黃 珂
(西南科技大學(xué)土木工程與建筑學(xué)院,四川綿陽621010;重慶大學(xué)建筑城規(guī)學(xué)院,重慶400045)
隧道入口照明設(shè)計方法比較
黃 珂
(西南科技大學(xué)土木工程與建筑學(xué)院,四川綿陽621010;重慶大學(xué)建筑城規(guī)學(xué)院,重慶400045)
文章分析了隧道照明的k值法,用查表法、環(huán)境簡圖法和數(shù)碼相機法對福建永武高速公路入口照明進行計算比較。查表法計算簡單,但誤差較大;環(huán)境簡圖法考慮了各部分景物的亮度和比例,比查表法準確;數(shù)碼相機法借助軟件計算,更加精確,但出現(xiàn)曝光過度和曝光不足的極端情況時,其精度需要進一步驗證。
隧道照明;k值法;查表法;環(huán)境簡圖法;數(shù)碼相機法
digital cameramethod
我國的隧道照明計算采用的是k值法,在計算洞外亮度的時候,有查表法、環(huán)境簡圖法、數(shù)碼相機法等。查表法計算簡單,但誤差較大;環(huán)境簡圖法考慮了各部分景物的亮度和比例,比查表法準確;數(shù)碼相機法借助軟件計算,更加精確,但出現(xiàn)曝光過度和曝光不足的極端情況時,其精度需要進一步驗證。
為了研究不同方法計算隧道入口段亮度的實際效果,現(xiàn)以福建省境內(nèi)永武(永安—武平)高速公路上的黃山嶺隧道為例,采用多種方法進行對比分析研究。
福建永武高速北連浙江,南接廣東,是2004年國務(wù)院審議通過的國家高速公路“7918網(wǎng)”中第三縱“長春至深圳”福建省境內(nèi)的重要組成部分,于2006年開始建設(shè),2010年竣工通車。被測的隧道采用端墻式洞口,洞口外植被茂盛,綠化良好。隧道的朝向為南偏西40°,洞外路面平直,為黑色的改性瀝青路面。外觀見圖1。
隧道截面高7 m,寬7.2 m,地面排水坡度2%。燈具安裝高度6.3 m,燈具安裝截面圖見圖2。
圖2 隧道燈具安裝截面圖
測量時間為2010年8月18日至20日,天氣晴朗,測量者站在離隧道洞口一個安全停車距離處拍照,相機離地面高度為1.5 m。黃山嶺隧道測量距離為離洞口100 m,20°圓錐角視場角內(nèi)無天空,其洞門形式為淺色端墻式,洞頂采用深色植被綠化,部分邊坡裸露,如圖3(a)所示。
亮度計和相機應(yīng)當放置在離隧道洞口一個安全停車距離的位置(這里是100 m),并且放置在車道中間,離路面1.5 m高,如圖3(b)所示。但是,當車道上有車流的時候,不能在車道中間測量,這種情況下可以將相機安放在車道的一邊,其架設(shè)高度為1.5 m。因為測量時方位角的誤差通常在1%左右,這樣不會產(chǎn)生很大的誤差,安全停車距離通常允許存在10%的誤差。測量洞外各景物亮度的平均值及各種景物所占的比例見表1。
圖3 隧道測量
表1 黃山嶺隧道洞外景物亮度及各種景物所占比例
測量得到的路面亮度偏低,這是因為隧道剛竣工,黑色改性瀝青路面較新,顏色偏深。洞口綠化多為深綠色灌木,導(dǎo)致亮度比CIE推薦的值要低。
接下來分別用查表法、環(huán)境簡圖法和數(shù)碼相機法快速確定L20,根據(jù)k值法計算入口亮度,比較不同方法計算得到的入口段亮度。
我國標準中采用的k值只是對日本和歐洲k值的簡單平均,科學(xué)依據(jù)不足,因此筆者比較計算的時候,選用CIE 88—1990中推薦的k值進行計算,見表2。
表2 CIE 88—1990推薦的k值
根據(jù)《公路隧道照明設(shè)計細則》(JTG/T D70/2-01—2014),距離黃山嶺隧道100m處20°圓錐角視場內(nèi)無天空,洞口南偏西40°,隧道設(shè)計速度為80 km/h。
因此,通過表3,得到:
用查表法計算洞外亮度非常方便快捷,但是這種方法與實際情況往往有較大的出入。而本試驗中的隧道洞口朝向并非正南北或正東西方向。這里查表法得到L20=180 cd/m2,在隧道照明設(shè)計的前期具有非常重要的參考意義。
表3 JTG/TD70/2-01—2014推薦的洞外亮度L20(S)計算表(cd/m2)
環(huán)境簡圖法就是將隧道洞口外景物亮度與各部份所占的百分比相乘,所以必須確定合理的洞外景物亮度值。環(huán)境簡圖法要求在測量點距地面1.5 m高處,考慮正對隧道洞口方向20°視野范圍內(nèi),天空亮度、路面亮度、洞口環(huán)境亮度和隧道洞口亮度,洞外亮度值可以按下式計算:
式中:L20(S)——洞外亮度,cd/m2;
Lc——20°視野范圍內(nèi)的天空亮度,cd/m2;
Lr——洞外道路路面亮度,cd/m2;
Le——環(huán)境亮度,cd/m2;
Lτ——洞口亮度,cd/m2;
c、r、e、τ——分別為天空、路面、環(huán)境、洞口所占的百分比。
各部分景物的亮度參考CIE 88—1990給出的值,見表4。
表4 洞外景物亮度(cd/m2)
黃山嶺隧道天空、路面、環(huán)境、洞口各自比例見表1。代入公式(2)后,計算得到
環(huán)境簡圖法的各部分面積比例需借用軟件進行計算,在劃分時由于操作人員不同,劃分的面積可能有所差異,需要仔細排除差異,精細劃分。
我國JTJ026.1—1999《公路隧道通風照明設(shè)計規(guī)范》中推薦了黑度法,即拍攝隧道圖像的黑白照片,并測量作為參考標準的灰板亮度,在照片上以灰板為參照,計算L20的值。近年來,隨著數(shù)碼相機和計算機的普及和性能的提高,已廣泛采用了數(shù)碼技術(shù)來作為測量和計算的手段。
圖4 SM光環(huán)境測試系統(tǒng)截圖
本測量數(shù)碼相機為Canon EOS 50D,配合Canon EF 17-40 mm f/4L USM鏡頭,以及高達1 510萬像素的CMOS感光器,具有卓越的成像能力,能充分滿足隧道入口測量的需求。
圖像處理則借用了具有國家發(fā)明專利的天津大學(xué)SM光環(huán)境測試系統(tǒng)進行分析處理和輸出。
數(shù)碼相片參數(shù):光圈F=3.6,快門T=1/1 000 s。拍攝時間為2010年8月20日中午。
SM光環(huán)境測試系統(tǒng)分析截圖見圖4。
Comparison of Lighting Design M ethods for Tunnel Portal
HUANG Ke
(Southwest University of Science and Technology Institute of Civil Engineering and Architecture,Mianyang 621010,P.R.China;College of Architecture and Urban Planning,Chongqing University,Chongqing 400045,P.R.China)
The article analyses the tunnel lighting of k value method,using look-up table method,environmental diagram method and digital camera method of fujian yong wu highway entrance lighting calculation comparison.
the tunnel lighting;k value method;the look-up table method;envionment diageram method;
2015-12-23
黃珂(1978-),男,博士生,講師,主要從事建筑光學(xué)和視覺理論研究。