道路照明设计

道路照明设计主要内容1)概述2)道路照明标准3)光源与灯具4)道路照明系统布局5)道路照明设计与计算6)特殊场所照明26.1概述照明与交通安全道路照明的目的相关概念36.1.1照明与交通安全（1）车辆前照灯局限性纵向：标准车辆远光灯照射范围100～120m，近光灯30～50m。侧向：远光灯通常向正前方照射，近光灯有些偏左/右。4照明与交通安全（2）一些研究结论：照明设施设计不好或维护很差的道路上，事故率明显上升。道路照明可以使夜间交通事故数量降低30%以上。道路照明使事故量降低20～70%不等。5道路照明的目的提供良好的夜间交通环境。为长的地下道或隧道提供全日照明。减少夜间街上的犯罪活动。美化城市环境。6相关概念（1）视觉可靠性：指司机为了安全地控制汽车，对呈现在眼前的部分视觉信息进行选择和处理的能力。本能的，因人而异。视觉可靠性能够改善，事故率一定会降低。由两个影响照明参数的部分组成：视功能；视舒适：7概念关系8（2）光一种可为肉眼察觉，产生视感的辐射能。光是一种能量；不是光源的全部辐射能；而是其中能产生视感的部分；电磁波的可见范围为280nm～770nm。9（3）光通量（F）光源在单位时间内向四周空间发射的产生视感的辐射能（光）值。单位：流明（lm—lumen）。只与光源本身特性有关；表示辐射的可见能量的大小。10（4）发光强度（I）（光强）光源在指定方向单位立体角内辐射的光通量。单位：坎德拉（cd—candela）;立体角用sr表示，球的立体角为4π，1cd=1lm/sr光源的平均光强I=F/4π只与光源本身特性有关，表示光通量在光源四周的分布11（5）照度（E）被照面单位面积上的光通量。面积A上的平均照度Eav=F/A单位：勒克斯（lx—lux）1lx=1lu/m2。0.1lx—能大体看清周围的物体；20～30lx—工作场所的适宜照度；200lx—感觉最舒适，视觉不易疲劳，相当于太阳光不直接照射的露天地面上的照度。12（6）亮度（L）发光表面在一定方向的发光强度（反射光强度）与沿该方向的投影面积之比。L=I/Scosα。单位：cd/m2。反映了人眼主观视觉强烈程度，与照明器特性、被照点几何位置和路面的反射特性有关。13（7）照度E与亮度L的关系L=Eqq—被照面亮度系数；反映被照面朝观察者方向反射光数量多少的一个系数，表示路面的反光性能；相关因素：道路表面特性；观察者、光源相对于考察点的位置，即q=q(β,γ)β—光的入射平面和观察平面之间的角度；γ—入射光线的垂直角。14（8）反射率ρ被照表面反射出来的光通量与发射到该表面的光通量之比。与道路表面特性、观察角度有关。ρ=Mv/EE—表面照度；Mv—光出射度，即被照表面在所有方向（2π立体角）反射总光通量除以被照面面积。ρ=[0,1]沥青路面，～；水泥路面，～。15（9）发光效率η（光效）通常，电光源消耗的电功率只有很小一部分转变成光能，相当大一部分转变成了热能。发光效率指光源发出的全部光通量与其消耗的电功率之比，η=F/P（lm/W）。16(10)配光曲线在极坐标上标出各方位的光强值，连成的曲线。表明了光源的光强空间分布情况，并给出最大光强值点。17（11）利用系数到达工作面（路面）上的光通量与光源内发射的光通量的比值。（12）维护系数照明设施使用一段时间后，系统照度水平会降低，因为：光源老化，光通量衰减；灯具因灰尘、挥发物等污染引起光通量折减。照明设计中，初始值要比维持值（标准中的值）高出30～50%。18（13）色表人眼直接观察到的光源的颜色。（14）显色性表征被照物体颜色的失真程度。用显色指数定量表示。显色性好：物体受照后效果和标准光源（日光或火焰光）的照射效果相似；显色指数大。显色性差：受照物体颜色失真；显色指数小。所有灯没有一种对人的色彩感受有实质性的影响19道路照明标准主要内容我国道路照明标准视功能视舒适诱导性206.2.1我国道路照明标准—城市道路216.2.2视功能评价指标及设计定量参数（1）能见距离（2）察觉几率（3）显示能力（4）超阀限能见度（5）反应功能（6）相对运动的察觉功能评价指标设计定量参数（1）平均亮度Lav（照明水平）（2）总均匀度U0（均匀度）（3）阀值增量TI（失能眩光）关系试验研究22设计定量参数平均亮度Lav：

均匀度U0：阀值增量TI：衡量眩光使视功能下降的程度。其中Lv—等效光幕亮度，Lv=有眩光后的亮度-原有亮度23试验研究结论视功能的改善密切依赖于照明水平(Lav)的提高,Lav应≥1cd/m2，(对应于中等亮度均匀度和眩光限制，即U0=0.4,TI=10%左右)。为提高视功能，Lav范围应在2～10cd/m2之间（U0、TI中等水平）。均匀度或照明设施的眩光限制出现任何降低水平，会导致视功能的明显恶化。Lav、U0、TI之间存在一定的内在关系，即U0、TI的降低导致的视功能的恶化可通过提高Lav而得到改善，反之亦然。纵向均匀度对视舒适有影响，也影响司机的反应功能。246.2.3视舒适利用主观评价法，建立主观评价与照明设计参数之间的函数，进行定量分析。照明设计参数：平均均匀度Lav（照明水平）纵向均匀度Ul（均匀度）眩光控制等级G（不舒适眩光）主观评价常使用“九点表”25“九点表”26设计定量参数纵向均匀度Ul—车道轴向中心线上，最小亮度和最大亮度的比值Ul=Lmin/Lmax。眩光指数G:H’—从眼睛水平线到灯具的垂直距离；P—每公里灯具数；SLI—特定灯具指数，由灯具供应商提供。27一般性结论亮度水平的主观评价与道路类型有关，如：评价为“好”，主要道路,Lav＞2cd/m2，次要道路Lav＞1cd/m2。“好”—Ul＞，要求灯具间距＜40m。Lav、Ul、G间存在一定的内在关系，每一项在某些范围内都受次要参数的影响，如Ul由下降到，亮度水平主观评价单位下降1单位。“满意”—G=7。28诱导性诱导性的分类视觉诱导—利用道路的诱导辅助设施或专门的诱导设施。光学诱导—利用灯杆和灯具的排列，灯具式样、灯光颜色或其强度的变化。29（1）设置连续照明的道路合理选择照明装置的设置方式整齐的灯具排列两块板道路，灯杆设置在中央分隔带上；曲线段设置在外侧。30（2）通向交叉口的道路，相邻的道路，类别、功能不同的道路改变照明系统通向交叉口的道路（常规）和交叉口（高杆）采用不同的照明系统改变光源颜色交叉口的主/次路采用颜色不同的光源城市道路照明规划时，不同等级的道路有计划地采用不同的光源改变灯具的式样或安装高度通向停车场、加油站的道路采用和主路式样不同灯具或不同的安装高度改变灯具的安装布置方式中心对称布置的灯具在接近交叉口时采用双侧对称布置31光源与灯具6.3.1光源（1）根据发光原理32（2）常见光源特点及适用性白炽灯显色性好，使用方便，价格低；光效低，寿命短（卤钨灯有所改善）；多用于住宅照明；新型道路照明系统不宜采用。33荧光灯发光面积大，光线柔和，照度较均匀，接近自然光；光通量输出值有限（＜16000lm），需要镇流器，低温时比其它光源更难触发；多用于隧道内部照明和交通标志照明；新的道路照明系统中不再采用。34高压汞灯光效高，寿命长，色表好（兰-白）；初期投资高；早些年用来取代白炽灯，近年被高压钠灯取代。35高压钠灯HPS光效高，寿命长，眩光小，色表及显色性适于量大面广的道路照明；需特殊镇流器提供启动时的高压；近年来逐渐取代汞灯，许多国家认为它是道路照明光源的发展方向。36低压钠灯LPS低压钠灯是利用低压钠蒸气放电发光的电光源，在它的玻璃外壳内涂以红外线反射膜，是光衰较小和发光效率最高的电光源。低压钠灯发出的是单色黄光，用于对光色没有要求的场所，但它的“透雾性”表现得非常出色，特别适合于高速公路、交通道路、市政道路、公圆、庭院照明，能使人清晰地看到色差比较小的物体。低压钠灯也是替代高压汞灯节约用电的一种高效灯种，应用场所也在不断扩大。

光效最高，光通量长期稳定；显色性差；商业区.居住区用的较多。37混光灯放电管与白炽灯灯丝串联而得名；光效比白炽灯高1倍，寿命是其5倍；不需要镇流器；可直接更新现用的白炽灯。3839（3）光源选择总体要求：光效高、寿命长、有适当的显色性。道路照明应采用气体放电灯，不应采用白炽灯；具体地：快速路、对颜色识别要求不高的市郊道路—采用低压/高压钠灯；主干/次干路—高压钠灯；支路、居住区道路—小功率高压钠灯或小功率高压汞灯；市中心、商业中心等—可采用金属卤化物灯或中/高显色性高压钠灯。406.3.2灯具（1）组成与作用灯具包括：光源器件、反射和折射装置、支撑和固定光源的灯座、接线柱、外罩。作用：在保证总光效的前提下，调整光通量的分布，尽量把光分配到必要的方向，即调整配光。41（2）分类按安装位置与光的投射方向常规灯具：安装在灯杆、墙壁、拉线上，光的主要部分平行道路走向；链式灯具：悬挂在钢丝上，光的主要部分垂直于道路走向；投光灯具：光的投射方向完全自由，可以固定地朝任何方向。42（2）分类按配光特性截光型（限制眩光型）：光线分布在0～60°角内，纵向间距小，适于周围较黑的高速、城市干道。半截光型（半限制眩光型）：光线分布在0～70°角内，适于周围环境明亮的城市道路。非截光型（非限制眩光型）：光线分布在0～80°角内，间距大、经济，只用于胡同、小巷。436.3.3灯具的选择（1）机动车道应采用功能性灯具：快速路、主干路必须用截光型、半截光型；次干路、支路应采用半截光型。装饰性灯具—禁止机动车通行的商业街道，居住区道路，人行地道，人行天桥，有必要单独设灯的非机动车道宜采用装饰性和功能性结合得好的灯具或具有较高机械强度的装饰性灯具。44灯具的选择（2）高杆照明—宜选用泛光灯。照明标准高、环境污染严重、维护困难的道路和场所—宜采用防尘防水级别较高的灯具。空气中酸碱等腐蚀性气体含量高的地区或场所—宜采用耐腐蚀性好的灯具。发生强烈振动的场所—宜采用带减振措施的灯具。45道路照明系统布局6.4.1照明方式道路及与其有关的特殊场所的照明方式分为：常规照明高杆照明链式照明466.4.1照明方式常规照明（1）灯具布置基本形式474849（2）灯具的安装高度、间距、悬挑、仰角50①灯具的配光类型、布灯方式与安装高度、间距的关系H越小，总投资越低，但眩光会增大；安装间距S与H有关，H越大，S越大；纵向均匀度、车速一定的条件下，增大S可减小路面亮度的变化，改善驾驶员视觉特性和视觉舒适感。51②悬挑决定了路灯照射的有效宽度，不宜过长以导致人行道照度/亮度过低，一般lc不大于H/4。为提供良好的诱导性，应使灯具排列在整齐、光滑的一条线上，为此，可在道路边缘凹凸不平的路段，适当调整悬挑长度。如：港湾式停靠站52③仰角设置仰角的目的：在H一定的条件下，增加路面的照射范围。仰角过大（特别在弯道上），产生眩光的机会增加。不超过15°。536.4.1照明方式高杆照明通常指一组灯具安装在高度≥20m的灯杆上，进行大面积照明的方式。多用于大型平面交叉口、立交区、大型广场、公共停车场等。54（1）灯具配置方式①平面对称灯具对称地配置在垂直对称面两侧的一个或几个水平面上。主要适用于宽阔道路的照明。55（1）灯具配置方式②径向对称灯具沿径向对称地布置在一个或几个水平面上。主要适用于大面积广场、环形交叉口和布置得比较紧凑的简单立交。56（1）灯具配置方式③非对称灯具按实际需要配置，分别瞄准一定的区域。主要适用于大型、多层、复杂立交或道路分布很广、很分散的立交。57（2）高杆照明的特点优点：照明质量好：均匀度、眩光效应、视舒适；提供大区域的整齐清晰的图像；灯杆少，减少撞杆事故；造型美观，有美化城市的作用。缺点：造价较高；采用液压高架车维修（升降式除外）；光通量利用率低，能耗大。58（3）高杆照明设计注意问题合理选择上部灯架和灯杆的结构形式。灯架：固定式、升降式；灯杆：单柱式、多柱式。合理选择灯具配置方式。处理好功能和美观的关系。正确选择杆位。合理选择灯具和光源：泛光灯具、大功率高压钠灯。合理确定灯具的投光角度和杆距。合理确定照明标准。进行科学的设计计算和经济分析比较。596.4.1照明方式链式照明在中央分隔带上设置间距很大的灯杆（60～100m），之间为拉紧的钢索，灯具悬挂在钢索上。沿道路横向设出大部分的光，灯具必须设得紧密一些。具有出色的视觉诱导性和均匀度，引起普遍重视。606.4.2照明供电与控制（1）照明供电—城市道路宜由10KV配电线路上专用路灯变压器或公用三相变压器供电(低压供电)。条件许可时可采用10KV电压等级的专用线路供电(高压供电)。重要道路和区段的照明宜采用双电源供电。低压照明线路的末端电压不应低于额定电压的90%或不应低于始端电压的95%。可触及的金属灯杆和配电箱等金属照明设备均需保护接地，接地电阻应小于10Ω。61（1）照明供电—公路电源一般引自沿线布置的专用配电站，配电站一般布置在需要照明路段的中心，照明电压均采用220V，放射式供电。线路延伸超过1km时，需增大导线截面以保证路线压降在10%以内。变压器二次线圈中性点接地。灯具底座利用地脚螺栓或另打专用接地极作重复接地。电源引出端上方在低压配电屏内设置小型断路器，灯具进线端一般装熔断器进行保护。62（2）照明控制控制类型：定时控制、光电控制。定时控制所采用的器件为定时钟或微型计算机控制仪；光电控制所采用的器件为光控开关。应根据自身条件，选择一种或结合起来使用。采用低压供电时宜用控制线或单电源控制方式。也可采用单灯控制方式。道路的开灯、关灯照度水平宜为2～10LX。63照明供电线路布置路灯供电网络设计应符合规划的要求并留有余地。在技术经济条件许可时，宜采用地下电缆线路供电。采用两相10KV线路供电时，从路灯高压架空线引出的电缆不宜过长。64公路电缆——直埋。平行路缘埋在土路肩中；埋深＞；每隔50m立标志柱。线路横穿道路必须预埋钢管直径一般≥80mm壁厚≥4mm；钢管端部应伸入手孔井或人孔井。立交中，需要垂直布置电缆时，应设置电缆竖井。656.4.4节能措施进行照明设计时，应提出多种都能符合照明标准要求的照明方案，进行分析比较，从中选取既技术先进、经济合理又节约能源的最佳方案。具体措施：（1）应合理选择照明器材：采用常规道路照明灯具时，灯具效率低于60％者不应选用；采用泛光灯时，灯具效率低于55％者不应选用；应选用耗能低的镇流器。66（2）功率因数补偿：气体放电灯应加电容补偿，补偿后的功率因数应不小于。（3）实行半夜灯：（居住区道路和少数街道除外）可采用双光源灯具，下半夜关掉一盏灯可采用下半夜能自动降低灯泡功率的镇流器，以降低灯泡消耗的功率；关掉不过半数的灯具，但不允许关掉沿道路纵向相邻的两盏灯具。67（4）加强维护：应制订严格的维护计划，认真进行灯具等照明设施的维护和清扫，提高光源光通量利用率。此外，采用定时控制时应根据所在地区的地理位置和季节变化合理确定路灯的停,开时间，且应采用可靠性和一致性好的控制器件。686.5照明设计与计算设计原则安全可靠技术先进经济合理节省能源维修方便式样美观696.5.2应收集的资料道路等级道路平面图和横断面图周围环境（建筑、绿化、环境污染等）及发展规划路面材料及反光特性可供选择的光源、灯具及其附件的型号、规格、光电特性、价格等可供选择的供电、线路敷设及控制方式等706.5.3设计内容确定照明标准确定灯具的布置方式；确定光源、灯具的类型和规格；确定灯具的安装高度、间距、悬挑和仰角；确定灯杆、灯台及其它照明器材的类型和规格。716.5.4设计步骤726.5.5照明计算73（1）计算点的选取路段：交叉口：网格法74（1）计算点的选取—CIE推荐计算区域：单侧相邻两灯之间的区域；计算网格：灯距S≤50m，点排数n=10；S＞50m，n=为给出d≤5的最小整数；横向点数：每条车道横方向上应布置5个点，其中一个位于车道中心线上；均匀度好的场合可取3点。75（2）观察者的位置眼睛高度：；纵向位置：计算网格前约60m；TI例外，按最不利情况计算—司机的纵向张角（水平线与视线上限的夹角）为20°。横向位置：纵向均匀度—车道中线；其它—近侧路缘1/4车道宽度处。76（3）公式法①点光源在任意点的照度符合三个基本定律：余弦定律光能叠加原理点光源的距离平方反比定律77a.余弦定律点光源向各个方向发出的光强度随着该方向与表面法线夹角的余弦而变化，即：Ip=Iγccosγ78b.光能叠加原理若一个表面受到几个光源同时照射，该表面接收到的光通量等于各个光源射到该表面的光通量之和，即：若该表面面积为A，则其照度为：