公路隧道交通节能减排现状及发展课件

公路隧道交通节能减排现状及发展大纲概述隧道交通节能减排的范畴国内外隧道交通节能减排现状影响和制约隧道交通节能减排的问题和因素基本对策及探讨发展趋势和节能前景一、概述现代公路隧道的修建始于1927年美国纽约哈德逊河底的荷兰盾隧道。该隧道双洞单向交通，长度分别为2680m和2551m，高峰小时交通量2000辆，盾构法施工，并且首次采用机械全横向式强迫通风。一、概述

随着道路等级标准的逐渐提高和隧道设计理论和施工技术的不断改进，现代公路隧道的修筑长度从上世纪初的二、三公里已发展到现在的数万公里。比较著名的有:日本关越隧道（11.05km）意大利勃朗峰隧道（11.6km）奥地利阿尔贝铭隧道（13.972km）一、概述瑞士圣哥达隧道16.82km（单洞双向）挪威LARDALS隧道24.5公里（单洞双向）一、概述我国是一个多山的国家，山区面积约占全国总面积的69.24%。随着国家及地方高速公路网规划的逐步实施及高速公路不断向山岭重丘区延伸，我国公路隧道里程不断增长，规模不断扩大，截至2010年，全国公路隧道为7384处，总计512.26万m。我国公路隧道发展状况(2000—2010)秦岭终南山公路隧道地理位置图包茂（西柞）高速秦岭终南山公路隧道18.02km,2007年1月建成通车。一、概述宝天高速大坪里隧道12.3km包茂(小康)高速包家山特长隧道11.2km湖南邵怀高速公路雪峰山隧道6956m山西雁门关隧道5230m一、概述太原至古交高速公路的西山隧道（在建）长13.68km。一、概述这些长大公路隧道的成功修建，除了道路等级标准要求的提高，人们宁绕勿穿观念的改变外，新的施工工艺，现代监控、通风、照明技术和许多成功的经验起着决定性的作用。但公路隧道的能耗也在逐年上升，公路隧道尤其是长大、超长公路隧道的运营是能源消耗大户,其节能减排问题得到世界各国的高度重视,成为亟待解决的问题。

近年来，我国公路界在此领域也开展了大量研究，取得一批重要的技术成果，为交通运输行业节能减排做出了突出贡献。二、隧道交通节能减排的范畴通风照明供配电消防管网给排水隧道节能减排运营阶段设计、建设阶段设计阶段的节能减排，主要体现在：平纵线形、断面尺寸、洞门特征、洞内装饰、路面材料、衬砌、防排水、机电系统等设计方面。建设阶段的节能减排，主要体现在：节约物质资源(土地、水源、钢筋、水泥、石料、沥青等)；节约能量资源(电能、油料等)；减少建设垃圾和环境污染(粉尘、废气、废水、噪声等)的排放。其贯穿公路隧道规划、设计、施工的全过程。三、国内外隧道交通节能减排现状(1)、照明控制技术的研究早在1999年，世界道路协会(PIARC)

研究报告就已提出，将节约电能

作为控制公路隧道运营成本的重要途径。国外公路隧道的照明技术研究开始较早，经过多年的研究和实践，技术相对成熟。20世纪60年代欧洲法、意边境的MontBlanc隧道就己经按照交通量的变化进行照明调光。

隧道照明调节控制1、照明系统交通量（一）国外现状三、国内外隧道交通节能减排现状(2)、公路隧道照明设计的研究

60年代初期，经各国学者进行了大量静态和动态模拟试验与理论研究后，一个比较完整的隧道照明技术理论体系逐渐形成，同时，世界上也出现了两大对立学派：欧、美学派日本学派（一）国外现状1、照明系统三、国内外隧道交通节能减排现状西方国家以Schreuder施勒德的理论为依据，指定了设计规范、准则或指南。如IES（美国照明学会）《隧道照明建议，1970》；英国国家标准；PIARC（国际道路会议常设协会）的十四届世界会议（1971，布拉格）、十五届世界会议（1975，墨西哥）、十六届世界会议（1979，维也纳）的隧道委员会《技术报告》和CIE（国际照明学会）《国际隧道照明建议No.26/1，1973》，其中，以CLE的《No.26/1建议》在国际上影响最大。但在日本，从学术团体的“指针”到国家标准，一直坚持按成定康平的研究成果制定隧道照明技术标准，如《日本工业规格：隧道照明标准，1976》、《日本高速道路调查会的隧道照明设计指南，1979》均如此。

三、国内外隧道交通节能减排现状

Schreuder本人亦在lightingJournalJune1983上发表一篇论文，认为CIE根据他的许多论点所制定的《国际隧道照明建议No.26/1，1973》需作彻底的重新考虑。文中提到三点：1）鉴于近年来情况大改变，几乎不可能再按CIE《No.26/1建议》设计隧道入口照明，也不可能再支付这笔（电费）开支；2）日渐强烈的节能要求接受不了这过高的照明水平；3）实际上国际间几条重要长隧道的照明未遵照CIE《No.26、1建议》，而运行情况尚属良好。

成定康平也在他的论文中承认日本规范根据他的论点所制定的技术标准是偏底了，在低速行车条件下所规定的照明水平可考虑提高一倍。高压钠灯荧光灯VS三、国内外隧道交通节能减排现状（一）国外现状主要是采用逆光照明，如瑞士几乎所有隧道均采用此种照明方式。所谓逆光照明，就是通过一个特殊的斜倾式反光器将光束集中朝汽车前进的方向投向路面，从而提高目标的背景亮度，使前方车辆或目标更易辨认。这种布灯方式可节约灯具30％，节省电力费30％。

（3）、照明方法改进的研究（4）、照明节能在土耳其的AnkaraTEM高速公路上的研究，证明了可以在隧道结构上采取措施，来降低隧道内的照明亮度，进而节能。（5）、隧道照明灯具和光源的选用

目前国外隧道的照明灯具大都采用荧光灯，以提高光效、色温和改善纵向照度均匀度。1、照明系统(2)、风机的选型1862年，英国的圭贝尔发明了离心通风机，1951年，丹麦制成运行中动叶可调的轴流风机、旋轴流通风机等等尤其是轴流风机的动叶调节机制的应用，可以简便地调节轴流风机的风叶角度，任意改变工作面的风量，同时它还具有节能和降低噪声的特点。工作范围宽，可以根据工况调解叶片安装角度，是轴流通风机理想的调节方法,节电率在20%-70%之间，具有巨大的节能效益。缺点就是结构复杂，维护比较难，价格较贵。

三、国内外隧道交通节能减排现状（一）国外现状(1)、通风方式新技术的使用日本最长的关越公路隧道采用电气除尘机和竖井相结合的纵向分段通风方式、采用隧道内洒水方式、并且禁止载运危险物品车辆通行，从而避免了火灾的发生。1985年秋建成的日本最大的隧道Kan-EtsuⅠ号隧道和1985年春建成的EnasanⅡ号隧道，都是采用配有静电收尘器、具有送气和抽气的垂直竖井的纵向流动通风系统来代替横向流动通风系统。

2、通风系统1951年第一台动叶可调轴流风机在丹麦诞生，由于工艺复杂、结构复杂，维护比较难，一直没有得到很好的应用。2000年后随着材料、工艺和科技的进步动叶可调轴流风机逐渐得到广泛的应用。A：理想工况调节B：动叶可调调节C：变频转速调节图1.1调节方式比较关系图三、国内外隧道交通节能减排现状

2、通风系统4、运营管理

瑞士盛哥特哈德公路隧道入口处设有必要的交通信号控制，隧道内每平均250米设有交通讯号灯光和80km/h车速限制标志，设在隧道两端的监控摄像机和火灾检测器均与交通控制相连接。另设备有一条专用电讯系统，行驶在隧道内的汽车可直接在车内收音机中接收路况信息，如遇紧急情况，交通控制中心可直接向驾驶员传达情况。三、国内外隧道交通节能减排现状（一）国外现状日本惠那山隧道为保证动力装置及照明的需要，共配备了三套电源，即电纲电源、自备发电电源、蓄电池（主要是在前两种电源同时发生故障时，供消防设备、通讯设备、可变标识板使用）

3、供配电系统三、国内外隧道交通节能减排现状（二）国内现状(1)、国内隧道照明设计研究概况我国隧道照明技术起步较晚，经验和基础性的工作不足。规范设计的标准的版本更新严重滞后。

2000年以前主要使用《公路隧道设计规范》（JTJ026-90）来设计隧道的照明系统。2000年1月颁布了《公路隧道通风照明设计规范》（JTJ026.1—1999）。该规范在照明系统构成、洞外亮度和减光、隧道各照明段的长度与亮度、照明总均匀度与纵向均匀度、连续隧道亮度折减、调光分级、光源分级、灯具及布置、照度与亮度计算推荐方法等做出了详细的规范说明。2009年陕西省高速公路隧道照明系统设计指导意见，从总则、一般规定到照明要求、调光控制、光源灯具使用、应急、照明计算、供配电、灯具布置和新型节能光源的应用，对现有规范给出的设计参数作了较大调整。1、照明系统三、国内外隧道交通节能减排现状（2）隧道照明控制和布灯的方案的研究1、照明系统主要研究的成果有：贾志宏1997年介绍了隧道照明布灯方式与计算方法，提出了照明器中间排列布置照明效果最好，同时提出在有荧光灯照明器的隧道照明设计中，利用“方位系数法”(即利用线状光源的配光曲线进行照度计算最精确。张祉堂1994年就公路隧道的洞口照明与建筑结构进行了讨论。文中介绍了洞口照明的国内外标准和规定，提出用等间距光带公式计算遮光栅内亮度。王学堂赵展旗

1998年研究了隧道内光强的亮度函数，建立了速度、亮度和出/入口段长度之间的数学关系，设计了隧道内亮度动态控制方案。（二）国内现状三、国内外隧道交通节能减排现状主要研究的成果有：韩直公路隧道节能技术.人民交通出版社.2010.06.主要用于确定建设的分期实施与系统的配置规模；实时在线交通量的预测与分析，主要用于交通状态判别、交通异常检测、基于安全与节能的路段和隧道的速度控制、通风与照明控制及运营管理中管理策略的决策等。1、照明系统(3)、近期与远期交通量的预测分析

（二）国内现状三、国内外隧道交通节能减排现状1、照明系统(4)、特殊灯光带的研究

为减轻司乘人员长时间行驶在长大、超长隧道造成的压抑和烦躁心理和情绪所进行的特殊灯光带的研究和实施。如秦岭终南山隧道中“蓝天白云”的灯光设计，小康高速包家山隧道特殊灯光带的景观照明设计等。（二）国内现状三、国内外隧道交通节能减排现状1、照明系统挪威的LARDALS隧道特殊灯光照明段三、国内外隧道交通节能减排现状1、照明系统(5)、采用LED灯作为基本照明、过渡照明，高压钠灯作为加强照明的研究以及LED诱导系统的研究。照明设计标准《公路隧道通风照明设计规范》（JTJ026.1—1999）尽管没有限定光源的种类，但是从当初标准制定的初衷来看，是较适合高压钠灯的。由于LED光源的节能特性，近几年来交通部相关研究单位以及贵州、重庆、陕西等地的公路建设部门正在制定国家和地方的LED光源下公路隧道照明的设计规范。（二）国内现状三、国内外隧道交通节能减排现状夏永旭

秦岭终南山公路隧道通风方案探讨[J].长安大学学报（自然科学版）.2002.09；

刘力力公路隧道通风系统的节能设计及应用[J].上海公路.2010；孙凤玲麦积山特长公路隧道施工的供电和通风技术[J].铁道建筑技术.2010等。

2、通风系统国内公路隧道在通风设计方面有许多研究成果如：（二）国内现状(1)、通风设计三、国内外隧道交通节能减排现状长安大学等

西部交通建设科技项目《多断层、富水岩溶地区特长公路隧道修建关键技术及防灾救援方案研究与应用研究总报告》；杨超等公路隧道通风技术现状及发展趋势[J].地下空间与工程学报.2011.08；黄富公路隧道常用通风控制方法探讨[J].中国交通信息产业.2009。2、通风系统国内公路隧道通风方式有:自然通风、纵向通风、横向通风、竖井分段纵向式通风等通风方式，有许多研究成果如：

（二）国内现状(2)、通风方式三、国内外隧道交通节能减排现状胡泉秀

公路隧道供配电系统若干问题探讨[J].重庆建筑.2009；

林寿英等

基于PLC的高速公路隧道电力监控系统优化设计[J].武汉工程大学学报.2009.03；

吉启荣

低压输配电系统分支技术及分支电缆应用分析[J].电线电缆.2007.12.电缆分支采用新型绝缘穿刺连接器等。3、供配电系统供配电系统涉及供电方案、变电所位置、变压器容量、低压配电、电缆等多方面的研究成果有：（二）国内现状三、国内外隧道交通节能减排现状赵超志等

秦岭终南山特长公路隧道运营管理技术[J].隧道建设.2010.秦岭终南山特长公路隧道的监控、养护、安检、消防、路政、执勤等机构的设置、职能及人员的配备情况。以及该隧道的管理理念、机构响应模式、安全宣传手册及节能措施等；王小军等

公路隧道运营管理实体模型系统研究[J].公路隧道.2010.建立公路隧道运营管理实体模型系统。4、运营管理(1)、运营管理方面有许多研究成果如：（二）国内现状(2)、超速预警管理超速行驶是公路隧道内造成事故的主要原因，为了将事故发生率降到最低，采用超速预警系统对行驶在隧道里的车辆实行超速预警提示可起到事半功倍的效果；(3)、火灾报警系统和视频事件检测系统相结合的监控方式。隧道内的火灾报警系统（尤其是线性感温探测器）和视频事件检测系统相结合的运行模式，可有效防止因火灾报警系统发生故障从而对发生的火灾事故出现漏报现象。四、影响和制约隧道交通节能减排的问题和因素制约因素经济效益问题现有标准规范问题节能技术产品质量良莠不齐隧道照明设计存在的问题外场设备照明控制方式较为落后四、影响和制约隧道交通节能减排的问题和因素公路隧道节能减排得到我国交通运输主管部门的高度重视。比较典型的有交通运输部组织开展的第二批节能减排示范项目是上海三思实施的“隧道LED照明在江西景鹰高速公路傍下隧道的应用”；近年来广东、安徽、河北、陕西、湖北等地先后开展了公路隧道运营节能课题研究及示范工程建设。黄竹山隧道开展的工作和取得成绩四、影响和制约隧道交通节能减排的问题和因素浙江省交通运输厅2009年出台《交通运输节能减排专项行动方案(2009－2012)》，其中就包括“隧道照明技术改造专项行动”，其目标是:每千米隧道照明能耗比2008年下降30%，节约标准煤2.5万吨，减少CO2排放量6万吨。开展的工作和取得成绩四、影响和制约隧道交通节能减排的问题和因素1、现有标准规范问题2000年发布的我国第一部《公路隧道通风照明设计规范》（JTJ026.1-1999）问题较多，例如通风设计中，基础参数较为陈旧，风道细部参数缺项较多，送排风短道长度不合理，交通阻塞规定不明确，风机房结构细部参数没有等；多处指标均不符合当前的节能要求，没有对新型光源的应用要求；对长度大于100m的隧道应设照明的要求很不合理；照明设计中，基础参数不合理，导致进口段灯具布设太密，没有考虑到现代公路等级的提高和现代汽车技术和质量的提高及公路隧道墙壁的反射性对照明效果的贡献；没有考虑到现代通风照明、监控技术的发展等因素；且现行设计规范滞后，新标准则迟迟不见出台等。照明设计理念，还停留在上世纪60年代日本和欧洲两大学派的争议观点上。四、影响和制约隧道交通节能减排的问题和因素2、隧道照明设计存在的问题

(1)、设计参数取值过高洞口亮度未考虑洞口的具体条件和实际特点，洞外亮度L20(S)取值过高，取现行规范建议的上限4000cd/m2，使得很多隧道照明能耗过高。(2)、隧道基本段照明现有标准参数取值过高。公路隧道的基本段照明现有规范取值在4.5cd/m2—9.0cd/m2高得出奇，实践证明取值在1.5cd/m2—2.0cd/m2左右完全符合行车安全要求。四、影响和制约隧道交通节能减排的问题和因素3、照明控制方式较为落后

(1)、多数隧道管理单位没有按晴天、云天、阴天、重阴、夜间和下半夜分为六档控制，或照明系统受配电回路所限，只能实现3～6级照明控制，造成“过度照明”和“无效照明”等现象。(2)、绝大多数公路隧道照明系统由于采用的光源所限，无法进行自适应控制。4、节能产品质量良莠不齐、无设计标准

由于产品良莠不齐、无设计标准、现有标准对LED照明又不支持、设计水平仅局限在简单的用LED灯代替高压钠灯、施工结束后在运营期间没有对产品质量和施工质量实施跟踪机制，使用效果不尽理想。四、影响和制约隧道交通节能减排的问题和因素5、外场设备火灾报警设备的问题

目前在所有的长大公路隧道通风控制方案中，都设计有通过CO、VI、FW的门槛值自动控制的方式，但在实际运营管理中，由于检测元件的灵敏度的下降，或者由于经济原因，大都是靠管理人员手动操作。甚至于在发生火灾时，由于火灾探测元件(特别是线性感温探测器)的反映滞后，造成救援工作的滞后，起不到实施监测的目的。照明灯具问题：灯具的外罩污染，维护不到位，严重影响光通量和照度指标。五、基本对策探讨1、对现有隧道照明设计指标修订意见长安大学、北京交通大学、中铁隧道集团洛阳科学技术研究所等单位在承担的西部课题“隧道修建关键技术及防灾救援方案研究与应用”给出的意见：

从安全和节能的角度，根据人眼在暗环境下的视觉特征，公路隧道的基本段照明指标可以大幅度降低，在现有规范的基础上，亮度指标降低40～50%是可行的。建议按表5.1和表5.2取值。

表5.1公路隧道设计亮度取值表（70＞Ra≥40）五、基本对策探讨表5.2公路隧道设计亮度取值表（Ra≥70）这一结论是由大量实验数据和理论支持的。从CJJ45-2006城市道路照明设计标准，快速路、主干路的路面平均亮度为1.5cd/m2的取值指标，我们认为上述两表的取值是合适的。对于是否需要设置过渡段，以及过渡段设置的方式。研究给出的结论是：只需设置一段，亮度只选用固定值10cd/m2即可。五、基本对策探讨2、照度与显色性关系研究

目前，对照度与显色性的关系的研究结果表明：从视觉心理角度来看，在相同照度下，显色性好的光源比显色性差的光源在感觉上要亮。因此，采用显色指数较高的光源照明时，可以适当降低照度标准。研究表明：将显色指数Ra为100的光源的照度相对值取为1，则可以得到其他显色指数下对应的照度相对值，如表5.4。表5.4标准显色指数五、基本对策探讨《工业企业照明设计标准》(GBS(X)34－2)规定，对颜色识别有要求的场所的光源显色指数较低且原来使用照度在50以下时，为了有效地识别颜色，照度应当适当提高。提高幅度见表5.5。表5.5光源显色指数与相对照度系数的关系可以看出，光源的显色性和照度之间存在着一定的关联，显色性较高的光源在同等条件下可以降低一定的照度，所以，在选择隧道照明光源时，应把光源的显色性作为条件之一。研究和工程实例表明：对于LED照明，在显色指数65左右时，光效最高，显色指数70以上时，光效会快速下降，因此对于LED照明，显色指数宜取在65左右，相比高压钠灯的显色指数25，效果已大幅提高。3、采用逆向照明方法进行布灯

(1)、逆向照明技术的应用五、基本对策探讨隧道内通常采用传统的对称照明方式（见图5.1），是指使用与道路轴对称配光照明灯具的照明方式。图5.1传统的对称照明示意图为了实现节能照明效果，提倡另一种逆向照明方式（见图5.2）。图5.2逆向照明示意图3、采用逆向照明方法进行布灯五、基本对策探讨

逆向照明方式是指：通过一个特殊的斜倾式反光器将光束集中朝汽车前进的方向投向路面，从而提高目标的背景亮度，使前方车辆或目标更易辨认。如果立体物的一侧被光照射，另一侧就会产生阴影。如果照射到视觉对象的正反射面时，则光将会沿入射的相反方向反射。阴影与反射属于不同的物理现象，有单独发生的情况，但同时发生的情况更多。也就是说，在隧道内行驶时驾驶员很轻松就能看到路面上障碍物轮廓的明显的影子，路面上障碍物越大，影子越浓，能见程度越好。如图5.3示：图5.3逆向照明示意图(1)、逆向照明技术的应用3、采用逆光照明方法进行布灯五、基本对策探讨逆向照明布光对障碍物能见程度明显较高。在满足隧道路面相关亮度要求前提下，逆向照明布光可减小灯具光源功率或增大灯具排列分布距离，可降低隧道照明运营电费，节约工程投资，减少安装维护费用，实现隧道绿色照明。灯具安装位置如图5.4所示：图5.4隧道中灯具安装示意图(1)、逆向照明技术的应用3、采用逆光照明方法进行布灯五、基本对策探讨(2)不同项目的对比：十天线汉中东段：设计车速80km/h,单排布灯，中间段照明采用100W高压钠灯（逆光照明灯具），布灯间距9m，实测亮度达到2.7cd/m2。青兰线陕西段：设计车速80km/h,单排布灯，中间段照明采用100W高压钠灯（传统的对称照明灯具），布灯间距8m，设计亮度2.07cd/m2。安康至陕川界段：设计车速80km/h,单排布灯，中间段照明采用70W高压钠灯（传统的对称照明灯具），布灯间距7m，设计亮度2.0cd/m2。(3)结论：在满足现有设计规范的要求的前提下，使用逆向照明灯具比使用对称照明灯具可以减少用灯量（2.7-1.9）/1.9×100%=42%。所以采用逆向照明灯可以减少灯具数量，降低隧道建设成本及运营成本，达到节能环保绿色照明的真正目的。

4、隧道照明布灯方案的选择

提倡对2车道的隧道照明采用拱顶侧偏单排部灯方案，既克服了以往的过度照明的现象，又可节省建设成本。5、从运营管理上考虑

从管理角度出发，夜间强行关闭一侧照明（对于双侧部灯的隧道），由于深夜车流量小，普遍降低路面亮度（照度）是节能效果最为明显的一项措施，在陕西运用的很成功，5年来在深夜并没有因均匀度不好而产生安全隐患。6、摒弃传统的灯具外形模式应大力提倡采用条形灯具，摒弃传统的方形灯具模式，可极大地