公路隧道照明设计篇1

关键词：照度亮度隧道基本段入口段过渡段

Abstract:urbanshorterlengthtraffictunnellightingengineeringdesignprocessisintroduced

Keywords:intensityofilluminationbrightnesstunnelentrancesectionforbasictransitionsection

中图分类号：TJ53+5文献标识码：A文章编号：

1前言及背景

随着现代城市的发展，城市中越来越多机动车给城市交通带来了前所未有的压力，这就促使城市建设在道路交通方面必须有较快的发展，向着立体化的交通模式进行转变。因此，越来越多的城市交通隧道开始出现，特别是城市中将现有车流量大的路口改建为下穿式的短交通隧道开始大量出现。这些跨线式交通隧道长度普遍较短，大部分的隧道下穿部分长度多在200米以内，加上两侧引道全长也不过4、5百米。

虽然城市内的这种交通隧道长度很短，但大多数隧道下穿段的长度还是超过100米，根据《公路隧道通风照明设计规范》（JTJ026.1-1999），超过100米的公路隧道应设置隧道照明；另外，城市交通隧道因为位于城市内及周边，一般车流、人流量都比较大，也很有必要设置隧道照明。

本文所介绍的成都双流环港路东段下穿隧道就属于这种情况。隧道总长430m，南北走向，共分衡重式路基挡墙段、U型挡墙段及明挖框架隧道段三种结构形式。其中下穿段长121m，北侧引道总长151m，南侧引道总长158m。隧道下穿段机动车道内净高5.5m，净宽13.45m，非机动车道最小内净高3.0m，人行道最小内净高2.85m，非机动车道+人行道净宽5.45m。本文主要介绍该隧道下穿段的照明设计。

2照度确定

由于现在还没有专门针对城市交通隧道照明的相关规范，因此现在有关公路隧道照明的设计规范仍然采用《公路隧道通风照明设计规范》（JTJ026.1-1999）。

隧道照明和道路照明的不同之处在于，道路照明主要在夜晚及环境光线不足时提供对路面的照明；而隧道照明除了在夜晚提供照明外，其主要的功能是在白天提供隧道内的加强照明，用以抵消机动车驶入黑暗的隧道内时，人的眼睛因为无法适应环境亮度快速变化产生的类似短时间丧失视觉的“黑洞”效应而发生危险。因此洞外亮度越高，洞内就需要越高的加强照明以消除这种现象带来的危险。

根据相关设计资料，本工程隧道设计时速为60km/h，机动车道单向3车道，双向共6车道，另外两侧各有一条非机动车、人行混行道。

2.1中间段亮度

本工程设计时速60km/h，每侧三车道单向通行。但根据JTJ026.1-1999表4.2.1，表中没有三车道相关隧道的数据，因此本工程按该表中设计时速60km/h的最高亮度值确定中间段亮度标准为2.5cd/m²，但由于本工程为城市交通隧道，车流量较普通公路隧道大，且可能出现车辆因为交通拥堵而阻塞在隧道内的情况。经过分析、考虑，本次设计适当提高基本照度标准至4cd/m²。隧道内路面亮度总均匀度不小于0.4，路面中线亮度纵向均匀度不小于0.6。以下设计时当规范中相关表格内没有相对应的三车道隧道数据时均按60km/h设计时速时设计标准的最高值选取。

2.2入口段亮度

由于缺乏洞外亮度实测资料，根据JTJ026.1-1999表4.3.2-1，由于本工程隧道长度较短，为方便计算，南北洞口洞外亮度均按高值取L20=4000cd/m²;根据表4.3.1，入口段亮度折减系数k=0.022，入口段亮度Lth=k•L20=4000cd/m²•0.022=88cd/m²。

本工程路面为沥青路面，根据JTJ026.1-19994.1.5，本工程平均亮度与平均照度的折算关系取18lx/cd•mˉ²

因此，入口段亮度Lth=88cd/m²=1584lx。

2.3过渡段亮度

根据JTJ026.1-19994.4，过渡段分为TR1，TR2，TR3三个照明段，各段所需亮度如下：

TR1=Ltr1=0.3Lth=26.4cd/m²=475lx；

TR2=Ltr2=0.1Lth=8.8cd/m²=158lx；

TR3=Ltr3=0.035Lth=3.1cd/m²=565lx；

2.4出口段亮度

在隧道出口，为了避免因为车辆从较暗的隧道突然进入到亮度很高的外界环境中而致使人的视觉难以在短时间内适应而产生“白洞”现象发生危险；因此需要对隧道出口段的照明进行加强，以帮助司机眼镜提前适应洞外环境。

规范中规定，在单向交通隧道中，出口段亮度应取中间段亮度的5倍，本工程中，出口段亮度值取5Lin=12.5cd/m²=225lx。

3各段照明长度计算

3.1入口段长度

本工程机动车道北侧入口段引道纵坡坡度较大，达到4.286%；机动车道南侧引道纵坡为3.205%，为方便计算，南北侧隧道入口段长度计算均按4%纵坡来进行。

根据JTJ026.1-1999表4.3.2-2照明停车视距Ds表，在设计时速60km/h的车速下，照明停车视距Ds=62m，入口段长度根据式4.3.3：

Dth=1.154Ds-(h-1.5)/tan10°

式中Dth――入口段长度（m）；

Ds――照明停车视距（m）；

h――洞内净空高度（m）；

将本工程数据代入得：

Dth=1.154•62-(5-1.5)/tan10°=51.7m

3.2过渡段、出口长度

根据JTJ026.1-1999表4.4.2，过渡段各段长度取值为：

Dtr1=44m，Dtr2=67m，Dtr3=100m；

出口段长度为60m。

4各照明段长度确定

根据相关规范计算出各段长度后发现，仅入口段和过渡段1的总长就超过100米了，而本工程隧道下穿部分总长近121米，没有足够的长度完整的布置规范要求的各段照明。因此，根据本工程实际情况，同时结合计算数据，计划将本工程隧道下穿部分照明分为入口段及出口段两部分。

入口段的照明按照规范要求进行设置，亮度及照度取值Lth=88cd/m²=1584lx。入口段长度定为50m左右；入口段加强照明从距离下穿隧道洞口10米左右开始布置。

出口段的照明兼顾过渡段1和出口段照明，因此本工程出口段照度取值按过渡段1的照度值TR1=Ltr1=0.3Lth=26.4cd/m²=475lx，出口段从入口段加强照明结束处开始布置，一直延伸至隧道出口。

5灯具布置

根据JTJ026.1-1999中给出的利用系数法照度计算公式

Eav=η•Φ•M•N/(W•S)（4.11.2-4）

式中，N―灯具布置系数;

Φ―灯具额定光通量;

η―灯具利用系数;

M―灯具维护系数;

W―隧道路面宽度(m)

S―灯具间距(m)

机动车道隧道照明灯具计划采用隧道专用高压钠灯，人行、非机动车道的灯具采用防水防尘荧光灯。高压钠灯隧道灯和防水防尘节能型荧光灯均吸顶安装于隧道顶部装饰板下。经查阅相关资料、样本各种功率高压钠灯隧道灯及荧光灯通量的额定光通量为：

Φ(400W)=48000lm高压钠灯

Φ(250W)=28000lm高压钠灯

Φ(150W)=15000lm高压钠灯

Φ(100W)=9000lm高压钠灯

Φ(36W)=3000lmT8荧光灯

由于本工程机动车道较宽，单侧隧道就有三条车道，为了使隧道内的照度尽量均匀，隧道灯具计划纵向布置三列，灯具布置系数N=3;维护系数M=0.7;灯具利用系数经查相关资料取η=0.6。

隧道基本照明除入口段外采用100W高压钠灯隧道灯，间隔10m布置。

Eav（基本）=η•Φ•M•N/(W•S)=0.6×9000×0.7×3/(13.45×10)=84.3lx=4.68cd/m²≥4cd/m²，满足基本段照明照度要求。

隧道入口段加强照明计划采用400W高压钠灯，间隔2.5米布置；

Eav（入口）=Eav=0.6×48000×0.7×3/(13.45×2.5)=1799lx=100cd/m²≥88cd/m²，满足入口段加强照明照度要求。

隧道出口段加强照明计划采用400W高压钠灯，在每组10米间隔的基本照明100W高压钠灯中布置1组，各组灯具间隔为5米。

Eav（出口）=Eav（基本）+Eav（出口加强）=η•Φ•M•N/(W•S)=0.6×48000×0.7×3/(13.45×10)+0.6×9000×0.7×3/(13.45×10)=449.7lx+84.3lx=534lx=29cd/m²≥26.4cd/m²，满足出口段加强照明照度要求。

隧道内基本照明灯具间隔10米通长布置，其中入口段基本照明灯具使用每10米间隔的一组400W灯具，其余区段的基本照明灯具全部为100W。

人行、非机动车混行道灯具采用36WT8节能型防水防尘荧光灯每间隔10米布置一组灯具，每组灯具2盏。

Eav（人行）=η•Φ•M•N/(W•S)=0.6×3000×0.7×2/(5.45×10)=46.2lx=2.6cd/m²≥2.5cd/m²，满足人行、非机动车道照明照度要求。

高压钠灯隧道灯及防水防尘荧光灯的防护等级均要求达到IP65；照明配电系统采用TN-S接地系统，灯具外壳均要求与PE线可靠连接。

5应急照明及疏散指示

根据《建筑设计防火规范》（GB50016-2006）12.5.3：隧道应设置消防应急照明灯具和疏散指示标志，其高度不宜大于1.5m。

根据计算，在隧道机动车道两侧和人行、非机动车道靠近人行道一侧的墙壁上每隔10米间隔设置一盏23W应急照明壁灯和一盏8W疏散指示灯。应急照明壁灯和疏散指示灯均采用自带蓄电池型，要应急工作时间不小于90分钟。应急照明壁灯能在断电后自动点亮；疏散指示保持常亮。应急照明灯具和疏散指示灯具的设置高度均为距离隧道地面1.5米。

6照明控制

隧道照明主要分为基本照明和加强照明两部分，其中基本照明为24小时工作，为隧道夜间及白天提供最基本的照明；而加强照明仅在白天工作，为防止机动车驾驶员进出隧道时视觉出现“黑洞”和“白洞”现象而发生危险。

基于以上用途，隧道基本照明不设控制回路，保持常亮，仅在检修及故障时断开电源。

隧道加强照明灯具分成若干组，并由一台隧道（路灯）照明控制器控制。该控制仪具有经纬时间控制、光控、远程遥控、GPS自动校时、动态监测等功能，并可根据外界环境亮度自动控制开启部分或全部加强照明灯具，以便在保证行车安全的前提下节约能源。

另外，隧道内的应急照明及疏散指示灯具回路均保持24小时接通，应急照明灯具在事故及停电时依靠自带蓄电池自动点亮，疏散指示灯具平时保持常亮，故障及停电时依靠自带

蓄电池点亮。

隧道下穿段照明标准横断面布置图

7隧道照明布线及安装

隧道内照明灯具均吸顶或侧壁安装于于隧道壁装饰板外侧，隧道照明主电缆采用ZR-YJV阻燃型电缆敷设于密闭耐火型金属电缆线槽内，每盏灯具的接线采用ZR-BV电线通过隧道专用绝缘穿刺线夹T接于照明主缆上，这样既不用截断主电缆，同时施工方便又安全可靠。另外，缆线穿出耐火线槽后均穿钢管敷设，耐火线槽及穿线钢管均敷设于隧道顶部及侧壁装饰板下的隧道主体上并喷涂防火保护层。

8后记

公路隧道照明设计篇2

【关键词】高速公路供配电系统；高速公路供配电管理；柴油发电机组

一、文献综述

高速供电系统按照用电等级分配，基本可分为三个等级：由于隧道内用电等级较高，隧道照明、消防为一级负荷；通风、监控为二级负荷；其他为三级负荷。一级负荷应有两个电源供电。因此本工程电源采用一路10KV专线进线方式作为第一路电源；配电所另设柴油发电机组作为备用电源，即第二路电源。一级负荷中特别重要的负荷，除由两个电源供电外，尚应增设应急电源，并严禁将其它负荷接入应急供电系统。因此本工程在隧道内设置EPS为隧道内的照明及动力提供应急电源。

二、系统分析

工程由于各条隧道较分散，供电区域分别独立设置。其中司马台、何家沟、秋窝梁隧道均为长大隧道因此在隧道入口及出口处各设一个10KV变配电所，同时设置了柴油发电机房及EPS系统;尹家沟、新道沟及塔沟前、塔沟后隧道均为中短隧道分别在隧道洞口处设置10KV箱变，同时设置了EPS系统作为备用电源。

各条隧道的供配电系统方案分述如下：司马台、何家沟、秋窝梁隧道均为长大隧道负荷及电源：本设计在司马台、何家沟、秋窝梁3条隧道左幅隧道入口处及右幅隧道出口处均设置1#变配电所；在左幅隧道出口处及右幅隧道入口处设置2#变配电所；1#和2#变配电所分别由一路10KV电源供电，并负责10KV进线、计量及馈电。配电所进线电源电压采用10KV等级。同时在左、右幅隧道内设置400KW柴油发电机组及EPS箱和EPS柜为隧道内的照明及动力提供应急电源。各隧道电气设备装机容量分述如下:

1）何家沟隧道用电设备总装容量为770KW，其中动力为480KW；

2）司马台隧道用电设备总装容量为1421KW，其中动力为780KW；

3）秋窝梁隧道用电设备总装容量为1440KW，其中动力为780KW。

4）隧道10KV进线配电所：一路10KV进线。高压计量。在各分变电所设补偿电容器柜，低压无功补偿至COSФ=0.9。配电所内设柴油发电机组作为备用电源。10KV馈电回路2路直接引出至隧道各变电所，另1路电源经变压器降压，引至配电所0.4KV低压母线。在0.4KV母线处设电源转换开关，当外线停电或电源质量较差时启动自备柴油发动机组，自备电源经电源转换开关引至配电所低压母线（配电所0.4KV母线同时为配电所所用电负荷供电）。配电所0.4KV电源经0.4/10KV升压变升压后，为各隧道提供10KV供电电源。

尹家沟、新道沟、塔沟前、塔沟后隧道均为中短隧道负荷及电源：尹家沟、新道沟、塔沟前、塔沟后隧道为中短隧道，本设计分别在4条隧道洞口一端设置箱变，箱变分别由一路10KV电源供电，并负责10KV进线、计量及馈电。配电所进线电源电压采用10KV等级。同时在箱变内设置EPS为隧道内的照明提供应急电源。各隧道电气设备装机容量分述如下:

1）尹家沟隧道用电设备总安装容量为82KW，均为照明负荷；

2）新道沟隧道用电设备总安装109KW，均为照明负荷；

3）塔沟前隧道用电设备总装容量分别为88KW，均为照明负荷。

4）塔沟后幅隧道用电设备总装容量分别为245KW，均为照明负荷。

实际系统分析：在实际工程中，由于种种原因，对原设计方案作出如下实施改动：

1、低压配电路数由于供电低压配电柜数量不足而合并减少（阎营子配电室除外）；

2、原方案采用低压补偿低压电容器装置设置在低压配电室内，低压电容器组应接成三角形。电容器组应装设单独的控制和保护装置，当电容器组为提高单台用电设备功率因数时，可与该设备共用控制和保护装置。虽然原方案在理论上可提高功率因数，但各支路由于功率因数较低，从而导致支路电流过大，压降增大，线损电耗也随之加大。在实际操作中，后改为在照明终端增加电容器以提高功率因数的做法。

综于以上两点，在实际操作中并不能真正实现三相平衡，虽达到设计要求，但无法做到灯具厂家要求的-8%~+5%，从而增大故障几率。

后期设想：

精心维护，高效管理供配电设施投入运营后，设备的老化，人为的损坏，都会影响这些设施的使用。为了使电器设备及辅助设施保持良好的工作性能，确保高速公路使用者的行车安全和舒适，必须采用先进的管理方式和手段，实施高效能的维护管理。我们应做好以下几点：

（1）完善各种规章制度，明确岗位责任制。从一开始就养成工作人员按操作规程进行操作，使整个维护管理工作走向程序化、规范化。这样才有可能保证设备的使用年限，延长使用寿命；

（2）抓好技术培训工作，对操作人员进行技术培训，熟悉设备的工作原理和操作流程，正确使用系统的各项功能；

（3）做好故障记录和养护维修记录，对设备建立完整的技术档案，随时可以提供查询；

（4）加强对仪器、仪表、备件和专用工具的管理及定期检查。

三、科学设计，与时俱进

（1）电气设备应随科技的发展而选择改进型的、性能优越的产品。在以后的设备维修更换中采用防护等级高、互锁功能优、免维护的高中低压开关柜、干式变压器、双电源切换开关；

（2）在使用中不断改进方案，例如照明电容补偿采用灯内电容和电容柜双补偿方案，使各相电路既保证电路内电流最小，又更加保证三相更加平衡。

四、监控并重，以人为本

（1）配电房的设计应功能化、人性化，便于值班人员工作。如将电缆沟水泥盖板一律换成轻质钢盖板，对发电机房进行噪音降低处理等；

（2）配电线路接线方式应统一化、标准化；

（3）提高自动化控制水平，使部分设备的只监不控变为监控并举，建设真正无人值班配电房。

参考文献

公路隧道照明设计篇3

关键词：隧道照明，照明灯具，智能节能照明系统，led光源

1.前言

公路隧道相比于其他交通形式，具有减少公路里程、节省土地资源、保持生态环境平衡等优越性，故公路隧道得到了越来越多的应用。虽然高速公路隧道具有诸多优点而被广泛的采用，但是在近年的运营管理中也出现了诸多的问题，最突出的是电力浪费问题。公路隧道照明相比于公路照明，在照明要求与照明形式上有诸多的区别。

2.我国当前隧道照明存在的问题

通常人们认为高压钠灯具有透光性好，恶劣环境下寿命长的有点，我国目前已经建成隧道照明几乎都是采用高压钠灯作为灯源。然而经多年使用后，人们也发现高压钠灯在辐射形式，显色性，视觉敏感特性，功率规格，亮度控制等方面存在许多不足。

由于高速路隧道所在地段电网经常不稳定，造成线路的电压波动大大超过国际标准，许多地区的波动甚至超过额定电压，特别是在后半夜，由于电负荷减少使得电网电压波动更大，这样，不仅浪费电能，还使高压钠灯灯泡的实际使用寿命大幅下降，公路运营单位的灯具与附属器材的费用，灯具维修与保养费用居高不下。

3.国外公路隧道灯具的现状

欧美等工业发达国家灯具厂都非常重视隧道灯具的系统研究，大都拥有研究中心和试验中心。广泛采用计算机辅助设计（CAD）和计算机辅助制造技术（CAM）。同时，为了适应人们价值观念的变化，适应人们对道灯具的个性和高质量要求的增强，特别注重市场信息和国际情报的收集。既对隧道灯具的结构、外观质量、功能和轻量化作了大量工作，也对灯具的外壳材料、反射器材料、密封材料，对灯具的光学特性对灯具和隧道的匹配进行了深入的研究，还对隧道灯具备零部件的模具、工装、设备投入了大量的人力和资金。从而使这些国家生产出来的隧道灯具不仅能极大地提高隧道照明质量，保证行车安全性和舒适性；而且灯具造型美观，重量轻，光效高，互换性好。目前。国外工业发达国家隧道通风、照明系统费用常为整个隧道土建费用的10%左右，最高可达20%。国外隧道灯具和光源已形成了美国通用、美国库柏、德国欧司朗、荷兰飞利浦、英国索恩等知名品牌。

4.新型的高速公路智能照明调控系统

节能原理：根据照明调控系统的反馈电压和电流动态调整输出来达到软启动、软过渡、稳压、节能的目的。采用RISC指令集的高速微处理器对各种信号进行模糊映射和白适应运算，通过多抽头变压器、补偿变压器和双向可控硅组合体系，动态调整电压、电流，进而形成对电能质量的有效控制和补偿。

设备通电后，通过微控制器使隧道照明每日正常地循环工作。系统的软启动从200V开始并在这个水平上保持2分30秒，在这之后5分钟，进入“陧斜坡”整流工作模式直至电压缓慢上升～U220V的额定电压为止。在启动过程当中，输出电压稳定在与之相应的数值上，一旦启动过程完成，设备将会给所连接的装置提供稳定的额定电压，直至设备收到节能供电电压的指令。该指令由外部设备发出（如智能控制器、遥控装置等），这个外部设备可作为遥控装置与调控设备的接线端子相连接。之后，电压处于“慢斜坡”整流模式并持续10分钟，直至节电电流水平。这个过程可设定为多次重复，既使在出现电源故障的情况下，也可以做到。

5.公路隧道照明智能控制技术研究

自动照明控制模式隧道内照明的自动控制方式是根据隧道照明设计中所确定的照明区段、洞内外的实际亮度值，由计算机自动控制各个照明回路开、关，从而达到既满足隧道亮度要求，又能节省能源的目的。按照文献[4]中照明系统设计的规定，隧道照明按区段可分为引入段、过渡段、基本段、出口段。在隧道照明中，引入段是进入洞口的第一段，司机在接近、进入隧道的过程中，由于亮度的差别和人眼的视觉变化，此区段的事故发生概率是最大的，其次则是隧道的出口处，因此引入段和出口段的照明控制对整个隧道的运营起到了举足轻重的作用，隧道引入段的照明控制又是整个隧道照明控制的重中之重。

6.工程实例

目前，浙江省台州市首个公路隧道节能智能照明在该市仙居233省道清线仙永隧道建成投入使用。

仙永隧道节能照明属台州市2010年隧道照明增设计划项目。该项目在浙江省公路局的支持下，对仙永隧道1048米全长范围内设置LED照明灯具，并在隧道两端设置智能照明系统，即在不同外界亮度和来车感应下，自行调节灯光亮度。当外界亮度高时，隧道照明自动提升亮度，当外界亮度低时，隧道自动调低亮度，当隧道无行车时，隧道也会自行降低亮度。该项工程既节约能耗有保证通行安全。整个工程共计投入248万元，目前隧道照明节能有关指示正在进一步调试和测算，力图做到用最少的能耗保障最安全的公路。

7.LED光源在隧道照明中的机遇与挑战

LED光源作为新一代的照明光源，以其高效、节能、环保等优点得到国家和地方政府的大力支持和推广。其应用领域也逐渐由信号指示、应急照明等小功率照明拓展到道路照明及公路隧道照明等大功率照明。在隧道照明中，LED光源除了具有良好的光学性能外，还具有提高隧道照明质量、采用智能无级控制和方便后期维护等优势，这为LED光源在隧道照明中的应用带来了很好的机遇。但与此同时，LED光源在当前的隧道照明中仍面临价格高和散热难两个方面的重大挑战，以及LED照明技术尚未成熟的挑战。因此，在当前隧道照明中，应当避免过分夸大LED光源的效果、急功近利、盲目使用，LED光源在隧道照明中的应用仍待进一步深人研究和检验，并建立标准规范的LED隧道照明设计、管理及运营体系，实现LED照明产品的标准化，真正发挥LED光源在隧道照明中的优势。同时，我们也应看到LED照明技术的发展势头和广阔前景，在解决了当前所面临的问题后，LED光源无疑是隧道照明甚至其他照明领域发展的方向。

8.总结

随着我国隧道施工技术的发展，照明系统同样需要跟上时代的脚步，新型高科技节能智能照明系统的出现给隧道的发展带来了新的曙光，新型照明系统投入运营将给隧道运营方带来很大的经济效益，同时，隧道节能技术将有巨大的应用前景和社会经济价值。

参考文献：

[1]陈彦华.公路隧道照明灯具的现状与发展趋势[J].照明工程学报，2002，3

[2]中华人名共和国行业推荐性标准.JTG/TD70/2-01-2014.公路隧道照明设计细则[s].北京，人民交通出版社

[3]肖志国，唐明道.蓄光型自发光材料及制品发展概况[J].中国工程科学，2003，5（3）：82-86.

公路隧道照明设计篇4

关键词LED照明公路隧道节能调光

中图分类号：U459.2文献标识码：A文章编号：

1前言

交通运输行业是国家确定的节能减排的重点行业之一，国务院明确要求加快建设以低碳排放为特征的交通运输体系，发展资源节约型、环境友好型交通行业。作为交通领域节能减排重点，隧道节能备受社会关注。

以湖南省某3km长高速公路隧道为例，其照明总功率接近300kw，按照每天有一半左右的灯工作，电费按0.6元/度计算（实际电价还在不断升高），每年的电费大约是80万元，每天平均是2160元，如果将3km的隧道折算成多座中短隧道，例如换成10座300m的隧道，由于这些隧道主要都是加强照明，其照明总功率接近1400kw，按照每天有一半左右的灯工作，电费按0.6元/度计算，每年的电费大约是307万元，每天平均是8400元，电费的支出将更是惊人。

隧道照明成了困扰公路运营单位的沉重经济负担。而为节约隧道照明费用，减少电费支出，国内部分隧道，特别是刚建成通车且车流量不大的高速公路隧道，出现了运营管理部门关闭部分隧道灯，或关闭一侧灯光，甚至全部关闭的极端现象，严重影响安全行车。如何解决安全行车与节约能源之间的矛盾，达到“安全行车与高效节能的完美结合”，是摆在当前隧道管理者、建设者、运营者面前一项急需解决的重大任务。

2隧道照明光源

隧道照明中一般选用的光源主要有荧光灯、高压钠灯、低压钠灯和高压汞灯以及新兴的LED灯等。隧道常用光源性能对比如下表所示

从表格数据得出LED灯具有显色性好，色温高，寿命长，电源效率高，光效出众的优势，可见LED灯具作为隧道灯具具备先天的优势。

3隧道照明节能控制方式

3.1隧道照明节能控制一般原理

隧道照明最根本的要求是:满足司机视觉要求，满足人眼适应曲线。

隧道照明节能控制原理，即是在一定隧道条件下，不同运营工况及外部环境条件下最优计算隧道照明需求并实时精确控制照明输出的方法。这主要包含了两个方面的内容：一是，照明需求的最优化计算；二是，实时精确的照明控制输出。

“照明需求的最优化计算”实际是要满足规范的要求，是对现有规范的执行。设计中以交通量、车速参数为基础，设计参数一般考虑了远期的照明需求，目前也有采用分期实施的做法。

“实时精确的照明控制输出”实际是理论与实际的有效结合，实现一种结构简单、可靠性高、性价比高、控制精度高照明系统。

实时精确的照明控制输出对于节能的一般原理，如下图示(x轴时间T，y轴亮度需求L)。传统的分级控制方式（曲线C1）照明亮度等级少，控制响应及调整频率低，造成能源浪费。动态调光方式整个照明控制输出接滑曲线，可以快速响应跟踪照明需求曲线，可以得到最优的控制效果并能够达到节能的目的。

Q照明计算需求曲线，C1传统分级照明供给控制曲线，C2节能照明控制供给控制曲线

3.2隧道照明节能控制方法

1)传统的回路分级节能控制

在隧道设计时，采用规范中的算法表计算所需的调光回路；属于静态控制，即只能按固定模式进行控制，主要根据人工或者传感器反馈的固定阙值来进行判断。

具体做法分为两个部分，一部分是对于隧道口部照明的控制，根据室外亮度检测装置，对隧道口部加强照明灯具经行部分关闭，来降低隧道口部的亮度。

另一部分就是隧道基本照明灯具根据隧道的运营时段需要（白天、夜间、午夜）对基本照明灯具进行批量的关闭，以实现对亮度的控制。

2）智能化的亮度精确节能控制

在隧道设计时，按最高标准进行计算；属于动态控制，即能根据隧道的实时状态进行相应的精确亮度控制输出，控制范围从10%-100%，涵盖了任何参数的影响范围（各类参数的细小变化都能直接反应到控制结果上），并且能与其它机电系统进行联动控制（如消防系统联动应急照明）。

亮度节能控制方法现在主要有两种控制模式：

分级调光LED控制系统

无级调光LED控制系统

在亮度控制方法上建议采取无级调光方式，相比分级调光，无级调光在精确度上更高，更能满足环境参数变化范围大的隧道，节能优势更显著，控制方式更合理。

3.3．回路控制方式与智能化控制方式的对比

传统的回路控制方式之所以没有智能化的亮度控制方式节能、安全、高效，是因为：

a．洞外亮度指标固化，对适应季节、时间段变化方面不够灵活。

隧道加强照明标准值是根据隧道洞外亮度乘以一个系数得来的。以80km/h的双车道单向交通为例，若设计交通量大于等于2400辆/h时，其入口段的亮度折减系数为0.035。下图为不同的洞外亮度情况下加强照明能耗相对百分比，以4000cd/为100%。从图中可以看出，洞外亮度对隧道能耗影响相当大。这也给节能带来了相当大的空间。虽然在设计隧道照明时，我们要求按照夏天中午时的最大洞外亮度进行计算，并考虑到足够的冗余，以确保运营期间的每一天且灯具的亮度衰减到额定值的下限时，洞内照明强度依旧能够满足规范要求。但在实际运营期间，洞外亮度会随着天气、季节和时辰的不同而每时每刻都在变化，而且肯定不是一个固定数值，相关参数、要求也对应的在变换。

从上图我们也可以看出晴天分级调光系统与LED无级调光系统的调光功率、能耗对比。图中曲线上部的面积即为浪费的电能，它是实际需求能耗的三倍以上。即使是应用传统四级调光系统的LED灯，其晴天的能耗也是实际需求的2倍。

夜晚加强段的过度照明

对于东西走向的隧道而言，若入口位于隧道的东侧，则上午阳光照射到东面，使洞口亮度较高。午后东面山体转为阴暗面，洞外亮度急剧下降，这使得入口段加强照明的强度较上午又大幅减小。采用亮度智能无级控制后，洞内照明就会顺应下图的这种变化，其LED功耗夏至晴天照明能耗仅为钠灯的18%，冬至时仅为12%，节能高达80%以上。

b．设计维护系数和冗余所产生的电能浪费

通常在设计灯具功率时，必须考虑一定的维护系数，以确保运营过程中当光源亮度衰减和灯具受到污染而使亮度下降30%以上时，其照明强度依旧能够满足规范要求。在《公路隧道通风照明设计规范》中，维护系数取0.7。如某一隧道基本照明选用100W的灯具亮度刚好满足规范要求，则在实际设计时必须选用功率大于143W的灯具。即使这样，也还是会有风险，因为倘若光源光效稍微差一点，就有可能造成运营一段时间后亮度低于规范要求。因此为了确保隧道照明始终能够满足规范要求，通常设计时还需要考虑一定的设计冗余。一般在1.2倍左右。上面100W刚好满足的灯实际的设计功率应在170W左右才符合要求。在实际运营期间，如果单侧开灯，则亮度不够，如果双侧开灯，则过度照明现象严重，这是恒定亮度灯具的一大弊端。

夜晚的过度照明

如果采用LED亮度无级控制，即可有效地防止由于设计维护系数和冗余所产生的电能浪费现象。

c．隧道照明的分时、分路控制造成频闪效应的再次出现，严重影响安全

在设计隧道照明方案时，要考虑到人的明适应和暗适应因素，重视过渡空间和过渡照明的设计，避免频闪效应。但在实际隧道的设计中，隧道照明多采用分时、分路控制。在运营过程中，为节约能源或降低晚间的照明，往往会关闭部分照明，使得频闪效应再次出现，对行车的安全造成了威胁。

LED亮度智能无级控制系统采用的是无级智能单路控制，无须分路控制，且全天候总体照度调节，可根本上解决频闪效应的再次出现，实现减排的目的。

分路控制造成的照明不足和频闪影响行车安全

d．隧道照明灯具的质保期过短、更换频繁、日常维护费用高昂

荧光灯应用于隧道照明中，虽然新购灯具的费用相对较低，但一般情况下需隔年更换一次，最长也不过三年。有的隧道即使采用了LED灯具，因其全天候的满负荷（100%功率）工作，光衰较为明显、导致其不得不提前更换，且目前国内厂家的质保期多为18-24个月。灯具的频繁更换与当今节能低碳的主题不符。

LED亮度智能无级控制系统因是根据洞外亮度采用无级调光控制，60-80%的照明时间的功率仅为满负荷的40-50%，可大大延长发光体寿命，延迟光衰。故系统质保期为5年完全可以实现。

e、传统分级照明控制系统与智能无级调光照明控制系统对比表

4智能无极调光控制方式更利于节能

智能无级调光控制系统较普通分级控制系统控制方式灵活，系统结构简单，全程自动控制，节能性能卓越。智能无级调光控制系统的优势主要体现在：

(1)由于隧道照明系统的加强照明功率能够根据洞外亮度实时调整，因此一年中只有夏天的中午灯具才接近满功率工作，大多数时间均在10%-60%的功率下工作，而基本照明的设计冗余留到远期再用，近期的工作功率也低于灯具的额定功率。这使得灯具和电源的长期工作温度非常低，不仅可大幅减少LED的光衰，还延长LED和电源的寿命。

(2)下半夜功率可同步减半，灯具配光特性保持不变，避免了关灯过多所产生的危及行车安全的频闪效应。

(3)系统设计简单、可靠，只须2个控制回路，一个基本照明回路和一个加强照明回路。且为保障安全，控制与供电系统在物理结构上分离，互不影响，当控制系统失效时，有5种冗余方案可供应急使用；最差的情况下，当控制系统整体瘫痪失灵，所有的照明设备将满功率工作，不会使隧道处于黑暗之中。

(4)当隧道未达到设计车流量时，可依据规范对洞内照明强度进行相应折减，折减量可根据需要任意设定，以确保在满足规范的前提下最大限度地节约电能，避免过度照明，使系统真正实现了设计师所追求的按需照明的设计理念。

(5)联动性强，可与其它子系统兼容并联动，完全达到建设机电一体化综合控制平台的要求。

(6)完全智能化的控制机制，可自适应调整控制方案，无需人工干预，可远程进行维护和监控，减少人工，提高管理效率。

隧道照明能耗浪费巨大，绝非照明设计的不合理。相反，隧道照明设计绝大多数都是合理的。归纳起来，电能浪费的根本原因在于：现有控制节能方式无法适应洞外亮度变化，光源光衰较大导致维护系数取值较低，传统及大部分LED灯具亮度无法控制使之不能实现按需照明以及精确的控制。因此，在公路隧道照明领域，采用亮度可控的灯具以及精确的控制方法是消除过度照明的最佳途径。

LED亮度智能无级控制系统应用于公路隧道照明，既可起到安全通行的目的，又可起到节能降耗的目的。

参考文献

[1]中华人民共和国行业标准.JTJ026.1―1999《公路隧道通风照明设计规范》

公路隧道照明设计篇5

近几年来，在公路建设中，尤其是山区高速公路建设中，由于隧道施工方案具有克服地形障碍、缓和高程变化、改善总体线形以及缩短行车里程等优点，广受施工单位的青睐，其建设规模和建设里程不断扩大。但是，公路施工方案也存在一些缺陷:首先，隧道空间较封闭，其光线变化较大，容易导致安全事故;其次，隧道环境较差，如:空气污染、噪声大等，大大增加了发生二次安全事故的机率。鉴于此，安全问题是隧道建设和运行过程中应首要关注的问题。在此方面，机电工程技术的出现很好地弥补了隧道的缺陷，不仅满足了隧道的安全性需要，而且为隧道的日常运行提供了便捷。公路隧道主要包括照明系统、交通控制系统、火灾检测报警与消防系统等，对公路隧道的发展具有十分重要的现实意义。本文以贵州省六盘水至镇宁高速公路六盘水至六枝段的隧洞机电工程设计和布设为例，分析其技术要点，其基本情况如下:贵州省六盘水至镇宁高速公路六盘水至六枝段，全线共13座隧道，设计时速80km/h。

2公路隧道机电工程设计方案

结合六盘水至镇宁高速公路六盘水至六枝段隧道的特点和日常需求，决定采用如下设计方案:

(1)隧道监控设施。根据隧道交通工程等级合理设置监控外场设备。隧道监控系统的构成大致分为8个部分:中央控制系统(包括PLC控制系统和有线广播系统)、交通检测系统、交通信号控制系统、视频监控系统、通风检测控制系统、照明检测控制系统、火灾报警系统、紧急电话系统。

(2)隧道通风设施。根据计算隧道在各种运营工况下，稀释CO和烟雾所需的需风量，确定隧道采用全射流纵向通风方式或者采用自然通风方式。

(3)隧道照明设施。本项目隧道均采用无极调光照明，隧道照明光源选用大功率LED灯。隧道照明包括加强照明、基本照明、应急照明、有源诱导标及车行横洞、人行横洞照明。

(4)隧道供电设施。全线隧道采用传统供电方式，即在隧道口设房建变电所或地埋式变电站，通过低压电缆进入隧道内给设备供电。变电所采用一路市电+柴油发电机供电方式，地埋式变电站采用一路市电供电方式，一级负荷采用EPS应急电源供电。

(5)隧道消防设施。隧道配置了完善的消火栓、灭火器、水成膜泡沫灭火装置、疏散逃生标志、防火门、防火卷帘门。

3公路隧道机电工程技术

3．1隧道监控系统

在隧道设计和建设中，监控系统直接关系着隧道的车辆安全，同时也是在隧道发生紧急情况时，能够快速处理并反映的重要保证。在本工程中，必需的关键设备均在一期工程中实施。隧道内交通控制、有线广播、闭路电视监视、紧急电话、火灾手动报警按钮、火灾检测器、防火卷帘门、消防设备、能见度检测器、CO检测器、车辆检测器为一期实施。基于本项目初期投资控制的原因，洞内能见度检测器、CO检测器、风速风向检测器一期只按基本要求布设，随着交通流的增长，隧道洞内环境状况会更差，二期隧道内应增设能见度检测器、CO检测器，风机等。隧道监控管理救援站;全线13座隧道中的6座隧道设置监控设备，设置依据主要参照隧道交通工程分级，并结合贵州省高速公路的整体装备水平而设计。按照业主对该项目机电设备的联网需求，系统构建的技术要求，以及管理模式来控制监控设备的布设规模。

3．2隧道消防设施

各隧道的消防箱、火灾报警系统、手动报警按钮、有线广播等均为50m设置一处。短隧道主要设置的消防设施是手提式灭火器，每50m设置一组，一组包含4具灭火器。灭火器采用MFA4型手提式干粉灭火器(4kg磷酸铵盐干粉灭火器)4具。灭火器箱面板标有“灭火器”字样。长隧道主要设置的消防设施包括:消火栓、水成膜泡沫灭火装置、手提式灭火器。

3．3隧道通风设施

射流风机距离洞口200m左右，组间距离150m左右，每两台为一组，采用上置式悬挂安装。一氧化碳/能见度检测器:设于隧道洞内距入出口约300m处及隧道中间。风速风向检测器:设于隧道洞内距出口约310m处及隧道中间。

(1)风机选型隧道采用全射流纵向射流通风方式，采用Ф1120型风机。

(2)风机的控制通风控制系统根据检测到的透过率VI、CO浓度数据、交通量数据，控制风机的运行台数、风向和运行时间，实现节能运行和保持风机较佳寿命的控制运行;并在发生火灾时根据不同地点，进行相应的火灾排烟处理，以保证隧道的安全及运行环境的舒适性。监控系统对每台风机有正转、反转、停机控制。通风系统将每台风机的状态(正转、反转、停机)、自动手动状态显示、总故障信号传给监控系统。通风控制系统控制方式要求有如下三级:监控室:自动控制、人工远程控制;隧道区域控制器:自动控制、人工控制;通风机开关箱:人工手动控制。

3．4隧道照明设施

运营照明系统设计的基本原则是在保证行车安全和舒适的条件下，使照明回路操作简便，并考虑隧道运营期间养护方便，同时尽量节约能源。根据隧道所在位置、地形和所处地貌、植被等情况，照明参数取值为。以《贵州高速公路开发总公司公路隧道LED照明系统设计指南及调光控制标准》为依据，根据近期交通量等级，本项目隧道引入段折减系数k=0．035。本设计基本照明(含应急照明)采用50W大功率LED灯两侧交错布置在隧道两侧壁上;加强照明段辅以150W、120W、750W、60W、30W、25W大功率LED灯照明，两侧交错布置在隧道两侧壁上。隧道紧急停车带和人行、车行横洞采用50W大功率LED灯照明。全线隧道照明采用模拟调光方式。

3．5隧道供配电设施

根据该工程隧道的实际特点，其用电负荷等级定为:首先，隧道基本照明、应急照明、防灾用的射流风机及隧道监控设备负荷等级为一级;其次，隧道日常通风用的射流风机及隧道加强照明用电负荷等级为三级。其供电设施的范围涉及，变电所设置位置以及供电范围，全线隧道采用传统供电方式，即在隧道口设置变电所或地埋式变电站，通过低压电缆进入隧道内给设备供电。隧道射流风机配电电缆采用电缆沟敷设，各电缆至相应风机吊挂处时，通过隧道二次衬砌内的预埋管引至射流风机电机。由于隧道流风机均按防灾考虑，因此射流风机电缆采用耐火电缆。隧道照明主电缆敷设在隧道电缆沟内，照明分支电缆敷设在隧道两侧壁和隧道拱顶中央位置电缆桥架内。敷设在电缆桥架内的应急照明回路分支电缆采用耐火型，其余照明回路电缆采用阻燃型。消防水泵电缆采用埋地敷设方式，穿管保护，电缆选用铠装电缆。本着防盗和节约的原则，本工程中大截面的铜电缆替换为铝合金电缆。

4结束语

公路隧道照明设计篇6

【关键词】隧道；PLC；监控；控制

1.项目概况

（1）安康至陕川界高速公路是国家高速公路网包（头）茂（名）线的重要组成部分，是西安市至重庆市的主要交通要道，也是陕西省“2367”公路网的重要组成部分，被省政府列为“十一五”发展规划的重点项目。其中，安康至毛坝高速公路长85.614公里，采用四车道高速公路标准，设计速度80公里/小时。设计隧道17座，其中有两条长隧道。毛坝至陕川界高速公路全长18.968公里，全线采用四车道高速公路标准建设，设计速度80公里/小时。设计隧道6座，其中有四条长隧道。

（2）安川高速公路隧道监控是全线监控的关键。六条长隧道设置了完整的监控统，包括交通监控子系统、通风监控子系统、照明监控系统、变电站供配电子系统、火灾报警子系统、CCTV监控子系统、隧道广播、以及隧道消防等子系统，其中交通监控、通风照明、隧道消防子系统的信息的采集和命令采用区域控制器（PLC）完成。

2.PLC系统组成

本项目的本地控制器采用美国霍尼韦尔公司生产的ML200系列，六条长隧道共设置53套PLC，其中芭蕉隧道10套，天生桥隧道5套，毛坝1号隧道14套，毛坝2号隧道8套，麻柳隧道8套，牛角坪隧道8套。每个隧道的PLC系统分别在隧道左洞和右洞组成光纤冗余环网，冗余环网之间是两条独立的数据传输系统，互不干涉和相互影响。安装在主配电室内的交换机是隧道数据上传的枢纽，通过它可以将隧道PLC的相关数据与隧道监控分中心的服务器进行数据交换。主控PLC在监控室内连接一个本地触摸屏，实现PLC的现场控制功能。

3.PLC的主要功能

3.1收集本区段检测设备采集的信息，包括CO（一氧化碳）检测器、VI（能见度检测器）、洞外光强检测器等；

3.2对收集信息进行预处理，并存储在本地的存储单元内。例如对CO检测器采集的值如果大于300PPM，就应该丢弃，因为CO检测器的最大量程只有300PPM；

3.3实时将隧道内的本地控制器的存储单元中处理好的信息上传给监控管理所计算机；

3.4接收隧道管理站计算机的各种控制命令（如控制风机的启、停、照明开、关等），将控制命令和设备运行状态比较后，发出对下端执行设备的控制指令（如发给风机、照明柜、车道控制标志、交通信号灯、水泵、防火卷帘门等的指令）；

3.5可存储几个常用的预案和特殊的程序，如照明、通风控制预案；交通事故处理程序、火灾紧急处理程序等；

3.6具有自检功能，可对自身的温度、电压以及通讯状态记录下来，供上端软件调用和提取；

3.7具有时钟、存储器，能接受监控管理所的对时命令，自动和监控管理所保持时钟同步；

4.PLC编程

4.1交通子系统程序。

4.1.1交通子系统维护程序。

交通子系统维护程序负责对隧道内的车道指示灯、横洞门以及隧道外的远程信号灯进行控制，并收集它们反馈回的信息。由于本项目设计隧道设备实现三级控制，所以交通子系统维护程序分为三种权限的控制：中心控制、管理所控制和现场控制。中心控制是隧道设备的最远端控制，它通过安装在监控中心的组态软件，通过监控网络对PLC进行的控制，它的权限最高；管理所控制是通过安装在隧道管理所的组态软件通过监控网络对PLC进行的控制，它相比中心控制来说层级相对较低、稳定性相对较大；现场控制是通过安装在隧道主配电室PLC柜上的触摸屏实现对PLC的控制，它是PLC最底层的控制，也是最稳定的一级控制。正常情况下由分中心负责隧道交通子系统的控制，当监控中心的上位机出现故障或者监控中心与隧道管理站的网络故障时，可以改由隧道隧道管理站的组态软件进行控制；当用户在下端维修设备时，可以将控制权限转由现场控制。

4.1.2交通子系统预案程序。

交通子系统预案程序的目的是在隧道发生交通事故、火灾和其它特殊情况下需要在隧道进行交通指挥时，为用户能快捷的执行诸多交通方案提供一个图形界面。这些交通方案都是通过和用户沟通而得到的，实用性强，用户可以事故的类型和大小选择合适的预案执行。

4.2通风子系统程序。

4.2.1通风子系统维护程序。

通风子系统维护程序负责对隧道内的风机进行正转、停止、反转操作，并收集它们反馈回的正转、反转、故障信息。由于本项目设计隧道风机实现三级控制，所以通风子系统维护程序分为三种权限的控制：中心控制、管理所控制和现场控制。它的实现方式与交通子系统维护程序类似。用户操作通风子系统维护程序时需要注意：（1）风机启动的瞬间电压特别大（一般单台风机启动，瞬间电压可以达到100A），用户用启动风机时，两台风机之间必须留有一定的时间间隔，建议在20S。（2）风机正转和反转是叶轮朝着不同的方向旋转，用户不能在风机正转时，马上执行反转操作，这样对风机的发动机来说是个致命的伤害。

4.2.2通风子系统预案程序。

通风子系统预案程序负责对隧道内的风机进行分类别操作，控制它们陆续运行。一般情况下，通风子系统预案有行车道正转、超车道正转、行车道停止、超车道停止、单洞正转、单洞停止等。这些预案的设计思路都是建立在开启单个风机后延时一段时间的基础上再开启相应风机。运行通风子系统预案程序时一定要事先考虑隧道配电室内的低压断路器的承载能力。

4.2.3通风子系统自动控制程序。

通风子系统自动控制程序是根据PLC上的模拟量检测到的CO（一氧化碳）值、VI（烟雾浓度）值等信息来控制风机的运行台数、运行方向和运行时间，以达到实现节能运行和保持风机较佳寿命的控制运行的目的。

4.3照明子系统程序。

4.3.1照明子系统维护程序。

照明子系统维护程序负责对隧道内的照明回路进行开启、关闭操作，并收集它们反馈回的回路开启、照明控制柜手自动信息。由于本项目设计隧道照明实现三级控制，所以照明子系统维护程序分为三种权限的控制：中心控制、管理所控制和现场控制。它们的实现方式与交通子系统维护程序类似。一般来说，照明子系统维护程序一般仅用于维护人员检测隧道照明回路灯具的情况时使用。

4.3.2照明子系统预案程序。

照明子系统预案程序是根据不同天气需要不同亮度等级的原理编制而成的，本系统提供了5种天气情况下的预案，它们分别是晴天模式、少云模式、多云模式、阴天模式和重阴模式。照明子系统预案在晴天模式下隧道亮度等级最高、重阴模式最低。用户可以根据不同的天气状况，选择相应的照明子系统预案。

4.3.3照明子系统时序控制程序。

隧道照明子系统时序控制程序是根据昼间、夜间对亮度需求的差别，在相应时段开启相应的灯具，本系统利用PLC自身提供的时钟功能，自动辨识昼间、夜间。用户只需设置一次设置，既可实现昼、夜间亮度的不同需求又可达到行车安全、节约能源的效果。

4.3.4照明子系统自动控制程序。

照明子系统自动控制程序利用PLC上模拟量采集到的洞内外光强数据来控制隧道的照明系统，调节出入口以及洞内的照明，保证行车的安全，以及在满足照明要求的情况下达到节能运行的目的。

5.结束语

安川高速公路开通运行近半年来，整个隧道隧道监控系统运行相当稳定，尽管这边隧道内的自然条件特别恶劣，PLC依然能正常工作。纵观目前隧道监控技术的发展，以PLC为核心的隧道区域控制思想仍将长期处于不可动摇的设计理念。

参考文献

［1］罗智佳，钟汉枢等.公路隧道照明控制系统［J］.交通与计算机，2005，23（125）：117～119.

［2］《公路隧道通风照明设计规范》交通部JTJ026.1-1999.

［3］《公路隧道设计规范》JTGD70-2004.

［4］《高速公路机电系统》翁小熊人民交通出版社.