道路材料與照明

1、路面材料對(duì)道路照明的影響姜唯上海（ 200090）摘 要 本文主要介紹英國(guó)關(guān)于道路照明設(shè)計(jì)，根據(jù)英國(guó)BS5489-1 2003所推薦 使用的有關(guān)計(jì)算道路表面反射特性的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，僅供參考。關(guān)鍵詞道路照明路面材料反射特性道路照明最為基本的目的是通過(guò)照明， 使道路上的行人、車輛和目標(biāo)顯現(xiàn)于路面，使其能夠被看得清。由此，道路照明標(biāo)準(zhǔn)可由三個(gè)照明有關(guān)的量值表示：平均道路路面照度、道路全部照度的一致性率以及道路縱向照度的一致性率。在道路表面上任何一點(diǎn)的亮度是道路表面鋪設(shè)材料反射特性的照度的函數(shù)。道路路面的反射特性也可由所使用的鋪路材料、路面是潮濕、干躁或道路的使用時(shí)間而決定。盡管存在著許多變數(shù)，在

2、英國(guó)，關(guān)于道路照明的設(shè)計(jì)，還是建立起了一套供推薦使用的、有關(guān)計(jì)算道路表面反射特性的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù) （BS5489-1:2003）,稱之為“典型的英國(guó)道路路面” （C2）。雖然這些數(shù)據(jù)是根據(jù)水泥道路修改而來(lái)。道路表面的反射特性是定量地由一個(gè)降低反射系數(shù)表而給出的，稱之為r-表。這個(gè)r-表中由二個(gè)度量標(biāo)準(zhǔn)表?。篞o-漫反射的度量標(biāo)準(zhǔn)和S1 全反射的度量標(biāo)準(zhǔn)。表1在BS5489 1-2003中規(guī)定的道路路面反射特性,共給出了三種典型的道路表面的形式。表1推薦的道路路面反 射特性道路路面BS5489所推薦的反射率特 性現(xiàn)行工作推薦的反射率特性C2C2Q0=0.07S1=0.97Q0=0.050S1=0.97

3、透水瀝青C2C2Q0=0.05S1=0.58Q0=0.050S1=0.97_C2C2混凝土Q0=0.10S1=0.97Q0=0.085S1=0.97對(duì)于路面材料為熱滾的瀝青、毛糙的水泥混凝土結(jié)構(gòu)的道路，在英國(guó)道路路 面設(shè)計(jì)已經(jīng)沿用了好多年。當(dāng)然，現(xiàn)在還出現(xiàn)了許多新的、基于瀝青的路面鋪設(shè)材料，比如透水瀝青、砂膠瀝青以及其他許多種各具特性的薄膜路面 材料。同時(shí)還有新的、基于水泥混凝土的路面材料、露天粒料混凝土,等等。研究工作有二個(gè)目標(biāo)：第一個(gè)是決定這些新的路面材料是否能夠適用于典型 的英國(guó)道路路面照明系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。如果不適用，第二個(gè)目標(biāo)，當(dāng)我們使用這些新的路面材料時(shí)，為了保證道路照明的精確設(shè)計(jì)，應(yīng)該

4、做些什么。這些目標(biāo)可以表達(dá)為三個(gè)問(wèn)題：?jiǎn)栴}1:這些新的路面材料的Qo和S1的值是否一貫地與既有的路面材料、 以及與典型的英國(guó)道路路面的標(biāo)準(zhǔn)值有所不同？幸運(yùn)地，Cooper et al先生已經(jīng)對(duì)在英國(guó)國(guó)內(nèi)最為廣泛使用的、新的和既有的路面材料的Qo和S1數(shù)值進(jìn)行了測(cè)量，數(shù)據(jù)表明這種路面應(yīng)該是干燥的、并且至少已經(jīng)使用了二年。 Qo和S1的分布圖（圖1）來(lái)自于Cooper et al 研究結(jié)果，顯示出問(wèn)題的第一部分的答案是負(fù)面的一一新的路面材料的Qo和S1數(shù)值和既有的路面材料的數(shù)值處于同樣的范圍內(nèi)，見圖1。與典型的英國(guó)道路路面的標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行比較，則無(wú)論是新的、還是既有的路面材料的S1和Qo值都趨向于低于

5、典型的英國(guó)道路路面及其修正值。這些發(fā)現(xiàn)意味著，無(wú)論是對(duì)新的、或既有的路面材料，典型的英國(guó)道路路面所產(chǎn)生的 平均道路路面照度均被過(guò)高地估計(jì)了。問(wèn)題2：對(duì)于固定的照明裝置，在對(duì)道路照度指數(shù)進(jìn)行計(jì)算時(shí)使用 r-表對(duì)于 新的和既有的路面材料和使用典型的英國(guó)道路路面的不同是什么？使用“Urbis Turbolight ”計(jì)算機(jī)軟件對(duì)公路路面/照明系統(tǒng)的三種不同的組合、以及在分別使用高壓鈉燈 SoNT和陶瓷金鹵燈CDM-TT勺照明系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)算。發(fā)現(xiàn)用于計(jì)算的r-表中從Sorensen取得的S1和Qo的數(shù)據(jù)值是符合Cooper et al報(bào)告中提及的實(shí)際測(cè)量值。對(duì)于每一種交通道路/照明系統(tǒng)的組合，為了在同一

6、個(gè)基礎(chǔ)上進(jìn)行比較， 使用同一個(gè)固定的照明燈具，并必須符合在英國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)BS5489-1: 2003中規(guī)定的最低照度值、且在最低的投資成本的條件。計(jì)算顯示，無(wú)論道路照明裝置是安裝在新的、或是既有的采用瀝青路面材料的道路上，在設(shè)計(jì)中使用典型的英國(guó)道路路面時(shí)，所產(chǎn)生的平均道路路面照度均低于BS5489中所推薦的最低值，見表2。照度的降低意味著夜間/ 白天的交通事故率有可能增加。對(duì)于新的、或既有的基于混凝土的路面材料，安裝在這些道路上的照明裝置，在設(shè)計(jì)中使用典型的英國(guó)道路路面修正的混 凝土?xí)r，所產(chǎn)生的平均道路路面照度仍低于期望值一一但高于推薦的最低值。這些發(fā)現(xiàn)意味著無(wú)論對(duì)于新的、 或是既有的路面材料，

7、”典型的英國(guó)道路路面”是名不副實(shí)的。典型的英國(guó)道路路面不能精確地代表無(wú)論是采用新的、或是既有的基于瀝青的路面材料的反射特性。同時(shí)，修正后的典型的英國(guó)道路路面也不能精確地代表無(wú)論是新的、或是既有的基于混凝土的路面材料的反射特性。這形成如下的有趣情形：一方面它可能會(huì)引起爭(zhēng)議，如果在英國(guó)標(biāo)準(zhǔn)BS5489 1-2003中有關(guān)既有的路面材料的典型的英國(guó)道路路面的表達(dá)中本身具有的錯(cuò)誤能夠被接受，那么對(duì)于新的路面材料的同樣情況的錯(cuò)誤也應(yīng)該能夠被接受，也就是說(shuō)現(xiàn)有的典型的英國(guó)道路路面將繼續(xù)使用下去。另一方面，如果計(jì)算出的道路路面平均照度值的錯(cuò)誤不能被接受，那么現(xiàn)有的典型的英國(guó)道路路面將被拋棄。一種可能是制訂出

8、二個(gè)典型的英國(guó)道路路面：一個(gè)適用于基于瀝青的路面材料，而另一個(gè)基于混凝土。表2平均道路路面照度、整個(gè)照 度一致性率和縱向照度一致性率路面材料 組合平均 照度整個(gè)照度 性縱向照度 rm典型英國(guó)道路路面C21.010.600.5浙育0.700.60.5C2 當(dāng) Q0=0.101.440.60.5混凝土1.100.610.49但是在接受這些觀點(diǎn)之前，關(guān)注本文所給出的這些結(jié)論是比較明智的。這其實(shí)就是第三個(gè)問(wèn)題所要表達(dá)的目的。問(wèn)題3:對(duì)于新的、或是既有的路面材料（與典型的英國(guó)道路路面相比），使 用r-表對(duì)一個(gè)照明裝置進(jìn)行最優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)，在道路照明投資成本、能源成本和壽命周期等方面的效果是什么？同樣地，對(duì)道

9、路路面/照明系統(tǒng)的三種組合進(jìn)行計(jì)算，設(shè)計(jì)最為優(yōu)化的照明 裝置以恰好符合BS5489照度表中的最低值，且整個(gè)照明系統(tǒng)的投資成本是最低的。結(jié)果表明，放棄典型的英國(guó)道路路面和使用r-表，更為符合新的或是既有的路面材料的反射特性。但是，每公里大約增加25%的投資成本,并將增加每公里的年度能源消費(fèi)成本和 40年的壽命周期成本，見表3。可能 避免增加這些成本的唯一方法是降低所推薦的照度值、或是增加道路路面的反射比。不管怎樣，應(yīng)用這些計(jì)算時(shí)必須加以注意一一這些計(jì)算是基于假定由Cooper et al的論文所給出的Qo和S1的值是有確實(shí)根據(jù)的。Cooper et al的論文加以注釋，認(rèn)為以上結(jié)論尚存在一些疑問(wèn)

10、，主要是因?yàn)閷?duì)于滾燙的瀝青道路 的Qo的測(cè)量值持續(xù)地低于按慣例所能接受的數(shù)值。很幸運(yùn)，在另外實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行的關(guān)于滾燙的瀝青道路的 Qo值的測(cè)量工作得出了符合傳統(tǒng)的、可接受 的數(shù)值。之所以會(huì)產(chǎn)生這些差異有許多可能的理由，包括：不同路面材料的混合法、不同路面材料的不同的處理工藝以及不同的測(cè)量程序等，均可能產(chǎn)生不同的測(cè)量結(jié)果。不管什么理由，在實(shí)際應(yīng)用這些計(jì)算前，最基本的是必須確定由Cooper etal所給出的Qo值的準(zhǔn)確性。實(shí)際上確定這些數(shù)據(jù)可以按如下二種方法進(jìn)行：精確地，對(duì)每一個(gè)道路路面的典型樣板進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室測(cè)量：或者粗略地通過(guò) 廣泛的、連續(xù)的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量。后一種方法需要在行駛的車輛上安裝測(cè)量道路路面照度

11、的設(shè)備。這種設(shè)備在對(duì)新的照明裝置進(jìn)行合格驗(yàn)收、以及確認(rèn)已有的照明裝置是否需要維修等方面，具有更為廣泛的用途。表3平均投資成本、年度能源成本、40年壽命成本比較表道路/照明系統(tǒng) 的類型路面材料的組合投資成本 £/km年度能源成本 £/km40年壽前成本£ /km單車道/交錯(cuò)典型的英國(guó)道路路面C220.57776241, 356基于瀝青路面25, 325(+23%)1, 039(+36%)53, 635(+30%)C2 當(dāng) Q0=0.1018, 86369837, 899基丁混凝土路面19, 516(+3%)762(+9%)40, 283(+6%)單車道/單邊典型的英

12、國(guó)道路路面C219, 31279340, 939基于瀝青路面24, 524(+27%)1, 075(+36%)53, 840(+32%)C2 當(dāng) Q0=0.1015, 43357131, 006基丁混凝土路面17, 768(+15%)730(+28%)37, 675(+22%)雙車道/雙向典型的英國(guó)道路路面C247, 5852, 221108, 155基于瀝青路面56, 253(+18%)2, 626(+18%)127, 869(+18%)C2 當(dāng) Q0=0.1039, 4401, 46979, 462基丁混凝土路面45, 637(+16%)1, 777(+21%)94, 098(+18%)還

13、需注意的是，以上論述還有二個(gè)局限性一一所有的這些計(jì)算僅僅是針對(duì)干 燥的、無(wú)彩色的道路路面進(jìn)行的。在英國(guó)，道路照明是按照干燥的路面設(shè)計(jì)的，當(dāng)路面潮濕時(shí)路面材料的反射特性會(huì)發(fā)生較大的變化。同樣地，英國(guó)大量道路是無(wú)色彩的，僅僅在于反射率的不同。但是，作為在行車道路上的特殊用途的部分，彩色道路路面的使用正在不斷地增加。 本論文中上述的 這些結(jié)論對(duì)于潮濕的路面、或是彩色的路面材料似乎不太相符，這是因?yàn)椴噬访娌牧系姆瓷涮匦詴?huì)與所使用的光源有關(guān)。推薦從所進(jìn)行的計(jì)算來(lái)考慮，以及作為警示性的表述，建議進(jìn)行下列措施：1. 必須對(duì)由Cooper et al所給出的對(duì)既有的和新的路面材料的 Qo值的準(zhǔn)確 性進(jìn)行確認(rèn)

14、。確認(rèn)工作可分二個(gè)步驟：首先，確認(rèn)基于實(shí)驗(yàn)室的測(cè)量系統(tǒng)對(duì)于同樣的路面材料樣品，能夠給出一致性的結(jié)果。然后再使用己經(jīng)確認(rèn)的測(cè)量系統(tǒng)對(duì)所有在英國(guó)廣泛使用的路面材料路面材料必須是干燥的并已經(jīng)使用了一個(gè)適當(dāng)?shù)臅r(shí)間進(jìn)行測(cè)量，以驗(yàn)證 r- 表。2. 如果由Cooper et al所給出的Qo值顯示是恰當(dāng)?shù)?，必須決定是否要接受在本文所描述的，對(duì)于新的或既有的路面材料的平均道路路面照度量值的錯(cuò)誤。 如果這些錯(cuò)誤能夠被接受，那么典型的英國(guó)道路路面的設(shè)計(jì)方法對(duì)于新的路面材料是仍可繼續(xù)使用，而不需要作任何改變的。如果這些錯(cuò)誤不能被接受，BS5489-l： 2003 中的“典型的英國(guó)道路路面”將放棄，不能作為道路照明設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。3. 如果BS5489-1： 2003 中典型的英國(guó)道路路面被放棄，將由二個(gè)新的r- 表替代：一個(gè)基于瀝青的路面材料，另一個(gè)基于混凝土的路面材料。這二個(gè)新的 r- 表可以從現(xiàn)有C2 的 r- 表中形成。對(duì)于基于瀝青的路面材料，可以取Qo=0.050的比例，對(duì)于基于混凝土的路面材料則以Qo=0.085的比例進(jìn)行，見表1。4. 為