甘肅省高速公路隧道智能照明綜合節(jié)能技術(shù)研究

竇輝

【摘 要】高速公路隧道具有能夠縮短行車?yán)锍?、提高交通運(yùn)輸?shù)男省⒐?jié)省用地以及能夠有效的保護(hù)生態(tài)環(huán)境等特點(diǎn)。本文針對(duì)目前甘肅省高速公路隧道照明智能照明中存在的問(wèn)題，提出了一些節(jié)能措施，以相應(yīng)節(jié)能減排的國(guó)家政策，達(dá)到較好的生態(tài)效益、經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

【關(guān)鍵詞】高速公路隧道；智能照明；節(jié)能技術(shù)

中圖分類號(hào)： U453.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 2095-2457（2018）31-0014-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.31.007

【Abstract】Highway tunnels have the special features of shortening mileage， improving transportation efficiency， saving land and effectively protecting the ecological environment. In view of the problems existing in the intelligent lighting of highway tunnel lighting in Gansu Province， this paper puts forward some energy-saving measures to achieve better ecological， economic and social benefits with the corresponding national policies of energy conservation and emission reduction.

【Key words】Highway tunnel； Intelligent lighting； Energy-saving technology

0 前言

近年來(lái)隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)水平提高，我國(guó)甘肅省高速公路建設(shè)發(fā)展迅速。隧道照明相關(guān)設(shè)施的規(guī)模及數(shù)量也變得越來(lái)越大，隧道照明的高能耗問(wèn)題日趨嚴(yán)重。因此降低隧道照明的能源消耗是各個(gè)運(yùn)營(yíng)部門(mén)以及科研單位重要任務(wù)；并且節(jié)能減排也成為隧道照明研究課題的首要任務(wù)。隧道照明節(jié)能的難點(diǎn)在于在保證隧道交通的安全性基礎(chǔ)上，來(lái)盡可能的降低隧道照明相關(guān)設(shè)施的電能消耗。本項(xiàng)目立足于我國(guó)隧道照明系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀和面臨的主要問(wèn)題，為了使其運(yùn)營(yíng)風(fēng)險(xiǎn)可控，提出一套安全舒適、綠色節(jié)能的智能照明綜合節(jié)能技術(shù)，降低公路隧道照明系統(tǒng)能耗和運(yùn)維難度，提升隧道運(yùn)營(yíng)安全性。

1 高速公路隧道照明特點(diǎn)

高速公路隧道照明與道路照明的目的是相同的，都是為了給車輛駕駛員提供良好的視覺(jué)環(huán)境以保障交通運(yùn)輸及人身安全，提高運(yùn)輸效率等。但是，由于隧道的構(gòu)造比較特殊，會(huì)產(chǎn)生隧道特有的人眼明適應(yīng)和暗適應(yīng)的過(guò)程，白天時(shí)視覺(jué)問(wèn)題尤為凸顯。駕駛員在白天進(jìn)入隧道時(shí)會(huì)出現(xiàn)“黑洞”現(xiàn)象及“亮洞”現(xiàn)象的視覺(jué)問(wèn)題。高速公路隧中的這兩種現(xiàn)象則尤為突出。因此，高速公路隧道照明德?tīng)栐O(shè)計(jì)必須合理解決好隧道所造成的視覺(jué)問(wèn)題，以及道路照明和隧道照明中共有的視覺(jué)問(wèn)題，為駕駛員創(chuàng)造出良好的視覺(jué)環(huán)境。

2 甘肅省高速公路隧道照明存在的問(wèn)題

2.1 照明設(shè)計(jì)參數(shù)的不完善

高速公路隧道照明相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范仍舊沿用早期版本，但在此期間，我國(guó)公路隧道的數(shù)量、規(guī)模及類型都有了較大的變化，并且新理論、新技術(shù)等不斷涌現(xiàn)，因此部分公路隧道照明設(shè)計(jì)的參數(shù)需考慮修正及完善。

2.2 照明控制方式參差不齊

目前甘肅省部分高速公路的中、短隧道照明仍舊無(wú)法實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，絕大多數(shù)公路隧道照明系統(tǒng)則由于照明的配電回路所限而無(wú)法進(jìn)行自適應(yīng)控制，只能實(shí)現(xiàn)3～6級(jí)照明控制等級(jí)，造成嚴(yán)重的“過(guò)度照明”及“無(wú)效照明”現(xiàn)象；除此之外，隔盞開(kāi)關(guān)燈也會(huì)產(chǎn)生路面亮度不均勻、“斑馬紋”等有害現(xiàn)象，給高速公路隧道交通安全埋下隱患。

2.3 照明的節(jié)能理念誤區(qū)

高速公路隧道照明節(jié)能并不能簡(jiǎn)單的理解為開(kāi)關(guān)某些燈具就可以，而是建立在交通運(yùn)輸安全及效率的基礎(chǔ)之上的照明節(jié)能。部分高速公路隧道管理者只是為了追求節(jié)能降耗，而隨意更改公路隧道照明控制方案，主觀性太大，而理論及實(shí)踐依據(jù)不足，這種做法既忽視了高速公路隧道照明節(jié)能的本質(zhì)要求，又對(duì)交通運(yùn)輸安全及效率造成了極大的危害。

2.4 照明設(shè)施養(yǎng)護(hù)未得重視

目前，甘肅省一些較長(zhǎng)的公路隧道出口段及靠近出口端的基本照明存在亮度不足情況。這除照明設(shè)施自身的因素外，主要在于高速公路隧道照明管理人員養(yǎng)護(hù)不及時(shí)致使燈具污染情況比較嚴(yán)重，從而降低了光利用率。

3 甘肅省高速公路隧道智能照明綜合節(jié)能措施

3.1完善高速公路隧道照明控制系統(tǒng)與措施

現(xiàn)有系統(tǒng)的控制方法主要包括手動(dòng)控制方法、時(shí)序控制方法和自動(dòng)控制方法。手動(dòng)控制方法和時(shí)序控制方法易于實(shí)施，在實(shí)際應(yīng)用中穩(wěn)定可靠，但不能夠根據(jù)天氣、車流量和車速的變化對(duì)洞內(nèi)亮度進(jìn)行調(diào)節(jié)，基本上沒(méi)有達(dá)到節(jié)能的效果，存在著很大的電能浪費(fèi)。要想達(dá)到照明“節(jié)能減排”和“按需照明”，具體應(yīng)考慮以下幾個(gè)方面：

3.1.1 準(zhǔn)確測(cè)試洞外亮度

準(zhǔn)確測(cè)試洞外亮度是公路隧道照明設(shè)計(jì)中最重要的一項(xiàng)基準(zhǔn)參數(shù)，國(guó)內(nèi)很多設(shè)計(jì)單位均未考慮洞口的具體條件和實(shí)際特點(diǎn)而取現(xiàn)行規(guī)范建議的上限值。這種取值方式難免造成不必要的電能浪費(fèi)。甘肅省某院長(zhǎng)在國(guó)內(nèi)提出的基于數(shù)碼技術(shù)的公路隧道洞外亮度測(cè)試方法，使得大規(guī)模、高效率地測(cè)試公路隧道洞外亮度成為可能；其實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)表明，絕大多數(shù)高速公路隧道洞外亮度均在規(guī)范建議上值得75%以內(nèi)。

3.1.2 交通量的科學(xué)預(yù)測(cè)和照明系統(tǒng)的分期實(shí)施

交通量的大小對(duì)高速公路隧道照明需求有較大影響，如設(shè)計(jì)速度為80km/h時(shí)，大交通量比小交通量理論上多用電40%以上。在甘肅省高速公路運(yùn)營(yíng)初期，交通量相對(duì)較小且在兩三年才能夠逐漸達(dá)到設(shè)計(jì)的交通量預(yù)測(cè)量。

3.1.3 優(yōu)化照明設(shè)計(jì)參數(shù)

目前，很多設(shè)計(jì)單位由于缺乏照明燈具的光強(qiáng)度等具體得燈具配光參數(shù)，不得已采用利用系數(shù)曲線圖計(jì)算方法，不管怎么樣的照明燈具，統(tǒng)統(tǒng)采用相似的設(shè)計(jì)參數(shù)，早已經(jīng)導(dǎo)致有些公路隧道的照明系統(tǒng)浪費(fèi)且存在運(yùn)營(yíng)安全隱患。所以設(shè)計(jì)人員必須收集適當(dāng)?shù)恼彰鳠艟吲涔鈪?shù)，采用先進(jìn)的數(shù)值模擬計(jì)算方法來(lái)科學(xué)地進(jìn)行設(shè)計(jì)，以避免因設(shè)計(jì)參數(shù)不準(zhǔn)確而帶來(lái)的電力資源浪費(fèi)現(xiàn)象，達(dá)到節(jié)能的目的。

3.2 合理布設(shè)照明燈具

目前國(guó)內(nèi)高速公路隧道內(nèi)照明燈具的傳統(tǒng)布置方式有3種：兩側(cè)對(duì)稱布燈、兩側(cè)交錯(cuò)布燈、中間單排布燈。選擇不同的布燈方式，其所用燈具數(shù)量和養(yǎng)護(hù)難易會(huì)有所區(qū)別。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，中間單排布燈比兩側(cè)布燈效率高，兩側(cè)交錯(cuò)布燈比兩側(cè)對(duì)稱布燈效率高。工程實(shí)踐證明，選用拱頂側(cè)偏布燈，燈具的安裝高度為6.3m，既是一種效率較高的布燈方式，而且能較好地解決需要完全封閉隧道才能進(jìn)行高速公路隧道照明燈具維護(hù)維修的難題。

3.3 鈉燈與LED燈的技術(shù)組合

目前國(guó)內(nèi)高速公路隧道照明燈具主要為高壓鈉燈。高壓鈉燈具有光效較高、壽命較長(zhǎng)、色溫高、舒適性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)也存在大量的電能損耗，頻繁地更換燈具增加了運(yùn)營(yíng)費(fèi)用，會(huì)產(chǎn)生光污染、熱輻射等缺點(diǎn)，這些缺點(diǎn)都限制著高速公路的正常運(yùn)營(yíng)。目前，隧道使用的新光源中LED燈是使用最多的，它具有顯色性較好，很接近于自然光，減少司乘人員白天駕車進(jìn)入隧道的適應(yīng)時(shí)間，提高行車安全。同時(shí)，LED光源工作電壓低，輸出光通量隨電壓波動(dòng)小，效率比高壓鈉燈高，可達(dá)90%以上，減少了額外的功率消耗，節(jié)能效果較好。隧道出入口段的照明，由于必須解決入口“黑洞”、出口“亮洞”的現(xiàn)象，對(duì)照明亮度有很高的要求，照明燈具的布設(shè)也相對(duì)較多，再加上洞口煙霧濃度高的特點(diǎn)，現(xiàn)在實(shí)際運(yùn)用中把不同光源結(jié)合起來(lái)，即在隧道的出入口段、過(guò)渡段采用高壓鈉燈和LED燈相結(jié)合的方式，這種“組合照明”方式不僅能滿足隧道照明亮度的要求，而且提高了照明效率，優(yōu)化了照明效果，同時(shí)也可以使隧道的運(yùn)營(yíng)成本降到最低。

3.4 提高高速公路隧道照明的科學(xué)管理水平

3.4.1 確實(shí)加強(qiáng)管理人員的節(jié)能意識(shí)

高速公路隧道管理人員對(duì)隧道的照明節(jié)能有著至關(guān)重要的作用。一些管理人員對(duì)公路隧道照明控制的主觀性、隨意性很大，往往以犧牲公路隧道安全照明為代價(jià)來(lái)追求自身的利益空間。這種只求節(jié)約用電而不考慮行車與人員安全的行為是最讓人痛心疾首的。

3.4.2 重視照明設(shè)備的維護(hù)與保養(yǎng)

在公路隧道中，由于各種原因會(huì)使隧道照明燈具隨著時(shí)間推移其表面污垢而漸漸加重。這就對(duì)公路隧道的照明效果會(huì)大打折扣，特別是在出口段更為嚴(yán)重。雖然每個(gè)隧道都對(duì)照明燈具有定期清理，但很明顯這種清理頻率和清理干凈度也是很難做到規(guī)定要求的。

3.4.3 照明系統(tǒng)分期分批合理實(shí)施

新建公路隧道初期可能交通量可能很小，但過(guò)一段時(shí)間后其交通量就會(huì)隨之漸漸地增大。對(duì)于這種情況，我們就應(yīng)該采取分期分批實(shí)施的照明方式，這樣能夠有效地節(jié)約電能。

4 效果分析

預(yù)期經(jīng)濟(jì)效益：（1）公路隧道智能照明綜合節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用范圍廣，可實(shí)現(xiàn)隧道照明按需照明，能源利用率高，較傳統(tǒng)的隧道照明系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)節(jié)能20%以上，節(jié)能效益顯著。（2）該項(xiàng)技術(shù)的投資成本適中，但該技術(shù)節(jié)能效益高，每年的運(yùn)營(yíng)電費(fèi)低，且光伏發(fā)電系統(tǒng)還可享受國(guó)家政策補(bǔ)貼，產(chǎn)生正收益，進(jìn)一步降低隧道運(yùn)營(yíng)費(fèi)用，較傳統(tǒng)照明系統(tǒng)增加投資可在5～7年內(nèi)收回，經(jīng)濟(jì)效益顯著。（3）通過(guò)該項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用，將全面提升照明質(zhì)量，可實(shí)現(xiàn)隧道照明質(zhì)量綜合達(dá)標(biāo)率80%以上，提高隧道運(yùn)營(yíng)安全性，降低交通事故發(fā)生率，降低運(yùn)維難度。

預(yù)期社會(huì)效益：公路隧道智能照明綜合節(jié)能技術(shù)的研究和應(yīng)用，將有效的降低隧道照明系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)能耗，極大的改善目前隧道照明系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)成本巨大的問(wèn)題。該項(xiàng)技術(shù)可創(chuàng)造有效率的照明環(huán)境、提高隧道照明質(zhì)量，提升隧道行車的安全性；利用太陽(yáng)能資源，改善能源供應(yīng)結(jié)構(gòu)，改善環(huán)境；引入新技術(shù)，提高隧道照明領(lǐng)域的科技水平。

5 結(jié)語(yǔ)

近些年來(lái)，伴隨著我國(guó)高速公路快速的發(fā)展，高速公路隧道照明高耗能問(wèn)題日益突出。本文針對(duì)目前甘肅省高速公路隧道照明系統(tǒng)中存在的問(wèn)題，從設(shè)計(jì)、項(xiàng)目實(shí)施以及其運(yùn)營(yíng)管理等方面提出了一些節(jié)能措施，主要包括合理采用設(shè)計(jì)速度、交通量的科學(xué)預(yù)測(cè)以及精確測(cè)試洞外亮度等；以達(dá)到較好的生態(tài)效益、經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

【參考文獻(xiàn)】

[1]吳晨.淺談高速公路隧道照明現(xiàn)狀及節(jié)能方案[J].中國(guó)高新技術(shù)企業(yè)，2011，（16）：120-121.

[2]朱萍莉.淺談如何促進(jìn)高速公路隧道機(jī)電安裝技術(shù)的創(chuàng)新[J].中國(guó)集體經(jīng)濟(jì)，2011，（12）：191-192.

[3]阮穎，李晨，陶冶，高正龍，馬國(guó)勇.基于單燈智能控制的高速公路隧道照明管理系統(tǒng)[J].中國(guó)交通信息化，2018（10）：121-122.

[4]段偉.公路隧道照明智能控制[J].長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2015（05）：93-95.

[5]周智慧.全壽命周期造價(jià)法在隧道照明節(jié)能方案對(duì)比分析中的應(yīng)用[J].湖南交通科技，2018（02）：78-79.