二級(jí)公路隧道照明系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及控制

李志斌

(山西欣奧特自動(dòng)化工程有限公司，山西 太原 030012)

2017-09-21

李志斌(1987- )，男，山西運(yùn)城人，助理工程師，碩士研究生，研究方向：電子信息工程，高速公路機(jī)電工程。

1674- 4578(2017)05- 0048- 03

二級(jí)公路隧道照明系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及控制

李志斌

(山西欣奧特自動(dòng)化工程有限公司，山西 太原 030012)

公路隧道照明系統(tǒng)是公路隧道機(jī)電系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分。相對(duì)于隧道外隧道內(nèi)相對(duì)封閉，當(dāng)駕駛員開(kāi)車(chē)進(jìn)入隧道時(shí)或者駛出隧道時(shí)會(huì)出現(xiàn)短暫的黑洞(長(zhǎng)隧道)或者黑框現(xiàn)象(短隧道)，針對(duì)這一安全隱患，需要對(duì)隧道的照明系統(tǒng)進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)。本文就結(jié)合孝辛線(xiàn)石口至石樓段二級(jí)公路灌林巖山隧道的實(shí)際，根據(jù)隧道長(zhǎng)度、隧道路面的寬度、照明需求及燈具高度得出燈具之間的間隔，并通過(guò)PLC對(duì)其進(jìn)行控制。

二級(jí)公路；照明系統(tǒng)；設(shè)計(jì)；控制

1 系統(tǒng)概述

由于隧道內(nèi)外的亮度差距較大，當(dāng)駕駛員駕車(chē)駛?cè)胨淼阑蛘唏偝鏊淼罆r(shí)會(huì)發(fā)生“適應(yīng)滯后現(xiàn)象”。所謂“適應(yīng)滯后現(xiàn)象”是指當(dāng)隧道內(nèi)無(wú)照明或者照明不合理時(shí)，駕駛員開(kāi)車(chē)駛?cè)胨淼罆?huì)出現(xiàn)短暫的黑洞(進(jìn)隧道)和亮洞現(xiàn)象(出隧道)，駕駛員需經(jīng)過(guò)一段時(shí)間才能看清路況。為了克服這段短暫的時(shí)間間隔所帶來(lái)的很大的安全隱患，必須對(duì)隧道內(nèi)的照明系統(tǒng)進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)，針對(duì)隧道外不同的天氣、不同的亮度做出合理的控制。

2 隧道照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 隧道照明原理

二級(jí)公路的隧道照明原理，保證行車(chē)安全和舒適的條件下，通過(guò)照明調(diào)光控制，使亮度水平符合實(shí)際的車(chē)流量和洞外的亮度情況。同時(shí)采用高效節(jié)能光源達(dá)到節(jié)約能源的目的，采用先進(jìn)的照明控制確保隧道安全運(yùn)營(yíng)。

2.2 灌林巖山隧道照明系統(tǒng)的設(shè)計(jì)依據(jù)

2.2.1 灌林巖山隧道的基本參數(shù)

表1 灌林巖山隧道基本參數(shù)

2.2.2 灌林巖山隧道交通量預(yù)測(cè)

公路隧道照明的設(shè)計(jì)應(yīng)統(tǒng)籌規(guī)劃，一次設(shè)計(jì)，照明設(shè)施可以根據(jù)交通量的變化分期實(shí)施。照明通常分兩期實(shí)施，具集散功能的二級(jí)公路按7年為界限劃分。本隧道在設(shè)計(jì)時(shí)選用2024年為照明的近期設(shè)計(jì)，2031年為照明的遠(yuǎn)期設(shè)計(jì)。

表2灌林巖山隧道交通量預(yù)測(cè)值單位：pcu/d

表3灌林巖山隧道車(chē)輛構(gòu)成比例預(yù)測(cè)值單位：%

根據(jù)本隧道可行性研究報(bào)告提供的數(shù)據(jù)，設(shè)計(jì)小時(shí)交通量系數(shù)K取0.11，方向分布系數(shù)取1.0。本隧道內(nèi)采用水泥混凝土路面，平均亮度與平均照度間的換算系數(shù)取10lx/(cd·m-2)。本隧道在設(shè)計(jì)近期(2024年)和設(shè)計(jì)遠(yuǎn)期(2031年)對(duì)應(yīng)的路面亮度總均勻度分別為0.331和0.328，對(duì)應(yīng)的路面中線(xiàn)亮度縱向均勻度分別為0.531和0.528。

2.3 灌林巖山隧道照明系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案

隧道照明的目的是創(chuàng)造洞內(nèi)良好的工作視覺(jué)環(huán)境質(zhì)量，確保在白天和夜間行車(chē)以設(shè)計(jì)速度能夠安全地接近、穿越和通過(guò)隧道。同時(shí)隧道照明也是隧道運(yùn)營(yíng)費(fèi)用中最大的日常開(kāi)支項(xiàng)目之一。

本隧道照明的光源采用高壓鈉燈和LED隧道燈，照明燈具布設(shè)方式采用兩側(cè)對(duì)稱(chēng)布設(shè)和兩側(cè)交錯(cuò)布設(shè)相結(jié)合的方式。入口段加強(qiáng)照明燈具選用150W的高壓鈉燈，過(guò)渡段加強(qiáng)照明和中間段基本照明燈具選用50W的LED隧道燈。

2.3.1 入口段照明設(shè)計(jì)

由于隧道處于山嶺重丘區(qū)地段，且隧道洞門(mén)是端墻式，洞外亮度L按3 000 cd/m2考慮。設(shè)計(jì)車(chē)速按60 km/h考慮，設(shè)計(jì)按7年為界限劃分，分別對(duì)2024年和2031年的交通量進(jìn)行計(jì)算。

不同設(shè)計(jì)年限隧道照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算。

表4 灌林巖山隧道照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算值

通過(guò)上表的計(jì)算結(jié)果表明在設(shè)計(jì)近期(2024年)和設(shè)計(jì)遠(yuǎn)期(2031年)入口段相應(yīng)的亮度差別較小，所以采用設(shè)計(jì)近期(2024年)進(jìn)行照明控制計(jì)算。入口段長(zhǎng)度計(jì)算中，隧道的坡度值為-2.8%,得對(duì)應(yīng)的照明停車(chē)視距為59.6 m。隧道內(nèi)凈空高度為5 m，得到入口段TH1和TH2的長(zhǎng)度均為24.5 m。

2.3.2 過(guò)度段照明設(shè)計(jì)

通過(guò)隧道入口段TH1的亮度L可分別計(jì)算出隧道過(guò)渡段TR1、TR2、TR3的亮度Ltr1、Ltr2、Ltr3。當(dāng)TR3的亮度、Ltr3不大于中間段亮度Ltr2的2倍時(shí)，可不設(shè)置過(guò)渡段TR3加強(qiáng)照明。故本隧道不需要設(shè)置過(guò)渡段TR3。

根據(jù)過(guò)渡段長(zhǎng)度計(jì)算表，過(guò)渡段TR1、TR2對(duì)應(yīng)的長(zhǎng)度DTR1為49.6 m、DTR2為66.7 m。

2.3.3 中間段照明設(shè)計(jì)

本次設(shè)計(jì)選取2024 年為照明設(shè)計(jì)期。根據(jù)《公路隧道照明設(shè)計(jì)細(xì)則》知，本項(xiàng)目隧道中間段亮度取1.5 cd/m2。

緊急停車(chē)帶主要為異常車(chē)輛提供檢修維護(hù)的場(chǎng)所，故其照明宜采用顯色指數(shù)高的光源，亮度不應(yīng)低于4.0 cd/m2。本項(xiàng)目隧道緊急停車(chē)帶亮度取4 cd/m2。

2.3.4 應(yīng)急照明與洞外引道設(shè)計(jì)

本項(xiàng)目中隧道設(shè)置應(yīng)急照明系統(tǒng)，照明中斷時(shí)間不應(yīng)超過(guò)0.3 s。應(yīng)急照明燈具可利用部分基本照明燈具，應(yīng)急照明供電電源維持時(shí)間不少于30 min。應(yīng)急照明亮度為0.2 cd/m2。

當(dāng)隧道處于無(wú)照明路段時(shí)，容易出現(xiàn)因洞內(nèi)外亮度反差引起的視覺(jué)偏差，故設(shè)置引道段照明，利于駕駛員提前察覺(jué)隧道狀況或洞外道路狀況。本項(xiàng)目灌林巖山隧道洞外引道照明亮度取0.5 cd/m2，長(zhǎng)度取95 m。

2.3.5 照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

灌林巖山隧道需設(shè)置入口段TH1、入口段TH2、過(guò)渡段TR1、過(guò)渡段TR2及中間段。隧道照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表5。

表5 灌林巖山隧道照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)值

3 隧道照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)

隧道房建變電所在照明控制裝置內(nèi)為監(jiān)控系統(tǒng)預(yù)留接口，便于監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。

3.1 隧道照明控制系統(tǒng)硬件組成

照明控制系統(tǒng)主要由光強(qiáng)檢測(cè)器、本地PLC控制器、照明控制柜、照明設(shè)備配電柜、監(jiān)控中心監(jiān)控系統(tǒng)工作站、監(jiān)控軟件、數(shù)據(jù)處理軟件等設(shè)備構(gòu)成。

3.2隧道照明控制系統(tǒng)控制流程圖

圖1 隧道照明控制流程圖

3.3 隧道照明等級(jí)劃分及控制

隧道照明控制采用時(shí)序控制和手動(dòng)控制相結(jié)合的方式，照明控制裝置布置于隧道房建變電所相應(yīng)低壓柜內(nèi)。上述控制方式是比較成熟的控制方案，但隨著科學(xué)的發(fā)展，各種照明控制理念相互推出，更科學(xué)的控制理念會(huì)進(jìn)入隧道照明控制系統(tǒng)中去。目前結(jié)合交通監(jiān)控，根據(jù)交通量的變化控制隧道照明亮度，以及補(bǔ)償和限制電網(wǎng)電壓等控制方法，在隧道實(shí)施階段，將根據(jù)當(dāng)前的技術(shù)引入較先進(jìn)和成熟的照明節(jié)能控制模式。

加強(qiáng)照明和基本照明的分級(jí)調(diào)光方案設(shè)計(jì)，采用白天(夏季晴天、其他季節(jié)晴天/夏季云天、其他季節(jié)云天/夏季陰天、其他季節(jié)陰天/重陰天)、晚上、夜間六級(jí)調(diào)光分級(jí)組合進(jìn)行。

隧道照明調(diào)光分級(jí)控制一覽表見(jiàn)表6。

通過(guò)光強(qiáng)檢測(cè)設(shè)備、微波車(chē)輛檢測(cè)器等數(shù)據(jù)信息的監(jiān)控，然后通過(guò)監(jiān)控工作站實(shí)現(xiàn)對(duì)照明控制系統(tǒng)的自動(dòng)控制。其中包括應(yīng)急照明、基本照明1、基本照明2.1、基本照明2.2、陰天加強(qiáng)照明1、陰天加強(qiáng)照明2、晴天加強(qiáng)照明1和晴天加強(qiáng)照明2的開(kāi)啟和關(guān)閉。控制方式既可以在變電所內(nèi)通過(guò)照明控制柜進(jìn)行控制，也可以在監(jiān)控中心通過(guò)監(jiān)控工作站軟件進(jìn)行控制。

照明控制的標(biāo)準(zhǔn)主要取決了隧道外的亮度和隧道內(nèi)的能見(jiàn)度狀況，目前的控制主要通過(guò)時(shí)序進(jìn)行控制，主要通過(guò)白天、晚上、夏季晴天、其他季節(jié)晴天/夏季陰天和其他季節(jié)陰天/夏季重陰天等時(shí)序來(lái)大致確定光照度，光強(qiáng)檢測(cè)器主要起到輔助作用。

表6 隧道照明調(diào)光分級(jí)控制一覽表

4 結(jié)論

二級(jí)公路隧道照明系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，根據(jù)隧道外亮度和隧道內(nèi)照度的檢測(cè)，通過(guò)對(duì)控制的參數(shù)進(jìn)行時(shí)序的劃分對(duì)隧道內(nèi)應(yīng)急照明、基本照明、晴天照明和陰天照明進(jìn)行控制。這樣大大的減輕了進(jìn)入隧道產(chǎn)生的黑洞效應(yīng)和出隧道的炫光效應(yīng)，保障了二級(jí)公路隧道通行的安全。

[1] 劉健.隧道通風(fēng)安全與照明.重慶：重慶大學(xué)出版社，2015.

[2] 趙忠杰.公路隧道機(jī)電工程.北京：人民交通出版社，2007.

[3] 付鋼，王成.隧道通風(fēng)與照明.武漢：武漢大學(xué)出版社，2015.

[4] 葉津凌.高速公路隧道機(jī)電系統(tǒng)集成.北京：人民交通出版社，2015.

[5] 劉昌敏.孝辛線(xiàn)機(jī)電工程設(shè)計(jì).太原：山西交科公路勘察設(shè)計(jì)院，2016.

DesignandControloftheSecondaryRoadTunnelLightingSystem

Li Zhibin

(ShanxiXATAutomationEngineeringCo.,Ltd.,TaiyuanShanxi030012,China)

Highway tunnel lighting system is an important part of highway tunnel electromechanical system. Relative to the tunnel outside, the tunnel inside is relatively closed. When the vehicle is driven into the tunnel or out of the tunnel, a short black hole (tunnel) or black box phenomenon (short tunnel) will occur for the driver. According to this safe hidden trouble, it is necessary to make a serious design for tunnel lighting system. Combing with the actual situation of shrub forest mountain tunnel of B class highway that is Shikou to Shilou in Xiaoxin line, the paper gets the distance between the lamps according to the tunnel length, the width of the tunnel pavement, the lighting requirements and high lamp speed, and control it by the PLC.

highway tunnel; lighting system; design ; control

U453.7； TP273

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