道路照明工程的灯具选型分析

王长进

珠海市斗门区市政园林管理处，广东 珠海 519000

0 引言

随着我国城市化的快速发展，城市道路规划也渐趋合理化。道路照明设施作为道路附属设施，可以有效地提高夜间道路车辆行驶和行人行走的安全性，对预防交通事故的发生起到积极作用[1-2]。在我国对“绿色、低碳、环保”生活的倡导下，人们对高品质照明的需求也在逐渐加大。但是由于我国城市人口增长速度快、新增道路数量多，导致照明设施需求增大、所使用的灯具种类更加繁多；而且选择不同灯具的效率和性能有一定差异，同时涉及供电、监控、维护、节能等多项管理工作，管理难度大[3-5]。为了从低碳生活出发，以及满足相关道路等级的相应照度规范要求，文章以实际道路照明中遇到的问题为例，根据现场人行道侧出现的“斑马线”问题，从DIALux软件模拟配光、现场LED灯具配光、更换纵向长配光和横向窄配光灯具等方面入手，结合现场采集的平均照度、均匀度、眩光等参数进行分析论证，在解决纵向宽档距配光的同时，满足节能、改善照明质量要求。根据研究该案例所得出的结论，分析了道路照明工程灯具的选型。合理运用不同类型灯具，可有效地避免电力资源的浪费，实现良好的照明效果。

1 工程概况

桥湖路位于斗门区白蕉镇，道路始于S272白蕉大道，终于东湖北路，道路宽度38.6 m，总长度928 m，双向六车道；机动车道路规划为城市主干道等级，除机动车道照明以外，人行道照明需满足城市道路照明设计标准中对人行道及非机动车道流量较高的道路的相关要求，即平均照度需≥10 lx，并满足环境要求。在原设计存在道路照明设施难以满足要求的情况下，对该道路进行道路照明设施的重新评价和改进，并融合电气照明技术，使其不仅在道路光能的合理利用方面起到原本不具备的作用，而且对照明工程的多样性与优越性方面会有较大的促进。桥湖路道路横截面如图1所示。

图1 桥湖路道路横截面图（单位：m）

在工程中，根据城市道路照明设计标准，结合道路环境、路况，沿道路双侧人行道布置12 m/6 m高低双挑路灯杆。道路原照明机动车道侧/人行道侧为截光型240 W/截光型60 W灯具、悬挑臂长1.5 m/1.0 m，杆中心距路边沿为0.7 m，仰角均为12°，杆高12 m，设置灯杆间距为36 m。机动车道侧12 m处安装截光型灯具，安装间距与安装高度比（距高比）为36 m/12 m=3，通常可较好适用于该道路主干道机动车道的配光要求。但是，人行道侧6 m处安装灯具，距高比较大为36 m/6 m=6，截光型灯具沿人行道纵向光线延伸受到限制，出现严重的“斑马线”。因此，有必要根据《LED城市道路照明应用技术要求》（GB/T 31832—2015），按灯具纵向、横向配光分类进行选择，制订最优方案。

2 软件模拟配光

针对人行道侧低杆照明，分别对原有的普通截光型灯具和计划更换的纵向长配光、横向窄配光灯具进行DIALux软件建模，得出模拟情况。

2.1 普通截光型灯具

普通截光型灯具DIALux模拟伪色图和模拟结果如图2、图3所示。

图2 普通截光型灯具DIALux模拟伪色图

图3 普通截光型灯具DIALux模拟结果

2.2 纵向长配光、横向窄配光灯具

纵向长配光、横向窄配光灯具DIALux模拟伪色图和模拟结果如图4、图5所示。

图4 纵向长配光、横向窄配光灯具DIALux模拟伪色图

图5 纵向长配光、横向窄配光灯具DIALux模拟结果

根据上述模拟数据（其中，U0为总均匀度，Ul为纵向均匀度，Tl[%]为眩光限制阈值），可以得出，在灯具总流明值光通量几乎一致的情况下，纵向长配光、横向窄配光灯具相比普通截光型灯具，在平均照度、纵向均匀度、总均匀度的理论值上，呈现效果均更优，与道路的配合度也更好，眩光阈值增量也满足规定要求。

3 工程现场实际试验测量

为了进一步验证模拟试验的结果，在工程现场关闭附近12 m 240 W高灯及加强灯，如图6所示，打开连续四基6 m 60 W低灯的情况下，分别对普通截光型灯具、纵向长配光灯具进行实际测量。现场采用矩形网格法进行照度采样，以纵向6 m为一网格，横向1 m为一网格，共测量42个点的照度值，测量结果如表1所示。参数表如表2所示。

表1 普通截光型灯具实测照度统计表

表2 普通截光型灯具参数表

图6 行人道测点布置图

3.1 普通截光型灯具

普通截光型灯具在纵向18 m（1/2灯杆间距）处的照度值几乎为零，这是实际道路出现“斑马线”现象的原因，而其平均照度也难以满足道路照明设计标准，在实际应用中会造成一定程度上的资源浪费。

3.2 纵向长配光、横向窄配光灯具

纵向长配光、横向窄配光灯具实测照度统计表和参数表如表3、表4所示。

表3 纵向长配光、横向窄配光灯具实测照度统计表

表4 纵向长配光、横向窄配光灯具参数表

通过对比表1～表4的数据可以得出，在功率、总光通量基本相同的情况下，纵向长配光型灯具无论在平均照度还是总均匀度，相比截光型灯具均有明显的提升；在两杆之间，即纵向18 m（1/2灯杆间距）处，照度最低依旧保持在5.6 lx，平均照度也达到15.9 lx，完全满足城市道路照明设计标准。从改造前后现场实际效果的对比可以看出，改造后人行道的“斑马线”现象已经完全消失。普通截光型灯具和纵向长配光、横向窄配光灯具现场效果如图7、图8所示。

图7 普通截光型灯具现场效果

图8 纵向长配光、横向窄配光灯具现场效果

4 配光问题分析

普通截光型灯具和纵向长配光、横向窄配光灯具配光曲线如图9、图10所示。

图9 普通截光型灯具配光曲线

图10 纵向长配光、横向窄配光灯具配光曲线

从图9可以看出，普通截光型灯具在0°～180°纵向截面布光角度约为130°；而在90°～270°横向截面布光角度约为90°，配光曲线有明显的“前抛”，因此该类型灯具的配光适用于横向路面更宽的路况，而对于纵向档距较大、灯具安装高度较低（比如距高比较大，为6）且路面宽度不宽的非机动车道路则不适用。

从图10可以看出，纵向长配光、横向窄配光灯具的配光曲线在0°～180°纵向截面上，布光角度展开彻底，有效布光夹角约为150°；在90°～270°横向截面布光角度约为65°，配光曲线相对“匀称”，因此该类型配光适用于灯具安装高度较低、纵向杆距较大且被照路面横向距离不宽的路况。

从灯具的利用率可以得出，普通截光型灯具在此路况的光通利用率为

纵向长配光、横向窄配光灯具在此路况的光通利用率为

两种类型的灯具在该路况上的利用率相差约16.3%。普通截光型灯具更多的光照射在横向5 m外范围的道路上，即超出了人行道原本的宽度；而纵向长配光、横向窄配光灯具则尽量将光“约束”在36 m×5 m的范围内，保证灯具光线照在道路上能被高效利用。普通截光型路灯照射示意图如图11所示。

图11 普通截光型路灯照射示意图

5 应用前景

非机动车道照明灯具普遍作为机动车道路灯杆的附属灯具，具有安装高度低、杆距较大等显著特点。为了适配主干道的照明需求，普通截光型灯具配光在90°～270°横向截面配光方向上会有明显前抛，而在0°～180°纵向截面上峰值光强则被“约束”在了±60°的范围内，因此对于路面较窄、杆距较大的路况，普通截光型灯具表现出明显的不适用性。纵向长配光、横向窄配光灯具则能以更显著的优势解决该类型路况照明存在的普遍问题。除了城市非机动车道照明，日常生活中常见的乡村道路的照明也是适合应用该类型灯具的场景之一。乡村道路路面的有效宽度较窄，一般设置为单车道，部分路面的平均宽度甚至不到3 m。为了尽量减少照明工程的投资成本，解决立杆难问题，需减少立杆数量，设置灯杆高度一般不低于7 m，且应适当加大灯杆档距。纵向长配光、横向窄配光灯具在满足道路照明标准规定对亮度、均匀度等要求的前提下，可以显著提高灯具的光通利用率，降低功率密度值。

6 结束语

近年来，随着我国城市化进程的不断加快，我国的道路照明工程行业也迎来了全新的、历史性的发展机遇。为此，我国每年投资上百亿元资金支持，推动照明工程行业的发展，以不断升级和完善道路照明，实现“建设美丽中国”的伟大理想。在实际情况中，无论是城市道路照明工程或是乡村照明工程，不同的照明灯具在不同的应用场景里，均表现出不同的优劣性。对于不同的路况，更应该关注灯具配光对其的适用性。对于道路照明工程的设计，应该将关注点更多地放在照明灯具的光通利用率和配光适用性上。同时，电气自动化技术与照明工程的不断融合发展，为照明工程项目的建设与施工提供了大量的理论支撑和技术指导。在了解和掌握电气自动化技术在照明工程中的应用情况下，不断优化设计，有针对性地为不同路况的道路选择更为合理配光的灯具，完善照明工程的施工方案，不仅能满足照明功能需求，提升照明品质，降低功率密度值，而且能更好地响应国家在“节能减排”政策上的号召，成为“美丽中国”建设工作里的重要一环。