我国隧道照明的现状及存在的问题张凯

我国隧道照明的现状及存在的问题张凯

张凯

(陕西交通规划设计研究院)

摘要：本文分析了我过隧道照明中的灯具情况，照明模式情况，分析了我国隧道照明中存在的问题。

关键词：隧道照明，现状，问题

1、隧道使用灯具情况

隧道照明中系较常使用的灯具有高压钠灯、低压钠灯、金属卤化灯、紧凑型荧光灯，一些新型光源，如电磁感应灯和LED灯等在也在公路隧道照明系统中开始试点使用，其特点如下：

1.1高压钠灯：高压钠灯是我国正在推广使用的第三代绿色照明节能光源，它是一种高强度气体放电灯，工作时发出金白色光，具有发光效率高、透雾性强、特性稳定、光通量维持率高、寿命长、价格相对低廉等特点[27]。作为传统的隧道照明光源，高压钠灯已经广泛用于公路隧道领域，但由于内冲气体的负阻特性，如将钠灯直接接入电网中，其工作状态不稳定，在工作过程中会因持续放电而导致电流的上升，而导致钠灯或电路中的零部件被烧毁，所以高压钠灯在使用过程需要配备电子整流器。高压钠灯启动时间长，在通电5~10min左右才能达到正常亮度，再次启动需要约5min时间间隔。而且高压钠灯使用能耗较高，光源利用率较低，本文中使用的高压钠灯带有可调光整流器，其调光范围可以达到60%~100%。

1.2低压钠灯：低压钠灯是利用低压钠蒸气放电发光的电光源，工作时发出单色黄光，具有发光效率特高、透雾性强、透视性较好、寿命长等特点，但其显色性不佳，光谱分布过窄。本文中使用的低压钠灯带有可调光整流器，其调光范围可以达到60%~100%。

1.3金属卤化灯：金属卤化灯有两种，一种是石英金卤灯，其电弧管泡壳是用石英做的，另一种是陶瓷金卤灯，其电弧管泡壳是用半透明氧化铝陶瓷做的，金属卤化灯是目前世界上最优秀的电光源之一。具有光效高、寿命长、显色性好、结构紧凑、等特点。但是灯内的填充物中有汞，由于汞是有毒物质，若处理不当，会直接排入大气，会对环境造成污染。

1.4紧凑型荧光灯：紧凑型荧光灯是目前被公认为能取代白炽灯的唯一适宜光源，发光效率比普通荧光灯高5%，光效和寿命比普通白炽灯高5倍以上，由于显色性高，在城市隧道中有一定的使用。

1.5电磁感应灯：电磁感应灯，是集电子、电磁、真空等技术于一体的国际第四代节能环保型新光源。与传统的照明灯具相比，具有结构简单、无电极、无灯丝、超长使用寿命、无闪烁、显色性高、高光效、可瞬间启动、无汞污染等特点。而且具有可调光特性，调光范围可达到30%-100%。

1.6LED灯：LED作为新型的半导体光源，具有寿命长、高光效、高显色性、启动时间短、电流电压小、低功耗、结构牢固、运行成本小、可进行无级调光等特点；但是价格昂贵，散热不好，透雾性不佳，光衰减较大。

2、隧道照明控制模式介绍

2.1分级调光控制模式

分级调光控制是指隧道照明系统分为“晴天”、“多云”、“阴天”、“夜间”和“深夜”五级照明控制模式，每级照明模式对应相应的照明回路控制，系统根据不同的天气情况对隧道灯具进行开关量调节：晴天，开启基本段和加强段照明回路；多云，关闭引入段和加强段照明回路；阴天，关闭引入段和过渡段部分照明回路；夜间，开启基本照明回路[29]；深夜，开启单侧基本照明回路。在公路隧道照明控制系统中，主要使用分级调光控制模式，通过控制照明回路的开关，调节隧道照明亮度。但是这种控制模式对隧道灯具布设要求较高，调整范围较大，控制效果过于粗放，容易在隧道内形成“斑马线”，使得行车舒适性差，给行车安全造成隐患，同时还存在过度照明，隧道照明系统内有70%左右的能耗被过度照明消耗[30]。

2.2无级调光控制模式

无级调光控制是指根据照明控制参数的变化而连续调节照明灯具的使用功率，从而实现不同亮度等级的转变，实现隧道照明亮度较为平滑的调控。无级调光模式较分级调光模式更为精确，可以按照照明规范的要求，按需调节隧道照明灯具的功率，不需要灯具满负荷工作，改变了传统公路隧道照明系统亮度需求和灯具能耗的不可控性，有效的避免了过度照明，不但能使隧道内照度更加均匀变化，而且节约电能。无级调光模式主要针对LED灯、电磁感应灯和高压钠灯等灯具。随着照明技术的发展，无级调光控制模式在隧道照明系统中也正在推广使用。

2.3隧道照明控制方式

在隧道实际的运营中，照明系统控制方式可分为手动控制、分时序控制和智能控制三种控制方式

1.手动控制是指根据隧道内交通流的变化情况，通过人的主观判断，手动对隧道照明亮度进行控制。手动控制方式，自动化程度较低，对于隧道运营单位的工作人员来说，单纯地进行现场人工手动控制，则使得每天的工作量非常大。目前手动控制主要作为在交通事故等一些特殊情况下的辅助手段。

2.分时序控制是指照明系统根据不同天气状况和不同时间段，自动控制隧道照明亮度。分时序控制不能结合实际情况变化控制照明亮度地改变，容易造成“过度照明”和“照明不足”，因此分时序控制需要对隧道的所处的地理环境和不同季节的天气状况进行考察，根据经验数据确定分时序照明控制预案。

3.智能控制是指根据采集隧道外实时洞外亮度、隧道内实时交通流量、行车速度等参数，经过控制算法处理并发送调光指令控制照明亮度。智能控制系统一般由亮度检测器、交通流量检测器、控制系统、照明灯具和灯具控制器构成。亮度检测器、交通流检测设备将亮度、交通流参数传递给上位机，上位机通过控制算法处理，通过发送远程调光指令对隧道照明亮度进行控制。

3、隧道照明系统的调光控制方式

照明系统的调光控制方式主要针对无级调光模式，目前主要调光控制有电压控制电流源亮度控制方式，脉冲宽度调制(PWM)亮度控制方式，限流亮度控制方式。

1.电压控制电流源亮度控制方式是利用直流信号电压来控制输出电流平均值变化的一种输出电流可控电源，从而达到灯具功率调节的目的。

2.脉冲宽度调制(PWM)亮度控制方式利用数字脉冲，控制灯具调光控制器。灯具的调光控制器可以通过控制电压或者电流来实现对功率的无级调节来达到节能的目的，该调光方式具有反应速度快，不产生低次谐波，不影响系统功率因素等优点。

3.限流控制方式利用电阻、晶体管限制流过灯具的电流，从而控制灯具亮度。

4、我国公路隧道照明系统存在的主要问题

经过几十年的发展，我国在公路隧道照明领域取得了瞩目成果和创新，但是仍存在很多问题，主要表现在：(1)隧道照明理论的研究要较为薄弱，尚未有中国的隧道照理论流派在国际隧道照明学界能占有一席之地，对于隧道照明理论的原始创新还需要有更大的突破，对于中间视觉理论、洞外亮度参数、入口段亮度折减系数、隧道各区段亮度设计参数、连续隧道照明折减率等问题均需进一步深入研究。(2)对隧道照明专业人才的培养不够重视，致使隧道照明专业人才相当短缺，制约着隧道照明设计技术的提高和技术理论的创新。(3)我国隧道照明的现代化和自动化水平还有待进一步提高，洞外亮度检测仪、洞内隧道照度仪等国产设备的可靠性和准确性与国外产品还有一定的差距。(4)在隧道照明灯具的使用方面，我国隧道照明系统的照明灯具多使用钠灯，多使用分级控制模式和手动控制方式。在隧道实际运营过程中，钠灯使用时能耗较大，运营单位迫于隧道照明运营和维护的成本压力，大多数隧道在运营时长时间关闭一些回路的灯具，造成隧道内光线偏暗，明暗交错，亮度不均匀，容易使驾驶员产生视觉疲劳，给行车安全带来了极大的安全隐患。单纯的手动控制，主观性太强，而且需要专门的操作人员负责隧道照明系统的运营，增加了运营投入成本。

参考文献：

[1]范.波莫,德.波尔.道路照明[M].林贤光，李景色,译.北京:轻工业出版社，1990

[2]宋白桦，李鸿，贺科学.公路隧道照明的研究现状和发展趋势[J].湖南交通科技，2005，31(1A)：96-97