第09章 隧道照明

隧道工程第9章隧道照明道路與橋梁工程系喬雄Tunnellighting學(xué)習(xí)本章的目的：（1）了解道路照明基礎(chǔ)；（2）掌握隧道亮度曲線；（3）了解隧道照明設(shè)計(jì)內(nèi)容。內(nèi)容9.1概述9.2隧道照明基礎(chǔ)9.3道路照明的質(zhì)量9.4隧道亮度曲線9.5照明設(shè)計(jì)9.1概述9.1.1隧道照明的目的把必要的視覺(jué)信息傳遞給司機(jī)，防止因視覺(jué)信息不足而出現(xiàn)交通事故，從而保證行車安全和增加行車舒適性。9.1概述⑴人的視覺(jué)光入射人眼后產(chǎn)生的各種視覺(jué)●光覺(jué)—明暗●形覺(jué)—物體形狀●色覺(jué)—顏色●動(dòng)覺(jué)—物體運(yùn)動(dòng)●立體覺(jué)—遠(yuǎn)近●深度覺(jué)—深淺9.1.2人對(duì)光強(qiáng)變化的視覺(jué)問(wèn)題⑵白天進(jìn)洞①進(jìn)入隧道前的視覺(jué)問(wèn)題由亮度極高進(jìn)入黑暗，有適應(yīng)的滯后現(xiàn)象－黑洞效應(yīng)在白天，駕駛員進(jìn)入隧道時(shí)會(huì)遇到如下視覺(jué)問(wèn)題：剛進(jìn)入隧道由于白天隧道外的亮度相對(duì)于隧道內(nèi)的高很多，如果隧道足夠長(zhǎng)，駕駛員看到的是黑乎乎的一個(gè)洞，這就是“黑洞”現(xiàn)象；如果隧道很短的話，在駕駛員面前就出一個(gè)“黑框”。黑框現(xiàn)象黑洞現(xiàn)象②進(jìn)入隧道立即出現(xiàn)的視覺(jué)問(wèn)題進(jìn)入隧道后由明亮的外部進(jìn)入一個(gè)較暗的隧道，視覺(jué)會(huì)有一定的適應(yīng)時(shí)間，然后才能看清隧道內(nèi)部的情況，這種現(xiàn)象稱為“適應(yīng)的滯后現(xiàn)象”。③隧道內(nèi)部的視覺(jué)問(wèn)題在隧道中間段，由于汽車排出的廢氣集聚，形成煙霧，汽車前照燈的光會(huì)被這些煙霧吸收和散射，形成光幕和降低前方障礙物與其背景（路面，墻面）之間的亮度對(duì)比度，影響障礙物的能見(jiàn)度，給視覺(jué)功能帶來(lái)不利影響。⑶白天出洞亮度差別大，容易出現(xiàn)弦光隧道出口處會(huì)出現(xiàn)一個(gè)很亮的出口（白洞現(xiàn)象），對(duì)駕駛員會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的眩光，從而看不清路況，容易發(fā)生車禍。白洞現(xiàn)象9.1.3我國(guó)隧道照明狀況《規(guī)范》規(guī)定300m以下的行人稀少且交通量不大的隧道可不設(shè)照明，但二級(jí)以上公路隧道長(zhǎng)度超過(guò)100m時(shí)必須有可靠的照明設(shè)施。9.2.1光的度量9.2.2司機(jī)的視覺(jué)9.2.3影響視覺(jué)的主要因素9.2隧道照明基礎(chǔ)⑴光的本質(zhì)：●光是一種波，可見(jiàn)光的波長(zhǎng)范圍為380～760nm之間，具有波粒二象性●光的傳播速度為30萬(wàn)km/s●光通過(guò)介質(zhì)傳播，波長(zhǎng)和速度將隨介質(zhì)改變，而頻率不改變9.2.1光的度量

⑵光通量

光通量是指單位時(shí)間內(nèi)光輻射能量的大小，它是根據(jù)人眼對(duì)光的感覺(jué)來(lái)評(píng)價(jià)的。式中：Km—最大光譜光效能，683lm／w；V(λ)—明視覺(jué)光譜光效率；流明lm

—為光譜輻射通量;

⑶發(fā)光強(qiáng)度(光強(qiáng))光通量的角密度(空間)，描述輻射體在不同方向上光通量的分布特征cd坎德拉若光源輻射的光通量Φ是均勻的，則在立體角ω內(nèi)的平均光強(qiáng)I為：⑷照度

照度是用來(lái)表示被照面上光的強(qiáng)弱，以被照?qǐng)鏊馔ǖ拿娣e密度來(lái)表示。取微小面積dA，入射的光通為dΦ，則照度E為：勒克斯lx⑸亮度亮度是表征發(fā)光面在不同方向上的光學(xué)特性。太陽(yáng)的亮度：熒光燈：尼特nt

⑴視野：人眼的視野較廣，大約100度范圍，上約50、下約75度9.2.2司機(jī)的視覺(jué)

⑵視覺(jué)：視網(wǎng)膜上分布著兩種感光細(xì)胞，錐狀體和桿狀體細(xì)胞，根據(jù)光強(qiáng)度不同進(jìn)行工作。桿狀細(xì)胞對(duì)光的感受性很高，而錐狀細(xì)胞對(duì)光的感受性較低；另外，桿狀細(xì)胞不能分辨顏色，只有錐狀細(xì)胞感受光刺激時(shí)才有色覺(jué)。⑶司機(jī)注視范圍國(guó)際照明委員會(huì)（CIE）建議：司機(jī)觀察路面的平均視點(diǎn)高度為1.5m，相當(dāng)于汽車司機(jī)的人眼高度，若向前注視的視角約為1°則注視的范圍約為正前方60~160m左右。⑷司機(jī)的看視條件●路面平均亮度，對(duì)隧道來(lái)說(shuō)還有作為背景的墻面亮度；●路面亮度均勻度●物體的亮度；●物體與背景的亮度對(duì)比；●觀察物體時(shí)的有效時(shí)間；●眩光程度等。還與物體的形狀，輪廓的清晰度、在視野中的位置有關(guān)。

視覺(jué)是以生理量度量的，受觀察者的精神、視力、身體狀況的影響。還受氣象（如霧等）和空氣混濁程度的影響。

⑴適宜的亮度適宜的亮度是物體在視網(wǎng)膜成象引起視覺(jué)的基本條件。物體表面亮度大，視網(wǎng)膜上象的照度就高，就看得清楚，視覺(jué)與亮度的對(duì)數(shù)成正比關(guān)系。9.2.3影響視覺(jué)的主要因素⑵對(duì)象的大小

“對(duì)象”的定義就是能夠看到的事物或者事物的一部分。能否看清對(duì)象，除了依賴于照明條件外，還決定于對(duì)象的大小。⑶對(duì)象和背景的亮度對(duì)比在觀察方向上，若對(duì)象的表面亮度為L(zhǎng)0，背景亮度為L(zhǎng)b，則對(duì)象與背景的亮度對(duì)比C可用下式表示

C值表示對(duì)象與背景亮度差別的大小，C值越大，可以識(shí)別得越清楚。C值小到某一值以下時(shí)就不能識(shí)別對(duì)象了。⑷顏色對(duì)比的影響亮度對(duì)比是識(shí)別對(duì)象的主要因素，顏色對(duì)比則為輔助因素。⑸環(huán)境亮度的影響對(duì)背景亮度的要求是足以識(shí)別背景。足夠亮的背景，才能襯托出對(duì)象的輪廓和相對(duì)位置，使司機(jī)作出準(zhǔn)確的判斷，保證行車安全。⑹空氣對(duì)能見(jiàn)度的影響●空氣對(duì)光通的衰減作用和光幕發(fā)光（或反光）物體的光通，必須經(jīng)過(guò)空氣才能到達(dá)人的眼睛。在傳播的過(guò)程中受到吸收作用和散射作用造成光通衰減?！窨諝獾纳⑸渥饔蒙⑸涫侵缚諝饨M成成份把原來(lái)向一個(gè)方向傳播的光變成向各個(gè)方向傳播，使原來(lái)光線減弱的現(xiàn)象?！裢高^(guò)率是光線在污染空氣中的透過(guò)量與在潔凈空氣中的透過(guò)量之比⑺觀察時(shí)間的長(zhǎng)短觀察尺寸大的物體只需很短的時(shí)間，同一物體，照度越高（背景亮度越大），識(shí)別時(shí)間越短。9.3道路照明質(zhì)量

路面（背景）亮度越高，眼睛的對(duì)比靈敏度越好（亮度對(duì)比閾ε越小）。Dunbar實(shí)驗(yàn)表明：平均亮度升高時(shí)，察覺(jué)障礙物所必要的亮度對(duì)比C變小。9.3道路照明質(zhì)量9.3.1路面平均亮度察覺(jué)障礙物的平均亮度Lav和亮度對(duì)比C的關(guān)系保證亮度均勻度是為了給司機(jī)提供良好的能見(jiàn)度和視覺(jué)上的舒適性。干燥路面和濕路面的路面亮度有很大變化，均勻度也相應(yīng)有很大變化。嚴(yán)格的均勻度要求，一般限于干燥路面和路面平均亮度較低的情況。9.3.2路面亮度均勻度⑴總均勻度（U0）為了使路面上所有區(qū)域都有足夠的亮度和對(duì)比度，提供令人滿意的能見(jiàn)度，需要規(guī)定路面最小亮度和平均亮度比值的范圍。式中:Lav——距車道邊緣1/4寬度處(左或右)測(cè)得的路面平均亮度；Lmin——距車道邊緣1/4寬度處(左或右)測(cè)得的路面最低亮度。對(duì)于隧道總均勻度包括路面和兩側(cè)2m高范圍內(nèi)的墻面，晝間U0≥0.7；夜間U0≥0.5。對(duì)于露天道路一般不低于0.4。

⑵縱向均勻度（）為了提供視覺(jué)舒適性，要求沿各車道線中心線有一定的縱向均勻度?？v向均勻度是沿中心線的局部亮度的最小值和最大值之比。式中：Lmax—從車道線中心線測(cè)得的最大亮度；Lmin—從車道線中心線測(cè)得的最小亮度。隧道縱向均勻度包括路面兩側(cè)2m高范圍的墻面，晝間Ul≥0.8；夜間Ul≥0.6。露天道路依道路等級(jí)不同，不低于0.7或0.5。道路照明眩光分為兩類：（1）失能眩光（2）不舒適眩光9.3.3眩光限制

⑴失能眩光

眩光導(dǎo)致的識(shí)別能力的下降，是由光在眼睛里發(fā)生散射過(guò)程造成的。表示對(duì)照明設(shè)施造成的能見(jiàn)度損失方面的評(píng)價(jià)。失能眩光是生理上的過(guò)程，是表示由生理眩光導(dǎo)致辨認(rèn)能力降低的一種度量。

⑵不舒適眩光眩光造成的不舒適感，目前還沒(méi)有專門的測(cè)量?jī)x器，是用眩光控制等級(jí)（G）表示所感到的不舒適程度的主觀評(píng)價(jià)。表示在眩光感覺(jué)中的動(dòng)態(tài)駕駛條件下，對(duì)道路照明設(shè)施的評(píng)價(jià),心理上的過(guò)程。為了保證交通安全，道路的走向，道路的界限，道路交叉點(diǎn)以及特殊地點(diǎn)都應(yīng)該清晰可見(jiàn)，要求有良好的誘導(dǎo)性。誘導(dǎo)性一般來(lái)自兩個(gè)方面：即視見(jiàn)誘導(dǎo)性和光學(xué)誘導(dǎo)性。誘導(dǎo)性通過(guò)各種誘導(dǎo)標(biāo)志和照明設(shè)施獲得，與照明設(shè)施等一起，共屬交通安全設(shè)施范圍。9.3.4誘導(dǎo)性

●道路視線誘導(dǎo)標(biāo)志，是沿行車帶標(biāo)明道路邊緣和線形的一種設(shè)施，以便晝夜誘導(dǎo)司機(jī)的視線，并根據(jù)需要設(shè)在某一路段上，如路面中心線、路線或兩側(cè)路面標(biāo)志、道路護(hù)欄與護(hù)樁、積雪地區(qū)設(shè)置雪標(biāo)桿等。⑴視見(jiàn)誘導(dǎo)性●隧道內(nèi)墻面也可以起誘導(dǎo)作用，但隧道內(nèi)的誘導(dǎo)作用首先要求有足夠的照明，使誘導(dǎo)標(biāo)志成為可以視見(jiàn)的。⑴視見(jiàn)誘導(dǎo)性●在道路照明設(shè)施中，排列成行的照明器可以指示出道路走向、彎道、交叉和各種特殊場(chǎng)合，再配合其它視線誘導(dǎo)標(biāo)志，能在遠(yuǎn)距離上使司機(jī)明顯地注意到有危險(xiǎn)性的地段?！裾彰髌髟谂帕?、光色、光強(qiáng)以及設(shè)置的方位和間隔的變化，會(huì)有效地起到光學(xué)誘導(dǎo)作用。⑵光學(xué)誘導(dǎo)性●在同一區(qū)段內(nèi)注意保持照明的一致性（照明系列及光色等），以及在不同區(qū)段，采用不同類型的光源、不同的格調(diào)等，都會(huì)有效地起到光學(xué)誘導(dǎo)作用?！裨谝?guī)模大、線形復(fù)雜、多層次的立體交叉場(chǎng)合不宜大量裝設(shè)路燈，這種場(chǎng)合宜采用高桿照明，在照亮道路的同時(shí)也照亮環(huán)境，可以獲得與白天相似的良好誘導(dǎo)性。⑵光學(xué)誘導(dǎo)性9.4隧道亮度曲線長(zhǎng)隧道照明基本上可以按接近段、入口段、過(guò)渡段、中間段和出口段五個(gè)區(qū)段劃分。9.4隧道亮度曲線

9.4.1隧道照明區(qū)段劃分接近段入口段過(guò)渡段中間段隧道入口出口段⑴亮度曲線：沿道路軸線，由入口洞外的接近段經(jīng)入口段、過(guò)渡段、中間段直至出口段，司機(jī)在白天所需要的路面亮度變化曲線，稱為亮度曲線。9.4.2隧道亮度曲線接近段入口段過(guò)渡段中間段出口段入口段過(guò)渡段中間段出口段亮度水平隧道長(zhǎng)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兩部分；●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響不到而需用人工照明加以彌補(bǔ)的亮度，人工亮度沿路軸的變化曲線稱為人工亮度曲線。由于目前人們對(duì)視覺(jué)適應(yīng)能力的估算不一致，所以在入口（包括入口段和過(guò)渡段）亮度曲線的劃法上相差甚遠(yuǎn)。我國(guó)的《公路隧道通風(fēng)照明設(shè)計(jì)規(guī)范》對(duì)各區(qū)段的長(zhǎng)度與亮度作了具體規(guī)定。9.5照明設(shè)計(jì)

道路隧道的內(nèi)部照明，不僅要有足夠的亮度，而且要有符合要求的質(zhì)量。同時(shí)還要注意到隧道的特點(diǎn)，即它是一個(gè)封閉空間。另一方面，司機(jī)在動(dòng)態(tài)條件下觀察障礙物時(shí)，需要更長(zhǎng)的背景，即在增加的背景長(zhǎng)度上要保證亮度和亮度對(duì)比。9.5照明設(shè)計(jì)

⑴確定光源和照明器用來(lái)作為采光和照明的點(diǎn)發(fā)光體稱為光源，可分為熱輻射光源和氣體放電光源。

熱輻射光源是利用電能使物體加熱到白熾程度而發(fā)光的光源。如白熾燈、鹵鎢燈。

氣體放電光源是利用氣體或蒸汽的放電而發(fā)光的光源，如熒光燈、熒光高壓汞燈、高壓鈉燈、金屬鹵化物燈等。●隧道照明的光源，除了應(yīng)滿足在隧道特定環(huán)境下的光效、光通量、壽命及工作特性、光色、顯色性和控制配光的難易程度等主要要求外，還應(yīng)選擇在汽車排煙形成的煙霧中仍能保證有良好能見(jiàn)度的光源。鹵鎢燈鹵鎢燈鹵鎢燈鹵鎢燈熒光高壓汞燈熒光燈高壓鈉燈金屬鹵化物燈隧道燈具隧道燈具隧道燈具隧道燈具●隧道用照明器的主要作用是控制配光及保護(hù)光源。照明器的選擇，應(yīng)充分注意以下幾點(diǎn)：◎照明器的配光特性是否符合照明目的，能否符合于設(shè)置該照明器場(chǎng)所的幾何條件。◎形狀和尺寸是否小而堅(jiān)固，安裝、維修應(yīng)方便?！虿牧蠎?yīng)有良好的耐腐蝕性能，必要時(shí)要施以表面處理?！?qū)λ淼缐γ娴呐涔饧盁焿m的污染應(yīng)充分注意?！蛟跐M足照明質(zhì)量、環(huán)境條件及防觸電保護(hù)要求的情況下，盡量選用光輸出比高，壽命長(zhǎng)、光通衰減少的照明器。⑵進(jìn)行照度計(jì)算照度計(jì)算的目的是根據(jù)所需要的照度值及其它已知條件（照明器型式及布置、照明場(chǎng)所各個(gè)面的反射條件及污染情況等）來(lái)決定燈具的容量或燈具的數(shù)量，或在照明器型式、布置及光源的容量都已確定的情況下，計(jì)算某點(diǎn)的照度值。照度計(jì)算基本方法的特點(diǎn)及適用范圍方法名稱特點(diǎn)適用范圍利用系數(shù)法用系數(shù)計(jì)算考慮直射光和反射光兩部分的照度，計(jì)算水平面上的平均照度計(jì)算室內(nèi)水平面的平均照度，特別適用于反射條件的房間查概算曲線一般生產(chǎn)及生活用房的燈數(shù)概略計(jì)算逐點(diǎn)計(jì)算法平方反比法此發(fā)只考慮直射光產(chǎn)生的照度，可以計(jì)算任意面上某一點(diǎn)的直射照度采用直射照明器的場(chǎng)所，可直接求得水平面照度，也可乘上系數(shù)求得任意面上的照度等照度曲線法方位系數(shù)法使用線光源的場(chǎng)所，求得任意面上一點(diǎn)的照度⑶燈具布置方案●