后，由计算机系统或照明控制器自动控制各个照明回路的开关，使洞内的照明亮度与外界自然光的亮度相适应。目前，照明控制采用有级控制，根据气候条件、照度及交通量进行控制分级。

3  存在的问题

纵观现有的这些节能技术，虽然有一定的节能效果，但在实际运行中还是存在着电能的浪费现象、节能措施的经济性、新技术的应用率较低、建设费用和维护费用高等问题。主要问题如下：

1）规范落后：规范忽略了对短隧道照明的论述，其实我国短隧道比比皆是，它的入口段、过渡段和出口段的加强照明的长度和隧道长度基本相当，因此短隧道没有基本段的照明，对短隧道照明节能的研究具有十分重要的意义。

2）控制参数不科学：目前都是采用时序控制法，虽然控制简单、可靠，考虑了环境因素对隧道照明的影响，但未考虑不同交通量、车速对照度的要求，造成不必要的浪费。

3）控制方式智能化水平低：目前，隧道照明依据规范对洞内最大照度的设计是以全年洞外最大亮度和最高行车时速来确定隧道内各段的灯具功率和灯具分布密度。能够实现照明自动控制的非常有限，通常因线路布线回路的，只能做到2、3级人工或自动控制，对于如天气、车速、车流量等参数只是在设计阶段以最大值考虑，最终各段照明的长度和照度也始终是处于最大值状态。对于天气，车速、车流量等时变参数无法从宏观上对整个隧道的照明进行自适应方式调制。因此，目前这种传统设计与使用的隧道照明系统存在着大量电能浪费问题，

4）未考虑通风与照明之间的关系：由于隧道的特殊结构，隧道内的烟尘特别多，且不易消散，因此，隧道照明系统既要考虑光线的穿透性能，也要考虑由于烟尘反射而造成的亮度损失。而隧道通风则是降低烟雾浓度的有效手段，因此，照明节能和通风节能之间存在一定的矛盾，如何才能使二者统一且节能效果最好值得探讨。

5）未考虑隧道照明光源的显色性与照度之间的关系：目前的隧道照明规范或准则都是以照度和亮度作为设计参数，而忽略了照度和显色性之间的关系。像高压钠灯等光源，其显色性较差，而荧光灯、 LED灯等光源的显色性相对就要好很多，是否可以降低对荧光灯等光源的照度和亮度的要求也是一个非常有意义的研究方向。

6）未系统性地考虑照明节能：不管是用哪些节能措施，都会有投入与节能之间的一个对比系数，这就是节能措施的性价比。如要想通过降低洞口亮度的办法来到达节能的目的，可能采用的手段有建造合适的洞门结构、建造遮光棚、在洞门上方进行绿化、修筑反射率底的接近段路面等措施，而这些措施都需要有一定的投入，而通过这些投入达到的节能效果也是可以衡量的，这样，就可以根据措施的性价比来判断相应节能措施的经济性能是否可以接受。而目前国内对这方面的研究很少。

4   展望

中国在今后的西部大开发中隧道的应用必将会越来越广泛，随之引发的技术问题也会日益增多。其中最突出的矛盾就是安全和节能技术之间的矛盾，因为所有的节能措施都必须在保证隧道运营安全的基础上实施。目前，对照明节能和安全之间相互关系的变化趋势没有进行量化的研究，大多数都只是进行了定性的论述。如果可以把隧道的照明能进行量化，得出节能和安全之间的变化曲线，这样，就可以制定出适应各个不同地区经济发展水平的节能与安全技术。

参 考 文 献

[1] Wout Van Bommel著.徐红妹译.照明的明天：什么是热点[J].照明工程学报.2011.22（3）.

[2] 章海骢.照明科学新进展——眼睛的非视觉效应[J].照明工程学报.2006.17（3）：1～3.

[3] 杨公侠，杨旭东.人类的第三种光感受器（上）.光源与照明.2006.（2）：30，31.

[4] 杨公侠，杨旭东.人类的第三种光感受器（下）.光源与照明.2006.（3）：28～30.

[5] Steve Fotios等著.王其译．白光照明是最佳的照明吗[J]．中国照明电器．2006年01期．

[6] 刘英婴．用反应时间研究道路照明光源的相对光效[D]．硕士学位论文．重庆大学．下载本文