隧道LED天幕技术应用研究

曾庆展 杜镔 王德铭

（贵州省交通规划勘察设计研究院股份有限公司 贵州省贵阳市 550001）

1 背景介绍

随着公路建设的高速发展，长隧道及特长隧道越来越多。对于在特长隧道内行车，如何缓解驾驶员在封闭空间内形成的视觉疲劳和心理影响，进而减少因驾驶员视觉和心理因素造成的交通事故，成为公路建设和管理部门关注的问题。

LED天幕技术是指将LED点光源通过钢丝卡扣或铝槽安装的方式拼接固定在建筑结构物上，通过控制系统对LED天幕的图案、亮度进行自动化的控制，以实现美观、亮化的效果。目前，LED天幕技术已成熟地应用于城市楼宇、市政工程等项目中。[1]随着LED技术的成熟和生产成本的降低，将LED天幕技术应用于公路隧道以实现对隧道的亮化也逐渐可行。

2 设计原则

根据公路隧道的特点，在对隧道进行LED天幕设计时，应遵循以下原则：

（1）隧道内显示环境为低照度下的穹顶美化，车流较多，废气、粉尘污染较为严重，季节性温差较大，并且具有间歇震动的工作环境，因此，应采用高鲁棒性，长寿命的亮化设备和器材，以及先进的传输控制设备，同时对设备增加相应的防护措施。

（2）美化照明设施在满足表达效果的同时也为功能性照明提供提补充，并且符合《公路隧道照明设计细则》（JTG/TD70/2-01-2014）中的有关规定及要求。[2]注重节能、环保的原则，采用无频闪，无污染，寿命长，节电率高的LED光源，以最节能环保的方式实现最好的效果。

（3）灯光应用灵活，可通过远程设备随时变更显示内容及图案，降低后期维护成本，并且在达到显示要求的同时，做到见光不见灯的效果，最大限度地做到灯具隐形。

（4）美化设备所有带电部分应采用绝缘、遮拦或者外护物保护，距地面2.5m以下的电气设备应使用工具或钥匙才能打开外壳或机箱进行维护。

3 系统实施方案

3.1 点光源选型

采用30mmLED像素灯作为LED图像点光源，该灯具专门用于桥梁、隧道、楼体等建筑亮化、美化工程中，像素灯组成LED点阵后可显示图片、动画视频等，其结构简单，安装方便且灯光效果好，采用DMX512控制协议，将信号并联，如有灯具损坏并不会影响整条灯带的信号传输，保证了设备使用的可靠性。[3]

3.2 控制器方案

系统采用JK-C810D控制器联合组成控制LED点阵，使用JK-SD10作为主控器控制JK-C810D控制器，主控与分控之间采用交叉网线形式相连接，一头为568A，另一头为568B，网线的A，B端口可以随意插入分机的A，B两个端口，用超五类八芯双绞网线连接80m，JK-C810D控制器的各个输出端口至LED点光源“头灯”之间的距离不得超过60m，系统控制器的连接方式如图1所示。[4]

图1 系统控制器的连接方式

系统可采用联机连接或者脱机连接两种方式。[5]当采用联机连接时，网络同步控制器将需要显示的图形、视频数据分割后通过光纤网络交换机传送至系统JK-SD10主控，再按照协议进一步分割数据后传输至各个JK-C810D控制器，这样能远程更新LED天幕显示内容，降低维护和升级的难度与成本。当采用脱机连接时，主控制器JK-SD10将存储于SD卡中的数据按协议分割后下发至各个分控制器。

3.3 灯具安装方法

（1）采用铝槽安装的方式，将LED灯珠安装在铝型材上，灯孔预留直径为30mm，灯具间距为167mm，一条标准铝槽1000mm，含6个LED模组，灯带安装方式如图2所示。

图2 灯带安装方式

将铝槽底座通过螺钉固定于隧道顶面，将LED模组固定于铝槽盖板的预留孔中，安装好后将盖板扣合在底座之中，再用螺钉进行固定，防止盖板脱落，LED模组之间的距离为167mm，从而保证像素密度均匀。

（2）LED图像点光源及配套电器、开关电源等设备禁止安装在可燃材料表面。

（3）开关电源、各种控制器必须按照规范要求安装在金属外壳的箱体内，不得埋在地面和墙体内。

（4）LED图像点光源的电缆电线接头应端子连接或涮锡连接，并做防水处理。

（5）可挠性金属导管和金属柔性导管不能做接地（PE）的接续导体。

3.4 电缆敷设

（1）按已确定的配电箱位置，采用交联铜芯电缆，铠装电缆穿管敷设方式送至配电点。并根据现场情况加电缆井和电缆直埋标志桩，电缆拐弯时需加大管径，所有供电线路和控制线路按照设计规范穿管（线槽）敷设。[6]

（2）电缆施工放线时，需经过有关专业校验后，方可施工。当与其他专业管道冲突时，按照电力工程电缆设计规范执行。

（3）直埋电缆的埋深为0.8m。穿越行车道路时，需穿套球墨铸铁管加以保护，保护管应伸出路基0.5m。

（4）自配电箱出线采用铠装电缆直埋敷设至第一只灯具，自第一只灯具开始采用橡套电缆穿管敷设方式至其他灯具。

3.5 接地系统

（1）本工程接地采用TN-S系统。在配电箱处设置地极，接地极采用镀锌钢φ50，接地扁钢采用40×4，接地电阻不大于10Ω。每支路第一个灯具处引出PE线，截面面积与相线相同，接至灯具外壳，并与接地螺栓相连。[6]

（2）检修时需断电操作，断电前禁止人身接触。

3.6 施工过程中注意事项

（1）在安装过程中，分清灯具输入电压，避免安装时有错误致使灯具烧坏。

（2）所有接线、插拔端口连接、连接信号或电源的操作需要在断电的情况下进行，不得带电操作，所有灯具都必须牢靠接地。

（3）注意灯具安装的牢靠与美观。

（4）开关电源送电前要用万用表测量线路是否有短接或反接，确认无误后方可送电。

（5）所有接线处及接头都需要做好绝缘防水处理。

（6）布线均按照要求布置。

（7）灯具自带防水接头连接时要牢靠锁紧。

（8）输入到开关电源的AC220V或其配电箱的电压需稳定，且有漏电保护装置，防雷装置。

（9）施工时严格遵循电工技能要求和电器要求。[7]

3.7 设备材料及运营成本分析

在特长隧道中，可根据项目情况在隧道中间分段设置一定长度的LED天幕，以在隧道中间设置200m的LED天幕长度为例计算，LED天幕主要材料如表1所示。

表1 LED天幕主要材料

按照每个LED点光源功率0.72W进行计算，总共运行功耗为34560W，按照运行电费标准1元/度进行计算，则每小时电费为34.56元。

4 结束语

本文针对公路特长隧道内行车容易出现的心理和视觉疲劳问题，提出将LED天幕技术应用于隧道照明亮化的方案。文章根据隧道的特点，提出了LED天幕技术应用于隧道的设计原则、LED点光源的选择、照明控制方案及施工要点，并对方案的经济性进行了分析。上述方案可以缓解驾驶员在封闭空间内形成的视觉疲劳和心理影响，进而减少因驾驶员视觉和心理因素造成的交通事故，提高了安全性。