公路隧道照明灯具安装高度和角度对路面亮度和均匀度的影响分析

黄文摄

（深中通道管理中心，广东 中山 528400）

0 引言

《公路隧道照明设计细则》（JTG/T D70/2-01—2014）是现行最新的照明设计细则，其中规定了隧道照明质量的评定标准，主要是路面的亮度，可路面亮度检测难度系数高，受影响因素太多，如材料材质、光摄入角度、仪器摆放位置等多方面因素影响，其中有一因素稍微改变就会导致测量有较大的误差；而照度受影响因素较少，因素改变导致的测量结果误差也不会影响试验效果，且现行隧道照明验收检测主要是以测量路面照明来评价隧道照明是否达标。因此，此研究主要根据路面照度及均匀度情况来评定隧道照明质量情况。

1 试验隧道概况

试验隧道长度约200m，单洞为单向双车道，车道宽3.75m，净跨度10.4m，净高度7.5m，壁厚0.25m，混凝土路面，假定设计车速100km/h，隧道安装不同高度的多组灯具，从中选取同高度灯具两侧对称布置，照明光源采用3500～4500kLED 灯，隧道实际情况如图1 所示。

图1 试验隧道现场

2 LED 光源灯具安装高度和角度对路面亮度和均匀度的影响

2.1 现场试验

做现场试验模拟时，选择夜间进行试验，这样影响试验数据因素少，试验隧道基本段照明灯具布设间距10m，应急照明灯具布设间距20m，在隧道侧壁距地面2m、2.5m、3m、3.5m、4m、4.5m、5m、5.5m、6m高的位置分别安装灯具，灯具支架采用可调整角度的支架，调整范围0～180°，然后分别对每种高度的灯具进 行 试 验，试 验 一：将2m、2.5m、3m、3.5m、4m、4.5m、5m 灯具的支架角度固定在30°，对路面照明数据进行检测分析。试验二：对5～6m 高灯具分别进行15～60°调整，然后对不同组合情况进行路面数据检测分析。通过试验一、试验二的数据来评定照明质量[1]。

2.2 隧道照明环境仿真模拟

根据实际试验隧道的断面，按1∶1 比例，用SketchUP 建模软件建立3D 隧道模型，再把隧道模型导入DIAlux 软件中，利用DIAlux 对建立好的隧道模型内侧壁表面赋予材质，选择一些反光系数低的材料进行装饰。因隧道半封闭空间环境的影响，照明灯具发出的光会在隧道侧壁产生漫反射，隧道路面的照度是灯具光和隧道侧壁反射光的综合照度，为了不影响隧道灯具试验的效果，尽量采用一些暗系材质使DIAlux 软件在进行照明计算分析时，可以忽略因漫反射造成的干扰[2]。

隧道中间段采用的50W 的LED，将该灯具IES 灯具插件导入DIAlux 软件中。10m（灯具安装间距应满足规范要求的闪烁频率低于2.5Hz 或大于15Hz）间距两侧对称布设灯具，按现场试验方案一、方案二分别进行试验，任意选取3 组灯具之间一段路面作为照明试验对象，进行软件计算，得出所选取路面的各种照明数据，根据其中平均照度、路面照度总均匀度和路面中线照度纵向均匀度，判定隧道照明效果[3]。

2.3 数据分析

通过DIAlux 软件对隧道照明环境的模拟后，软件分别计算出安装高度为2m、2.5m、3m、3.5m、4m、4.5m、5m、5.5m、6m，安装角度分别为15°、20°、25°、30°、35°、40°、45°、50°、55°、60°组合条件下，2～4.5m安装高度对照明情况的影响变化见表1，安装高度及安装角度对照明情况的影响见表2，具体变化趋势如图2-图4 所示[4]。

图2 安装5m 高时不同角度下的路面照明质量情况

图3 安装5.5m 高时不同角度下的路面照明质量情况

图4 安装6m 高时不同角度下的路面照明质量情况

表1 试验一照明数据

表2 试验二的照明数据

按《公路隧道照明设计细则》（JTG/T D70/2-01—2014）中要求，根据模拟要求，隧道中间段设计应为4.5cd/m2，水泥混凝土路面的平均亮度与平均照度间的换算系数可取10 lx/（cd·m-2），经换算，隧道路面平均照度若达到45 lx 以上即可满足设计和规范要求；总均匀度大于0.4,纵向均匀度大约0.6 时，均匀度也满足规范要求。选取隧道照明的中间段作为照明仿真区段，通过对中间段基本照明灯具安装不同高度和安装不同角度组合情况的照明模拟试验，采集了大量的隧道路面的平均照度、路面照度总均匀度和路面中线照度纵向均匀度数据，通过数据的对比分析，得出隧道灯具安装的最佳的位置及最佳角度为：一是灯具安装高度为5m 时，最佳的安装角度为30°；二是灯具安装高度为5.5m 时，最佳的安装角度为30°；三是灯具安装高度为6m 时，最佳的安装角度为20°；四是灯具安装3m 时，路照度最大[5-6]。

3 结语

经过上述试验分析，在隧道安装灯具时，隧道采用高位安装时，LED 灯具安装高度为5m 时，安装角度30°，隧道路面照明质量最好，低位照明时灯具安装最近高度宜为3m。