高速公路隧道照明标准的对比分析

冯涛

（河北省高速公路京秦管理处，河北 秦皇岛066001）

1 引言

公路隧道已成为现阶段实现高速、快捷、安全运输的重要工程设施，建设规模逐步提升，在交通运输发展中起着不可替代的作用。由于特殊的交通及地理环境，照明系统需24h 不间断运行，若系统设计不合理，不仅会造成巨大的能源消耗，而且驾驶员眼睛难以很快适应，黑洞和亮洞效应显得尤为明显，在交通量大、气候恶劣的情况下，极易发生交通事故[1]。现有的隧道照明标准中：中国采用JTGT D70/2-01—2014《公路隧道照明设计细则》，过渡段设计参照CIE 标准；意大利UNI 11095标准[2]，外部亮度采用等效光幕亮度；美国ANSI/IESNA 标准[3]，认为人眼能快速适应黑暗环境到明亮环境，不设置出口段；车速车流量计算法[4]对入口段以及中间段亮度计算重新定义，而不是根据固定值。这些标准分别根据各个国家不同的情况，对入口段、过渡段、中间段、出口段进行不同的亮度划分，各有利弊。总之，各隧道照明标准的制定主要是为了在保证照明安全的情况下，尽量节约电能[5]。下面基于亮度曲线对上述标准进行对比分析。

2 隧道照明标准及亮度曲线对比

2.1 中国JTGT D70/2-01—2014《公路隧道照明设计细则》

入口段亮度取值主要以车辆行驶的速度和洞外亮度值为依据，其中行车速度由道路等级所限定。根据2014 年8 月我国出台的新隧道照明规范准则，将隧道入口段划分为2 个照明段，对应亮度如下：

对于不同的车速设计值，其入口段系数K值也有所不同，L20为洞外亮度。

过渡段位于入口段和基本段之间，以CIE 标准规定的适应曲线Ltr=Lth1（1.9+t）-1.4为依据，将过渡段划分为3 个照明段，3 个照明段的计算式分别为：

中间段是隧道内过渡段后最长的一段道路，经过过渡段后驾驶员已完全适应现有照度，因此中间段可以设置为基本照明。其中间段亮度值的设置与交通量、行车时速、车道形式有关，人车混合通行的隧道中间段的最低亮度要求为2.5cd/m2，对于不同的车速，车道形式其亮度取值也各不相同。

根据JTGT D70/2-01—2014《公路隧道照明设计细则》的规定将出口段划分为2 个照明段，每段各取30m 为宜。对应的各段亮度按照式（6）计算：

式中，Lin是中间段亮度。

若设计车速为80km/h，外部亮度4000cd/m2，依照JTGT D70/2-01—2014《公路隧道照明设计细则》计算出的亮度曲线如图1 所示。

图1 JTGT D70/2-01—2014《公路隧道照明设计细则》的亮度曲线

2.2 意大利UNI 11095 标准

在标准中采用等效光幕亮度代替外部亮度：

式中，Lseq为等效光幕亮度；Latm为大气亮度；Lpar为挡风玻璃亮度；Lcru为仪表盘亮度。

入口段中C参数取决于灯具光学类型，因为灯具放置在交通车道，根据意大利UNI 11095 标准一般取0.23。

式中，Le为入口段亮度。

过渡段参照Ltr=Le（1.9+t）-1.4曲线，其中Le是Lv的最大值。中间段取2.25cd/m2。出口段适当比中间段提高一些。意大利UNI 11095 标准的亮度曲线如图2 所示。

图2 意大利UNI 11095 标准亮度曲线

2.3 国际照明协会的CI E标准

入口段的亮度是根据隧道外的亮度、采用折减系数（k）与年最大洞外亮度L20（S）的乘积为隧道入口段亮度Lth设计的最大值：

式中，LS、LR、LE分别为天空亮度、道路的平均亮度、环境亮度；K1、K2、K3分别为天空亮度、道路的平均亮度、环境亮度对应的折减系数。

入口段分2 个部分设计，从入口段长度一半的地方开始，其亮度水平逐步线性降低，并在入口段结束时降低到入口段开始时亮度的0.4 倍。

过渡段的设计以Ltr=Lth（1.9+t）-1.4为依据，可分为2～4 段进行设计，亮度逐级递减。所以在设计时，两相邻段之间亮度的值须低于3 倍。

中间段的亮度与隧道外亮度无关，主要根据隧道的设计车速对中间段的亮度进行设计，出口段亮度为中间段的5 倍即可。CIE 标准的亮度曲线如图3 所示。

图3 CI E隧道照明标准亮度曲线

2.4 美国ANSI/I ESNA标准

入口段的亮度以路面测得的平均亮度为主，主要引入隧道外的亮度、光度耗散模型等参数来计算入口照明段亮度。过渡段的设计与规范中的设计要求大同小异，而中间段亮度与设定值不一样。对于出口段，认为人眼能快速适应黑暗环境到明亮环境，所以不设置出口段。亮度曲线如图4 所示。

图4 美国ANSI/I ESNA标准亮度曲线

3 隧道照明标准对比分析

对于隧道外部亮度的取值直接影响入口段的亮度分布，即由明到暗的适应过程。在避免黑洞效应方面，从驾驶员视角来讲，年最大洞外亮度和等效光幕亮度法比直接测量法更加合理。入口段亮度取值基本按照系数K值法。入口段是隧道照明的关键部分，合理的亮度分布是非常重要的。相比将入口段只分成一个部分而言，分成2 段或者亮度逐步降低，不仅可以降低照明成本，而且不会因为亮度骤变产生不适。过渡段亮度取值根据适应曲线Ltr=Lth（1.9+t）-1.4，以入口段亮度值为依据对过渡段进行亮度划分，但系数取值有所不同。中间段亮度取值基本为定值。国际照明协会的CIE 标准和美国ANSI/IESNA 标准对中间段亮度定义较高，采用2.5cd/m2更优，节能效果更好，可以降低照明所需成本。美国ANSI/IESNA 标准对出口段不做要求，这是不合理的，一般应取5 倍中间亮度，但同入口段照明原理相同，合理地逐步增加是很重要的。