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城市地下隧道照明设计探讨

放大字体  缩小字体 发布日期:2019-02-17  来源:中国智慧照明网  作者:上海市政工程设计研究总院:陆敏、刘冬、王佳斌、曹宝康  浏览次数:2905
核心提示:中国照明特别报道:地下隧道照明和节能的评价指标,以期为类似城市地下道路照明工程提供参考
     中国照明特别报道:阐述了城市地下隧道的照明设计原则、程序、内容及要点,按规范的要求对道路照明照度(或亮度)计算进行了归纳,总结了照明的供配电系统与控制,并介绍了地下隧道照明和节能的评价指标,以期为类似城市地下道路照明工程提供参考。
    引言
    城市地下隧道是城市范围内地表以下的机动车车行道路。目前,随着我国经济建设的飞速发展和城市化进程不断地加快,机动车数量在不断增加。受周围建筑物和城市道路规划的限制,不可能采用拓宽城市道路的方式来解决。为缓解交通压力,可在已规划地面道路的十字路处和即将新建的城市交通干线和支线道路中兴建地下道路。
    一、城市地下隧道照明的设计原则与标准
    (一)设计原则
    1.城市地下隧道照明设计应综合考虑地下道路的工程环境、工程条件、交通状况、通风方式、供电条件、运营管理等因素设置,确保地下道路的正常运营和事故情况下的照明要求,以提高隧道照明的安全性能。
‘    2.隧道照明应选择高效节能的光源和灯具,不得超过所规定的照明功率密度值。
    3.应根据地下隧道的平面和横断面及设备的安装情况,通过亮度或照度的计算,确定最佳的照明布灯方式、合理的照明电缆桥架及管线的敷设方式。
    (二)设计标准
    1.《建筑照明设计标准》GB 50034-2013。
    2.《公路隧道照明设计细则》JTG/T D70/2-01-2014。
    3.《公路隧道设计规范交通工程与附属设施》JTG D70/2-2014。
    4.《城市道路照明设计标准》CJJ 45-2015。
    5.《道路隧道设计规范》DG/TJ 08-2033-2008。
    6.《隧道led照明应用技术规范》DG/TJ 08-2141-2014。
    二、城市地下隧道照明设计程序及内容
    (一)设计程序
    城市地下隧道照明工程设计程序通常分为可行性研究(方案设计)、初步设计、施工图设计三个阶段。
    在城市地下隧道照明工程的可行性研究(方案设计)和工程设计的初步设计阶段中,地下道路基本资料的收集是照明设计的必要条件。
    地下隧道照明工程基本资料收集的主要内容如表l所示,地下道路照明工程基本资料收集的主要内容    表1
城市地下隧道照明设计探讨
城市地下隧道照明设计探讨
(二)城市地下隧道照明设计的内容
1.隧道中间段照明,可分为一般照明、节电照明。
2.隧道入口段照明。
3.隧道过渡段照明。
4.隧道出口段照明。
5.隧道洞外引道段照明。
6.隧道的应急照明,平时可兼作一般照明。
(三)照明亮度与长度及照度之间的关系
城市地下隧道各照明段亮度与长度关系如图1所示。
图1各照明段亮度与长度关系
图1各照明段亮度与长度关系
    图1中,P为洞口(或棚口),S为接近段起点,A为适应点,d为适应距离:L20 (S)为洞外亮度;Lthl、Lth2为入口段亮度:L20 (A)为适应点亮度;Lch为入口段亮度;Ltrl、Ltr2、Ltr3为过渡段亮度;1in为中间段亮度;Lexl、Lex2为出口段亮度;Dthl、Dth2为入口段THI、TH2分段长度;Dtrl、Dtr2、Dtr3为过渡段TRI、TR2、TR3分段长度;Din为中间段长度;Dexl、Dex2为出口段EXI、EX2分段长度。
    隧道照明设计中通常采用照度参数来进行计算,这就需平均亮度与平均照度之间进行换算,黑色沥青路面可取15lx/(cd/m2):水泥混凝土路面可取lOlx/(cd/m2)。
    (四)计算条件
    1.人车混合通行的道路(含非机动车道路),中间段亮度不符低于20cd/m2;横向通道(含非机动车道路)亮度不应低于1.0cd/m2;路面左、右两侧墙面2m高范围内的平均亮度,应不低于路面平均亮度的60%。
    2.地下隧道两侧墙面高2m范围内,宜铺设反射率≥0.7的墙面材料。
    3.灯具的养护系数一般可取0.6 - 0.7。
    4.所选灯具的光强分布表、利用系数曲线图、等光强曲线图、亮度产生曲线图等光度数据。
    5.采用的行车速度不宜大于l00km/h,如大于l00km/h,应作特殊设计。
    (五)灯具布置要求
    1.灯具布置应满足闪烁频率低于2.5Hz或高于15Hz;如有困难时,应满足闪烁频率低于4Hz或高于11Hz。
    2.两车道中间段灯具宜采用中线布置、两侧交错布置或两侧对称布置,在便于封路检修的前提下,灯具可在隧道顶部单排居中布置。
    3.三车道盾构法地下道路,中间段照明灯具宜在道路两侧交错布置或两侧对称布置。
    4.三车道沉管法或明挖法隧道,中间段照明灯具宜在道路两侧车道中心线上方交错布置或对称布置。
    5.四车道沉管法或明挖法隧道,中间段照明灯具宜在在隧道顶部距墙一个车道宽的位置上交错布置或对称布置。
    6.照明灯具布置要考虑灯具的安装高度、间距、仰角。
    7.在满足眩光要求及安全可靠的前提下,尽量降低灯具的安装高度:
    (六)照明计算
    1.隧道照明的具体计算需根据建筑条件和规范所要求的路面亮度和照度要求,选择节能型光源、灯具及布置方案。照明计算接不同的计算方法和使用条件来计算路面的照度或亮度及均匀度。按算值的对比应不超过标准值的±10%:如偏差过大,应重新调整布灯方案,再做计算,直到符合要求。计算可采用照明设计软件DIALux或其他照明设计软件做仿真辅助设计。
    2.中间段照明。亮度和路面亮度总均匀度及纵向均匀度一般是按规范所列出的表格选取,不应低DG/TJ 08-2033-2008《道路隧道设计规范》中表12.2.1、12.2.2中的值。在设计计算中,应特别注意路面亮度纵向均匀度的指标。连续通道照明应大于2cd/m2。必须说明的是。DG/TJ 08-2033-2008在中间段和入口段的表格JTG/T D70/2-01-2014全面,增加了三车道的亮度、总均匀度、纵向均匀度值。
    3,入口段照明。宜划分为二段:一段亮度Lthl-kL20(S),二段Lth2亮度为其一半,其中k为入口段亮度折减系数,L20(S)为洞外亮度。长度<500m的短道亮度还须折减:长度Dthl=Dth2-1/2[ 1.154Ds -(h- 1.5Vtanloo],其中Ds为照明停车视距,h为洞口内净空高度。入口段照明由基本照明和加强照明两部分组成,前者的灯具布置应按中间段照明考虑,后者可用功率较大的灯具加强照明。加强照明灯具可以从洞口以内lOm处开始布设。
    4.过渡段照明。亮度根据JTG厂TD70/2-01-2014所划分的TRI、TR2、TR3段的公式计算选取;长度也须根据该标准所划分的TRI、TR2、TR3段的公式计算和参照条文说明中的表5-1计算表来选取。
    5.出口段照明。宜划分为二段,每段长度宜取30m;二段的亮度宜分别取中间段亮度的3和5倍;长度≤300m,可不设出口段照明:长度在300 - 500m之间只设加强照明。
    6.隧道洞外引道段照明应设置光过渡段,通过人工光过渡、天然光过渡或混合光过渡形式,如采用构筑遮光隔栅棚或植常青树绿化以及采用引道段两侧冷色调、低反射材料装修等措施来实现照明亮度的顺次变化,并达到很好的减光效果。
隧道洞外引道段照明的亮度和长度如表2所示。
 
     洞外引道段照明的亮度和长度    表2
    洞外引道段照明的亮度和长度    表2
    7.应急照明。(1)应急照明.应急停车带和应急停车带宜采用荧光灯光源,其照明亮度应大于4cd/m2。(2)应急照明灯嵌入于道路车行道的一般照明灯具布置,其间隔约为每隔
8 - LO盏(一般灯具)对称布置一盏应急照明灯具。(3) 一般采用EPS应急集中式蓄电池屏(放电时间90rnin)来对消防应急照明灯具和疏散标志指示灯进行供电,通常沿通道间隔约20m设置疏散标志指示灯,安装高度为其中心距地0.5m。
(4)在启用应急照明时,洞内路面亮度应不小于中间段亮度的10%和0.2cd/mz。c5)地下隧道均须考虑设置应急疏散照明。
    8.交通标志和诱导信息照明。一般采用照明式或发光式,大都采用LED灯和LED显示屏。地下道路的交通标志最好采用照明与被动反光相结合的方式,这样能有效保证标志的使用效果和可靠性。I_ED显示屏一般用于可变信息标志,发布动态的交通管理和安全等相关信息。
    一般地下隧道内信息屏的屏面亮度应不小于3500cd/m2,隧道外信息屏的屏面亮度应不小于8000cd/m,。屏面亮度可根据外界照度自动调节,无眩光现象,视距应不小于200m。
    9.照明灯具、光源类型的选择。(1) -般情况下宜选择高效节能、透雾性能较好的灯具和光源,通常采用高压钠灯或金卤灯。最近,越来越多采用LED灯,是因为LED灯的节能和使用寿命效果显著。(2)短的隧道、柴油车较少的城镇附近地下隧道、应急停车带、人行横通道(含非机动车道)、车行横通道(含非机动车道)可选用显色指数较高的光源。(3)应采用截光型或半截光型的的灯具,其配光曲线适宜,效率应不低于65%,光源使用寿命应不小于l0000h。(4)应具有适合地下道路特点的带防眩装置的灯具,其防护等级应不低于IP65。(5)灯具结构应便于更换灯泡和附件,其零部件应具有良好的防腐性能。(6)灯具配件安装应易于操作,并能调整安装角度。(7)灯具不得侵入地下隧道建筑限界。(8)不要选用以焊接切割等工艺制造的灯具,以防止隧道震动引发的灯具零部件掉落而引发高速行驶车辆的重大交通事故。
    10.隧道照明供配电与控制。
    (1)根据照明的性质、功能设置单独的供配电线路,当电压偏移或波动不能满足照明质量或光源寿命时,应加稳压装置或照明专用变压器。
    (2)基本照明的负荷等级为一级,应采用双重电源交又供电方式,加强照明宜采用双重电源交叉式供电方式;对于长度较长的城市非机动车地下道路需根据具体情况,可按二级负荷考虑;对于一般和长度较短的城市非机动车地下道路,可按三级负荷考虑。
    (3)照明干线系统采用放射式与树干式相结合的供电方式:各回路照明灯以Ll、L2、L3的各单相次序沿线排列接入电源。
    (4)计算照明线路的电压损失,如超过应适当增大线路导体的截面积。
    (5)配电系统应采用TN-S系统,灯具外壳和照明箱体均应接入保护接地系统。
    (6)应根据隧道洞外亮度和交通量变化分级自动调整入口段、过渡段、出口段的照明亮度。
    (7)采用智能控制系统对隧道照明系统进行监控。智能化道路照明系统可以通过对参数的采集进行智能化控制,以满足不同的天气和时段及交通状况下的照明需求。
    (8)洞口外的路灯开灯时的天然光照度水平为15lx;关灯时天然光照度水平主干路为30lx,次干路为20lx。
    (9)通过智能照明调压装置对照明灯具进行调光,使隧道内照度水平更接近实际变化的情况,同时也起到节约电能、减少维护费用的作用。隧道调光主要是定时调光与亮度调光两种形式。设计时应根据工程的实际情况进行选择,使设计出的照明系统具有更加高效、节能、更具有人性化。
    目前我国许多城市路灯控制已采用无线三遥(遥控、遥测、遥信)智能控制和路灯的单灯控制系统等,已收到良好的节能效果;城市地下隧道照明也应如此。
    三、城市地下隧道照明及节能的评价指标
    城市地下隧道照明的评价指标有照明质量、节能与利用、节材与材料资源利用、安全、环境保护、运营管理等内容,其评价项目指标有控制项、一般项、优选项的内容及评分标准,并由此得出一、二、三星级的照明节能等级。地下隧道路面亮度总均匀度应不低于0.5,亮度纵向均匀度应不低于0.8,宜在0.9以上。地下道路照明光源的色温不应高于6000K,有条件时宜采用4000 - 5000K。眩光限制阈增量最大初始值不大于10%。
    地下隧道照明是以路面照明功率密度作为照明节能的评价指标。地下隧道的路面照明功率密度值如表3所示。
地下道路的路面照明功率密度值    表3
地下道路的路面照明功率密度值    表3

    表3仅适用于隧道中间段LED照明,功率密度值是在灯具安装高度为5.5m和沥青路面材料的条件下得出的,如若不同须作相应换算。设计计算亮度高于标准值时,功率密度值不得相应增加。隧道出入口段的加强照明应根据洞外亮度变化设置至少四种以上不同亮度的工作模式,并能自动调光。中间段应根据运营时间、车流量、夜晚时段(上半夜、下半夜)进行基本照明和节电照明的调光控制。
    气体放电灯应采用节能电感型或电子镇流器,并加电容补偿,建议补偿后的功率因数≥0.85,建议补偿至0.90 - 0.95较好。
    四、结语
    隧道照明在城市地下道路的建设中起到了至关重要的作用,应按国家规范要求设计地下隧(通)道照明,为驾乘人员提供一个良好和舒适的视觉环境,提高交通行车的安全性和快速性。
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