中国公路隧道照明发展

(重庆交通大学土木工程学院 重庆 400074)

一、引言

中国隧道照明发展开始时间较晚，但在这短短几十年的时间内发展速度比其他国家快很多，如今已处于世界顶尖的行列。

截止2017年年底，我国运营公路隧道总里程达到15240千米，共有隧道数约为16281条。据不完全统计，照明费用占隧道机电系统费用约为三成，按每公里每年13万的费用算，全国每年的隧道费用约为20亿，如果不提高技术，每年的隧道运营成本巨大，更别提维护更新了。

二、我国隧道照明技术发展进程

九十年代初期，我国隧道照明刚起步，公路隧道内很少有照明灯具，就算有也只是用来供人前进的，照明质量也不是很好，这就引起很多隧道安全问题，于是在隧道内引入白炽灯、卤素灯、荧光灯等常见光源。随着灯具技术进步，某种灯具因其优势成为主流，下面就介绍几种隧道照明灯具时代。

(一)高压钠灯时代

高压钠灯诞生于二十世纪六十年代，其发光光谱频率宽，工作时发出金白色光。相较于家庭常用灯具，高压钠灯的优点是光转换率高、使用寿命长、耗电量一般、不吸引昆虫、穿透性好、暖色调给人一种舒适感等。

夹马石隧道照明技术时由于白炽灯漏电现象严重,寿命短，安全隐患严重等问题采用高压钠灯进行照明改造。陈良提出在隧道高压钠灯技术下增加电容实现无功补偿，大大减少电力损耗。焦冲隧道全段使用高压钠灯并提出采用逆光照明的理论。秦瑞雯对荧光灯带加混光灯补充照明和采用高压钠灯加荧光灯照明的方案进行比较，发现高压钠灯的方案照明效果更好。

总的来说，从二十世纪九十年代以后，高压钠灯就被广泛的使用，但它一直没有创新，最高使用寿命也稳定在两万五千小时，发展的势头缓慢。此后高性能隧道灯具的出现也直接影响高压钠灯的使用。

(二)LED灯时代

LED灯全名发光二极管，是在带有引线的架子上放一块用环氧树脂密封的发光半导体所组成的灯。其能够发出从紫外到红外的光，发光颜色由电流决定。和高压钠灯相比，LED灯具有很大的优势：寿命长达十几万小时、显色性好、立即启动、亮度高、均匀性好、光效最高可达到300 lm/W。

除上述优点外，LED最具特色的即为能实现无级调光，并且调光级数可达256级以上。通过无级调光，隧道环境不会像使用回路控制时那样损失均匀度，并且可以编程控制每盏LED灯在电路中可根据隧道内的情况进行实时变化，这样隧道整体环境将更加舒适。

四川很多高速公路隧道已成功应用无级调光控制，达到“车来灯亮、车走灯灭”的效果，满足乘车人员的视觉需求，同时也节省运营成本。最近全国也开展了公路隧道照明品质提升工程建设，将年久的高压钠灯替换为LED灯，这标志着除满足安全与节能外，隧道照明开始迈向品质建设。随着LED灯具质量提升和成本降低，LED灯具正以首选光源用于隧道照明。

(三)绿色照明时代

随着对照明设备能耗降低的进一步要求，安全、经济、绿色也成为新一代照明设备发展的主线。

1.太阳光直接照明技术

太阳光能作为一种取之不尽、用之不竭的能源，直接利用太阳光并将其导到需要照明的区域可节省大量照明用电，这个理念随着进入二十一世纪，特别是在2008年北京奥运会很多场馆使用绿色环保节能的设施之后越来越受人关注。现今主要的太阳光直接照明的方式有：光导照明、光纤照明、反射照明。

光纤照明与光导照明主要是采光装置、光传输装置(光纤或光导管)、光输出装置这三部分组成。两类照明方式都是通过收集太阳光，经传输装置传到需要照明的区域以达到照明的目的。光导照明由于受到光传播距离的限制，只用于传输距离不大的地下空间，但是其建设成本低。光纤照明能结合光追踪系统，实时追踪太阳位置，保证出光稳定，但其整体成本较高，先不说跟踪的准确性，一卷光纤大概就是几万块，设备安装不到位很容易将其扭断，人工成本费又是一大笔支出，所以光纤照明接下来的目标主要是提高跟踪准确性及光纤的质量，这样才能更好地发展。

反射照明技术是指利用平面镜反射，将太阳光传输至需要照明的区域进行照明或辅助照明。目前常用在地下矿井照明等比较局限的领域，使用于地面照明效果都有待提高。因此在隧道领域结合隧道采光，反射照明系统可分为单面反射镜式、两面反射镜式与多面反射镜式。考虑到太阳光在多次反射后衰减较大导致最后照明效果不佳，而采用单面反射镜的使用条件较为苛刻，结合光效利用率和成本性，反射照明技术还有很大的发展空间。

2.光伏发电技术

光伏发电技术使用光伏电池把收集到的太阳能转化为电能给隧道灯具供电，这样使得隧道运营期间成本大大降低，达到经济性及绿色性。该项技术的重点在于光伏电池的光电转换率上。同时也可以根据需要将光伏系统设置在隧道洞口减光建筑物上。

3.蓄能发光多功能涂料辅助照明

蓄能发光多功能涂料是一种新型材料，它能够吸收能量，当能量吸收到一定程度达到激发态时，会释放先前吸收的能量，并以光的形式散发出来。

该材料的特点是：①不仅能反光还能主动发光的；②比普通涂料带给驾驶人员的视觉效果更好，提高驾驶的安全；③用这种材料辅助照明可减少其他照明设备的使用；④作为涂料本身可以形成不同的颜色，涂抹于隧道降低隧道内的单调感，提高隧道内的舒适度。

三、我国隧道照明技术发展趋势

高新科技产业的发展与时俱进的带动了隧道照明技术的进步，同时十九大也提出推进绿色发展，形成节约资源和保护环境的空间格局、产业结构、生产方式、生活方式。未来发展趋势大致为：①随着隧道照明品质提升工程的开展，已建隧道内使用的是高压钠灯及其他光源将被光效越来越高的LED灯及新型光源替代，更多绿色照明及辅助照明措施将用于提升隧道内部光环境亮度，大大降低耗电量，减少成本，提高安全性；②根据隧道的实际情况，隧道照明的布置要灵活，照明设施要做到因隧制宜，允许在提高行车安全的前提下增加景观照明，但不要过度照明；③定期检查隧道内灯具状况及线路问题，发现问题及时处理，减少交通事故发生可能性；④有关隧道照明的书籍较少，需要培养专业人才，发明更精密、稳定的设备，编写适用的程序，提出更节能、更安全的理论；⑤隧道照明将越来越符合安全性、舒适性、节能性、绿色性的观念，未来的隧道也会体现出智慧性，根据交通量及洞外亮度进行符合人眼适应亮度曲线的灯具的无级调光技术将越来越成熟，在低交通量情况下配合车辆检测技术动态组成智能控制系统，达成“车走灯熄、与车随行”等效果也是未来的趋势。