公路隧道出入口灯光配置优化

黄兴新 董万鹏 郭进朝 周笔 陈智章

摘  要：隧道灯光的合理分布可以使行车更加安全舒适，提高灯具照射效率，节能环保。公路隧道进出口亮度的急剧变化会造成驾驶员视觉适应困难，严重时甚至会导致交通事故。为解决这种驾驶员视觉适应的“滞后现象”，提高行车安全，本文基于白天与夜晚两种场景，考虑了隧道进出口和隧道中间段等不同位置的灯具分布，仿真研究了隧道照明总体效果，提出了可行的方案，为后续道路灯照明设计提供了参考。

关键词：隧道照明;视觉适应;照射效率

中图分类号：TP273 文献标识码：A  文章编号：2096-4706（2019）01-0040-04

Optimization of Light Distribution for Highway Tunnel Entrance

HUANG Xingxin，DONG Wanpeng，GUO Jinchao，ZHOU Bi，CHEN Zhizhang

（College of Physics and Electronic Information Engineering，Minjiang University，Fuzhou  350108，China）

Abstract：The reasonable distribution of tunnel lighting can make driving safer and more comfortable，improve the lighting efficiency，energy saving and environmental protection. Rapid changes in brightness at the entrance and exit of highway tunnels will cause difficulties in visual adaptation of drivers，and even lead to traffic accidents. In order to solve the “lag phenomenon” of driver’s visual adaptation and improve driving safety，Based on the two scenes of day and night，this paper considers the distribution of lights in different locations such as tunnel entrance and exit and tunnel middle section，simulates and studies the overall effect of tunnel lighting，and puts forward feasible schemes，which provides a reference for the follow-up road lighting design.

Keywords：tunnel lighting;visual adaptation;irradiation efficiency

0  引  言

21世紀，我国的隧道照明技术就像我们国家的经济一样飞速发展，在其发展过程中我们攻克了许多困难，但仍有较多问题有待解决：（1）现在隧道内部的灯光选择还主要是钠灯和荧光灯，设计陈旧、照明设施寿命短、能耗过高;（2）灯距布置不够科学合理。灯具的布置往往可以使隧道照明达到事半功倍的效果，而我国的隧道照明设计对灯具的分布，排列设计等，通常都是采用两侧安放灯具的形式，但两侧的布置灯具的照明效果要低于中间布置灯具的情形，而且灯具大都是等距排列，照明资源没有得到最有效的利用，同时也对车辆正常行驶产生了不良影响和增加了交通的不安全因素。

1  关于隧道中的视觉问题

1.1  隧道入口处的视觉问题

在白天时，由于隧道外部的光照亮度，高于隧道内部的亮度，此时当车辆由隧道外驶向内部时，考虑到人的眼睛调节“滞后”的原因，也就是眼睛的瞳孔还没来得及变大，光线就变暗了，此时驾驶的司机就会看不清前方的情况（也就是我们常说的视觉盲区），导致车祸的发生。

1.2  隧道内部的视觉问题

我们都知道隧道一般都建在山下或者地下，这些地方的空气流通性很差，汽车排放的尾气和一些尘土就留在了隧道内。而烟雾小颗粒会使光发生漫反射，导致光的亮度和照度变低，同时还会挡住司机的视线使司机很难看清车辆前方的事务，这样就很容易发生交通事故。

1.3  隧道出口处的视觉问题

在白天，当车辆由隧道内部驶向隧道外部时，白天隧道内比隧道外要暗，司机在一个很暗的地方突然驶向一个很亮的地方这就会使人的眼睛来不及反应（也就是我们常说的滞后性），人的眼睛在滞后的情况下是很难看清前方的情况，同时外面强烈的光线照的人眼睛很不舒服，此时司机就会做出不当的反应，从而导致车祸的发生。夜间的情况和白天的恰恰相反，黑夜的时候是隧道内部比隧道外部亮，此时当司机进入隧道时，和白天司机出隧道时的情况是一样的，但是在隧道内部的时候灯光的亮度要比白天的高，毕竟是晚上，没有太阳光的照射，必须要加大亮度，防止车祸发生。当司机驶出隧道时和白天的司机进入隧道时的原理是一样的。在设计的时候要区分不同的情况。

2  照明仿真与结果分析

本文基于DlALux软件，根据常见公路隧道照明的具体情况，设计了隧道白天和夜晚两种情形的灯具分布优化模型。

2.1  模型建立

如图1所示：隧道长30米，宽10米，高5米，材质：水泥，反射系数：0.27。

设计原则：隧道一般在100米以上才会有照明，但是我们设计时，只要模拟出情景即可，30米长的隧道，前10米是入口段过度，后10米是出口段过度，中间10米是正常路段。

2.1.1  白天隧道照明设计

（1）照明灯具选择

灯具：DIAL 25 SEKOLUX-E PL-L 136 EVG如图2且配光曲线如图3。

产品编号：25   光通量：2350lm   瓦数：36W

灯具的分类根据CIE：99   配件：1×T26   36W（修正系数1.000）

（2）照明燈具分布

灯具的分布是：前十米入口段密度由大到小，中间十米为过度段均匀分布，后十米为出口段密度由小到大，如图4所示。

2.1.2  夜晚隧道照明设计

隧道模型和上个白天隧道照明设计方案模型相同。

（1）照明灯具选择

灯具：DIAL  Optikleuchten如图5且配光曲线如图6。

产品编号：6   光通量：3200lm   瓦数：46W

灯具的分类根据CIE：100   配件：1×TC-TEL   42W （修正系数1.000）

（2）照明灯具分布

灯具的分布是：前十米入口段密度由小到大，中间十米为过度段均匀分布，后十米为出口段密度由大到小。

2.2  结果与分析

2.1.1  白天隧道照明

本次设计方案我们一共使用78个灯，功率：36W，光通量：2350lm。从图7可以看出，灯光的照度在隧道的入口处和出口处照度值比较大，并且密度也比较大，最大照度达到280lm，当人从较亮的外部环境进入到隧道后，由于隧道内部也是比较亮的，所以产生视觉上的滞后性比较小，在中部位置我们可以看到照度比较小，同时也比较均匀。

从图8可以看出平均照度保持在210lm上下，这时在司机经过一段时间适应隧道内部的光线已经能看清区内的情况下，我们再把亮度调小司机已经可看的到了，过度段调小亮度达到节约能源的目的。在后十米出口的位置我们可以看到照度又一次变大，此时亮度基本与洞外相等，以达到相对良好的衔接环境，这样为司机留有视觉的过度期，不会因为突然的变化引起不适。

2.2.2  夜晚隧道照明

本次设计我们一共使用89个灯，功率：80W，光通量：2350lm，从图9中可知，总光通量为284800lm，总功率：4094。从图8可以看出，灯光的照度在隧道的入口处前十米照度值比较小，开始是100-200-300-400（lm）司机在这个过程中慢慢适应下来，中间十米过度段照度400的时候稳定下来，司机进入隧道会在400lm左右的照度下前行，然后到达后十米出口段时亮度会慢慢变小400-300-200-100（lm），在100lm左右的照度下车辆驶离隧道，这时司机出隧道之后，在车辆自身的灯光下已经没有什么影响。

3  结  论

隧道的发展已有很多年的历史，那么隧道的照明设计，将必然会被迫切需要，公路隧道中如何让车辆安全、方便的通过隧道，同时又节约能源，这是公路隧道照明研究的一项重点。

通过本文的仿真设计方案我们可以得到结论：隧道灯光的分布应该采用中间布灯的形式，根据白天黑夜的不同情况来调整灯光的亮暗，仿真过的灯光分布设计不仅能达到亮度的需求，使隧道内部车辆行驶安全，还能节省大量的能源。

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