高速公路隧道照明综合节能技术的研究和应用

朱小康

（武汉广益交通科技股份有限公司，安徽 合肥 238000）

0 引言

为了合理利用土地资源，很多高速公路都设有隧道区。高速公路隧道的修建对于施工单位而言，其不仅在修建初期会耗费大量的建设成本，后期设置照明设施时，施工单位还会有额外支出的材料费用。更为重要的是，施工完成之后，施工单位还要定期对照明基础设施进行养护。因此，想要提高公路工程施工单位的整体效益，其必须在隧道照明的成本控制上多加关注与研究。

1 隧道照明系统概述

部分地区因山势崎岖，修建了大量的隧道投入使用。隧道内部可见度低，照明对于高速公路隧道的重要性不言而喻，良好的公路条件能防止司机在开车时因可见度低发生交通事故。就当前使用情况看，高速公路隧道安装的照明系统会进行分段设置。比如，大部分施工单位会在隧道区域的入口段、过渡段、中间段和出口段分别布置照明设备，确保司机的行车安全。但高速公路隧道因为不同路段的原因，外界因素对照明设施的要求极为复杂。施工人员必须按照现场的实际施工情况挑选最佳的照明灯具摆放位置，否则照明效果会大打折扣[1]。

另外，大部分高速公路隧道内部控制照明回路时，通常会使用组合开关的方式，设置的数量一般在七八个左右。但这种控制方式过于笼统，不能均匀化隧道内部的光亮，导致隧道内部出现照明不匀的问题[2]。这也意味着施工单位的施工内容极为复杂，照明施工难度大，非常考验施工人员的综合能力。如果稍有不慎，隧道内部的照明系统就会出现光亮不均匀的问题，影响司机的驾驶体验。如果高速公路隧道内部的光亮过高，会导致资源浪费的问题出现，且司机在长时间的灯光照耀下，也容易出现视觉疲劳，影响交通安全。

综上所述，高速公路隧道照明的用处很多，为司机的出行提供了方便。但由于部分交通区域对高速公路隧道照明系统管控不到位，以至于不少区域出现了综合照明系统瘫痪的问题。另外，隧道照明消耗的电力资源过多，隧道运营管理部门每年都要支出大量的电费资金。

随着高速公路的不断扩建，山区公路越来越完善，隧道的数量与日俱增，运营管理部门投入的资金只增不减，而山区高速公路车通行流量不高，高速公路通行费的收入远不能抵消隧道内部照明资金的支出。所以隧道运营管理部门为了节省资金，减少了照明灯工作的次数。可这种节能措施又与国家规定相违背，致使高速公路隧道增加了交通安全风险性。基于此，高速公路隧道照明在设计时，设计人员要率先考虑“安全”与“节能”之间的矛盾关系。

2 隧道照明综合节能技术应用的方案

当前隧道照明中存在的主要问题是照明过度和欠照明，所以运营管理部门在应用隧道照明综合节能技术时，要考虑需求。以下是运营管理部门可参考的解决能源浪费的措施[3]。

2.1 增加照明控制回路，多级控制照明

设计人员在设计高速公路隧道照明系统时，应考虑外界环境对隧道照明的影响，比如天气状况。因此，晴天照明和阴天照明就应该以两个不同回路来控制，具体的改造方案为：设计4 个回路控制，隧道左侧设置晴天照明和阴天照明，隧道右侧同上操作。这4个控制回路可以实现多级化管理的目标，防止隧道出现资源浪费的问题。

2.2 增加照明控制方式，实现无极调控

照明调控装置应做技术上的升级，可以利用高压钠灯的照明原理，以降压限流的方式，使隧道照明可以根据外界环境因素的变化发生改变。这样，隧道照明就可以根据实时需求更改隧道内部的照明环境。设计参考变量时，设计人员需要考虑天气和车流量等参数。

无极调控的工作原理如下：灯具在额定电压220V左右开始工作，一旦接收到节能指令后，灯具就可以及时调整电压，使其保持在节能的水平，节能电压的标准一般在185V～195V 左右。节能指令撤销后，灯具就会以慢斜坡的方式，逐渐上升到220V 稳压。这种无极调控，节约了照明资源。有的高速公路为了增加控制的合理性，专门设置了照明调控装置，保证隧道基本照明设施能够实现软启动，防止灯具因冲击电流出现寿命缩减的问题。

2.3 确定好照明设计参数

隧道内部若要实现节能目标，设计参数一定要符合实际。所以设计人员提前设计照明方案时，一定要深入考察现场，确保参数的合理性与准确性，减少照明资源参数出现错误的概率。不过由于我国的照明节能设计发展较晚，不少的方案设计中存在较大失误，与高速公路的发展速度不相匹配。为了减小两者之间的差距，实现协调发展的目标，设计人员一定要充分钻研照明设计中存在的问题，尽力减少设计中的偏值误差，具体涉及的内容如下：

首先，设计人员要确定好洞口的亮度。长度在1公里左右的隧道，设计的关键点就在于其照明的总功率上，设计人员只要加强照明设计，基本上就能维持整个隧道的照明功率。加强隧道照明设计的关键，则在于洞外亮度。基于此，设计人员需要实际考察隧道周边的地理环境，尽力排除外部因素对隧道照明造成的影响，合理设计洞外亮度。达成此目标后，工程既可以减少投资，又能保障隧道的照明率。不过隧道外部亮度的探测极为困难，设计人员需要借助查表法，才能得到准确的数值。当然，科研学者还获得了一种新的取值方法，如果按照3500cd/m 进行取值，隧道内部可以节省的电费在10%～15%左右。

其次，设计人员需要研究高速公路隧道的流通量。对于流通量过多的隧道，可以加强对基本亮度的调整，严格把控隧道内部的平均亮度。从一般的记载信息来看，最主要的流量信息有交通和时间。

2.4 线路节能

线路节能的实施主要包括以下几个部分：

第一，公路隧道增设自动调压设备。但这种节能措施颇具争议性，具体的使用原理是工程人员利用可控硅斩波原理，按照当中的正弦电压寻得输出电压的平均值，并使其降到最低，以达到控压节能的目的。但这种措施最大的弊端在于其在控压时，会产生高次谐波和线路震荡。如果这个弊端没有消除，高速公路内部的灯泡使用寿命将会大大缩减，严重时甚至对周围的环境产生污染，极大地违背了绿色环保的理念。所以当前工程师在设计节能方案时，很少会用照明自动调压设备。

第二，高速公路中压隧道中，经常使用中压供电。中压供电是在原有的系统上进行改革和升级的技术，结合当地地理情况，改变变压器应用供电模式。此项照明控制技术极为先进，因为除了我国本土研发的技术之外，管理部门还会引进国外先进的技术，在本土地理环境的基础上，打造新型变压器应用供电模式。这种供电模式除了概念新颖之外，能极大地满足高速公路隧道的用电需求，其所耗费的资金相对于传统电力技术之外，成本会更低，更具经济价值。

第三，设计人员在布置高速公路隧道内部的灯具时，一定要先对现场进行检测，掌握具体的数据后，再去开展设计任务。因为灯具布置合理，施工现场的光源利用效率才能大幅度提高，灯具照明缺陷才能很好规避。

2.5 灯具节能措施

若要节省电力资源，公路隧道内首选的灯具应是LED 灯。LED 光源具有方向性投射，大功率LED 光源的工艺可以根据需要封装成60～180o的射出角，光通量几乎不损失。设计者可根据需要配光，LED 灯配光利用系数可以达到0.9，LED 灯本身就是环保型灯具，所以非常适合使用。

2.6 高速公路隧道照明控制和管理措施

很多高速公路长隧道内部都配备了亮度检测设备，这是照明控制措施中的重要机器。其应用的原理在于光亮度值的分析，设备可以通过自动化检测的方式，加强对洞内外亮度的检测，找到相关的数据。之后再以监控系统为载体，传入中心系统。计算机接收到相关数据后，对其开展运算处理，然后再通过智能运算的方法，制定较为合适的控制方案。此等控制措施的应用，大大提高了高速公路长隧道照明的效率，确保了隧道运行的安全性。不过由于管控措施研发的时间较短，目前还没有广泛应用，还需科研人员继续研究[4]。

管理措施方面，科研人员需要加强对隧道内部实际情况的分析，参透照明设计图纸，提高设计方案的规范程度。施工时，施工人员要把握住节能控制的关键点，尽力遏制资源浪费的现象。同时，施工人员需要根据实际情况去核对施工方案的合理性和科学性。如果施工现场有意外情况发生，施工人员需要及时上报，便于设计人员对方案进行整改。一般来说，高速公路隧道内部照明环境的实际施工通常不会和图纸偏差较大，除非隧道内部的车流量发生了变化，方案需要做出具体的调控。

施工任务结束后，管理部门还要定期安排人员对隧道进行清理，做好对灯具的养护工作，延长灯具的使用寿命。灯具光源的利用效率提高后，隧道内部的照明度会大大增强。

2.7 供电方式的选择

隧道中的供电方式多样化，施工人员选择时需要根据隧道长度进行考虑。一般，不超过1 公里的隧道需采用放射式供电的方法。不过此方法在投入使用前，管理部门需要在洞口处修建变电站，便于隧道内部的电压进行转换。但如果隧道内部的机电设备分布位置较为松散，管理人员还需设置中压供电。中压供电是电能的中转站，其配电终端与复合中心是直接相连的，可以满足隧道内部灯具长距离供电的需求。并且中转之后，电能损耗的效率大大减少，隧道内部的电能资源消耗频率大幅度下降。再加上，高速公路隧道的地形较为独特，有些山体是连绵起伏的，导致隧道与隧道之间的连续性较强。为了提高速度内部的供电效率，管理部门需合理选用集中供电的方法。集中供电在投入使用之前，管理部门需要对隧道内部的区域进行划分，确定每个隧道不同的供电形式，将供电网和隧道供电连接起来。更为重要的是，集中供电除了能给隧道内部的灯具供给能量之外，还能惠利周边的农村地区，提高农村地区的供电效率，保证居民的用电量。

3 对高速公路隧道照明节能综合技术的展望

高速公路隧道的修建是大势所趋，只有交通便利，山区经济才能得到发展。从当前的高速公路隧道照明节能策略来看，其中还存在较大的不足，科研人员需要继续研究，其应该重点分析隧道内部的照明现状和照明视觉特征。如果能够在这两个方面取得突破，我国高速公路隧道的照明效率还会得到大幅度提高。

4 结语

本文对高速公路隧道照明节能综合技术进行了分析，希望以此来改善高速公路隧道照明资源浪费的问题。根据调查研究分析，高速公路隧道照明节能涉及的内容是多方面的，如果想要实现系统化的节能效果，设计人员在设计照明方案时，每个环节都要加入节能措施，并且每个方案都要有设计依据，设计人员要先考察现场，获得精准数据后再去商榷施工方案。尤其是对高速公路隧道周边环境、车流量的勘测，必不可少。再者，高速公路隧道的照明本身具有独特性，除了保障节能之外，设计人员还要考虑到高速公路内部运行的安全性。其既要减少灯具对周边环境产生的污染，又要保证隧道内部的照明强度，防止内部因可见度不高的问题，造成交通事故。