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城市地下隧道照明設計探討

放大字體  縮小字體 發布日期:2019-02-17  來源:中國智慧照明網  作者:上海市政工程設計研究總院:陸敏、劉冬、王佳斌、曹寶康  瀏覽次數:3032
核心提示:中國照明特別報道:地下隧道照明和節能的評價指標,以期為類似城市地下道路照明工程提供參考
     中國照明特別報道:闡述了城市地下隧道的照明設計原則、程序、內容及要點,按規范的要求對道路照明照度(或亮度)計算進行了歸納,總結了照明的供配電系統與控制,并介紹了地下隧道照明和節能的評價指標,以期為類似城市地下道路照明工程提供參考。
    引言
    城市地下隧道是城市范圍內地表以下的機動車車行道路。目前,隨著我國經濟建設的飛速發展和城市化進程不斷地加快,機動車數量在不斷增加。受周圍建筑物和城市道路規劃的限制,不可能采用拓寬城市道路的方式來解決。為緩解交通壓力,可在已規劃地面道路的十字路處和即將新建的城市交通干線和支線道路中興建地下道路。
    一、城市地下隧道照明的設計原則與標準
    (一)設計原則
    1.城市地下隧道照明設計應綜合考慮地下道路的工程環境、工程條件、交通狀況、通風方式、供電條件、運營管理等因素設置,確保地下道路的正常運營和事故情況下的照明要求,以提高隧道照明的安全性能。
‘    2.隧道照明應選擇高效節能的光源和燈具,不得超過所規定的照明功率密度值。
    3.應根據地下隧道的平面和橫斷面及設備的安裝情況,通過亮度或照度的計算,確定最佳的照明布燈方式、合理的照明電纜橋架及管線的敷設方式。
    (二)設計標準
    1.《建筑照明設計標準》GB 50034-2013。
    2.《公路隧道照明設計細則》JTG/T D70/2-01-2014。
    3.《公路隧道設計規范交通工程與附屬設施》JTG D70/2-2014。
    4.《城市道路照明設計標準》CJJ 45-2015。
    5.《道路隧道設計規范》DG/TJ 08-2033-2008。
    6.《隧道led照明應用技術規范》DG/TJ 08-2141-2014。
    二、城市地下隧道照明設計程序及內容
    (一)設計程序
    城市地下隧道照明工程設計程序通常分為可行性研究(方案設計)、初步設計、施工圖設計三個階段。
    在城市地下隧道照明工程的可行性研究(方案設計)和工程設計的初步設計階段中,地下道路基本資料的收集是照明設計的必要條件。
    地下隧道照明工程基本資料收集的主要內容如表l所示,地下道路照明工程基本資料收集的主要內容    表1
城市地下隧道照明設計探討
城市地下隧道照明設計探討
(二)城市地下隧道照明設計的內容
1.隧道中間段照明,可分為一般照明、節電照明。
2.隧道入口段照明。
3.隧道過渡段照明。
4.隧道出口段照明。
5.隧道洞外引道段照明。
6.隧道的應急照明,平時可兼作一般照明。
(三)照明亮度與長度及照度之間的關系
城市地下隧道各照明段亮度與長度關系如圖1所示。
圖1各照明段亮度與長度關系
圖1各照明段亮度與長度關系
    圖1中,P為洞口(或棚口),S為接近段起點,A為適應點,d為適應距離:L20 (S)為洞外亮度;Lthl、Lth2為入口段亮度:L20 (A)為適應點亮度;Lch為入口段亮度;Ltrl、Ltr2、Ltr3為過渡段亮度;1in為中間段亮度;Lexl、Lex2為出口段亮度;Dthl、Dth2為入口段THI、TH2分段長度;Dtrl、Dtr2、Dtr3為過渡段TRI、TR2、TR3分段長度;Din為中間段長度;Dexl、Dex2為出口段EXI、EX2分段長度。
    隧道照明設計中通常采用照度參數來進行計算,這就需平均亮度與平均照度之間進行換算,黑色瀝青路面可取15lx/(cd/m2):水泥混凝土路面可取lOlx/(cd/m2)。
    (四)計算條件
    1.人車混合通行的道路(含非機動車道路),中間段亮度不符低于20cd/m2;橫向通道(含非機動車道路)亮度不應低于1.0cd/m2;路面左、右兩側墻面2m高范圍內的平均亮度,應不低于路面平均亮度的60%。
    2.地下隧道兩側墻面高2m范圍內,宜鋪設反射率≥0.7的墻面材料。
    3.燈具的養護系數一般可取0.6 - 0.7。
    4.所選燈具的光強分布表、利用系數曲線圖、等光強曲線圖、亮度產生曲線圖等光度數據。
    5.采用的行車速度不宜大于l00km/h,如大于l00km/h,應作特殊設計。
    (五)燈具布置要求
    1.燈具布置應滿足閃爍頻率低于2.5Hz或高于15Hz;如有困難時,應滿足閃爍頻率低于4Hz或高于11Hz。
    2.兩車道中間段燈具宜采用中線布置、兩側交錯布置或兩側對稱布置,在便于封路檢修的前提下,燈具可在隧道頂部單排居中布置。
    3.三車道盾構法地下道路,中間段照明燈具宜在道路兩側交錯布置或兩側對稱布置。
    4.三車道沉管法或明挖法隧道,中間段照明燈具宜在道路兩側車道中心線上方交錯布置或對稱布置。
    5.四車道沉管法或明挖法隧道,中間段照明燈具宜在在隧道頂部距墻一個車道寬的位置上交錯布置或對稱布置。
    6.照明燈具布置要考慮燈具的安裝高度、間距、仰角。
    7.在滿足眩光要求及安全可靠的前提下,盡量降低燈具的安裝高度:
    (六)照明計算
    1.隧道照明的具體計算需根據建筑條件和規范所要求的路面亮度和照度要求,選擇節能型光源、燈具及布置方案。照明計算接不同的計算方法和使用條件來計算路面的照度或亮度及均勻度。按算值的對比應不超過標準值的±10%:如偏差過大,應重新調整布燈方案,再做計算,直到符合要求。計算可采用照明設計軟件DIALux或其他照明設計軟件做仿真輔助設計。
    2.中間段照明。亮度和路面亮度總均勻度及縱向均勻度一般是按規范所列出的表格選取,不應低DG/TJ 08-2033-2008《道路隧道設計規范》中表12.2.1、12.2.2中的值。在設計計算中,應特別注意路面亮度縱向均勻度的指標。連續通道照明應大于2cd/m2。必須說明的是。DG/TJ 08-2033-2008在中間段和入口段的表格JTG/T D70/2-01-2014全面,增加了三車道的亮度、總均勻度、縱向均勻度值。
    3,入口段照明。宜劃分為二段:一段亮度Lthl-kL20(S),二段Lth2亮度為其一半,其中k為入口段亮度折減系數,L20(S)為洞外亮度。長度<500m的短道亮度還須折減:長度Dthl=Dth2-1/2[ 1.154Ds -(h- 1.5Vtanloo],其中Ds為照明停車視距,h為洞口內凈空高度。入口段照明由基本照明和加強照明兩部分組成,前者的燈具布置應按中間段照明考慮,后者可用功率較大的燈具加強照明。加強照明燈具可以從洞口以內lOm處開始布設。
    4.過渡段照明。亮度根據JTG廠TD70/2-01-2014所劃分的TRI、TR2、TR3段的公式計算選取;長度也須根據該標準所劃分的TRI、TR2、TR3段的公式計算和參照條文說明中的表5-1計算表來選取。
    5.出口段照明。宜劃分為二段,每段長度宜取30m;二段的亮度宜分別取中間段亮度的3和5倍;長度≤300m,可不設出口段照明:長度在300 - 500m之間只設加強照明。
    6.隧道洞外引道段照明應設置光過渡段,通過人工光過渡、天然光過渡或混合光過渡形式,如采用構筑遮光隔柵棚或植常青樹綠化以及采用引道段兩側冷色調、低反射材料裝修等措施來實現照明亮度的順次變化,并達到很好的減光效果。
隧道洞外引道段照明的亮度和長度如表2所示。
 
     洞外引道段照明的亮度和長度    表2
    洞外引道段照明的亮度和長度    表2
    7.應急照明。(1)應急照明.應急停車帶和應急停車帶宜采用熒光燈光源,其照明亮度應大于4cd/m2。(2)應急照明燈嵌入于道路車行道的一般照明燈具布置,其間隔約為每隔
8 - LO盞(一般燈具)對稱布置一盞應急照明燈具。(3) 一般采用EPS應急集中式蓄電池屏(放電時間90rnin)來對消防應急照明燈具和疏散標志指示燈進行供電,通常沿通道間隔約20m設置疏散標志指示燈,安裝高度為其中心距地0.5m。
(4)在啟用應急照明時,洞內路面亮度應不小于中間段亮度的10%和0.2cd/mz。c5)地下隧道均須考慮設置應急疏散照明。
    8.交通標志和誘導信息照明。一般采用照明式或發光式,大都采用LED燈和LED顯示屏。地下道路的交通標志最好采用照明與被動反光相結合的方式,這樣能有效保證標志的使用效果和可靠性。I_ED顯示屏一般用于可變信息標志,發布動態的交通管理和安全等相關信息。
    一般地下隧道內信息屏的屏面亮度應不小于3500cd/m2,隧道外信息屏的屏面亮度應不小于8000cd/m,。屏面亮度可根據外界照度自動調節,無眩光現象,視距應不小于200m。
    9.照明燈具、光源類型的選擇。(1) -般情況下宜選擇高效節能、透霧性能較好的燈具和光源,通常采用高壓鈉燈或金鹵燈。最近,越來越多采用LED燈,是因為LED燈的節能和使用壽命效果顯著。(2)短的隧道、柴油車較少的城鎮附近地下隧道、應急停車帶、人行橫通道(含非機動車道)、車行橫通道(含非機動車道)可選用顯色指數較高的光源。(3)應采用截光型或半截光型的的燈具,其配光曲線適宜,效率應不低于65%,光源使用壽命應不小于l0000h。(4)應具有適合地下道路特點的帶防眩裝置的燈具,其防護等級應不低于IP65。(5)燈具結構應便于更換燈泡和附件,其零部件應具有良好的防腐性能。(6)燈具配件安裝應易于操作,并能調整安裝角度。(7)燈具不得侵入地下隧道建筑限界。(8)不要選用以焊接切割等工藝制造的燈具,以防止隧道震動引發的燈具零部件掉落而引發高速行駛車輛的重大交通事故。
    10.隧道照明供配電與控制。
    (1)根據照明的性質、功能設置單獨的供配電線路,當電壓偏移或波動不能滿足照明質量或光源壽命時,應加穩壓裝置或照明專用變壓器。
    (2)基本照明的負荷等級為一級,應采用雙重電源交又供電方式,加強照明宜采用雙重電源交叉式供電方式;對于長度較長的城市非機動車地下道路需根據具體情況,可按二級負荷考慮;對于一般和長度較短的城市非機動車地下道路,可按三級負荷考慮。
    (3)照明干線系統采用放射式與樹干式相結合的供電方式:各回路照明燈以Ll、L2、L3的各單相次序沿線排列接入電源。
    (4)計算照明線路的電壓損失,如超過應適當增大線路導體的截面積。
    (5)配電系統應采用TN-S系統,燈具外殼和照明箱體均應接入保護接地系統。
    (6)應根據隧道洞外亮度和交通量變化分級自動調整入口段、過渡段、出口段的照明亮度。
    (7)采用智能控制系統對隧道照明系統進行監控。智能化道路照明系統可以通過對參數的采集進行智能化控制,以滿足不同的天氣和時段及交通狀況下的照明需求。
    (8)洞口外的路燈開燈時的天然光照度水平為15lx;關燈時天然光照度水平主干路為30lx,次干路為20lx。
    (9)通過智能照明調壓裝置對照明燈具進行調光,使隧道內照度水平更接近實際變化的情況,同時也起到節約電能、減少維護費用的作用。隧道調光主要是定時調光與亮度調光兩種形式。設計時應根據工程的實際情況進行選擇,使設計出的照明系統具有更加高效、節能、更具有人性化。
    目前我國許多城市路燈控制已采用無線三遙(遙控、遙測、遙信)智能控制和路燈的單燈控制系統等,已收到良好的節能效果;城市地下隧道照明也應如此。
    三、城市地下隧道照明及節能的評價指標
    城市地下隧道照明的評價指標有照明質量、節能與利用、節材與材料資源利用、安全、環境保護、運營管理等內容,其評價項目指標有控制項、一般項、優選項的內容及評分標準,并由此得出一、二、三星級的照明節能等級。地下隧道路面亮度總均勻度應不低于0.5,亮度縱向均勻度應不低于0.8,宜在0.9以上。地下道路照明光源的色溫不應高于6000K,有條件時宜采用4000 - 5000K。眩光限制閾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為照明節能的評價指標。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僅適用于隧道中間段LED照明,功率密度值是在燈具安裝高度為5.5m和瀝青路面材料的條件下得出的,如若不同須作相應換算。設計計算亮度高于標準值時,功率密度值不得相應增加。隧道出入口段的加強照明應根據洞外亮度變化設置至少四種以上不同亮度的工作模式,并能自動調光。中間段應根據運營時間、車流量、夜晚時段(上半夜、下半夜)進行基本照明和節電照明的調光控制。
    氣體放電燈應采用節能電感型或電子鎮流器,并加電容補償,建議補償后的功率因數≥0.85,建議補償至0.90 - 0.95較好。
    四、結語
    隧道照明在城市地下道路的建設中起到了至關重要的作用,應按國家規范要求設計地下隧(通)道照明,為駕乘人員提供一個良好和舒適的視覺環境,提高交通行車的安全性和快速性。
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