LED护栏灯在桥梁照明中的应用研究

陈东明

(中铁第一勘察设计院集团有限公司厦门分公司 福建厦门 361000)

0 引言

近年来，随着我国社会经济改革的深入发展，城市化进程速度的加快，厦门市经济社会发展也步入“加速期”，各区也在超常规推进工业化、城镇化及岛内外一体化。在岛内外一体化建设中，交通基础建设占有相当大的比重。近几年建成的“两环八射”项目中含有较长的高架桥的项目较多，如马青路高架、海沧货运通道高架、西滨路高架、杏前路高架、同集高架等，在这些高架桥上设置常规灯杆照明，都存在不同程度的光污染问题。

1 城市照明光污染分析

城市道路均处在城镇中，道路两边都是高楼林立。在城市道路照明系统中，传统的照明方式均采用常规灯杆照明，常规照明的光污染较严重，给周围居民的夜间休息带来了严重的影响。在普通地面道路段，道路两侧均有高大的行道树及绿化苗木，在一定程度上可减少光污染。但城市高架桥高度均在10m以上，两侧绿化苗木无法遮挡光线，无法减少光污染，给高楼层的居民休息带来光污染。况且在高架桥上安装灯杆，不仅影响桥梁的整体美观性，而且也给后期的路灯管养单位带来维修的危险性。城市中的立交桥，为了解决立交桥的路面照明，不可能采用常规灯杆照明，只能采用高度较高的高杆灯，这样的照明方式光污染严重且路面照度、亮度及均匀度较差。

2 护栏灯发展及应用状况

随着城镇化进行的深入，各地区的桥梁越来越多，护栏灯在各地区的应用也越来越多。护栏灯的型式也由最初的嵌入式护栏壁灯发展成为护栏投光灯，再发展成现在的嵌管式护栏灯。护栏灯的光源型式也由最初的金卤灯、荧光灯发展成现在的LED光源。

嵌入式护栏壁灯是在桥梁的混凝土防撞护栏上方预留孔洞，然后将灯具嵌入安装在孔洞中，该种照明方式是最早型式的护栏灯，由于整体照度不佳，在桥梁功能性照明中应用不多，主要用在行人天桥上。

护栏投光灯主要是将投光灯安装在护栏顶部，使投光灯照射角度照向桥面，该种照明方式照明眩光较大，照度及均匀度也较差，各地在桥梁功能性照明中都有尝试使用过，但应用不多。

嵌管式护栏灯起初是将T5荧光灯嵌入安装在防撞护栏上部钢管里的，使护栏灯和防撞护栏融为一体，配套安装防眩光方形格栅，眩光及照度均匀度均有较大改善，基本达到道路照明参数的要求。随着LED光源及配光技术、灯具技术及控制系统技术的发展及应用，LED嵌管式护栏灯在桥梁照明中的应用也越来越多，如集美大桥、BRT高架桥、疏港高架桥、海翔互通立交桥、海沧货运通道高架桥等均有采用护栏灯照明。

桥梁护栏灯使用桥梁两旁的护栏钢管作为LED灯具的载体，解决桥面防护与照明双重需求，取代高杆路灯对桥面的照明，不仅节约资源使桥面更简洁，同时消除了高杆路灯造成的光污染，如图1～图2所示。

图1 嵌管式LED护栏灯安装效果图一

图2 嵌管式LED护栏灯安装效果图二

3 工程应用

3.1 工程概况

海沧货运通道工程，道路全长3.63km，道路等级高架桥为城市快速路，地面道路为城市主干道。项目含有1座主线高架桥，4座匝道桥以及地面道路等，道路设计红线标准段为60m，地面标准横断面为双向6车道的机动车道，双向4车道的辅道、绿化分隔带及人行非机动车道，高架桥标准横断面为双向6车道，宽度为26m(含混凝土防撞护栏设施等)，实际单向路面宽度为11.75m，如图3所示。

图3 道路标准横断面图

3.2 桥梁照明方案的比选

该项目第一标段两侧有高楼林立的居民区，且贴近道路两侧有110kV、220kV高压线，路段还存在高压线跨越道路的现象，经与供电部门现场核实测量，若设置常规灯杆照明，大部分路灯与高压线安全距离均达不到输电线路与构筑物安全距离的要求。为了减少行车噪音给两侧居民带来噪音污染，在桥梁护栏外侧均安装了声屏障，也影响了路灯灯杆的安装。

基于上述情况的存在，提出桥梁照明以下几种方案：

方案一：采用高度较低的灯杆，利用降低路灯灯杆高度，来满足与高压线的距离。

方案二：采用在道路外侧高压线路安全距离范围外设置30m高杆灯。

方案三：采用低空照明，在混凝土防撞护栏上安装照护栏灯。

方案一虽然满足了与高压线的安全距离，但是灯杆高度大大降低，桥面照明参数均受到较大影响，且桥面灯杆林立景观性较差，布灯方式也不能满足规范要求。方案二需要全线设置高杆灯，节能效果差，且高杆灯光污染严重，影响周边居民的休息。方案三采用低空照明，桥梁护栏灯利用桥梁两侧的防撞墙作为LED护栏灯的安装载体，解决桥面防护与照明双重需求，取代高杆路灯对桥面的照明，不仅节约资源使桥面更简洁，同时消除了高杆路灯造成的光污染。综上，采用低空照明作为该项目的桥梁照明。

3.3 照明标准值参数的选择

该项目高架桥为城市快速路，桥梁照明以功能性照明为主，参照《城市道路照明设计标准》[1]CJJ45-2015中的高档值进行设计，选择主要标准值为：

平均亮度维持值Lav：2.0cd/m2；

亮度总均匀度最小值Uo：0.4；

平均照度维持值Eav：30lx；

照度均匀度最小值UE：0.4；

眩光限制阈值增量最大初始值TI：10%；

机动车道照明功率密度值六车道≤1.00W/m2。

3.4 护栏灯的选择及安装

护栏灯灯体采用优质铝型材经热挤压加工成型，厚度不低压3mm，型材表面设置加强槽，可增加散热和增加灯具强度，灯具表面经过静电喷塑处理，灯具防护等级IP65。选用具有防眩光、具有优透光性及抗紫外特性的灯罩[2]。灯具配光曲线适合道路照明要求。灯具光源选用超高亮LED光源，1W/颗，光效不低于95lm/W。每套灯具长1.2m，每套灯具含12颗超高亮LED光源，光源色温3500K。灯具电源采用LED户外开关电源集中供电,输入电压为AC110-240V,频率为50Hz，输出电压为DC24V，输出功率为250W。每30m设置一个开关电源，开关电源安装在防撞护栏预埋的接线盒内。

护栏灯安装在桥梁两侧混凝土护栏上，间距2m，纵向等距布置。灯具之间采用抗老化阻燃电缆，电缆接头采用防水插接头直接相连。

护栏灯控制系统与地面路灯共用一套控制系统，采用时控与微机控制相结合的控制模式，控制照明系统的开、关。同时开关电源配备调光控制器，在下半夜车辆较少时，适当降低照明照度，减少能源的消耗，实现节能减排。灯具安装及接线示意图如图4～图5所示。

图4 护栏灯安装大样图

图5 护栏灯接线大样图

3.5 照明标准计算

经过采用DIALux软件进行模拟计算得出：平均照度值为35Lx，亮度总均匀度为0.18，最小照度值为15，照度均匀度为0.43，眩光限制阈值增量值为2，照明功率密度LPD值1.02；经过计算照明标准基本满足照明设计规范要求。

3.6 节能标准与措施

(1)根据《城市道路照明设计标准》[1]第7.1.2对照明功率密度(LPD)的规定，快速路主干路功率密度(LPD)≤1.00W/m2,该项目LPD=1.02W/m2,略有超标。

(2)选用的光源及控制器性能指标符合国家现行有关能效标准规定的节能评价值要求。

(3)选用灯具在满足相关标准以及光强分布和眩光限制要求的前提下，灯具效率不低于70%。

(4)LED灯具选用高光效、优配光、模组化的灯具，LED灯的整灯功率因数应大于0.95。

(5)灯具内设置LED灯调光控制器，深夜采取自动降低灯具LED模块的驱动电流，使LED灯具降低功率运行。每日的午夜12点之后，光源功率降低30%使用，经调光控制器调节后快速路、主干路、次干路的平均照度不得低于10Lx,支路的平均照度不得低于8Lx。

(6)制定后期管养维护计划，定期进行灯具清扫、光源更换及其他设施维护，使灯具维护系数大于0.7。

3.7 总体评价

护栏灯具安装在桥梁两侧的防撞护栏，照明系统与护栏钢管完美结合，不占用桥梁附属设施空间，与桥梁完美融合一体。同时，为了从不同的角度展示照明的亮化效果，采用双面出光的护栏路灯能很好地做到这一点。双面发光的护栏灯是指前面安装桥梁功能性照明灯具，背面(桥面外侧)可增加点光源、线光源装饰照明，作为桥梁的夜景照明[3]。它是集桥梁的功能照明，桥梁护栏的轮廓照明，桥梁外侧的美化夜景照明三项功能为一体，最大限度地维持了建筑的原有风貌，同时很好地将功能照明及景观照明效果完美结合，展现了光环境的和谐。

4 结语

LED护栏灯是一款定向发光、指向性强、配光性能好、电压低安全、功耗低、发光效率高、显色性好，寿命长、维修费用低的低空照明灯具等，属于典型的环保节能的绿色照明光源。目前，我国的道路、桥梁两侧的照明设施大部分采用杆式照明，随着LED照明技术的日益成熟，照明控制系统的日益先进，在某些特殊区域，受安装灯杆限制、城市立交匝道、一些重视景观的桥梁等，都可以采用护栏灯低位照明。这种照明方式的优点，具有较好的诱导性，能避免过多的灯杆影响景观。另外，随着城市道路桥梁数量越多，照明灯具数量也越来越多，日常的管养维护量大，桥梁照明采用护栏灯照明，日常安装维护时可以不使用登高车辆，降低了维护工作对道路交通的影响[3]。由此可见LED护栏灯作为桥梁功能性照明及景观性照明是值得尝试应用的产品。