高速公路隧道通风、照明设施创新设计探讨

陈达章，邓 欣，丁 浩

(1.广东广乐高速公路有限公司， 广州 510101； 2.招商局重庆交通科研设计院有限公司， 重庆 400067)



高速公路隧道通风、照明设施创新设计探讨

陈达章1，邓 欣2，丁 浩2

(1.广东广乐高速公路有限公司， 广州 510101； 2.招商局重庆交通科研设计院有限公司， 重庆 400067)

阐述以我国现有规范标准为依据，根据工程特点并结合新技术、新成果进行高速公路隧道通风、照明设施创新型设计，以建立安全、高效、经济、环保的隧道运营环境，获得巨大的经济及社会效益。以广乐高速公路隧道机电工程设计为例，对高速公路隧道机电系统的创新设计进行探讨。

公路隧道；隧道机电；通风；照明；设计

随着高速公路向山区延伸，隧道数量和规模日益增加，隧道通风、照明、消防、供配电等机电设施的合理设置是确保隧道运营安全与节能的重要措施。公路隧道机电设施设计主要依据JTG B01《公路工程技术标准》[1]、JTJ 026.1—1999《公路隧道通风照明设计规范》[2]、JTG D70/2—2014《公路隧道设计规范》[3]、JTG/T D70/2-01—2014 《公路隧道照明设计细则》[4]和JTG/T D70/2-02—2014《公路隧道通风设计细则》[5]。由于各类规范、标准的成熟性、规范性、滞后性与工程实际需求及机电产品进步、技术快速更新等现状不相适应，或技术人员应用规范不合理、条款理解上的差异等，均会对各种理念、新型节能技术和产品在实际工程中的推广应用产生影响，使得公路隧道机电系统出现规模大、利用率低、能耗高的普遍问题。因此，在合理应用规范的基础上，如何结合新技术、新成果进行高速公路隧道通风、照明设施创新型设计，建立安全、高效、经济、环保的隧道运营环境，是对公路隧道设计、管理等技术人员提出的更高要求。本文以广乐高速公路隧道机电工程设计为例，对高速公路隧道机电系统的创新设计进行探讨。

1 公路隧道通风、照明系统设计存在的问题

公路隧道机电系统相关设计规范是指导高速公路隧道设计、运营管理的技术标准，是隧道机电系统研究成果及运营成熟经验的总结，合理、灵活地应用相关规范可保障公路隧道运营交通安全，提高能源利用效率。然而，由于我国高速公路建设发展迅速，建设期相对集中，尤其是近年来建设了大量公路隧道，而很多隧道机电系统设计人员在理解和执行相关规范、标准时存在偏差，且经验及研究不足，设计时缺少对设计规范的深入理解以及对工程特点的分析把握，存在模式化设计等问题，从而导致隧道机电系统规模偏大，运营能耗高。究其原因，主要有以下几条。

1) 未全面理解和执行相关规范要求，设计保守。

设计上未充分考虑隧道地理环境、建设条件、交通状况等因素，设计参数取值保守，偏重于安全，而忽视了工程实际需求与节能问题。例如，隧道通风系统设计时，未考虑汽车工业的进步和发展，汽车尾排基准排放量取值保守，需风量计算值高于实际需求值，致使通风系统规模增大。隧道照明系统设计时，未考虑隧道运营期的照明实际需求，洞外亮度取值偏高，未考虑需根据交通量增加进行分期设计和分期实施，未根据短隧道特点设置照明系统，设计存在模式化问题。

2) 新型节能产品、设备的应用率较低。

各种新型光源(如LED灯、单端荧光灯)、各种新型节能电气产品性能日渐成熟，在其他工程领域应用的节能效果明显。在照明理论方面，基于人的视觉功能反应时间的视觉功效理论、中间视觉理论等新型照明理论[6]已为各种光源的合理应用提供了基础理论依据。但目前各种新型节能产品、技术尚未在公路隧道中得以合理应用，或应用效果差强人意。

3) 新型节能产品应用无据可依。

目前国内外的相关规范、标准等均未对新型节能光源、灯具的应用指标和范围等进行阐述，致使实际工程应用中存在参数取值、使用范围不合理等问题，从而不能真正体现此类光源、灯具的高节能性。

4) 规范相关规定相对滞后于技术发展水平。

我国公路隧道通风、照明等机电系统技术起步较晚，经验和基础性研究不足。因此，在参照和借鉴国外公路隧道相关技术的基础上，以JTJ 026—1990《公路隧道设计规范》为标志，建立了我国公路隧道机电系统的设计技术标准。2000年国家交通运输部颁布了JTJ 026.1—1999《公路隧道通风照明设计规范》，2004年其又颁布了JTG/T D71—2004《公路隧道交通工程设计规范》。此后，国内针对隧道机电系统的设计不再集中于讨论如何设计公路隧道通风、照明等机电系统，而是聚焦于如何在确保隧道运营安全的基础上实现运营节能的最大化。并且，规范、标准是对已有研究成果、成熟经验的总结和提升，在一定程度上仅反映编制时期的技术、经济水平，具有成熟性、时限性、灵活性等特点，但随着技术进步，会出现某些条款与现实技术发展不相适应，故需要设计人员灵活加以理解和合理应用。

2 公路隧道照明系统创新设计

公路隧道照明系统设计包括确定隧道照明分段、照明指标、光源、灯具等，各因素均影响照明系统规模和运营能耗。因此，设计时需合理设置照明系统规模，从源头上解决系统规模大、初期投资高、运营能耗大的问题。

2.1 中、长、特长隧道照明设计参数与系统构成

广乐高速公路隧道照明系统初步设计主要依据JTJ 026.1—1999相关规定进行。但根据高速公路隧道视觉适应和营运管理特点，广乐高速公路隧道照明施工设计从以下几方面进行了优化。

1) 隧道洞外亮度取值。

采用数码相机对高速公路隧道洞外亮度进行实测。经计算分析，得到广乐高速公路隧道洞外亮度取值为3 500～4 000 cd/m2，较广东省类似已建隧道工程洞外亮度取值4 500～5 000 cd/m2大幅降低。

2) 照明区段划分优化。

根据原JTJ 026.1—1999的相关规定，照明区段分为入口段、过渡段、中间段和出口段。基于对大量已建工程的调研及广东省公路隧道运营管理经验总结和人眼感光反应研究，并借鉴国外关于隧道照明区段划分研究成果，将广乐高速公路隧道照明区段进行了如下优化调整，见表1。

2.2 短隧道照明设计参数与系统构成

原JTJ 026.1—1999各项规定和指标均是以长隧道为基础编制的，对短隧道设计未给出明确规定，因此，若按此设计将造成短隧道照明系统规模偏大、运营能耗高。研究表明[6]，短隧道对照明的要求与长隧道不尽相同，短隧道照明设计主要取决于其长度、宽度、高度、平纵线形等。广乐高速公路短隧道照明系统设计时，根据隧道通视度将短隧道划分为“光学长隧道”和“非光学长隧道”2类，2类隧道照明系统构成及其亮度指标见表2。广乐高速公路短隧道照明设计时，基于应用研究成果进行了创新设计，系统功率比按规范设计降低40%以上，从而大大降低了初期投资和后期运营费用。因此，高速公路短隧道照明设计时，可参照应用研究成果进行创新设计。

表1 广乐高速公路隧道照明区段划分对比

注：Lth为入口段亮度，cd/m2；Ltr为过渡段亮度，cd/m2；Lin为中间段亮度，cd/m2，因Lin为定值，故表中不予单独列出；Lex为出口段亮度，cd/m2；k为入口段亮度折减系数；L20(S)为洞外亮度，cd/m2。

表2 短隧道照明系统构成及亮度指标

2.3 照明方案

广乐高速公路隧道照明系统采用高压钠灯(加强照明)+LED隧道灯(基本照明)组合式方案，该方案充分考虑了隧道内不同亮度水平下人眼对光源光谱的光视效率问题。在亮度水平较高(几十cd/m2以上)的加强照明段，人眼对黄色光和红色光的灵敏度较高，故选用含黄红光谱较多的高压钠灯光源较为适合；在亮度水平较低(几cd/m2)的中间段，人眼对蓝绿色光的反应却大大提高，选用LED光源则更为适合；若采用组合式照明方案，则既可保证驾驶员的视觉适应需求，又可实现节能目的。

3 公路隧道通风系统创新设计

影响隧道通风系统规模的因素主要包括通风标准、交通量、汽车尾气排放量等参数选取[7]，以及通风方式、系统布置、风机选型等。广乐高速公路隧道均为长度小于5 km以下的隧道，设置机械通风的长、特长隧道均采用全射流纵向式通风方式，因此对于通风系统的创新性设计重点在于通风计算参数的选取。

3.1 通风标准

按JTJ 026.1—1999的相关规定，隧道通风稀释对象主要为CO、烟尘和空气中的异味。该规范已颁布实施10余年，而随着我国汽车工业的进步、燃油品质的提高，以及人们日益提高的行车安全性和舒适性需求，该规范提出的通风标准已不符合现实情况[8]。综合考虑我国经济技术发展水平和国外隧道通风标准发展趋势，并结合广东省公路发展现状和通行车辆状况，高速公路隧道设计时对各种通风对象的标准参数进行了调整。

1) 大幅提高了CO设计浓度值。CO设计浓度取值对比见表3。

2) 烟尘设计浓度仍采用规范建议值，其取决于洞内能见度情况，仍符合行车安全需求[9]。

3) 降低除异味换新风工况的标准参数，在保证实现隧道通风换气的前提下，降低了通风系统的规模[8]。换气工况计算参数对比见表4。

表3 CO设计浓度取值对比 cm3/m3

表4 换气工况计算参数对比

3.2 汽车尾气排放量

综合考虑汽车工业的发展、我国汽车污染物排放限值标准或法规相关规定，JTJ 026.1—1999对汽车尾气基准排放量的规定及计算已明显落后于当前的技术状况，若按此设计则将使得通风系统规模偏大。结合我国汽车工业技术现状、燃料技术发展趋势以及广东省汽车污染物排放限值标准等要求，广东广乐高速公路有限公司委托相关单位开展了《隧道节能技术应用示范研究》课题，确定了符合我国特别是广东省机动车一氧化碳基准排放量qCO和烟尘基准排放量qVI，并将其用于设计。设计值与JTJ 026.1—1999取值的对比见表5。

从表5可以看出，设计取值降低了汽车尾排污染物总量，减少了隧道所需风量及装机功率，既节省初期投资，又节约能源，减少运营费用。不同取值标准下的基准排放量取值对比分析见表6。

表5 汽车尾排污染物排放参数取值对比[5]

表6 不同取值标准下的基准排放量取值对比分析 %

注：1.0%和2.0%均代表汽车尾排污染物年递减率。

4 结束语

高速公路隧道运营安全与节能是一项复杂的系统工程，创新的设计思想、完善的标准体系、符合工程特点的参数取值、系统设置等是从根本上保证行车安全、节约能源的重要技术措施。我国高速公路隧道数量众多、各地差异较大，随着路网的形成、交通量的日益增加以及技术的日新月异，进行隧道通风、照明系统设计时，应灵活应用规范，并对各项新技术予以研究和关注，以便能更好地总结经验，完善隧道机电系统技术体系，促进公路隧道设计向“合理化”“节能化”目标发展。

[1] 交通部公路司，中国工程建设标准化协会公路工程委员会.公路工程技术标准:JTG B01—2003[S].北京：人民交通出版社，2003.

[2] 重庆交通科研设计院.公路隧道通风照明设计规范:JTJ 026.1—1999[S].北京：人民交通出版社，1999.

[3] 招商局重庆交通科研设计院有限公司.公路隧道设计规范:JTG D70/2—2014[S].北京：人民交通出版社，2014.

[4] 招商局重庆交通科研设计院有限公司.公路隧道照明设计细则:JTG/T D70/2-01—2014[S].北京：人民交通出版社，2014.

[5] 招商局重庆交通科研设计院有限公司.公路隧道通风设计细则:JTG/T D70/2-02—2014[S].北京：人民交通出版社，2014.

[6] 陈仲林，李 毅，杨春宇，等.道路照明中的光生物效应研究[J].照明工程学报，2007，18(3)：1-5.

[7] 杨 超，王志伟.公路隧道通风技术现状及发展趋势[J]. 地下空间与工程学报，2011，7(4)：819-824.

[8] 吕康成，伍毅敏. 特长公路隧道通风设计若干问题与对策[J].现代隧道技术，2006，43(6)：35-39.

[9] 夏永旭，石 平.公路隧道通风空气交叉污染三维数值分析[J]. 长安大学学报(自然科学版)， 2006，26(6)：44-47.

Discussion on Innovative Design for Highway Tunnel Ventilation & Illumination Facilities

CHEN Dazhang1, DENG Xing2, DING Hao2

This paper introduces innovative design for highway tunnel ventilation & illumination based on current criteria in China, according to characteristics of projects and in combination of new technologies and new achievements, to build a safe, efficient, economic and environment protective operation, and achieve huge economic and social interest. This paper takes electro-mechanical project design for Guangzhou-Yuechang Highway as example to discuss the innovative design for electro-mechanical system in highway tunnels.

Highway tunnel; Tunnel electro-mechanism; ventilation; illumination; design

10.13607/j.cnki.gljt.2016.05.024

2016-05-11

陈达章(1970-)，男，广东省梅县人，硕士，高工。

1009-6477(2016)05-0105-05

U459.2

A