光导照明设计在短隧道洞口中的应用

孙德亮

（石家庄市公路桥梁建设集团，河北 石家庄 050091）

0 引言

公路隧道是一种特殊的管状结构，隧道内外的环境差别较大，相比其他道路其运行环境更为复杂，对于驾驶员的行车心理及视觉适应影响较大，因此在照明设计初期要综合考虑多方面的因素，找出影响照明质量的因素，保证为驾驶员提供一个安全舒适的运行环境，促进公路隧道安全、高效的运营。公路隧道由于结构特殊，在照明设计方面与普通道路有很大的区别。《公路隧道通风照明设计规范》（JTJ026.1－1999）在照明系统构成、洞外亮度和减光、隧道各照明段的长度与亮度、照明总均匀度与纵向均匀度、调光分级、光源分级、灯具及布置、照度与亮度计算推荐方法等方面做出了说明。

1 光导照明技术介绍

自然光是大自然赐予人类的宝贵财富，可以说是取之不尽、用之不竭，相比其他能源具有清洁、安全的特点，充分利用自然光可节省大量照明用电，节约照明用电又可间接减少自然资源的消耗及有害气体的排放。

长期以来，人们一直对自然光存在一种误解，认为自然光进入室内的同时带来的热量要多于人工光源的发热量。事实上，如果提供相同的照度，自然光带来的热量比绝大多数人工光源的发热量都少。也就是说，如果用自然光代替人工光源照明，可以大大减少空调负荷，有利于降低建筑物能耗。采集太阳光的光导管绿色照明系统能够把白天的太阳光有效地传递到室内阴暗的房间或者易燃易爆不适宜采用电光源的房间，改变目前很多建筑“室外阳光灿烂，室内灯火辉煌”的局面，可以有效地减少电能消耗。光导管还可以用于办公楼、住宅、商店和旅馆等建筑的地下室或走廊的自然采光或辅助照明，并能取得良好的采光照明效果，是太阳能光利用的一种有效方式。

光导照明系统主要分为三大部分：室外屋顶采光装置、光传导部分（光导管）和室内漫射器。透明采光罩具有极高的透光性能和折射性能，可以把自然光高效透入系统内。弧线和折边的设计，一方面可以将低角度光线折射进入系统，使得采光面积远大于采光罩的面积；另一方面使空气中的灰尘不容易附着，避免了频繁的清洁维护。特殊的材料和工艺，可以隔绝大部分紫外线，并使其具有非常好的耐久性和抗冲击性。采光罩采用国外进口优质PC材料添加UV注塑加工而成，材质自身拥有较强的耐磨擦性能和抗冲击性能，同时可隔绝90%以上的紫外线。由于添加了UV材料，采光罩的黄化指数大大提高。外型采用球面形设计，除美观外，其最大的作用是使其更大面积地接收光线和防止集落大颗粒灰尘。采光罩底部利用光线折弯技术进行光学设计，可有效增加自然光线的采集。采光罩表面采用拱挤耐磨擦涂层，即使长期处在恶劣的风沙环境中也不会因长期摩擦而影响其透光性。采光罩内采用拱挤特殊防结露膜，可使冷凝水不能形成露滴直接滴落到系统内部，而是沿壁流下，经系统回水槽排到外面；适应温度范围为－40～125℃，即使在昼夜温差相差较大的地区也可以安全使用。

光导管是把由采光装置收集的自然光导入室内的管道，一般为铝制结构，质量较轻。光导管按形状可分为直光导管和弯管两种。漫射器具有极强的透射性和散光性，可以将进入系统的自然光重新分配，使之均匀分布于室内。

2 安装方案

通过对几家公司产品的分析，决定采用索乐图管道式日光照明产品，因为它可以解决项目所有的难题。利用索乐图突破物理极限反射率的导光管道（反射率高达99.7%）、增加光通量的抗冲击采光罩以及光学透镜可输出视觉最优最舒适的漫射效果，将日光近乎无损的传导到隧道出入口段，在出入口段通过柔和降低日光强度和照度来克服暂时性失眠现象。

根据设计图纸，将隧道入口段（30m范围）划分成4段，分别为过渡1段（长5m）、过渡2段（长5m）、过渡3段（长10m）和过渡4段（长10m）。其中过渡1段由于对洞口日光的影响较大，不考虑布置日光照明系统。过渡2段、3段和4段由于管道长度不同且每套系统计划使用2个90度转弯，因此对于过渡2段导光管道系统的光损率采用0.53，对于过渡3段导光管道系统的光损率采用0.39，对于过渡4段导光管道系统的光损率采用0.24。具体安装见图1，隧道建立模型见图2。

图1 隧道顶部结构图

图2 隧道整体模型的建立

3 管道式日光照明悬挂系统的安装

3.1 隧道核查

详细核查隧道具体实际情况是否与图纸标注相符合，如有误差及时与现场施工人员或与甲方联系解决问题。

3.2 工具准备

应准备的工具有防护眼镜、防护手套、防护呼吸面罩、梯子、铁皮剪、机械钻、电动齿锯、喷液枪（喷射硅胶密封液）和其他零星工具。

3.3 定位放样及安装悬挂系统

管道式日光照明设备安装前必须在隧道顶部定位放样，否则会安装不整齐。开始安装时，首先在隧道内安置好移动支架，工人在支架上工作，支架一定要安置牢固。从隧道洞口中间开始，工人在隧道顶部量测吊架的位置，做好记号，然后把所有的点位都布置好，工人在每个点用钻机钻孔，然后安装好膨胀螺丝，安装吊杆，安装横杆。管道式日光照明设施施工的具体工序如图3所示。

4 管道式日光照明的短隧道适应性评价

本项目为某高速公路的头道沟三号隧道，左线长140m，起止桩号为K16＋695～K16＋835，于2011年10月底开始施工，历时一个月时间。通过眼睛观察到的表面现象为：从隧道外面看，里外隧道形成一个统一的整体，外面亮度大时，隧道里面亮度也很大；阴天外面亮度小时，隧道里面亮度也小，由里到外是一个自然的过度。隧道做完之后，特意在不同的时间段用照度仪采集部分数据，用实际数据说明管道式日光照明是否可以在隧道中应用（具体数据见图4和图5）。本次试验使用的是上海智丞电子有限公司的TES－1334A 数字式照度计。

图3 隧道顶部安装管道式日光照明具体工序图

图4 北侧10月26日与12月4日照度对比图（10:00）

图5 南侧10月25日与12月1日照度对比图（10:00）

5 结论

这次安装的管道式日光照明装置中最长的装置仅30m，从前面的照度分析可以看出以下几种情况：

a）隧道南面光线比较充足，照度比北面大很多，所以从照度分析可知，南面的隧道入口还可以再增加一些长度，满足在设计速度下使车辆安全通过的要求；

b）隧道北面平时能够满足隧道照明要求，不能够再增加长度，但是冬至时隧道照明不很理想；

c）隧道安装完毕后，在隧道两边应安装LED诱导标和反光警示标志，这样能够取得很好的效果，有利于车辆行驶；

d）由于隧道洞口光线较强，应该在洞口修建遮光棚等设施，来降低洞外照度；

e）晚上处于黑暗之中，应该采用光伏照明形式；

f）白天光导管能够满足隧道照明过渡要求，保证行车安全的实践与研究；

g）管道照明由于拥有节能等优点，可以在公路明洞、明挖隧道、地下通道和人工构造物等结构物上的使用。

[1]JTJ 026.1—199，公路隧道通风照明设计规范[S].

[2]涂耘，陈建忠.公路隧道短隧道照明参数研讨[J].公路交通技术，2009，（6）：125-128.

[3]袁亮.道路照明节能设计措施[A].中国科学技术协会.节能环保和谐发展——2007中国科协年会论文集（二）[C].北京：中国科学技术协会声像中心，2007.1495-1499.

[4]陈彦华.公路隧道照明灯具的现状与发展趋势[J].照明工程学报，2002，13（3）：55-57.