防眩光LED护栏灯在桥梁中的应用改进研究

刘 平，李传夫，韩 琦

(山东高速青岛公路有限公司，山东 青岛 266114)

1 LED护栏灯应用现状

LED技术的发展日新月异，价格也随之持续下降，LED光源相较传统光源已经有了很大的优势，在各行各业得到了广泛应用。目前，LED灯在公路桥梁工程中都有使用，比如上海长江隧道、青岛胶州湾隧道、青岛胶州湾大桥、广州龙头山隧道等。

经过调查了解，LED灯具在实现道路照明和景观照明功能的同时，节能减排效果非常明显，极大的节省了初期建设成本和运营期运营维护成本。但LED护栏灯系统在经过长时间使用后存在以下几个方面的问题：(1)灯具光效降低且光衰严重，路面照度低于原设计标准；(2)灯具配光方式导致眩光严重，影响行车安全；(3)灯具表面长期暴露室外，灯具外壳腐蚀严重，影响美观度。

2 LED护栏灯的改进与提升

2.1 提高光效

相较于其它传统光源在技术进展已趋成熟下，LED主要性能光效目前仍呈现持续成长的情形。当前在实验室条件下，美国Cree白光LED实验室光效突破231流明/瓦(350 mA电流驱动)，打破行业最高光效记录；另一家日亚化学宣布在20 mA电流驱动下，其LED发光效率可达249流明/瓦。在商业化产品部分，美国Cree公司已开始在市场上小量销售发光效率160流明/瓦的LED产品，而日亚也推出发光效率达133流明/瓦的大功率照明用LED，于2016年将商业化白光的发光效率提高到150流明/瓦。LED照明突飞猛进，LED产品的种类和样式也基本定型，接下来LED应用型企业要做的，就是如果提高LED产品的性能和品质，其中LED产品的光效，是影响LED产品性能和品质的重要参数，经过近几年的高速发展，LED颗粒已经由原有的100 lm/W上升到160 lm/W。

本文中LED防眩光护栏灯采用的光源为进口原厂芯片，选用光效160 Lm/w以上的灯珠，同时增加LED灯珠颗粒数，采用高转换效率的驱动电源，配备光学级进口透镜，通过灯具外型、散热一体化设计，灯具有良好的热性能，有效保证了整灯光效达到120 LM/W，工作达到50 000 h，光衰小于30%。

2.2 采用防眩光设计原理

本文中新型LED防眩光护栏灯在设计之初充分考虑实际灯具使用过程中的眩光因素，在设计过程中有效利用了现代计算机仿真学的优势，首先通过充分论证确定灯具的前期外观、结构、光源、配光方式等，然后通过计算机光线模拟软件TracePro建立目标灯具的几何模型、设置光学材质、定义光源参数，最终在计算机上建立起灯具照明模型，运用TracePro软件光线追踪功能对模拟灯具照明实现眩光分析，再照明灯具几何模型模拟效果眩光合格后，再次进行样品验证，样品测试具体光电参数得到IES文件后，运用计算机照度模拟软件Dialux根据实际现场灯具安装情况，实现照明现场仿真模拟，最后再进行现场实际样品安装，现场人工测试验证方式确认照明眩光问题，最终实现灯具在实际安装使用后眩光符合CJJ45-2006和CIE31以及CIE115标准要求。

新型LED防眩光护栏灯灯具尽可能地利用LED的定向发射光的特性，使道路灯具中的各个LED分别直接把光线射向被照路面的各个区域，按照路面照度效果需要设计，再利用格栅和灯杯来进行防眩光处理，从而实现合理的综合配光。灯具采用专用一次配光良好的LED灯，并且在灯具内，再按照护栏灯具高度及实际桥梁路面宽度设计各个LED的安装位置和发射光的方向实现良好的二次配光功能，来保证道路照度更好的均匀度，将本项目护栏灯灯具眩光减少到最低。

图1 增加格栅和灯杯防眩光保护

2.3 提高路面照度均匀度

路面照度均匀度反映了灯具照明下路面光线分布的均匀性，光线分布越均匀说明照度均匀度越好，视觉感受越舒服，照度均匀度越接近1越好；反之越小越增加视觉疲劳。本文针对某公路特大桥梁实际路面情况，护栏灯具安装高度及实际桥梁路面宽度，先通过计算机模拟照度模拟软件Dialux针对新设计样品的IES文件进行照明模拟，根据现在桥面实际装灯方式，通过软件进行布局，验证桥面在新设计的护栏灯照明下桥面的照度均匀度，再通过实地安装灯具，专业人员现场检测，保证桥面在新设计的护栏灯照明下路面均匀度达到0.6以上。针对照度均匀度这点，项目开发人员专门针对护栏灯LED透镜进行了重新设计，每一颗LED光源都有一个独立的配光系统，每个LED灯珠发出的光线首先经过专业的特殊透镜，使护栏灯具中的各个LED分别直接把光线射向被照桥面的各个区域，针对有效光线进行约束及引导，使得光斑效果达到路面要求，并使光线有向前照射的角度，也就解决了来车方向的眩光，桥面照度均匀度达到国家标准。

图2 LED防眩光配光曲线

图3 照度模拟图

2.4 易于维护性，节约维护成本

由于护栏灯使用环境的特殊性，灯具常年使用在自然环境条件复杂、气候恶劣多变、雷电、海雾天气户外环境中，灯具的后期维护极为不便，灯具维护已经成为桥梁照明工程的难点之一，维护成本昂贵。针对这点，充分利用了现有资源，利用现有安装尺寸孔位做为替换灯具的安装载体，做到新开发的护栏灯与现有安装尺寸位置的完美匹配，无需重新布线，大大节省了整个工程造价，并且针对护栏灯特点，专门开发了驱动与整灯防水接插头，整灯和驱动都可单独更换，需要更换整灯或者驱动时，只需要通过专用防水接插件，实现插拔式更换，实现现场维护，当场解决问题所有灯体维护问题，大大减少了护栏灯的维护成本。

图4 整灯防水接插件

图5 驱动防水接插件

2.5 双重防水、防腐蚀功能

由于LED护栏灯灯具工作在高湿、高盐碱度的海面上，所以对灯具的表面处理要进行防腐蚀处理，本项目护栏灯外壳采用高品质的压铸铝，灯壳体外表采用进口设备喷塑+进口金属漆处理，达到双重腐蚀功能。此项措施样品通过盐雾箱进行防腐蚀实验考核确认。

新型LED防眩光护栏灯灯具的外壳设计成散热器状，直接利用灯具外壳外面作为散热器有效保证了灯具整体性，这样既可以保证IP防护等级的要求，也可以得到很大的散热面积，另外，灯具外表面设计为流线型，散热器在有落尘时，可以通过自然的风雨而冲洗，从而可保证散热器工作的持续有效性，同时LED光源部分采用了整体防水透镜，外加边框采用打胶防水，内部电器部分驱动采用了整体灌胶防水驱动，从而实现双重防水功能，以上措施可保证整灯防护等级达到IP66，此项措施通过灯具淋水实验进行验证。

2.6 增加诱导雾灯

雾是一种特殊的天气现象，它的发生具有很强的随机性和突然性，经常发生在地势低洼、潮湿或公路两旁有水田的特殊路段，特别是桥梁路段，当雾形成时，薄雾无法随微风移动分散，致使浓度逐渐增大， 最终形成了浓雾区， 这种只在桥面局部路段出现浓雾的情况，它的危险性甚至远远大于大范围的起雾。因为车辆事先得不到任何信息提示，从正常路段高速驶入浓雾区，由于能见度的突变，视野变得迷糊，隔离墩和防护栏难以辨识，驾驶者很容易发生判断和操作失误，造成交通事故。因此需要在易发路段，特别是桥梁上安装雾灯，给驾驶者以及时地提示。新型LED防眩光护栏灯与诱导雾灯合为一体，雾灯设置于护栏灯的侧面，使得护栏灯在实现桥面基本路面照明功能外，还能够给来往通过的驾驶员有效线形诱导功能，一灯双用。

3 结 语

作为一种新兴的道路照明方式，LED低位照明在景观性、眩光控制、节能减排及后期维护等方面的优势使其在道路照明领域得以大量应用。但应用于公路桥梁复杂环境中的LED护栏灯系统在经过长时间使用后，会出现诸如照明效果不良、眩光及外壳腐蚀等严重影响行车舒适度和桥梁美观性的问题。文章以从某公路桥梁工程为例，从实用性的角度提出了LED护栏灯改进和提升的具体思路，以期降低灯具维护全寿命周期成本，也为护栏灯初期设计提供一些借鉴。