二级公路隧道照明系统的设计及控制

李志斌

(山西欣奥特自动化工程有限公司，山西 太原 030012)

2017-09-21

李志斌(1987- )，男，山西运城人，助理工程师，硕士研究生，研究方向：电子信息工程，高速公路机电工程。

1674- 4578(2017)05- 0048- 03

二级公路隧道照明系统的设计及控制

李志斌

(山西欣奥特自动化工程有限公司，山西 太原 030012)

公路隧道照明系统是公路隧道机电系统的一个重要组成部分。相对于隧道外隧道内相对封闭，当驾驶员开车进入隧道时或者驶出隧道时会出现短暂的黑洞(长隧道)或者黑框现象(短隧道)，针对这一安全隐患，需要对隧道的照明系统进行合理的设计。本文就结合孝辛线石口至石楼段二级公路灌林岩山隧道的实际，根据隧道长度、隧道路面的宽度、照明需求及灯具高度得出灯具之间的间隔，并通过PLC对其进行控制。

二级公路；照明系统；设计；控制

1 系统概述

由于隧道内外的亮度差距较大，当驾驶员驾车驶入隧道或者驶出隧道时会发生“适应滞后现象”。所谓“适应滞后现象”是指当隧道内无照明或者照明不合理时，驾驶员开车驶入隧道会出现短暂的黑洞(进隧道)和亮洞现象(出隧道)，驾驶员需经过一段时间才能看清路况。为了克服这段短暂的时间间隔所带来的很大的安全隐患，必须对隧道内的照明系统进行合理的设计，针对隧道外不同的天气、不同的亮度做出合理的控制。

2 隧道照明系统设计

2.1 隧道照明原理

二级公路的隧道照明原理，保证行车安全和舒适的条件下，通过照明调光控制，使亮度水平符合实际的车流量和洞外的亮度情况。同时采用高效节能光源达到节约能源的目的，采用先进的照明控制确保隧道安全运营。

2.2 灌林岩山隧道照明系统的设计依据

2.2.1 灌林岩山隧道的基本参数

表1 灌林岩山隧道基本参数

2.2.2 灌林岩山隧道交通量预测

公路隧道照明的设计应统筹规划，一次设计，照明设施可以根据交通量的变化分期实施。照明通常分两期实施，具集散功能的二级公路按7年为界限划分。本隧道在设计时选用2024年为照明的近期设计，2031年为照明的远期设计。

表2灌林岩山隧道交通量预测值单位：pcu/d

表3灌林岩山隧道车辆构成比例预测值单位：%

根据本隧道可行性研究报告提供的数据，设计小时交通量系数K取0.11，方向分布系数取1.0。本隧道内采用水泥混凝土路面，平均亮度与平均照度间的换算系数取10lx/(cd·m-2)。本隧道在设计近期(2024年)和设计远期(2031年)对应的路面亮度总均匀度分别为0.331和0.328，对应的路面中线亮度纵向均匀度分别为0.531和0.528。

2.3 灌林岩山隧道照明系统的设计方案

隧道照明的目的是创造洞内良好的工作视觉环境质量，确保在白天和夜间行车以设计速度能够安全地接近、穿越和通过隧道。同时隧道照明也是隧道运营费用中最大的日常开支项目之一。

本隧道照明的光源采用高压钠灯和LED隧道灯，照明灯具布设方式采用两侧对称布设和两侧交错布设相结合的方式。入口段加强照明灯具选用150W的高压钠灯，过渡段加强照明和中间段基本照明灯具选用50W的LED隧道灯。

2.3.1 入口段照明设计

由于隧道处于山岭重丘区地段，且隧道洞门是端墙式，洞外亮度L按3 000 cd/m2考虑。设计车速按60 km/h考虑，设计按7年为界限划分，分别对2024年和2031年的交通量进行计算。

不同设计年限隧道照明设计标准计算。

表4 灌林岩山隧道照明设计标准计算值

通过上表的计算结果表明在设计近期(2024年)和设计远期(2031年)入口段相应的亮度差别较小，所以采用设计近期(2024年)进行照明控制计算。入口段长度计算中，隧道的坡度值为-2.8%,得对应的照明停车视距为59.6 m。隧道内净空高度为5 m，得到入口段TH1和TH2的长度均为24.5 m。

2.3.2 过度段照明设计

通过隧道入口段TH1的亮度L可分别计算出隧道过渡段TR1、TR2、TR3的亮度Ltr1、Ltr2、Ltr3。当TR3的亮度、Ltr3不大于中间段亮度Ltr2的2倍时，可不设置过渡段TR3加强照明。故本隧道不需要设置过渡段TR3。

根据过渡段长度计算表，过渡段TR1、TR2对应的长度DTR1为49.6 m、DTR2为66.7 m。

2.3.3 中间段照明设计

本次设计选取2024 年为照明设计期。根据《公路隧道照明设计细则》知，本项目隧道中间段亮度取1.5 cd/m2。

紧急停车带主要为异常车辆提供检修维护的场所，故其照明宜采用显色指数高的光源，亮度不应低于4.0 cd/m2。本项目隧道紧急停车带亮度取4 cd/m2。

2.3.4 应急照明与洞外引道设计

本项目中隧道设置应急照明系统，照明中断时间不应超过0.3 s。应急照明灯具可利用部分基本照明灯具，应急照明供电电源维持时间不少于30 min。应急照明亮度为0.2 cd/m2。

当隧道处于无照明路段时，容易出现因洞内外亮度反差引起的视觉偏差，故设置引道段照明，利于驾驶员提前察觉隧道状况或洞外道路状况。本项目灌林岩山隧道洞外引道照明亮度取0.5 cd/m2，长度取95 m。

2.3.5 照明设计标准

灌林岩山隧道需设置入口段TH1、入口段TH2、过渡段TR1、过渡段TR2及中间段。隧道照明设计标准见表5。

表5 灌林岩山隧道照明设计标准值

3 隧道照明系统设计

隧道房建变电所在照明控制装置内为监控系统预留接口，便于监控系统进行远程控制。

3.1 隧道照明控制系统硬件组成

照明控制系统主要由光强检测器、本地PLC控制器、照明控制柜、照明设备配电柜、监控中心监控系统工作站、监控软件、数据处理软件等设备构成。

3.2隧道照明控制系统控制流程图

图1 隧道照明控制流程图

3.3 隧道照明等级划分及控制

隧道照明控制采用时序控制和手动控制相结合的方式，照明控制装置布置于隧道房建变电所相应低压柜内。上述控制方式是比较成熟的控制方案，但随着科学的发展，各种照明控制理念相互推出，更科学的控制理念会进入隧道照明控制系统中去。目前结合交通监控，根据交通量的变化控制隧道照明亮度，以及补偿和限制电网电压等控制方法，在隧道实施阶段，将根据当前的技术引入较先进和成熟的照明节能控制模式。

加强照明和基本照明的分级调光方案设计，采用白天(夏季晴天、其他季节晴天/夏季云天、其他季节云天/夏季阴天、其他季节阴天/重阴天)、晚上、夜间六级调光分级组合进行。

隧道照明调光分级控制一览表见表6。

通过光强检测设备、微波车辆检测器等数据信息的监控，然后通过监控工作站实现对照明控制系统的自动控制。其中包括应急照明、基本照明1、基本照明2.1、基本照明2.2、阴天加强照明1、阴天加强照明2、晴天加强照明1和晴天加强照明2的开启和关闭。控制方式既可以在变电所内通过照明控制柜进行控制，也可以在监控中心通过监控工作站软件进行控制。

照明控制的标准主要取决了隧道外的亮度和隧道内的能见度状况，目前的控制主要通过时序进行控制，主要通过白天、晚上、夏季晴天、其他季节晴天/夏季阴天和其他季节阴天/夏季重阴天等时序来大致确定光照度，光强检测器主要起到辅助作用。

表6 隧道照明调光分级控制一览表

4 结论

二级公路隧道照明系统的设计，根据隧道外亮度和隧道内照度的检测，通过对控制的参数进行时序的划分对隧道内应急照明、基本照明、晴天照明和阴天照明进行控制。这样大大的减轻了进入隧道产生的黑洞效应和出隧道的炫光效应，保障了二级公路隧道通行的安全。

[1] 刘健.隧道通风安全与照明.重庆：重庆大学出版社，2015.

[2] 赵忠杰.公路隧道机电工程.北京：人民交通出版社，2007.

[3] 付钢，王成.隧道通风与照明.武汉：武汉大学出版社，2015.

[4] 叶津凌.高速公路隧道机电系统集成.北京：人民交通出版社，2015.

[5] 刘昌敏.孝辛线机电工程设计.太原：山西交科公路勘察设计院，2016.

DesignandControloftheSecondaryRoadTunnelLightingSystem

Li Zhibin

(ShanxiXATAutomationEngineeringCo.,Ltd.,TaiyuanShanxi030012,China)

Highway tunnel lighting system is an important part of highway tunnel electromechanical system. Relative to the tunnel outside, the tunnel inside is relatively closed. When the vehicle is driven into the tunnel or out of the tunnel, a short black hole (tunnel) or black box phenomenon (short tunnel) will occur for the driver. According to this safe hidden trouble, it is necessary to make a serious design for tunnel lighting system. Combing with the actual situation of shrub forest mountain tunnel of B class highway that is Shikou to Shilou in Xiaoxin line, the paper gets the distance between the lamps according to the tunnel length, the width of the tunnel pavement, the lighting requirements and high lamp speed, and control it by the PLC.

highway tunnel; lighting system; design ; control

U453.7； TP273

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