高速公路隧道照明节能设计研究

刘 玄

北京兴延高速公路有限公司，北京 102200

0 引言

公路隧道场地环境相对特殊，当驾驶人员驶入隧道时，会经历由亮环境到暗环境的驾驶过程，产生黑洞效应；当驾驶员驶出隧道时，会从暗环境过渡到亮环境，产生白洞效应[1]。在这些过程中，驾驶员的视觉会存在明显的滞后性，无法在短时间内适应环境亮度的变化。当驾驶员长时间处于隧道黑洞效应与白洞效应的交替环境中，其驾驶舒适度会严重降低，同时，还会增加交通事故发生概率。

为保障驾驶员可以在公路隧道环境中安全驾驶，并拥有良好的视觉环境，高速公路隧道工程项目参建单位需要重视隧道内部的照明设计。以往的设计通常围绕交通量、车辆速度来设计隧道内部的照明亮度。这种设计方法虽然强调了安全性，但是在实践应用中，往往会增加电能消耗。根据相关数据，电费支出约占据高速公路隧道工程运营总费用的75%；而在电费支出中，隧道照明用电费用可占据90%。由此可见，在保障公路隧道照明安全性的前提下，隧道照明的能耗问题已经成为当前高速公路隧道施工建设需要重点解决的问题。

1 高速公路隧道照明存在的问题及其原因

近年来，随着照明技术的发展，大多数高速公路隧道工程项目开始主动应用新技术、新设备，以营造良好的隧道视觉环境。部分高速公路隧道工程建设单位为减少能源消耗，会优先选择高功率的高压气灯及高反射率的材料。但是在实际的高速公路隧道工程中，照明技术及设备系统在使用过程中的能耗问题依旧突出，甚至部分照明系统在运行过程中存在明显的电能资源浪费问题。如果高速公路隧道运营期间通过的车辆较少，相关工作人员通常会采取开启单侧灯及交错间隔开灯等方式，达到减少电能资源浪费的目的，但是这种方式难以保障行车安全。而且，受到设计因素及施工因素的影响，高速公路隧道的照明效果未达到预期[2]。高速公路隧道照明存在的主要问题及其原因如下。

1.1 隧道照明亮度超过实际需求

结合以往经验，照明系统优化设计需要考虑车速及洞口亮度。一般情况下，设计人员会以照明灯具的功率及分布情况作为主要设计依据，并且在取值时以取最大值为主，导致照明系统亮度明显超过实际需求，引发电力资源浪费问题。

1.2 专线供电电压较高

高速公路隧道工程项目通常采取专网专线方式实现高质量供电，在供电期间通过箱变改变电压的方式供电。但是在这一过程中，实际电压会明显超过预期。因此，在电能输送过程中，设计人员还需要考虑降压因素，以防止对灯具使用寿命造成负面影响。

1.3 三相电压不平衡

在安装照明系统的过程中，部分施工人员未按照预期设计方案进行规范操作，导致三相电压不平衡。再加上电网输入电压的过程存在波动问题，容易引发电能浪费现象。如果不及时解决上述问题，高速公路隧道照明用电期间的能耗问题会越来越严重[3]。

2 节能技术在高速公路隧道照明中的应用意义

传统高速公路隧道照明的施工设计方式问题明显，如果施工设计人员未能深刻认识传统设计方式的不足，高速公路隧道照明系统存在的电能资源浪费、经济损失等问题会越来越严重。为进一步提高高速公路隧道照明系统的运行效率，相关工作人员主动将节能设计理念及相关技术引入高速公路隧道照明的施工设计体系，通过科学设计与合理应用，可以取得良好的应用效果。

2.1 保障高速公路隧道行车安全

保障高速公路隧道行车安全始终是高速公路隧道工程项目的重点。高速公路隧道环境相对特殊，需要借助照明系统达到良好的视觉环境效果。节能减排理念下的照明设计工作更加强调可持续性与科学性，为确保高速公路隧道照明用电的可持续性与科学性，相关部门及主体参建单位应该围绕高速公路隧道照明工程系统的设计问题进行统筹部署。在部署规划过程中，设计人员可依托新型照明灯具设备及相关技术、材料，补齐传统高速公路隧道照明体系存在的短板，为驾驶员提供良好的视觉环境。

2.2 维持高速公路隧道行车安全与投资成本之间的平衡

随着节能减排理念的推广，高速公路隧道工程对照明系统的应用需求发生了显著改变。在施工设计过程中，除了需要满足高速公路隧道的行车安全标准，还需要结合高速公路隧道施工区域的场地环境及实际需求，科学设计与高效应用隧道照明系统。为保证高速公路隧道行车安全与投资成本之间的平衡，设计人员应该统筹部署节能减排技术的应用，并解决相关设计问题。通过不断提高电能的利用效率，解决隧道照明系统的电能资源浪费问题，减少后期运营费用。与此同时，设计人员可立足节能减排理念，应用新型照明技术及新型材料，并通过合理设计隧道照明系统施工方案，增强隧道照明系统的节能运行效果[4]。

总之，在高速公路隧道照明设计工作中融入节能减排理念，可以进一步促进高速公路隧道施工建设项目的健康、持续发展[5]。

3 高速公路隧道照明的节能设计措施

3.1 设计高效、科学的智能照明控制系统

洞外亮度始终是影响高速公路隧道照明系统设计效果的重要指标。当前，部分参建单位未结合实际情况分析洞外亮度等重要指标，而是盲目地采用规范最大值，容易引发电能资源浪费问题。与此同时，隧道交通情况也会对高速公路隧道照明需求产生影响。结合以往的设计应用经验，当隧道交通量较大时，电能需求量也较大。对此，在具体设计过程中，可结合不同时间段的交通量合理控制照明系统，如合理设定白天与夜晚的开灯时间。然而，在设定开灯时间时虽然可以让维管人员到现场进行调节，但是这一做法会增加高速公路的运维费用，并存在诸多不确定性。

为解决上述问题，并减少白洞效应与黑洞效应带来的负面影响，施工设计人员在规划高速公路隧道照明节能方案时，应该将智能照明控制技术应用于高速公路隧道照明节能建设。例如，可以利用智能化监测技术监测、分析当前隧道车流量及隧道内外部的亮度情况，根据数据反馈结果自动调节灯具。这样一来，不仅可以满足隧道行车需求，也可以减少白洞效应与黑洞效应带来的负面影响。更重要的是，基于智能照明控制技术的高速公路隧道照明系统可以减少电力消耗，并为驾驶员提供良好的视觉环境。

利用智能化的控制手段也可以调节、管理照明系统的运行时间及照明亮度。例如，可根据隧道内外的实际照度对比值，利用智能化控制技术管理照明系统的运行过程。当隧道内外的实际照度对比值超过1∶15时，智能化控制器会自动启动白天的照明灯具；当对比值小于1∶15时，智能化控制器会自动启动夜晚的照明灯具。除此之外，在安装智能照明系统的相关设备时，现场施工人员应该严格按照设计图纸要求，加强对细节的处理。并且在后期的运行过程中，做好全过程的控制监管工作，以切实增强高速公路隧道照明系统的照明效果[6]。

3.2 健全、优化照明供配电系统

供配电系统的节能设计是高速公路隧道照明系统设计的重难点，在具体的优化设计过程中，设计人员应该结合隧道的行车照明基本需求，及时补齐传统供配电系统存在的设计短板。设计人员应该重点优化、调节变压器的负荷率，减少变压器负荷率过低而引发的电能资源浪费问题[7]。

此外，设计人员应尽量选择节能设备，如LED照明灯具。如果高速公路隧道已经安装高压钠灯，为减少电能损耗问题，设计人员可将其与节能镇流器搭配使用；或采用照明节电控制设备，加强对高压钠灯运行全过程的自动控制与管理，如可结合高压钠灯的启动特性，采取全压启动方式，保障灯泡的各项参数处于稳定状态；也可以利用切实可行的技术方法，合理调整输出电压，以避免产生冲击电流[8]。

3.3 定期维护隧道配电设备

为保障高速公路隧道照明系统始终处于高效、稳定的运行状态，施工单位在完成高速公路隧道照明施工建设工作之后，应该指派专业人员定期对隧道的配电设备进行维护保养，通过保障隧道配电设备的电路通畅，提高高速公路隧道照明系统的安全运行水平。

维护管理人员在维护保养隧道配电设备的过程中，应该结合隧道配电设备的运行状态，识别隧道配电设备可能出现的风险，并采取科学合理的应对措施加以处理。如果发现当前隧道配电设备的能耗问题相对严重，管理人员可适当更新照明系统及相关灯具设备，以增强高速公路隧道照明系统的节能效果。

3.4 结合使用高压钠灯与LED灯具

目前，大多数高速公路隧道施工单位在照明施工设计方面都采用了LED灯具与高压钠灯相结合的照明方案。LED灯具与高压钠灯的结合使用，可以进一步增强照明系统的灵敏性及节能效果。

结合以往的经验来看，高压钠灯的透雾能力较强且灵敏度较高，在使用过程中可提高驾驶员的观测效果。与此同时，因隧道空间环境相对封闭且没有外来光源，在照明灯具设备的选用上应该尽量选择显色度良好的照明设备，而LED灯具不仅显色性良好，满足驾驶需求，而且成本费用较低。高速公路隧道出入口对于安全性能的要求相对严格，通过采取组合照明的方式可增强照明系统的整体亮度，并且减少能耗。

3.5 规范设置照明功率

为确保高速公路隧道照明的节能设计效果达到预期，设计人员应该结合现有法律、法规以及相关标准规范，对照明参数进行科学计算与精准测量，以强化灯具的照明功率及亮度效果。通常情况下，设计人员可以将隧道的5 000 m处作为照明功率的参考点，2 500 m处的照明功率应该控制在5 000 m处照明功率的50%左右；1 000 m处的照明功率应该控制在5 000 m处的65%～75%。受场地环境条件影响，照明功率可能无法按照上述要求进行合理设置。因此，相关负责人员在确定照明功率之前，应该深入施工场地，准确把握现场环境条件。

3.6 优化隧道出入口照明

隧道出入口是高速公路隧道中电力资源能耗较高的区域。为减少光线对驾驶员视觉的负面影响，在设计过程中，设计人员应遵循节能减排及可持续发展理念，重点研究隧道外部与进出口连接处的光照射效应。可以通过种植植物等方式，减轻入口亮度；也可以在入口位置或者内部位置放置瓷砖，以增加隧道出入口亮度，保障内外照明效果。在铺设瓷砖之前，施工人员应该精准测量场地环境，确保所使用的瓷砖适用于隧道照明施工。

4 结论

总而言之，随着高速公路隧道建设水平的持续提升，高速公路隧道照明系统施工建设及相关节能应用问题逐渐受到关注。根据不完全的调查统计，我国大多数高速公路的隧道运营费用中的90%用于隧道照明。不难看出，高速公路隧道照明用电建设成本较高且能耗问题严重。因此，减少隧道照明能耗始终是高速公路隧道施工建设的重点问题。通过文章的研究，可以明确高速公路隧道照明节能技术应用的重要性及可行性。在今后的施工建设中，高速公路工程项目参建单位应该深刻认识节能减排理念及可持续发展理念的重要性，运用科学合理的新型照明设备及节能技术手段，消除传统照明体系存在的短板。除此之外，设计人员应该始终坚持节能减排的设计理念，重点研究照明控制系统以供配电系统的节能设计问题。在此基础上，结合使用智能照明控制技术，为驾驶员提供良好的视觉环境及安全通行环境。