天津市志成道立交桥区高杆灯照明设计

高 杰

(天津市市政工程设计研究院，天津 300051)

1 引言

城市道路桥梁照明是城市基础设施的重要组成部分，道路照明设计又是道路照明建设的首要环节，合理的照明设计可以使照明工程更为高效、节能并节省建设投资和运行成本。［1］

外环线东北部调线工程是天津市“十二五”期间重点工程项目，建成后天津市外环线将由原来“鸭梨”的形状变成椭圆的“土豆”形状。届时，外环线全长约80公里，环内新增近80平方公里土地。工程范围内共修筑道路25公里，大型互通立交桥4座，分离式立交4座，全线按快速路标准设计。外环线改造完成后，不仅解决了外环线东北段拥堵问题，极大提高外环线的通行能力，还为中心城区的发展提供了新的发展空间。

本文将介绍该工程中志成道立交桥区部分的功能性照明设计，通过对两个方案的比较，阐述高杆灯替代普通灯杆在技术上及经济上的优势。

2 立交桥区照明设计原则

志成道立交桥连接着南北向的外环线以及东西向的志成道延长线，此两条路皆为城市快速路，故该处为重要的交通节点。该桥为苜蓿叶型，桥梁主线部分东西向为双向八车道，南北向为双向十二车道，匝道共10条，宽度为8～9米，全桥中心区域面积约32万平方米。

依据2006年国家颁布执行的《城市道路照明设计标准》，对城市道路功能性照明有以下技术指标规定:

主干路 (快速路):平均照度20/30lx，均匀度≥0.4，功率密度≤1.25W/m2;

辅道 (匝道):平均照度10/15lx，均匀度≥0.35，功率密度≤0.85W/m2。

立交桥属于重要的交通交汇区，应适当提高照明标准。

大型立交区域照明最佳方案应采用高杆灯照明，其在施工难度、维护难度及美观等方面拥有较大优势。但每座高杆灯价格在20万元以上，是普通灯杆的数十倍，给人以与常规照明方案相比，工程造价相对较高的印象，这正是目前业主普遍不愿接受高杆灯的原因。本工程在方案阶段应业主要求，给出了以普通灯杆为主，高杆灯为辅的设计方案，同时给出了高杆灯为主的方案作为比选，下面分别予以介绍。

3 普通灯杆照明方案

本方案主要以普通灯杆照明为主，在桥区4个苜蓿叶形匝道中心处分别设置4座35米高杆灯，为匝道环照明。具体布置如图1所示。

图1 立交桥中心区高杆灯布置图Fig.1 Arrangement of high-pole lamp in central district of overpass

该方案中，考虑桥面高度及灯具照射保护角度的要求，每座高杆灯有效照射半径约70米，仅能覆盖4个匝道环，桥梁主线、四周匝道，桥区内地面辅道，均需设置灯杆或隧道灯照明。具体高杆灯位置及照射范围如图中虚线圈所示。

3.1 主线 (南北向)布灯方案

该路段道路断面形式为:7米2车道辅道+1米侧分带+16米4车道快速车道+6米中央分隔带+16米4车道快速车道+1米侧分带+7米2车道辅道。依前文所述设计标准，采用辅道两侧及中央分隔带处布灯形式，灯杆对称设置，杆高12米，挑臂1.5米，间距42米，每杆装2套250W高压钠灯。布灯断面如图2所示。经初步计算，

路面平均照度为

平均功率密度为

以上计算中皆以单幅桥面 (24米宽)为计算对象。

其中 φ——光源光通量，2套250W 高压钠灯取2×27000lm;

U——利用系数，依据灯具产品手册及布灯形式，取0.4;

K——维护系数，依据照明规范取0.75;

N——双侧对称布灯，该项取2;

S——布灯间距，取42;

W——路面宽度，单幅桥面取24。

功率密度计算中，考虑镇流器功耗时，总功率按灯具功率的1.05倍取值。

计算指标满足规范要求。

图2 南北向主线道路照明断面图Fig.2 Illumination profile of north-south main road

3.2 主线 (东西向)布灯方案

该路段道路断面形式为:16米4车道快速车道+3.5米中央分隔带+16米4车道快速车道。本路段采用道路两侧对称设置灯杆，杆高15米，挑臂1.5米，间距52米，每杆装2套400W高压钠灯。布灯断面如图3所示。经初步计算，

图3 东西向主线道路照明断面图Fig.3 Illumination profile of east-west main road

路面平均照度为

平均功率密度为

其中 φ——光源光通量，2套400W 高压钠灯取2×48000lm;

W——路面宽度，取35.5。

功率密度计算中，考虑镇流器功耗时，总功率按灯具功率的1.15倍取值。

计算指标满足规范要求。

3.3 匝道及地面辅道布灯方案

匝道及辅道断面形式较多，本文仅以8米宽的道路为例，采用单侧布灯形式，灯杆高9米，挑臂1米，间距30米，每杆配150W高压钠灯一套，经计算，路面照度为20.4lx，平均功率密度为0.75W/m2，满足规范要求。计算过程略。

4 高杆灯照明方案

该方案在桥区设置12座高杆灯，根据所辖区域桥面的高度，灯杆高度选择30、35和40米三种规格，每座灯杆装设10至15套1000W高压钠灯泛光灯具，有效照射半径取60至80米不等。高杆灯完全覆盖桥区范围，故主线、匝道及地面辅路均不需再设立灯杆。具体布置见图4。

图4 高杆灯覆盖全桥区示意图Fig.4 General view of coverage in overpass district with high-pole lamp

该方案桥面照度值的计算非常复杂，需要借助专业的照明设计软件来完成。我们将所有桥面、路面的宽度及高程等信息输入软件建立模型，并按配光曲线为高杆灯建立模型，将初步设计的布灯点位插入其中，依据计算结果反复调整每座高杆灯的位置及高度，最终确定出最佳的设计方案(图5、图6、图7)。

图5 单座高杆灯半径100米照度分布图Fig.5 Illuminance distribution of single high-pole lamp in radius of 100 meters

图6 东西向主线桥面照度逐点计算值Fig.6 Point by point calculation values of illuminance on east-west bridge floor

图7 北侧两匝道照度灰阶图Fig.7 Illuminance gray-scale figure of 2 ramps on the north

5 方案分析比较

方案一中桥区范围内除4座高杆灯外，尚需设置9米灯杆230座，12米灯杆140座，共需沿桥敷设电缆13000米 (按采用YJV-1/5X16规格电力电缆沿桥穿G70钢管敷设核算造价)。

方案二中12座高杆灯已能满足桥区照明，无需另设灯杆，仅需为高杆灯敷设电缆约6000米。方案主要工程量对比见表1。

经造价专业核算，方案一的工程费用为473.24万元，方案二工程费用为434.74万元，二者相差不大，且后者略有优势。经分析，其造价优势主要体现在电缆敷设的节省上。我们可明显看出，在大型互通立交的照明设计中，尽可能采用高杆灯可大大简化设计及施工的工作量。同时，常规的灯杆照明也不能满足桥梁景观的设计要求，［3］它容易造成视觉上的凌乱感。在日后的维护工作中，高杆灯由于配有电动升降机构，也方便了灯具的维修和更换。

表1 主要工程量统计表Table 1 Major Quantities Statistics

6 总结

高杆灯造价虽然昂贵，但应用于立交桥区，可代替大量灯杆，并节省电缆及相应管材的敷设长度，因此工程总投资未必增加。相反，却为工程带来了诸多方面的优势，故在立交桥功能性照明设计中，当客观条件允许时，应优先考虑采用高杆灯照明方式。

［1］牟娜.城市道路照明设计［J］.照明工程学报，2012，23(4):100～102.

［2］王晓媛，齐维贵.我国城市道路照明节电技术研究与应用现状［J］.照明工程学报，2010，21(1):12～18.

［3］王卿，邓丹平.功能照明和桥梁景观的一体化设计［J］.照明工程学报，2012，23(6):141～145.