玉树灾后重建LED道路照明设计

要 锐

(北京市政工程设计研究总院，北京 100082)

1 引言

2010年4月14日，青海省玉树州发生7.1级强烈地震。玉树州府所在地结古镇成为极重灾区。按照玉树灾后重建工作的总体部署，北京市是支援玉树灾后市政道路基础设施重建工作的实施主体。

玉树州地处青藏高原，平均海拔4000米左右，空气稀薄，透明度高，气候干燥少雨，晴天多，温差大，日照时间长，日照百分率50%以上，全州年日照2467～2789小时之间，年辐射量每平方公里623～674千焦。

如何针对玉树州特殊的地理、气候情况，并结合当地道路、供电现状，确定结古镇的道路照明方式，选择新型绿色光源，实施环保、节能、富有民族特色的道路照明设计，是本项设计的关键所在。

2 背景描述

2.1 道路现状及规划

2.1.1 道路现状

玉树州结古镇公路网构架初步形成，但是存在技术等级不高和网络连通度不够等问题，导致对外交通承载能力和应急能力不足，在一定程度上制约了玉树地区社会经济发展。

2.1.2 规划功能等级划分

按照道路使用功能划分，城区道路功能划分为四个层次:一是对外联络干道，包括对外公路;二是中心城区干道，包括主干道、次干道;三是组团内部道路，包括交通性街道、生活性街道;四是旅游景观道路，包括:步行街、马道游览。

2.1.3 不同等级道路承担的功能

1)组团之间的联系:由中心城主干道和次干道承担;

2)组团中心服务以及组团进出交通:由组团内部交通性街道承担;

3)组团内部交通:以组团内部生活性街道为主;

4)旅游特色交通:旅步行街、马道游览路、转经路、滨河步道等。

2.1.4 道路网规划方案

玉树中心城区道路网干路系统格局呈“三横三纵”，突破了原有“一横一纵”的T字型格局，大幅提升了道路交通承载能力 (见图1)。中心城区道路路网系统主要由7条中心城区主干路和13条中心城区次干路构成，其中:中心城区主干路约26.3公里，中心城区次干路约15.87公里，组团内部交通性街道43.1公里，主要道路共计61.27公里 (不含组团内部生活性街道)。

图1 玉树州结古镇规划

2.2 道路照明供电现状及规划

(1)现状情况

地震前，玉树州结古镇与称多县联网供电，共有水电站七座，地震中，部分电站损毁严重，不能再用，只有个别小水电站修复后可继续使用。

城区内除几条道路有照度不高的太阳能路灯外，其余道路均无道路照明设施。

(2)存在问题

供电能力不足，无法满足地区电力需求;电网结构简单，抗灾害能力弱;设备陈旧老化严重，供电能力和电能质量低;中压配网以架空为主，影响供电安全性和可靠性。

从供电现状看，道路照明的供电系统难以在短时间内得到充足可靠的供电保障。

3 道路照明设计原则

综合考虑玉树地区特殊情况，选择适宜的设计标准;以合理确定工程建设标准，尽量减少拆迁占地，节约工程投资为原则;道路照明设计优先考虑节约能源，注重生态环境保护和美观实用性。

4 常规路灯照明型式及光源的比较

当前国内常规路灯照明主要有市电、太阳能、风光一体等三种型式，其特点如下:

(1)市电路灯照明方式

该方式是各城市中广泛应用的常规照明方式，适用于各种不同标准的道路照明，照明方式灵活且效果好，灯具维护工作量小，但需配置路灯供电设备及敷设电缆管线，施工安装工作量较其它两种方式要大。

(2)太阳能路灯照明方式 (见图2、图3)

太阳能路灯这种新型绿色高科技路灯照明形式，吸收太阳光，通过光电转换为路灯供电，无需外接市网电，与高效能的LED光源配合，其优点是节能、环保、施工安装方便，不需配置路灯供电设备及敷设电缆管线。路灯开关无须人工操作，由智能时控器自动感应天空亮度进行控制。缺点是适用于次干道以下道路照明，不能有遮挡物 (一般不适用于城市中心区)灯具维护及电池更新维护量大 (目前电池一般5年就需更换)。

近些年，在点亮新农村工程、“十城万盏”等项目中，政府花费了大量资金，使许多供电无法送达的乡村道路也得到照明。不光给农村及偏远地区带来实惠，也为太阳能照明的发展提供了广阔的市场和丰富的经验。

(3)风光互补路灯照明方式

风光互补路灯是新型绿色高科技照明产品，在白天可以利用太阳光和风力资源发电，晚上利用风力发电机发电，弥补了风能供电或太阳能供电的单一性，使供电系统更具稳定性和可靠性。风光互补路灯虽然具有以上优点，但其相对于单一采用太阳能的太阳能路灯来说结构复杂，对运行维护要求较高。

图2 震后太阳能夜间照明

图3 震后太阳能路灯

(4)LED路灯与传统高压钠灯路灯参数比较LED路灯与传统高压钠灯路灯参数比较见表1。

表1 LED路灯与传统高压钠灯路灯参数比较

综合比较，LED路灯即半导体照明灯，它是一种固态冷光源，将电能直接转化为光能。具有环保无污染、耗电少、光效高、寿命长等特点，因此，LED路灯在道路照明节能改造中将有广泛的应用前景。

(5)结论

2010年4月15日地震当天夜里，由于电力全部瘫痪，在一片漆黑的结古镇县城，还能看到部分地区有星星点点的亮光，正是太阳能LED路灯在发挥作用。它给震后的结古镇带来了一丝光亮，并且伴着抗震救灾的大军度过了无数的日日夜夜。这就是为什么当地群众和领导对太阳能路灯情有独钟。

考虑到尽可能减少道路照明设施日常运行、维护的工作量，并根据玉树州结古镇日照充足，以及当地供电紧张的实际情况，综合比较以上三种照明方式，在设计中主要采用市电路灯照明和太阳能路灯照明相结合的方式，且两种方式光源均采用LED灯。

5 设计依据

(1) 《城市道路照明设计标准》 (CJJ 45－2006);

(2) 《供配电系统设计规范》 (GB50052－2009);

(3)《低压配电设计规范》(GB50054－2011);

(4) 《建筑物防雷设计规范》 (GB50057－2010)。

6 结古镇道路照明设计方案

6.1 太阳能路灯照明方式

(1)概述

玉树州结古镇的次要道路及非中心区道路照明采用太阳能路灯照明方式。包括:巴塘路 (滨河路)、巴塘路 (当代路)、扎西科路、北环路。

(2)照明标准

太阳能路灯照明标准统一参照城市次干路标准。

平均亮度:0.75cd/m2，亮度均匀度:Uo≥0.4，平均照度:10lx，路口交会处照度为:≥20lx，眩光限制:采用半截光型灯具。

(3)路灯布置形式

路面有效宽度小于10米的，在道路单侧布置8米或9米路灯，灯杆间距约24或28米左右。

(4)照明光源选择

标准路面:50W LED灯，交汇路口:80W LED灯。

(5)照明控制方式

路灯控制采用太阳能控制器，不光实现路灯的光控和时间控制，还能对太阳能路灯的充放电实现控制。并能够在夜间自动切控负载，以便于阴雨天延长路灯的工作时间。

(6)灯杆技术要求

玉树结古镇主街道将建设为玉树重建后不同以往独具民族特色的一道风景。为突出地域民族特色，彰显民族文化，设计除具备路灯本身具有的照明功能外，又要在外观造型上融入玉树藏民族文化精髓，从而达到照明和民族特色兼有的功能及效果。

①LED路灯

工作电压:AC(85V～265V)，频率:50～60Hz，LED发光效率:≥100Im/W，灯具效率:≥90%，功率因数:PF＞0.95，显色指数:Ra≥80，色温:4500k，防护等级:IP65，适应湿度:≤95%，耐温－38～+60摄氏度，抗UV紫外线黄化率30000小时无变化，寿命:≥50000小时。

②多晶硅太阳能电池板技术参数

光的转换效率: ＞16%，全部组件均为ISO9001认证工厂中设计生产。组件符合国标GB/T9535安全等级规范，可经受高风压、冰雹冲击和雪压，具有出色的防火能力，并且能防止鸟类的影响。透光率≥92%。

③太阳能铅酸蓄电池－免维护蓄电池

电池仓:须满足埋地、密封、防水、防潮、防冻要求。要采用防盗螺丝，并具备蓄电池防盗措施。

④太阳能控制器

具有以下保护功能:蓄电池接反保护，太阳能电池接反保护，负载过流及短路保护，蓄电池开路保护。应具备温度补偿功能，防雷保护功能。使用环境温度: －40～+50摄氏度;使用海拔≤5000米。兼有路灯控制功能，具有光控、时控功能，并应具有夜间自动切控负载功能，便于阴雨天延长路灯工作时间。光控、定时相结合并可设置。使用寿命不低于8年。须通过CE认证及GB/T19064国家信息产业部邮电工业产品质量监督检验中心的检测认证。

⑤路灯灯杆

灯杆材料:钢件经热镀锌处理后喷塑。法兰盘:尺寸＜400mm×400mm，紧固件螺栓、螺母为不锈钢。控制器:设置于灯杆内，操作门开关灵活并确保安全。

6.2 市电电源路灯照明方式

(1)概述

玉树州结古镇的主要道路及中心区道路照明采用市电电源照明方式。包括:红旗路、双拥街、商业街、政府街、德吉路、结曲路、扎西科滩路、公园西路、公园东路、八一西路、八一路、结古路、结古中路、结古东路、民主路、红卫路、南环路、跨河路、胜利路、新寨路、新寨东路 (见图4～图11)。

(2)供电方式

图4 新安装新寨东路路灯

图5 新安装南环路、北环路等边缘道路太阳能路灯

路灯照明用电负荷确定为三级负荷。在道路外侧设置箱式变电站为道路照明负荷供电。箱式变电站供电半径约1000米。由就近的10kV开闭所为每座箱式变电站提供一路10kV高压电源。实际实施时根据与当地供电部门的协调结果，可结合当地的实际情况，采用就近引入低压电源的供电方式。

(3)照明标准

①主干路:平均亮度:1.5cd/m2，亮度均匀度:Uo≥0.4，平均照度:20lx，路口交会处照度为:≥30lx，眩光限制:采用截光型灯具。

②次干路:平均亮度:0.75cd/m2，亮度均匀度:Uo≥0.4，平均照度:10lx，路口交会处照度为:≥20lx，眩光限制:采用半截光型灯具。

(4)路灯布置形式

路面有效宽度小于10米的，在道路单侧布置8米或9米路灯，灯杆间距约24或28米左右。

(5)照明光源选择

为了保证各条道路光色，照度的一致性，将市电电源路灯的光源与太阳能路灯的光源选择一致，均采用LED型灯具。

①主干路:标准路面:100W LED灯，交汇路口:125W LED灯。

②次干路:标准路面:50W LED灯。交汇路口:80W LED灯。

(6)照明控制及节能

在箱式变电站中装设有路灯控制仪，可实现人工及自动两种控制。在正常情况下，采用自动控制方式，可按照一年中的日出、日落时间进行定时开启控制;或者采用手动方式进行开、关路灯的控制。照明灯具顺序按A、B、C相跳相接线，保持照明负荷三相平衡。LED路灯光源以其光效高、寿命长、工作电压低等特性，充分体现了它的节能优势。

(7)灯杆技术要求:同太阳能路灯

7 问题及探讨

(1)LED道路照明标准

LED是正在快速发展中的新型绿色光源。目前，还没有一个可供设计人员使用的相应标准作为设计依据。在本设计中，主要依据的是现有《城市道路照明设计标准》，根据LED路灯特点在不同等级路段进行相应调整。

图6 新安装跨河路路灯

图7 新安装政府街等道路路灯

图8 新安装道路路灯夜间效果图

图9 新安装路灯灯头

图10 新安装商业街、红旗路等道路路灯效果图

图11 新安装民主路、红卫路等主路路灯效果图

(2)LED的色温问题

低色温的黄色光穿透雨雾的能力较好，但是，LED路灯色温偏高，在雨雾及灰尘较大的气候，对道路照明的效果有一些影响。尤其是结古镇正处于如火如荼的重建阶段，LED光源在尘土较大的晚间照明时段效果受到很大影响。

本项工程主要考虑到，当地的地理环境中雨雾天气毕竟占的比例比较小，且待到结古镇基本建成后，尘土问题也会相应消除，选择适应雨雾天气的暖色温灯具，从而提高灯具的造价和容量并不是最佳的方法，因此，并没有考虑采用较低色温的LED路灯。

(3)海拔高及环境温差大对LED灯的影响

前面提到，玉树州地处青藏高原，平均海拔4000米左右，日温差大。这样对LED灯这个新光源新产品是个考验。LED产品各个领域都在开发研究的阶段，但针对高海拔、高温差LED灯的具体参数及对应材料工艺的要求，还没有一个可以依据的标准和实验检测报告。而这方面的研究对今后相应地区LED灯的推广应用会有广阔的前景。在本次设计中，特意将海拔高度及温度范围列入技术要求中加以强调。

［1］玉树州结古镇总体规划 (灾后重建)，2010.

［2］“十二五”城市绿色照明规划纲要，2011.

［3］城市道路照明设计标准.CJJ 45－2006.