廣西在役公路隧道照明系統(tǒng)提質升級應用研究

易茜 李為民 胡紅波

摘要：文章介紹了我國公路隧道照明的基本要求及其技術研究的發(fā)展歷程，分析了廣西在役公路隧道照明設施現(xiàn)狀及存在的問題，并提出了相應的提質升級方案，以期為公路隧道照明技術發(fā)展研究提供參考。

關鍵詞：公路隧道;隧道照明;提質升級

0 引言

近年來，隨著《廣西普通公路省道網規(guī)劃》（2011—2030）和《廣西高速公路網規(guī)劃》（2018—2030）相繼批復，廣西公路建設發(fā)展迅速。根據2019年廣西壯族自治區(qū)政府工作報告，2020年廣西要以“五網”建設為重點，加速構建現(xiàn)代化基礎設施體系，首要的便是建設現(xiàn)代綜合交通網。根據部署，廣西交通運輸部門將采取超常規(guī)手段，新開工建設14條高速公路，里程達1100km，新建、續(xù)建“鄉(xiāng)鄉(xiāng)通”二級或三級公路6000km，加快實現(xiàn)“縣縣通高速、鄉(xiāng)鄉(xiāng)通二級”。公路建設逐漸從地勢相對較平的區(qū)域轉向山區(qū)較多的區(qū)域，公路建設進入“深水區(qū)”。隨著眾多的公路隧道建成使用，耗能高、支出高已成為公路隧道運營單位管理的難題之一。

目前，國內外研究人員針對隧道照明已經進行了較多的研究[1-5]，建設“綠色、節(jié)能、環(huán)保、低碳”的公路隧道，是近年來公路隧道照明技術研究的熱點之一[6-8]。與公路行業(yè)較發(fā)達國家相比，我國公路隧道工程品質還有一定的提升空間[9]?；诖耍?019-01-18，交通運輸部辦公廳發(fā)布《交通運輸部辦公廳關于印發(fā)促進公路隧道提質升級行動方案的通知》（交辦公路[2019]9號），要求加快推進公路隧道提質升級，更好地為公眾安全便捷出行服務。廣西為響應行動方案中在役隧道補齊隧道交通工程與附屬設施短板的要求，迅速開展了排查、評估和整治工作。

根據交通運輸部發(fā)布的《公路隧道提質升級行動技術指南》，在交通工程與附屬設施方面，以完善公路隧道照明、通風、交通安全設施為整治重點，需要對各項設施的整治分排查與評估、制定方案、組織實施、驗收、總結等五個步驟進行。本文基于此背景，回顧了我國公路隧道照明技術研究的發(fā)展歷程，并就隧道照明設施提質升級過程中所遇到的問題進行了探討，旨在為公路隧道照明設計和運營管理提供解決思路，以期為公路行業(yè)發(fā)展提供有益的借鑒和參考。

1 公路隧道照明

1.1 公路隧道照明基本要求

公路隧道照明的目的是給駕駛者提供安全的行車視覺環(huán)境，滿足不同層次駕駛者的視覺要求和心理需求，確保交通安全，提高運輸效率[2][10]。由于隧道頂部是封閉的，駕駛者進入隧道后會產生特有的人眼適應過程，所以隧道不僅夜間需要照明，白晝更需要照明，且照明要求更加復雜。隧道照明不僅是提供一定的亮度，同時應綜合考慮隧道內設計運營車速、隧道線型和交通量等因素，特別注意進入隧道時的視覺適應過程[11-12]，提升駕駛者的安全性和舒適性。

1.2 公路隧道照明設計規(guī)范發(fā)展歷程

我國公路隧道照明設計規(guī)范發(fā)展歷程大致經歷了三個階段：第一階段，20世紀90年代初及以前，我國公路隧道并沒有相應的技術標準，且只有極少數(shù)隧道安裝有照明設施，大部分公路隧道無照明或僅懸掛有幾盞路燈以供照明，公路隧道照明設計工作處于起步階段[13];第二階段，隨著公路隧道照明研究逐步得到關注，我國于1990-12-01頒布實施了《公路隧道設計規(guī)范》（JTJ026-90）[14]，公路隧道照明設計有了國內的技術標準，但其中仍有許多不完善的地方[15];第三階段，2000-06-01《公路隧道通風照明設計規(guī)范》（JTJ026.1-1999）[16]正式頒布實施，這一項具有首發(fā)性的成果標志著我國公路隧道照明設計有了專用的技術標準，對我國公路隧道照明技術的發(fā)展起到了重要作用[3]。近些年來，我國公路隧道數(shù)量大幅度增加，公路隧道照明得到了高度重視。為進一步推動我國公路隧道照明技術的發(fā)展，《公路隧道照明設計細則》（JTG/TD70/2-01-2014）[17]于2014年進行了修訂，更好地為公路隧道照明貢獻智慧和力量。

2 廣西在役公路隧道照明設施現(xiàn)狀分析

2.1 需進行提質升級的隧道類型

在役公路隧道提質升級應因隧制宜、功能適用、精準施策，結合隧道運行實際情況和當?shù)亟洕l(fā)展情況，采取針對性的照明設計方案和工程技術措施。需要進行隧道照明提質升級的隧道大致分為以下幾類：

（1）部分公路隧道長度較短，因設計時預測交通量較低等原因，未進行隧道照明設計，隧道內無照明設備，洞口無引道照明設施，周邊亦無箱式變電站、變電所等供配電設施。此類隧道提質升級過程中需要增加照明設施及相應的供配電設施。

（2）部分公路隧道目前已有照明設施，但隧道建成時間較長，燈具老化、損壞、光衰嚴重，洞內亮度不足。燈具、電纜、供配電設施受損嚴重或到達使用年限，提質升級時需統(tǒng)一進行更換。

（3）部分公路隧道目前已有照明設施，但照明標準沿用的是《公路隧道通風照明設計規(guī)范》（JTJ026.1-1999），照明標準偏高;照明燈具主要采用高壓鈉燈;缺乏照明控制方式或控制方式過于簡單，“斑馬紋”嚴重或運營過程中耗電量較大;原有燈具已接近使用年限，從節(jié)能環(huán)保的角度考慮，需更換照明設施。

2.2 隧道照明設計方案的差異

需要進行提質升級的公路隧道，隧道照明設計多于2014年以前完成，基本沿用的是《公路隧道通風照明設計規(guī)范》（JTJ026.1-1999）（以下簡稱舊標準），其2000-06-01發(fā)布實施以來，我國公路隧道規(guī)模不斷擴大、種類逐漸增多、設計車速不斷提高，照明理念和照明技術不斷進步，各種新材料、新設備也不斷投入使用?！豆匪淼勒彰髟O計細則》（JTG/TD70/2-01-2014）（以下簡稱新標準）應運而生。因此，對于在役的公路隧道的照明設施現(xiàn)狀及新標準下的設計要求，主要有如下幾個方面的區(qū)別：

（1）照明判定：舊標準規(guī)定“長度大于100m的隧道應設置照明”，新標準則根據隧道長度、公路等級定義隧道照明設置條件，并引入了“光學長隧道”的概念，避免了照明設計一刀切。

（2）洞外亮度取值：新標準中按照亮環(huán)境及暗環(huán)境取值時，通過查表得到洞外亮度值有所減小。

（3）入口段加強照明分段：舊標準僅設一個入口段Lth;新標準設兩個入口段Lth1、Lth2，且Lth2=0.5Lth1，與過渡段照明銜接更平滑。

（4）過渡段照明亮度：新標準中對過渡段（Ltr）亮度的取值作了調整，調整后與舊標準的對比見表1。

可見，新標準過渡段照明亮度標準降低。

（5）中間段亮度取值：新標準中間段亮度的取值均比舊標準中的取值小，對于人車混行的隧道，中間段亮度也由2.5cd/m2降低到2.0cd/m2。

（6）出口段照明：新標準將出口段照明分為兩段，Lex1=3Lin，Lex2=5Lin，每段長度取30m。且L≤300m時可不設置出口段加強照明，300m≤L≤500m時可只設置EX2段照明。

（7）燈具的發(fā)展及選取：舊標準主要推薦采用效率高、透霧性能較好的高壓鈉燈，而隨著近些年LED燈具的發(fā)展，LED燈具的應用已非常普遍。新標準中規(guī)定采用LED光源時，照明亮度可減少到亮度標準的50%，但不低于1.0cd/m2。使用LED光源進行照明，將是隧道照明發(fā)展的趨勢。

（8）應急照明：新標準規(guī)定，長度L>1000m的一級、二級公路隧道應設置應急照明系統(tǒng)，應急照明供電電源維持時間由不少于3min提高到不少于30min。

（9）照明調光：新標準對隧道照明白晝和夜間照明的調光方案進行了建議，隧道照明控制方式應以智能控制或自動控制為主。

3 隧道照明提質升級方案

3.1 無照明設施隧道升級

對于當前無照明設施的隧道，根據新標準的要求判斷其是否需要設置隧道照明設施，并為其合理設置照明燈具、布燈形式及間距。為隧道照明設施配置供配電設施，供配電專業(yè)結合提質升級中其他專業(yè)所需增加的設備，進行供配電設計。

3.2 有照明設施隧道升級

對于當前已有照明設施的隧道，進行提質升級設計前，應對隧道照明設施現(xiàn)有情況進行排查。隧道照明設施排查主要項目見表2。

提質升級的公路隧道已建成運營數(shù)年，在有條件的情況下可以對洞外亮度進行實測，利用測量數(shù)據進行照明計算。對于提質升級后照明燈具的布置，應通過收集圖紙并結合現(xiàn)場情況確定原有照明分段及設置間距，在盡量不變動照明支纜位置的前提下，通過調節(jié)燈具功率、設置間隔等方式來滿足新標準的要求。

3.3 新、舊標準下隧道照明耗能對比

以一條時速為60km/h，長度為1000m的二級公路隧道為例，洞外亮度按天空面積百分比為0%（亮環(huán)境）取值，設計小時交通量按遠景計，采用雙側對稱布燈方式，新、舊標準下隧道照明設置對比見表3。

二級公路隧道多為單洞雙向隧道，兩端均設入口加強段照明，不設出口段照明，故得到照明總功率及新舊標準耗能比例見表4。

可見，沿用新標準后，由于設計標準的變化及燈具性能的提升，隧道照明耗能有明顯降低。

3.4 不同照明調光方式對比

隨著LED燈具等照明光源的發(fā)展以及工業(yè)自動化水平的提高，公路隧道照明控制方法分為智能無級調光控制和分級調光控制兩種。

3.4.1 智能無級調光控制

利用LED燈具電流可控性強、亮度可通過改變工作電流實現(xiàn)自由調節(jié)的優(yōu)勢，實現(xiàn)隧道照明無級調光，能夠有效避免分級調光方式產生的“斑馬效應”，達到很好的節(jié)能效果，延長燈具和電源的使用壽命。無級調光控制器通過在隧道內外的亮度儀采集及反饋的信號，進行相應的亮度值轉換，開啟各個回路的亮度的調節(jié)和平滑控制，實現(xiàn)公路隧道“按需照明”的控制需求。

3.4.2 分級調控控制

隧道PLC控制：隧道PLC控制器負責對隧道照明回路進行控制并采集照明反饋信號，通過隧道PLC實現(xiàn)對隧道LED燈具時間和亮度的自動控制。

調光控制器控制：將實測的洞外亮度值、洞外亮度規(guī)律，或不同時段的照明控制預案輸入照明調光控制器，用于調控隧道內照明亮度。

時控開關控制：時控開關安裝在照明配電箱中，照明亮度根據時控開關預設的時間自動開啟或熄滅。

提質升級可根據隧道實際情況及項目建設預算，選擇合適的照明調光方式。不同調光方式對比見表5。

3.5 隧道保通措施

提質升級的公路隧道運營多年，交通量較大，改造二級公路隧道等單洞雙向隧道時，還有可能會有行人出入。不論是新建或是改造照明設施，施工都需要在正在運營的隧道中采取半封閉作業(yè)的形式進行，施工期間既要確保公路安全暢通，又要保證施工人員的安全及施工質量，因此施工過程中必須做好隧道保通措施。

保通措施應遵循以下幾個原則：

（1）不中斷交通原則：提質升級的公路運營多年，是很多城鎮(zhèn)之間往返的必經之路，原則上施工期間應不中斷交通，保證公路的通暢運行。

（2）少影響原則：施工期間應將對交通造成的影響減少到最低，盡量保證至少單車道通行，兩個方向的車輛能夠有序通過。

（3）管理原則：加強各方面的管理，加強與各級管理部門的聯(lián)系，保證安全文明施工。

正式施工之前，應做有效的部署。成立項目工程交通保暢領導小組，建立保障人員通訊錄，嚴格按照行業(yè)規(guī)定，辦理施工許可等手續(xù)。通過實地測量或收集資料的方法，獲取隧道交通量情況。制定雨霧等惡劣天氣、交通事故等特殊情況的相關處治措施。經詳細論證后制定保通方案，同時報路政、交警等部門審批。進行逐級安全技術交底，對專職保通員進行施工前培訓。正式開始施工前，通過新聞媒介發(fā)布施工通告。

施工時，交通保障領導小組應按照運營單位、路政、交警等部門的相關管理條例、作業(yè)規(guī)程等規(guī)定，在隧道洞口設置“前方施工”“車輛慢行”、限速、車道變窄、解除限速等交通安全標志。隧道內光線較暗，應設置頻閃燈，以示警告。作業(yè)人員必須穿戴反光標志服，作業(yè)機械應按照標準粘貼反光標志或涂反光材料，并按標準安裝黃色警示燈。施工區(qū)與通行區(qū)采用交通錐進行嚴格分離，擺放防撞桶、水馬等，防止車輛誤入，保證施工安全和交通安全。應充分發(fā)揮路政、交警等其他相關部門的作用，發(fā)揮聯(lián)合巡邏優(yōu)勢，加強對施工作業(yè)區(qū)的監(jiān)督、規(guī)范、檢查，確保目標車輛安全通過。在施工期間車流量較大時，可派專人指揮交通，對路面進行清掃檢查，以確保行車及人員安全，保證兩個方向的車輛能夠有序通過。當出現(xiàn)交通事故或交通嚴重堵塞時，應及時通知交警大隊和路政大隊，采取應急疏導措施進行交通疏導。施工期間應充分利用交通信息廣播、互聯(lián)網、當?shù)仉娕_、電視臺、報社等媒體，公布施工信息和沿線交通管制情況。

4 結語

截至2018年年末，全國公路隧道達17738處[18]，其中，2015年以前建成的隧道占比70%以上[19]，而隧道照明設計基本沿用的是《公路隧道通風照明設計規(guī)范》（JTJ026.1-1999），因此，公路隧道照明提質升級工程量和費用都較大。公路隧道提質升級是一個排查、評估和整治的過程，應根據隧道特點及現(xiàn)有設施現(xiàn)狀的不同，按重點突出、因隧制宜、合理利用和分類、分類分批實施原則，采用相應的技術措施，對公路隧道照明系統(tǒng)提質升級工程進行深入系統(tǒng)的研究，對確保交通安全、提高運輸效率，達到低碳、節(jié)能的運營效果，都有著極其重要的理論研究價值和經濟意義。公路隧道運管單位應積極響應和重視在役公路隧道照明設施提質升級工程，這對提升公路隧道運營管理水平具有非常重要的經濟和社會意義。

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