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摘要:以滇藏新通道怒江六丙公路大峡谷隧道为例，依据公路隧道照明设计标准，介绍其照明工程设计方案，通过隧道照明要求、照明用电计算、电力消耗分析，有效实现科学合理的隧道照明布局，从而为隧道工程的照明设计和节能评估提供技术性支持。
关键词:隧道照明;公路隧道;LED照明;能耗计算;节能分析
引言
滇藏新通道起于云南省大理州下关市，沿大(理)保(山)高速公路至金厂岭，经上江、六库、福贡、贡山、察瓦龙，至西藏自治区林芝地区察隅县，长786km，再经林芝到拉萨，总长为1730km。滇藏新通道怒江段六库至丙中洛二级公路(简称“滇藏新通道怒江六丙公路或六丙公路”)，作为滇藏新通道的重要组成路段，是怒江州的贡山、福贡、泸水三县与其他市县连接的主要通道，更是云南省沿边国防公路的重要组成部分。滇藏新通道怒江六丙公路全长292．751km，起点在云南省怒江州府和泸水市政府驻地六库镇南侧，沿怒江峡谷北上，经六库镇、泸水县、福贡县、贡山县，止于贡山县丙中洛镇石普村。线路均按二级公路工程技术标准建设，路面为沥青路面设计，设计车速度60km/h，路基宽度10～12m。线路共设置隧道44座，总长度40428m。其中长隧道13座，长度合计23457m;中隧道17座，长度合计12668m;短隧道14座，长度合计4303m。隧道总长度占路线总长度的13．95%。本文以大峡谷隧道为例，立足隧道照明工程进行能耗计算与分析，为隧道工程的照明设计和节能评估提供技术性支持。
1隧道照明工程的设计计算
大峡谷隧道全长1150m，双车道单向交通量为2500辆/h左右，车流量较大，且主要为运输类车辆。隧道设计车速为60km/h，洞外亮度L20(S)取2700cd/m2。根据《公路隧道照明设计细则》(以下简称“规范”)长度L＞1000m的二级公路隧道应设置照明［1］。大峡谷隧道符合隧道照明的条件，故按要求进行隧道照明设计，通过公路隧道提供24h不间断照明来保障行车安全［2］。照明计算以照明灯具的资料为基础数据，并考虑了隧道内采用沥青路面为计算条件。隧道照明分为洞外照明、洞内照明和应急照明，洞外照明包括接近段和引道，洞内照明包括入口段、过渡段、中间段和出口段［3］。本着经济、节能等原则，照明考虑全部布设LED隧道灯，具体要求按规范执行。根据设计经验，当隧道亮度满足规范要求时，隧道照度基本已经符合规范要求，因此计算结果以亮度值为准。
1．1洞外接近段减光、引道照明
为确保大峡谷隧道入口段的照明效果，降低灯具功率，节约能源，应对隧道外接近段的自然光实施减光处理［4］，比如设置百叶天棚或者种植行道树等，尽可能降低洞口外的亮度，一般减光或遮光的距离不少于50m。因此，考虑纵坡为1．0%，设计车速为60km/h，根据规范接近段长度取洞外一个照明停车视距Ds=55m。其亮度来自洞外的自然条件，无需人工照明［5］。洞外引道应布设路灯以供夜间道路照明，从而减少夜间洞内外亮度差。根据规范，隧道洞外引道布灯长度与路面亮度的关系可知，长度取95m，路面亮度取0．5cd/m2，因此光源考虑采用60WLED隧道灯，灯具间距为8m。
1．2洞内入口段、过渡段照明
根据规范，入口段划分为入口一段TH1和入口二段TH2，对应亮度和长度计算如下:因此，根据规范入口段照明由基本照明和加强照明2个部分组成，其中，基本照明的灯具布置同中间段照明，即光源考虑采用60WLED隧道灯(兼应急照明，UPS供电);加强照明的考虑分别采用180W和120WLED隧道灯，灯具间距为1m，建议从洞内以内10m开始布设。根据规范，过渡段划分为过渡一段TR1、过渡二段TR2和过渡三段TR3，对应亮度和长度计算如下:因此，根据规范过渡一段TR1的基本照明与中间段的相同，加强照明由120W功率的LED隧道灯等间距2m对称排列布置，长度取44m;过渡二段TR2的基本照明与中间段的相同，加强照明由功率为120W的LED隧道灯组成，对称排列布置，间距8m，均匀布置在基本照明之间，长度取67m;过渡三段TR3设置基本照明，可不设加强照明，本长度取100m。
1．3洞内中间段照明
中间段照明，保证停车视距，其照明水平往往与行车速度、交通量等因素有关。为了保障在行车安全的前提下，有效地降低隧道照明能耗，可通过对隧道中间段照明布灯参数优化及布灯方式等来减少隧道最小亮度需求，包括采用调光控制方法对LED灯进行调节［6］等。根据规范，中间段的亮度Lin为2．0cd/m2，可选用60W功率的LED隧道灯(兼应急照明，UPS供电)，灯具对称排列布置，灯具横向安装范围为行车道左右5．5m处，纵向间距6m，安装高度为5．1m，横向倾角为10°，灯具在纵向上与隧道路面保持水平。
1．4洞内出口段照明
根据规范，出口段划分为出口一段EX1和出口二段EX2，对应亮度和长度计算如下:因此，根据规范出口一段和出口二段每段长度取30m，亮度分别取中间段亮度的3倍和5倍。基本照明与中间段的相同，加强照明分别为120W和180W功率的LED隧道灯，其数量与基本照明灯保持一致。
1．5应急照明
根据规范，长度L＞1000m的一级、二级公路隧道应设置应急照明系统，其他根据实际情况设定。由于应急照明系统容量较小，且照明已利用部分基本照明灯具，并考虑UPS供电设计。应急照明供电电源维持时间不应小于30min，应急照明亮度不低于中间段亮度的10%，且不应低于0．2cd/m2。
1．6灯具配置和计算结果
根据上述要求，大峡谷隧道主要照明灯具配置如表1。通过计算，大峡谷隧道的照明情况和负荷情况见表2。
2隧道照明工程的能耗分析
隧道照明占隧道总电耗一半以上，隧道照明节能对公路建设可持续发展有重要意义［7］。大峡谷隧道照明工程用电的主要直接消耗能源为隧道灯具的电力消耗。隧道照明供电控制模式可根据工程实际情况，本着既满足不同时段交通量的使用要求又达到节电的效果，从而降低公路隧道的运营成本的原则，考虑长隧道光环境变化及驾驶员视觉体验［8］等因素，照明采取白天、傍晚、夜间的三级控制模式，分别采用1、1/2、1/3的照明方式［9］。火灾发生时或者紧急交通状况时，照明达到最大亮度，负荷处于最大状态。隧道工程照明分级控制［10］模式下，照明负荷情况详细见表3。大峡谷隧道的照明用电节能评估根据分级控制模式下的正常用电时间来作为计算参考。全年耗电量为241846kWh，照明耗电量统计见表4，折标准煤29．72t/a。综上所述，大峡谷隧道通过推行绿色节能灯具、合理布局照明灯具和分级控制管理，在能耗总量、单位路段综合能耗两方面与国内同类设计隧道相比均处于较先进的水平。
3结论
通过对滇藏新通道怒江六丙公路大峡谷隧道的隧道照明进行能耗计算和分析，隧道照明布局是可行的，能耗水平是可控的，在一定程度上，可为同类型隧道工程的照明设计和节能评估提供案例参考。
作者:王梦犀 单位:国家林业和草原局昆明勘察设计院
