隧道照明过渡段亮度动态需求探讨[1]

　　1 引言

　　按照《JTJ 026. 1—1999 公路隧道通风照明设计规范》，长度大于100m 的隧道应设置照明[1]。由于 早期光源制造工艺落后，调光性能差和控制手段落后等技术条件的限制，为了确保在各种情况的安全， 隧道照明系统的设计以亮度需求最大的情况考虑，存在大量冗余，使得过量照明严重。洞外亮度按夏 天中午的最大亮度进行计算，而实际洞外亮度随天气、季节和时间不断的变化。由于光源亮度随着使 用时间的增加而衰减和灯具受到污染而亮度下降， 为确保安全，按照文献[1]取0. 7 的维护系数。除此 以外， 还要考虑一定的设计冗余[2]， 造成过量照明。文献[1]中入口段、过渡段、中间段、出口段按 阶梯型取值，布灯时无论对称布置、交错布置、中 间布置还是分回路布置，由于单个灯具的功率较大，使得灯具间的距离也较大，都会造成照度分布不均。 荧光灯、高压钠灯、金属卤化物灯等灯具不能调光 或调节范围小，并且调光复杂，成本高，所以目前 的隧道照明系统一般不能调光或分回路有级调光[3]。LED 灯光效高、节能、环保、寿命长、响应 时间短，调光方便[4]，在隧道照明中具有广阔的前景。

　　2 国内标准和CIE 标准的比较

　　在公路隧道照明中，介于入口段与基本段之间 的照明区段称之为过渡段。其任务是解决从入口段 高亮度Lth 到基本段低亮度Lin 的剧烈变化给驾驶员 造成的不适应现象，使之能有充分的时间过渡，并 以渐变的加强照明实现这个过渡[5]。《公路隧道通 风照明设计规范JTJ026. 1—1999》中采用CIE 适应 曲线Ltr = Lth (1. 9 + t) - 1. 4 ，作为过渡段亮度与长度 划分的依据。TR1、TR2、TR3 三个过渡照明段的亮 度比例按3∶ 1划分，如图1 所示。

　　Ltr1 = 0. 3Lth ，Ltr2 = 0. 1Lth ，Ltr3 = 0. 035Lth ，亮度 变化较大，尤其是第一次多达0. 7Lth ，若取洞外亮 度L20 ( S) = 5000cd /m2 ，行车速度v = 80km / h，亮度折减系数k = 0. 035，Lth = 5000 × 0. 035 = 175cd /m2 和过渡1 段的连接点处， 亮度变化多达122. 5cd / m2 ，不利于眼睛的调节和适应，不利于行车安全。

　　按照文献[2]计算，三个过渡段的总长度为72 + 89 + 133 = 294m，总的适应时间为13. 23s。虽然《公路隧道通风照明设计规范JTJ026. 1—1999》参考了 《CIE88—1990. GUIDE FOR THE LIGHTING OF ROAD TUNNELS AND UNDERPASSES》[6]， 但隧道 内各段的划分上有所不同。CIE 标准将过渡的过程 分为三个部分，在前一半停车距离上亮度维持Lth ，使驾驶员适应在隧道的行驶，后一半停车距离开始降低亮度，先线性下降为0. 4Lth ，然后进入渐变区， 亮度按适应曲线Lth (1. 9 + t) - 1. 4 逐渐降低，直到等于 Lin ，如图2 所示。

　　以上均为理想的过渡过程，由于前期技术条件的限制，无法对灯具按照适应曲线的亮度要求进行按需 调节，而是将CIE 适应曲线进行划分为三段[1]，亮度 取值分别为0. 3Lth ，0. 1Lth ，0. 035Lth ，适应距离分别 为Dtr1 = Dth /3 + v /1. 8; Dtr2 = 2v /1. 8; Dtr3 = 3v /1. 8。 国内标准的过渡段，包括了由Lth 到0. 4Lth 和由0. 4Lth

　　到Lin 两个适应过程。实际上适应曲线不是固定不变 的，是随洞外亮度实时变化的，适应距离也是由适应 时间和车速算出。为了确保行车安全，《规范》中按最大洞外亮度进行考虑，使得当洞外亮度变小时，过 渡段的亮度远大于实际要求，同时由于过渡段长度的 固定，又造成过渡段长度大于实际需求，多开了照明 灯具，造成电能的浪费。同时由于分段调节，亮度呈现阶梯型变化，且 是4 次较大亮度的跳跃，不利于行车的舒适性和安 全。亮度阶梯型变化和适应曲线的对比如图3 所示。