高速公路隧道照明建设及营运浅论

郑建中 / 李 诚

1.安徽省交通投资集团黄山高速公路管理有限公司， 安徽 黄山 242700

2.安徽省交通规划设计研究院， 安徽 黄山 230088

1 引言

随着我国高速公路建设的快速发展，高速公路隧道不断增加，为了保证隧道通行安全，隧道照明设施必不可少，然而隧道照明消耗的电费却成为高速公路隧道运营管理中最主要的开支。经过调查，一些交通量小的山区高速公路运营管理单位为了降低能耗节约营运费用，采取了少开灯甚至不开灯的危险做法。即便如此,有些高速公路还是出现运营总收入远不及隧道运营照明电费开支的状况。高能耗已经成为影响高速公路可持续发展的重要因素，使得“安全”与“节能”的矛盾日益突出。

我国十一五规划明确提出要把节约能源作为基本国策，在《纲要》中提出了“十一五”期间单位国内生产总值能源消耗降低20%左右的目标。并且在“十一五”期间，国务院还先后下发了《国务院关于加强节能工作的决定》(国发〔2006〕28号)和《国务院关于进一步加强节油节电工作的通知》(国发〔2008〕23号)，体现了建设资源节约型、环境友好型社会的要求，是现实和长远利益的需要，具有明确的政策导向。现已进入了十二五阶段，节能减排仍是须要继续贯彻实行的方针政策。因此，各高速公路隧道建设运营管理单位在巨大的照明能耗的压力和国家政策的积极指导下，相继开展了隧道照明节能的研究试验，并取得了一定成效。本文将结合隧道照明建设及营运管理的节能进行阐述。

2 隧道照明建设营运管理阶段划分及节能空间分析

2.1 隧道照明设计阶段

隧道照明设计主要步骤如图1所示。

图1 隧道照明设计步骤

1)设计参数取值

在照明设计过程中，洞外亮度、交通量、行车时速取值是影响隧道照明规模的最主要参数。如果L20分别设定为4000cd/m2与6000cd/m2，则设备费相差34%，年电耗量(kW·h)相差达30%；车速由80km/h提高到100km/h，照明设备费提高60%，营运电费提高65%[1]。因此，这部分参数的取值是否合理甚为关键。

图2 不同的配光特性隧道照明效果差异

另外路面材料也影响着隧道照明规模，主要是由于不同的材料，对光线的反射程度不同，比如水泥混凝土路面的反射率是沥青路面的2倍。因此，长大隧道一般在洞口段采用沥青路面，在隧道中间段采用水泥混凝土路面，从而降低中间段照明规模。

2)照明灯具选择

目前隧道照明市场产品总类繁多，传统高压钠灯、荧光灯、无极灯、LED灯等[2]，不同的照明灯具有各自不同的特点，不是所有隧道都适用一种节能灯具，因此在照明设计过程中应统筹考虑择优选择。

布灯方式需要根据灯具的配光特性进行选择，控制方式也需要根据灯具控制特点再结合隧道交通流特点统筹考虑。

2.2 隧道照明建设阶段

隧道照明设计完成，隧道主体工程完毕后进入隧道机电设施安装阶段。若隧道照明采用传统高压钠灯，由于其技术成熟、应用广泛，可直接招标采购。若采用新型节能灯具，由于国内生产厂家相对较少，技术水平不一，灯具的性能参数(光学性能和电气性能)可能差异较大，因此需要由第三方检测机构对投标灯具进行检测。不同的配光特性隧道照明效果差距很大，如图2所示。

其次，整灯光效也是关键考核指标。虽然一款灯具其输出光通量很高，但是灯具功率偏大，会使得整灯光效(单位功率光输出)降低，从而使此款灯具效率较低，使用成本较高。

另外，电气性能也是重要参数，如IP防护等级。由于隧道灯具安装在建筑界限上方(一般为5m以上)，清洁维护一般用水直接冲洗，因此IP等级需要达到65。

在招标完毕后，必须由灯具厂家在现场指导安装，避免出现安装工人不知道灯具配光而出现安装角度方向错误的问题，影响隧道照明最终的使用效果。

2.3 隧道建成营运阶段

1)隧道建成营运初期

一般含隧道的高速公路多为山区高速，道路建成初期，交通量很小，有时半小时仅有几辆车通过，若隧道照明正常开启则呈现出白天开灯等车的现象，75%的时间隧道照明设施处于无效工作状态。不少山区高速都出现通行费远不够支付照明电费的状况，致使营运单位采用了不开灯或者少开灯的做法来降低照明支出。

图3 节约型运营方式照明示意图

但是这种节约型的营运方法给隧道通行带来了安全隐患，如图3所示。严重的斑马效应给驾驶人员造成视觉障碍，易产生视觉疲劳，从而导致行车事故。在此阶段首先应保证隧道进出洞的安全，在保证隧道内行车舒适的前提下，适当降低照明水平，以降低照度、不过度降低均匀度为宜。

若隧道照明采用控制性能灵活的照明灯具，如无极灯、LED灯，则可采用智能控制器，于隧道进出洞口外设置检测器。无车通过时仅开启应急照明，有车通过时，检测器发出信号，开启必要的照明，待出洞口检测器检测到车辆出洞后关闭仅保留应急照明，这样就大大提高了隧道照明的利用率。

2)车流量稳定营运期

一般山区高速公路经过5～10年的营运期，车流量增长并居于平稳，这时营运管理部门可根据历年车流量的数据分析一天内车流分布规律，按需制定照明灯具开启策略。这样既能够保证车辆通行安全，又能有效地节约电能支出，降低电费。

3 已建成高速公路隧道照明维护改造分析

在隧道营运过程中，难免有照明灯具出现光源或电气附件的损坏，营运管理部门一般是在损坏达到一定比率或者损坏程度影响了隧道通行安全时进行更换维护。

1)更换部件

更换的部件主要有两部分:光源和电气附件。光源的种类不同其使用寿命也不同，如高压钠灯理论寿命2年，但实际使用寿命往往仅1年；无极灯使用寿命约为高压钠灯的3倍，但是由于其光输出较低，目前隧道照明领域使用量不大，多在矿产及防爆需求的环境使用；LED灯使用寿命与无极灯相同，质量较好的LED灯寿命可达到4～5年，光输出效率逐年迅猛发展，应用前景业界一片看好。

电气附件的更换率约为光源的2倍左右，除了高更换率外，电气附件本身的损耗也是影响电能支出的一部分。比如高压钠灯的镇流器，传统的电感镇流器约占灯具额定功率的20%～40%，节能型电感镇流器约占灯具额定功率的15%～20%。电子镇流器功耗最小，约占10%左右，但是价格偏高，因此当前的隧道照明若采用高压钠灯一般采用节能型电感镇流器。无极灯和LED灯的电气附件功耗约占灯具额定功率的10%左右，寿命一般在2～3年。

2)配套供配电系统维护

供配电系统为隧道照明提供电能，由于隧道内环境相对恶劣，潮湿、灰尘等都会对供电线路、隧道内配电设备产生不良影响。如线路绝缘损坏、配电箱受潮短路等，都会造成隧道照明成片的故障，严重影响了隧道通行安全，因此隧道照明营运维护不能仅仅局限于照明本身，也应该关注配套供配电系统。

4 结束语

当前国家正在努力建设节约型社会，节能减排是一项基本政策。为大家营造一个低碳环保的生存环境，虽然隧道照明在其中的比率很低，但是从绝对值来看是不容忽视的。在进行隧道照明节能减排的相关工作前，需要全面地了解隧道照明的建设和营运管理过程中各个环节及各个方面的特点，抓住关键点，挖掘节能空间，为建设“安全、节能、环保”的高速公路奠定基础。

[1]交通部重庆公路科学研究所.JTJ 026.1-1999公路隧道通风照明设计规范[S].北京：人民交通出版社，1999.

[2]汪建平，邓云塘，钱公权.道路照明[M].上海：复旦大学出版社，2005.

[3]李诚,叶林海,房涛,钱鸿.隧道照明的节能设计及优化[J].电气时代,2010(2).