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隧道照明 | 临近段、加强段和过渡段的白天夜间照明手法

 方丈助理 2015-07-20

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隧道照明是公路隧道照明的分支之一,任何长度的隧道都必须提供充足的夜间照明,但与一般公路照明要求有所不同的是,长度大于一定值的隧道还需提供白天照明。


从隧道照明的整体设计规范上考虑,隧道照明主要分为白天照明和夜间照明两个部分,隧道的夜间照明作为夜间公路的延伸,应为驾驶员提供一个兼具视觉舒适性和导向性的环境使得驾驶员能够及时发现路面障碍物、认清行车反向保证正常行驶和避免交通事故的发生;隧道的白天照明,是对长隧道(长度大雨100m)的隧道提出的特殊要求。


在长隧道的白天照明设计中,既要考虑到应满足以上隧道照明的基本要求外,还需考虑到观察放着进入隧道前后的视觉适应性,为隧道行车的安全运行提供有力可靠的保障。


此文以日本隧道照明设计为例。


隧道的白天照明


一般而言,如果从入口前的安全刹车距离外看过去,出口占有视野的很大部分,则隧道或地下通道就无需额外的白天照明(相对于正常的夜晚照明)。


相反,如果从相同位置看过去,出口在黑框内,其中的障碍物,如汽车等可能隐藏其中,则这时就必须提供白天照明。


照明质量要求



隧道的白天照明要求和亮度值


临近段L20


驾驶员驶向隧道时在临近段眼睛调适的亮度决定了隧道内阈值段的亮度要求,在此应该考虑两种调适亮度;临近段的亮度和等效环境亮度、天空亮度,对处于离隧道口安全刹车距离处的驾驶员而言,也就是临进段的最小长度,其感受的临近段亮度等于以隧道四分之一高度为底部圆心,以眼睛为顶点的2X100圆锥视野范围内的平均亮度。



对大多数隧道类型,可以采取各种措施来降低临近段的亮度,如使用粗糙的深 色材料来处理临近段路面、隧道口立面和近隧道口的墙面(如水底隧道);在和入口相邻的地方或入口上方植树来遮蔽明亮的天空,或者将隧道口建造的尽可能高大,这样就可以降低隧道内的亮度,便于节能。


在实际操作中,根据隧道类型和采取的措施的不同,隧道临近段的最高亮度在约3000 cd/m2 至超过8000cd/m2 之间(对应于水平照度约为100000 lux)。


临近段-L20计算(1)




综合影响临近段亮度的外部亮度因素在不同的隧道有很大不同.比如,对穿山隧道,隧道口周围山体的亮度基本决定了临近段的亮度;对水底隧道,隧道入口上方天空亮度对隧道临近段的亮度起决定作用;对高架道路地面通道和地下通道而言,临近段亮度部分取决于建筑的结构形状,部分取决于上部天空的亮度;而在建筑林立之处,天空的影响很小。



注:γ,ρ和ε分别表示各部分在20°视野中所占比例。单位:kcd/m2


临近段-L20计算(kcd/m2)(2)

临近段的亮度值(kcd.m-2)




加强段Lth


加强段Lth:亮度要求


为使驾驶员维持良好的视觉状态,确保安全,在隧道入口处的开头需要相对较高的亮度,此亮度是临近段亮度L20的函数.加强段亮度Lth 可以利用下表给出的Lth/L20比值计算出来。


加强段 - Lth/L20比值(在一半加强段的区域)




需注意的是,隧道墙壁2米以下部分的平均亮度不得低于路面的平均亮度。


综合影响临近段亮度的外部亮度因素在不同的隧道有很大不同。


比如,对穿山隧道,隧道口周围山体的亮度基本决定了临近段的亮度;对水底隧道,隧道入口上方天空亮度对隧道临近段的亮度起决定作用;对高架道路地面通道和地下通道而言,临近段亮度部分取决于建筑的结构形状,部分取决于上部天空的亮度;而在建筑林立之处,天空的影响很小。


加强段Lth:长度


加强段的长度至少等于安全刹车距离.从刹车距离的一半开始,照明水平可以线性渐降直至到末端约为 0.4 Lth.亮度的降低也可以逐级进行,但前一级亮度和后一级亮度的比值不得超过3:1。


过渡段Ltr


驾驶员进入长隧道后需要一些时间将眼睛调节到能适应内部段较低亮度水平,过渡段照明从最高到最低的变化必须逐步进行,这也是过渡段照明的目的。


过渡段沿隧道轴向的亮度分布由以下公式决定,长度由曲线的标示和车速决定:




过渡段Ltr-亮度计算




入口段(包括临近段、加强段和过渡段)


一般各段的照明不可能均匀下降;


可以使用阶跃式下降的方式,只要相邻阶跃的亮度比不超过3:1就可以,因为人的视觉在这种状况下还不受影响。


内部段


内部段的照明无需任何变化,只要提供均一的稍高于普通开放式道路照明水平的亮度即可。


除了高亮度使驾驶员感到更安全外,还要考虑路面的反射条件,需要相对较高的亮度主要是因为在隧道内由于污染的影响降低了能见度。这也是为什么推荐的亮度跟刹车距离和交通密度有关系的原因。


日本隧道照明标准对内部段照明的标准


注:平均亮度的换算系数,混凝土路面为13;沥青路面为22


CIE对隧道内部段照明的推荐亮度(cd/m2)



出口段


由于人眼从暗向明视觉的调节速度极快,所以,隧道出口并不需为视觉适应增设照明。但是,为使驾驶员在明亮出口的视觉背景下可清晰看见前面大车阴影中的小车,以及离开出口时有良好的后向视觉,或为应急时和维护时可双向运行,可以使出口的照明和入口照明保持对称布置。


出口段照明只需将隧道最后的60米区域的亮度提高到内部段亮度水平的五倍即可。


出口段-亮度要求


如果有眩光影响(如阳光、雪地、水面等)的亮度要求:


–要有足够的后视照明


–同时用作入口,增加过渡段,一般过渡段的照度应为隧道口外部照度的1/10,过渡段的长度不大于80m。


隧道的夜间照明


以上讨论的是隧道的白天照明。


对于夜晚照明而言,入口照明相应地减少,而出口段,则由于隧道外的照明比隧道的内部段照明更低,在夜晚会出现“黑洞”现象,因此,一般应设置过渡段,逐渐减低照明水平直至达到外部道路的夜间照明水平。


日本隧道照明标准的夜间出口过渡照明



隧道照明用光源与灯具配光



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