隧道照明設(shè)計(jì)介紹

1、隧道照明設(shè)計(jì)隧道照明設(shè)計(jì)介紹介紹2009/10/30Mark Fang目錄目錄視覺(jué)現(xiàn)象視覺(jué)現(xiàn)象什么是隧道什么是隧道隧道視覺(jué)現(xiàn)象的特點(diǎn)隧道視覺(jué)現(xiàn)象的特點(diǎn)隧道的分段和視覺(jué)響應(yīng)的問(wèn)題隧道的分段和視覺(jué)響應(yīng)的問(wèn)題隧道的白天照明隧道的白天照明隧道的夜間照明隧道的夜間照明應(yīng)急照明應(yīng)急照明隧道燈具布置隧道燈具布置照明控制照明控制視覺(jué)光環(huán)境視覺(jué)光環(huán)境亮度對(duì)比度亮度對(duì)比度C:C = ( L0 Lb )/Lb式中, L0是目標(biāo)亮度,Lb是背景亮度臨界亮度差臨界亮度差D DLt: 人眼剛能識(shí)別目標(biāo)時(shí)目標(biāo)與背景間的亮度差Ct = DLt /Lb式中, Ct 是臨界對(duì)比度可見(jiàn)度水平可見(jiàn)度水平: 目標(biāo)與背景的實(shí)際亮度對(duì)比度

2、C與臨界對(duì)比度Ct的比值,用VL (Visibility Level) 來(lái)表示VL=C/Ct = DL / DLt 式中, DL 是目標(biāo)與背景的實(shí)際亮度差注意:可見(jiàn)度水平越大,目標(biāo)看得越清楚; 但目標(biāo)和背景有光澤發(fā)射時(shí),就產(chǎn)生眩光照度及其均勻度照度及其均勻度識(shí)別人臉部特征的最低亮度和照度識(shí)別人臉部特征的最低亮度和照度:亮度約1cd.m-2照度約20 lx水平照度滿意看清人臉部特征的最低亮度和照度滿意看清人臉部特征的最低亮度和照度:亮度約1020 cd.m-2照度約100 lx垂直照度,200 lx水平照度長(zhǎng)時(shí)間工作的最佳照度長(zhǎng)時(shí)間工作的最佳照度:約10002000 lx水平照度考慮經(jīng)濟(jì)和節(jié)能考

3、慮經(jīng)濟(jì)和節(jié)能:實(shí)際照度有所不同在工作區(qū),最小照度與平均照度比:0.8環(huán)境與工作區(qū)的照度比:1/3相鄰工作區(qū)的平均照度比:5:1視覺(jué)光環(huán)境視覺(jué)光環(huán)境風(fēng)風(fēng) 管管風(fēng)扇風(fēng)扇車道車道車道車道車道車道典型隧道的橫截面情況典型隧道的橫截面情況在白天,駕駛員進(jìn)入隧道直至離開(kāi)隧道,會(huì)遇到很多視覺(jué)問(wèn)題:進(jìn)入隧道前的視覺(jué)問(wèn)題. 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,在駕駛員面前就出現(xiàn)一個(gè)“黑框”. 進(jìn)入隧道即刻會(huì)發(fā)生的視覺(jué)現(xiàn)象. 由明亮的外部進(jìn)入一個(gè)較暗的隧道,由于駕 駛員的視覺(jué)有一定的適應(yīng)時(shí)間,因此他無(wú)法迅速地看清隧道內(nèi)部

4、的情況,這種 現(xiàn)象稱為“適應(yīng)的滯后現(xiàn)象”. 隧道內(nèi)部的視覺(jué)問(wèn)題. 在隧道內(nèi)部,由于汽車排出的廢氣集聚在隧道里而形成 煙霧. 汽車前照燈的光被這些煙霧吸收和散射,造成光幕,降低了前方障礙物與 其背景(路面、墻面)之間的亮度對(duì)比度,從而降低了障礙物的能見(jiàn)度. 隧道出口處的視覺(jué)問(wèn)題. 處于一個(gè)很暗的環(huán)境,突然前方出現(xiàn)一個(gè)很亮的出處, 會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的眩光,使駕駛員看不清路況,極易發(fā)生車禍. 為了解決以上的各種問(wèn)題為了解決以上的各種問(wèn)題,隧道照明分為入口照明、內(nèi)部照明和出口照明隧道照明分為入口照明、內(nèi)部照明和出口照明. 一一般隧道內(nèi)部的照明水平比較低般隧道內(nèi)部的照明水平比較低,不可能與外部相比擬不可能與外

5、部相比擬,考慮到人眼的適應(yīng)問(wèn)題考慮到人眼的適應(yīng)問(wèn)題,因此入口照明是逐漸降低的因此入口照明是逐漸降低的. 根據(jù)隧道長(zhǎng)短分類根據(jù)隧道長(zhǎng)短分類短隧道*小于安全停車距離長(zhǎng)隧道速度(公里)4864808896104安全停車距離(米)6090140165200220臨近段加強(qiáng)段過(guò)渡段內(nèi)部段隧道入口隧道的分段和視覺(jué)響應(yīng)的問(wèn)題隧道的分段和視覺(jué)響應(yīng)的問(wèn)題隧道的分段和視覺(jué)響應(yīng)的問(wèn)題隧道的分段和視覺(jué)響應(yīng)的問(wèn)題出于照明設(shè)計(jì)需要,長(zhǎng)隧道一般分為五個(gè)區(qū)段每個(gè)區(qū)段均有相應(yīng)的視覺(jué)響應(yīng)問(wèn)題臨近段加強(qiáng)段 過(guò)渡段內(nèi)部段出口段加強(qiáng)段過(guò)渡段內(nèi)部段出口段亮度水平亮度水平隧道長(zhǎng)度隧道長(zhǎng)度隧道的分段和響應(yīng)的視覺(jué)問(wèn)題隧道的分段和響應(yīng)的視覺(jué)問(wèn)題

6、臨近段臨近段臨近段指隧道口外的一段道路,此處的駕駛員必須能看清隧道內(nèi)物體.這也是駕駛員視覺(jué)調(diào)節(jié)的階段,決定了隧道口和隧道入口段的亮度要求.在白天,由于入口外環(huán)境的高亮度和隧道內(nèi)低亮度的強(qiáng)烈對(duì)比,也由于駕駛員的眼睛對(duì)明亮環(huán)境的視覺(jué)暫留影響,一個(gè)照明不夠的隧道口會(huì)使人產(chǎn)生“黑洞效應(yīng)”,看不見(jiàn)洞內(nèi)任何細(xì)節(jié).而在晚上,由于人眼適應(yīng)了隧道外的黑暗,同一隧道卻可能會(huì)令人感覺(jué)照明良好或刺眼或形成“白洞效應(yīng)”.隧道的分段和響應(yīng)的視覺(jué)問(wèn)題隧道的分段和響應(yīng)的視覺(jué)問(wèn)題加強(qiáng)段加強(qiáng)段加強(qiáng)段是隧道內(nèi)四個(gè)區(qū)段的第一段,在臨近段行駛的駕駛員進(jìn)入隧道前必須能 看見(jiàn)入口處的路面情況,消除“黑洞”現(xiàn)象.加強(qiáng)段的長(zhǎng)度取決于隧道設(shè)計(jì)的

7、最高時(shí)速,至少與最高速度時(shí)的安全剎車距離 (SSD)相等.這是因?yàn)樵诖硕巫钸h(yuǎn)端的路面應(yīng)當(dāng)為在安全剎車距離外準(zhǔn)備進(jìn)入 隧道的駕駛員能看清障礙物作為背景.隧道的分段和響應(yīng)的視覺(jué)問(wèn)題隧道的分段和響應(yīng)的視覺(jué)問(wèn)題過(guò)渡段過(guò)渡段經(jīng)過(guò)照明水平相對(duì)高的加強(qiáng)段,隧道內(nèi)的照明可以逐步降低到很低的水平,這段 漸降的區(qū)域就是過(guò)渡段.過(guò)渡段的長(zhǎng)度取決于設(shè)計(jì)最高時(shí)速和入口段尾部與內(nèi)部段的照明水平的差別.隧道的分段和響應(yīng)的視覺(jué)問(wèn)題隧道的分段和響應(yīng)的視覺(jué)問(wèn)題內(nèi)部段內(nèi)部段內(nèi)部段即如其名,是隧道內(nèi)遠(yuǎn)離外部自然光照影響的區(qū)域,駕駛員的視覺(jué)只受隧道內(nèi)照明的影響.內(nèi)部段的特點(diǎn)是全段具有均勻的照明水平.因?yàn)橥耆恍枳兓?該段只需提供合適的

8、亮度水平,具體數(shù)值由交通流量和車輛時(shí)速?zèng)Q定.隧道的分段和響應(yīng)的視覺(jué)問(wèn)題隧道的分段和響應(yīng)的視覺(jué)問(wèn)題出口段出口段出口段是單向隧道的最后區(qū)段,接近出口的駕駛員視覺(jué)受隧道外亮度的影響,以防止出隧道時(shí),由于高亮度刺激而降低視覺(jué),亦即眩光的影響,這可能造成駕駛員不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)前面行駛在大卡車陰影里的小車.一般而言,如果從入口前的安全剎車距離外看過(guò)去,出口占有視野的很大部分,則隧道或地下通道就無(wú)需額外的白天照明(相對(duì)于正常的夜晚照明).相反,如果從相同位置看過(guò)去,出口在黑框內(nèi),其中的障礙物,如汽車等可能隱藏其中,則這時(shí)就必須提供白天照明.隧道的白天照明隧道的白天照明照明質(zhì)量要求照明質(zhì)量要求不同區(qū)域亮度值各不相

9、同不同區(qū)域亮度值各不相同全路亮度均勻度全路亮度均勻度Lmin/Lav 0.4軸向均勻度軸向均勻度 Lmin/Lmax 0.6L側(cè)墻側(cè)墻 (2米以下米以下) = L 路面路面TI = 95.Lv/Lav 1.05 (Lav 5 cd/m2)TI = 65.Lv/Lav 0.8 (Lav 5 cd/m2)頻閃頻閃 (Hz) 2.5 FF 15注注:Lv等效光幕亮度等效光幕亮度天空天空隧道的白天照明要求和亮度值隧道的白天照明要求和亮度值L20環(huán)境環(huán)境道路道路圓錐體圓錐體天空天空道路道路環(huán)境環(huán)境臨近段臨近段L20駕駛員駛向隧道時(shí)在臨近段眼睛調(diào)適的亮度決定了隧道內(nèi)閾值段的亮度要駕駛員駛向隧道時(shí)在臨近段眼

10、睛調(diào)適的亮度決定了隧道內(nèi)閾值段的亮度要 求求,在此應(yīng)該考慮兩種調(diào)適亮度在此應(yīng)該考慮兩種調(diào)適亮度:臨近段的亮度和等效環(huán)境亮度、天空亮度臨近段的亮度和等效環(huán)境亮度、天空亮度.對(duì)處于離隧道口安全剎車距離處的駕駛員而言對(duì)處于離隧道口安全剎車距離處的駕駛員而言,也就是臨進(jìn)段的最小長(zhǎng)度也就是臨進(jìn)段的最小長(zhǎng)度,其其 感受的臨近段亮度等于以隧道四分之一高度為底部圓心感受的臨近段亮度等于以隧道四分之一高度為底部圓心,以眼睛為頂點(diǎn)的以眼睛為頂點(diǎn)的 2X100圓錐視野范圍內(nèi)的平均亮度圓錐視野范圍內(nèi)的平均亮度.隧道的白天照明要求和亮度值隧道的白天照明要求和亮度值臨近段臨近段對(duì)大多數(shù)隧道類型,可以采取各種措施來(lái)降低臨近

11、段的亮度,如使用粗糙的深 色材料來(lái)處理臨近段路面、隧道口立面和近隧道口的墻面(如水底隧道);在和 入口相鄰的地方或入口上方植樹(shù)來(lái)遮蔽明亮的天空,或者將隧道口建造的盡 可能高大,這樣就可以降低隧道內(nèi)的亮度,便于節(jié)能.在實(shí)際操作中,根據(jù)隧道類型和采取的措施的不同,隧道臨近段的最高亮度在 約3000 cd/m2 至超過(guò)8000cd/m2 之間(對(duì)應(yīng)于水平照度約為100000 lux).環(huán)境環(huán)境道路道路圓錐體圓錐體天空天空道路道路環(huán)境環(huán)境天空天空臨近段臨近段 - L20 計(jì)算計(jì)算 (1)隧道的白天照明要求和亮度值隧道的白天照明要求和亮度值臨近段臨近段L天空天空g g=L20+L道路道路r r+L環(huán)境環(huán)

12、境e e綜合影響臨近段亮度的外部亮度因素在不同的隧道有很大不同.比如,對(duì)穿山隧道,隧道口周圍山體的亮度基本決定了臨近段的亮度;對(duì)水底隧道,隧道入口上方天空亮度對(duì)隧道臨近段的亮度起決定作用;對(duì)高架道路地面通道和地下通道而言，臨近段亮度部分取決于建筑的結(jié)構(gòu)形狀,部分取決于上部天空的亮度;而在建筑林立之處,天空的影響很小.注: , 和 分別表示各部分在200視野中所占比例e er rg gL巖石L建筑L雪L草地北833815（垂直）15（水平）2東-西1242610（垂直）15（水平）2南165145（垂直）15（水平）2L環(huán)境行駛方向(半球)L天空L道路單位:kcd/m2隧道的白天照明要求和亮度值

13、隧道的白天照明要求和亮度值臨近段臨近段 - L20 計(jì)算計(jì)算 (Kcd/m) (2)正常有雪正常有雪正常有雪正常有雪60-4 54 52.5 3.53 3.51.5 31.5 4100 1605 7.5 5 74.5 64 6.53 4.53 5242.5 5剎車距離(m)不同天氣時(shí)200視野內(nèi)天空占有的比例35%25%10%0%臨近段的亮度值臨近段的亮度值(kcd.m-2)隧道的白天照明要求和亮度值隧道的白天照明要求和亮度值加強(qiáng)段加強(qiáng)段Lth:亮度要求亮度要求為使駕駛員維持良好的視覺(jué)狀態(tài),確保安全,在隧道入口處的開(kāi)頭需要相對(duì) 較高的亮度,此亮度是臨近段亮度L20的函數(shù).加強(qiáng)段亮度Lth 可以

14、利用下表給出的Lth/L20比值計(jì)算出來(lái).需注意的是,隧道墻壁2米以下部分的平均亮度不得低于路面的平均亮度.剎車距離(m)對(duì)稱配光照明系統(tǒng) Lth/L20逆向非對(duì)稱配光照明系統(tǒng) Lth/L20600.050.041000.060.051600.100.07加強(qiáng)段加強(qiáng)段 - Lth/L20比值比值(在一半加強(qiáng)段的區(qū)域在一半加強(qiáng)段的區(qū)域)隧道的白天照明要求和亮度值隧道的白天照明要求和亮度值加強(qiáng)段加強(qiáng)段Lth 長(zhǎng)度長(zhǎng)度加強(qiáng)段的長(zhǎng)度至少等于安全剎車距離.從剎車距離的一半開(kāi)始,照明水平可以線性漸降直至到末端約為 0.4 Lth.亮度的降低也可以逐級(jí)進(jìn)行,但前一級(jí)亮度和后一級(jí)亮度的比值不得超過(guò)3:1.遮陽(yáng)

15、棚遮陽(yáng)棚加強(qiáng)段的照明可以是隧道內(nèi)的燈光,也可以在隧道口通過(guò)建造遮陽(yáng)棚來(lái)達(dá)到目的.遮陽(yáng)棚的結(jié)構(gòu)經(jīng)過(guò)合理設(shè)計(jì),可以控制自然光到達(dá)路面的多少?gòu)亩玫胶线m的亮度,但需注意不要在路面上產(chǎn)生干擾性陰影或光閃爍.隧道的白天照明要求和亮度值隧道的白天照明要求和亮度值過(guò)渡段過(guò)渡段Ltr駕駛員進(jìn)入長(zhǎng)隧道后需要一些時(shí)間將眼睛調(diào)節(jié)到能適應(yīng)內(nèi)部段較低亮度水平駕駛員進(jìn)入長(zhǎng)隧道后需要一些時(shí)間將眼睛調(diào)節(jié)到能適應(yīng)內(nèi)部段較低亮度水平, 過(guò)渡段照明從最高到最低的變化必須逐步進(jìn)行過(guò)渡段照明從最高到最低的變化必須逐步進(jìn)行,這也是過(guò)渡段照明的目的這也是過(guò)渡段照明的目的.過(guò)渡段沿隧道軸向的亮度分布由以下公式?jīng)Q定過(guò)渡段沿隧道軸向的亮度分布由

16、以下公式?jīng)Q定,長(zhǎng)度由曲線的標(biāo)示和車速?zèng)Q定長(zhǎng)度由曲線的標(biāo)示和車速?zèng)Q定:Ltr = Lth(1.9+ t )-1.4 th加強(qiáng)段過(guò)渡段(CIE 曲線曲線)加強(qiáng)段加強(qiáng)段過(guò)渡段過(guò)渡段過(guò)渡段過(guò)渡段Ltr - 亮度計(jì)算亮度計(jì)算入口段入口段(包括臨近段、加強(qiáng)段和過(guò)渡段包括臨近段、加強(qiáng)段和過(guò)渡段)一般各段的照明不可能均勻下降;可以使用階躍式下降的方式,只要相鄰階躍的亮度比不超過(guò)3:1就可以,因?yàn)槿说囊曈X(jué)在這種狀況下還不受影響.隧道的白天照明要求和亮度值隧道的白天照明要求和亮度值隧道的白天照明要求和亮度值隧道的白天照明要求和亮度值內(nèi)部段內(nèi)部段內(nèi)部段的照明無(wú)需任何變化,只要提供均一的稍高于普通開(kāi)放式道路照明水平的

17、亮度即可.除了高亮度使駕駛員感到更安全外,還要考慮路面的反射條件,需要相對(duì)較高的亮度主要是因?yàn)樵谒淼纼?nèi)由于污染的影響降低了能見(jiàn)度.這也是為什么推薦的亮度跟剎車距離和交通密度有關(guān)系的原因.日本隧道照明標(biāo)準(zhǔn)對(duì)內(nèi)部段照明的標(biāo)準(zhǔn)日本隧道照明標(biāo)準(zhǔn)對(duì)內(nèi)部段照明的標(biāo)準(zhǔn)CIE對(duì)隧道內(nèi)部段照明的推薦亮度對(duì)隧道內(nèi)部段照明的推薦亮度(cd/m2)注:平均亮度的換算系數(shù),混凝土路面為13;瀝青路面為22.混凝土路面瀝青路面1009.0120200804.560100602.33050401.52035車速(km.h-1)平均亮度(cd.m-2)換算成平均照度(lx)100100交通密度1000601231002461

18、6051015交通密度(輛/小時(shí))剎車距離(m)隧道的白天照明要求和亮度值隧道的白天照明要求和亮度值出口段出口段由于人眼從暗向明視覺(jué)的調(diào)節(jié)速度極快,所以,隧道出口并不需為視覺(jué)適應(yīng)增設(shè)照明.但是,為使駕駛員在明亮出口的視覺(jué)背景下可清晰看見(jiàn)前面大車陰影中的小車,以及離開(kāi)出口時(shí)有良好的后向視覺(jué),或?yàn)閼?yīng)急時(shí)和維護(hù)時(shí)可雙向運(yùn)行,可以使出口的照明和入口照明保持對(duì)稱布置.出口段照明只需將隧道最后的60米區(qū)域的亮度提高到內(nèi)部段亮度水平的五倍即可.如果有眩光影響(如陽(yáng)光、雪地、水面等)的亮度要求:要有足夠的后視照明要有足夠的后視照明同時(shí)用作入口同時(shí)用作入口,增加過(guò)渡段增加過(guò)渡段,一般過(guò)渡段的照度應(yīng)為隧一般過(guò)渡段

19、的照度應(yīng)為隧 道口外部照度的道口外部照度的1/10,過(guò)渡段的長(zhǎng)度不大于過(guò)渡段的長(zhǎng)度不大于80m隧道的夜間照明隧道的夜間照明以上討論的是隧道的白天照明.對(duì)于夜晚照明而言,入口照明相應(yīng)地減少,而出口段,則由于隧道外的照明比隧道的內(nèi)部段照明更低,在夜晚會(huì)出現(xiàn)“黑洞”現(xiàn)象,因此,一般應(yīng)設(shè)置過(guò)渡段,逐漸減低照明水平直至達(dá)到外部道路的夜間照明水平.夜間照明夜間照明日本隧道照明標(biāo)準(zhǔn)的夜間出口過(guò)渡照明日本隧道照明標(biāo)準(zhǔn)的夜間出口過(guò)渡照明4.01002.01.51801802.0 - 4.08010.5130130 2.0600.5-9595-40-60-過(guò)渡照明II區(qū)的長(zhǎng)度(m)隧道內(nèi)部段的亮度 (cd.m-2)車速(km.h-1)過(guò)渡照明I區(qū)的亮度 (cd.m-2)過(guò)渡照明II區(qū)的亮度 (cd.m-2)過(guò)渡照明I區(qū)的長(zhǎng)度 (m)應(yīng)急照明應(yīng)急照明隧道照明設(shè)計(jì)中還應(yīng)包括應(yīng)急照明.如果隧道內(nèi)停電,其后果不堪設(shè)想. 應(yīng)急 照明應(yīng)使用獨(dú)立于主照明的電源供電,在停電后自動(dòng)接入,啟動(dòng)應(yīng)急照明. 應(yīng)急照明的照度一般應(yīng)為正常照明的1/5. 如果是長(zhǎng)時(shí)間停電,還應(yīng)提供入口 處的信號(hào)照明,以警告駕駛員放慢車速,減少事故發(fā)生的可能性. 同時(shí)還應(yīng)設(shè) 置誘導(dǎo)照明,在隧道內(nèi)壁上等間隔布燈,指明隧道內(nèi)壁位置和隧道的走向. 可以采用不同的輸入線路.隧道燈具布置隧道燈具布置相對(duì):相對(duì)和交錯(cuò)布置一般是將燈