第09章 隧道照明

隧道工程第9章隧道照明道路与桥梁工程系乔雄Tunnellighting学习本章的目的：（1）了解道路照明基础；（2）掌握隧道亮度曲线；（3）了解隧道照明设计内容。内容9.1概述9.2隧道照明基础9.3道路照明的质量9.4隧道亮度曲线9.5照明设计9.1概述9.1.1隧道照明的目的把必要的视觉信息传递给司机，防止因视觉信息不足而出现交通事故，从而保证行车安全和增加行车舒适性。9.1概述⑴人的视觉光入射人眼后产生的各种视觉●光觉—明暗●形觉—物体形状●色觉—颜色●动觉—物体运动●立体觉—远近●深度觉—深浅9.1.2人对光强变化的视觉问题⑵白天进洞①进入隧道前的视觉问题由亮度极高进入黑暗，有适应的滞后现象－黑洞效应在白天，驾驶员进入隧道时会遇到如下视觉问题：刚进入隧道由于白天隧道外的亮度相对于隧道内的高很多，如果隧道足够长，驾驶员看到的是黑乎乎的一个洞，这就是“黑洞”现象；如果隧道很短的话，在驾驶员面前就出一个“黑框”。黑框现象黑洞现象②进入隧道立即出现的视觉问题进入隧道后由明亮的外部进入一个较暗的隧道，视觉会有一定的适应时间，然后才能看清隧道内部的情况，这种现象称为“适应的滞后现象”。③隧道内部的视觉问题在隧道中间段，由于汽车排出的废气集聚，形成烟雾，汽车前照灯的光会被这些烟雾吸收和散射，形成光幕和降低前方障碍物与其背景（路面，墙面）之间的亮度对比度，影响障碍物的能见度，给视觉功能带来不利影响。⑶白天出洞亮度差别大，容易出现弦光隧道出口处会出现一个很亮的出口（白洞现象），对驾驶员会产生强烈的眩光，从而看不清路况，容易发生车祸。白洞现象9.1.3我国隧道照明状况《规范》规定300m以下的行人稀少且交通量不大的隧道可不设照明，但二级以上公路隧道长度超过100m时必须有可靠的照明设施。9.2.1光的度量9.2.2司机的视觉9.2.3影响视觉的主要因素9.2隧道照明基础⑴光的本质：●光是一种波，可见光的波长范围为380～760nm之间，具有波粒二象性●光的传播速度为30万km/s●光通过介质传播，波长和速度将随介质改变，而频率不改变9.2.1光的度量

⑵光通量

光通量是指单位时间内光辐射能量的大小，它是根据人眼对光的感觉来评价的。式中：Km—最大光谱光效能，683lm／w；V(λ)—明视觉光谱光效率；流明lm

—为光谱辐射通量;

⑶发光强度(光强)光通量的角密度(空间)，描述辐射体在不同方向上光通量的分布特征cd坎德拉若光源辐射的光通量Φ是均匀的，则在立体角ω内的平均光强I为：⑷照度

照度是用来表示被照面上光的强弱，以被照场所光通的面积密度来表示。取微小面积dA，入射的光通为dΦ，则照度E为：勒克斯lx⑸亮度亮度是表征发光面在不同方向上的光学特性。太阳的亮度：荧光灯：尼特nt

⑴视野：人眼的视野较广，大约100度范围，上约50、下约75度9.2.2司机的视觉

⑵视觉：视网膜上分布着两种感光细胞，锥状体和杆状体细胞，根据光强度不同进行工作。杆状细胞对光的感受性很高，而锥状细胞对光的感受性较低；另外，杆状细胞不能分辨颜色，只有锥状细胞感受光刺激时才有色觉。⑶司机注视范围国际照明委员会（CIE）建议：司机观察路面的平均视点高度为1.5m，相当于汽车司机的人眼高度，若向前注视的视角约为1°则注视的范围约为正前方60~160m左右。⑷司机的看视条件●路面平均亮度，对隧道来说还有作为背景的墙面亮度；●路面亮度均匀度●物体的亮度；●物体与背景的亮度对比；●观察物体时的有效时间；●眩光程度等。还与物体的形状，轮廓的清晰度、在视野中的位置有关。

视觉是以生理量度量的，受观察者的精神、视力、身体状况的影响。还受气象（如雾等）和空气混浊程度的影响。

⑴适宜的亮度适宜的亮度是物体在视网膜成象引起视觉的基本条件。物体表面亮度大，视网膜上象的照度就高，就看得清楚，视觉与亮度的对数成正比关系。9.2.3影响视觉的主要因素⑵对象的大小

“对象”的定义就是能够看到的事物或者事物的一部分。能否看清对象，除了依赖于照明条件外，还决定于对象的大小。⑶对象和背景的亮度对比在观察方向上，若对象的表面亮度为L0，背景亮度为Lb，则对象与背景的亮度对比C可用下式表示

C值表示对象与背景亮度差别的大小，C值越大，可以识别得越清楚。C值小到某一值以下时就不能识别对象了。⑷颜色对比的影响亮度对比是识别对象的主要因素，颜色对比则为辅助因素。⑸环境亮度的影响对背景亮度的要求是足以识别背景。足够亮的背景，才能衬托出对象的轮廓和相对位置，使司机作出准确的判断，保证行车安全。⑹空气对能见度的影响●空气对光通的衰减作用和光幕发光（或反光）物体的光通，必须经过空气才能到达人的眼睛。在传播的过程中受到吸收作用和散射作用造成光通衰减。●空气的散射作用散射是指空气组成成份把原来向一个方向传播的光变成向各个方向传播，使原来光线减弱的现象。●透过率是光线在污染空气中的透过量与在洁净空气中的透过量之比⑺观察时间的长短观察尺寸大的物体只需很短的时间，同一物体，照度越高（背景亮度越大），识别时间越短。9.3道路照明质量

路面（背景）亮度越高，眼睛的对比灵敏度越好（亮度对比阈ε越小）。Dunbar实验表明：平均亮度升高时，察觉障碍物所必要的亮度对比C变小。9.3道路照明质量9.3.1路面平均亮度察觉障碍物的平均亮度Lav和亮度对比C的关系保证亮度均匀度是为了给司机提供良好的能见度和视觉上的舒适性。干燥路面和湿路面的路面亮度有很大变化，均匀度也相应有很大变化。严格的均匀度要求，一般限于干燥路面和路面平均亮度较低的情况。9.3.2路面亮度均匀度⑴总均匀度（U0）为了使路面上所有区域都有足够的亮度和对比度，提供令人满意的能见度，需要规定路面最小亮度和平均亮度比值的范围。式中:Lav——距车道边缘1/4宽度处(左或右)测得的路面平均亮度；Lmin——距车道边缘1/4宽度处(左或右)测得的路面最低亮度。对于隧道总均匀度包括路面和两侧2m高范围内的墙面，昼间U0≥0.7；夜间U0≥0.5。对于露天道路一般不低于0.4。

⑵纵向均匀度（）为了提供视觉舒适性，要求沿各车道线中心线有一定的纵向均匀度。纵向均匀度是沿中心线的局部亮度的最小值和最大值之比。式中：Lmax—从车道线中心线测得的最大亮度；Lmin—从车道线中心线测得的最小亮度。隧道纵向均匀度包括路面两侧2m高范围的墙面，昼间Ul≥0.8；夜间Ul≥0.6。露天道路依道路等级不同，不低于0.7或0.5。道路照明眩光分为两类：（1）失能眩光（2）不舒适眩光9.3.3眩光限制

⑴失能眩光

眩光导致的识别能力的下降，是由光在眼睛里发生散射过程造成的。表示对照明设施造成的能见度损失方面的评价。失能眩光是生理上的过程，是表示由生理眩光导致辨认能力降低的一种度量。

⑵不舒适眩光眩光造成的不舒适感，目前还没有专门的测量仪器，是用眩光控制等级（G）表示所感到的不舒适程度的主观评价。表示在眩光感觉中的动态驾驶条件下，对道路照明设施的评价,心理上的过程。为了保证交通安全，道路的走向，道路的界限，道路交叉点以及特殊地点都应该清晰可见，要求有良好的诱导性。诱导性一般来自两个方面：即视见诱导性和光学诱导性。诱导性通过各种诱导标志和照明设施获得，与照明设施等一起，共属交通安全设施范围。9.3.4诱导性

●道路视线诱导标志，是沿行车带标明道路边缘和线形的一种设施，以便昼夜诱导司机的视线，并根据需要设在某一路段上，如路面中心线、路线或两侧路面标志、道路护栏与护桩、积雪地区设置雪标杆等。⑴视见诱导性●隧道内墙面也可以起诱导作用，但隧道内的诱导作用首先要求有足够的照明，使诱导标志成为可以视见的。⑴视见诱导性●在道路照明设施中，排列成行的照明器可以指示出道路走向、弯道、交叉和各种特殊场合，再配合其它视线诱导标志，能在远距离上使司机明显地注意到有危险性的地段。●照明器在排列、光色、光强以及设置的方位和间隔的变化，会有效地起到光学诱导作用。⑵光学诱导性●在同一区段内注意保持照明的一致性（照明系列及光色等），以及在不同区段，采用不同类型的光源、不同的格调等，都会有效地起到光学诱导作用。●在规模大、线形复杂、多层次的立体交叉场合不宜大量装设路灯，这种场合宜采用高杆照明，在照亮道路的同时也照亮环境，可以获得与白天相似的良好诱导性。⑵光学诱导性9.4隧道亮度曲线长隧道照明基本上可以按接近段、入口段、过渡段、中间段和出口段五个区段划分。9.4隧道亮度曲线

9.4.1隧道照明区段划分接近段入口段过渡段中间段隧道入口出口段⑴亮度曲线：沿道路轴线，由入口洞外的接近段经入口段、过渡段、中间段直至出口段，司机在白天所需要的路面亮度变化曲线，称为亮度曲线。9.4.2隧道亮度曲线接近段入口段过渡段中间段出口段入口段过渡段中间段出口段亮度水平隧道长度●自然光在路面反射引起的亮度有可以利用的亮度和需要限制的亮度两部分；●人工照明在路面反射引起的亮度是因自然光不足或根本影响不到而需用人工照明加以弥补的亮度，人工亮度沿路轴的变化曲线称为人工亮度曲线。由于目前人们对视觉适应能力的估算不一致，所以在入口（包括入口段和过渡段）亮度曲线的划法上相差甚远。我国的《公路隧道通风照明设计规范》对各区段的长度与亮度作了具体规定。9.5照明设计

道路隧道的内部照明，不仅要有足够的亮度，而且要有符合要求的质量。同时还要注意到隧道的特点，即它是一个封闭空间。另一方面，司机在动态条件下观察障碍物时，需要更长的背景，即在增加的背景长度上要保证亮度和亮度对比。9.5照明设计

⑴确定光源和照明器用来作为采光和照明的点发光体称为光源，可分为热辐射光源和气体放电光源。

热辐射光源是利用电能使物体加热到白炽程度而发光的光源。如白炽灯、卤钨灯。

气体放电光源是利用气体或蒸汽的放电而发光的光源，如荧光灯、荧光高压汞灯、高压钠灯、金属卤化物灯等。●隧道照明的光源，除了应满足在隧道特定环境下的光效、光通量、寿命及工作特性、光色、显色性和控制配光的难易程度等主要要求外，还应选择在汽车排烟形成的烟雾中仍能保证有良好能见度的光源。卤钨灯卤钨灯卤钨灯卤钨灯荧光高压汞灯荧光灯高压钠灯金属卤化物灯隧道灯具隧道灯具隧道灯具隧道灯具●隧道用照明器的主要作用是控制配光及保护光源。照明器的选择，应充分注意以下几点：◎照明器的配光特性是否符合照明目的，能否符合于设置该照明器场所的几何条件。◎形状和尺寸是否小而坚固，安装、维修应方便。◎材料应有良好的耐腐蚀性能，必要时要施以表面处理。◎对隧道墙面的配光及烟尘的污染应充分注意。◎在满足照明质量、环境条件及防触电保护要求的情况下，尽量选用光输出比高，寿命长、光通衰减少的照明器。⑵进行照度计算照度计算的目的是根据所需要的照度值及其它已知条件（照明器型式及布置、照明场所各个面的反射条件及污染情况等）来决定灯具的容量或灯具的数量，或在照明器型式、布置及光源的容量都已确定的情况下，计算某点的照度值。照度计算基本方法的特点及适用范围方法名称特点适用范围利用系数法用系数计算考虑直射光和反射光两部分的照度，计算水平面上的平均照度计算室内水平面的平均照度，特别适用于反射条件的房间查概算曲线一般生产及生活用房的灯数概略计算逐点计算法平方反比法此发只考虑直射光产生的照度，可以计算任意面上某一点的直射照度采用直射照明器的场所，可直接求得水平面照度，也可乘上系数求得任意面上的照度等照度曲线法方位系数法使用线光源的场所，求得任意面上一点的照度⑶灯具布置方案●