破解“黑洞效應(yīng)”和“閃爍效應(yīng)” 如何設(shè)計(jì)隧道照明?(附視頻)
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隧道照明是戶(hù)外照明中最常見(jiàn)的應(yīng)用之一。無(wú)論在白天或夜間均必須提高,而且主要的問(wèn)題不是在夜間照明中產(chǎn)生,而是在白天。
在白天日光下,隧道內(nèi)、外的亮度差別極大,特別在長(zhǎng)隧道中照明系統(tǒng)要提供合理的亮度水平,解決車(chē)輛駕駛員從亮環(huán)境進(jìn)入暗環(huán)境,再?gòu)陌淡h(huán)境返回亮環(huán)境的視覺(jué)適應(yīng)問(wèn)題。
因此,照明的目的主要是要保證車(chē)輛在某一速度下接近、通過(guò)和離開(kāi)隧道時(shí),其行駛中感覺(jué)到的安全性和舒適性應(yīng)不亞于在與隧道相接的露天道路上行駛的感覺(jué)。
其次,我們還需要了解兩個(gè)隧道照明中出現(xiàn)的兩大主要現(xiàn)象:
黑洞效應(yīng)
即隧道入口處或隧道內(nèi),照明亮度太低,又沒(méi)有足夠的適應(yīng)時(shí)間,使駕駛員在室外高亮度下接近隧道時(shí)所看到的隧道猶如“黑洞”一樣。
最近,由貴州高速公路集團(tuán)牽頭研發(fā)的“山區(qū)高速公路隧道運(yùn)行光環(huán)境及應(yīng)對(duì)技術(shù)研究”不僅破解了這一難題,獲得了國(guó)家發(fā)明專(zhuān)利。同時(shí),這套技術(shù)的節(jié)能效益也很明顯。
通常情況下,駕駛員開(kāi)車(chē)進(jìn)入隧道,會(huì)產(chǎn)生左邊畫(huà)面的黑洞效應(yīng)。而右邊的畫(huà)面卻沒(méi)有這種情況,這是三穗到黎平高速公路上的盤(pán)嶺隧道,破解“黑洞效應(yīng)”的正是隧道口的這兩個(gè)探頭及其控制系統(tǒng)。
這兩個(gè)攝像頭一個(gè)對(duì)天采集室外的色溫?cái)?shù)據(jù),另一個(gè)是對(duì)地采集光照的強(qiáng)度數(shù)據(jù)。把這兩個(gè)數(shù)據(jù)匯集到我們的控制系統(tǒng),通過(guò)控制系統(tǒng)發(fā)出指令。把隧道內(nèi)燈具的色溫和強(qiáng)度調(diào)節(jié)成和外面一至。
通過(guò)這套系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)節(jié)的隧道燈光,會(huì)和外面的光線(xiàn)保持一致。中午時(shí)為最亮的白色,清晨和晚上則呈現(xiàn)出柔和的暖黃色。——中南交通科技公司技術(shù)員 代勁
進(jìn)隧道后一目了然,其它隧道一進(jìn)去,大概有零點(diǎn)幾秒的發(fā)黑。——駕駛員 李志祥
盤(pán)嶺隧道的節(jié)能環(huán)保技術(shù)還不止于此。隧道墻壁上粉刷的這些蓄能發(fā)光涂料,經(jīng)過(guò)任何光源15分鐘的照射,就能夠持續(xù)發(fā)光12小時(shí)以上。
手機(jī)電筒來(lái)照一下這里,十幾秒鐘,剛照射的是儲(chǔ)能,后來(lái)現(xiàn)在就發(fā)光了,通過(guò)散發(fā)熒光,增加隧道的亮度和照度。
據(jù)介紹,目前貴州高速集團(tuán)管理的公路隧道的照明電費(fèi)每年接近5000萬(wàn)元。該技術(shù)全面推廣后,每年將減少用電量3200萬(wàn)度以上,節(jié)約運(yùn)營(yíng)電費(fèi)2000多萬(wàn)元。——貴州高速集團(tuán)總工辦主任 管桂平
把這些技術(shù)全部用上去,隧道建設(shè)增加的成本在10%到30%之間。通過(guò)測(cè)算,3年之間就可以把增加的成本收回來(lái)。
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各國(guó)在隧道照明中對(duì)長(zhǎng)隧道均分區(qū)處理,但分法不盡相同。國(guó)際照明委員會(huì)(CIE)對(duì)此作了統(tǒng)一劃分,即分成入口區(qū)、臨界區(qū)、過(guò)渡區(qū)、室內(nèi)區(qū)(有時(shí)也稱(chēng)中央?yún)^(qū))和出口區(qū)共五區(qū),見(jiàn)下圖介紹的分區(qū)情況,圖中對(duì)各區(qū)的亮度變化作了定性描述。
圖1-1 典型的單向隧道縱剖面
通常,我們根據(jù)分區(qū)來(lái)確定其亮度或照明值。在確定各分區(qū)的亮度或照明時(shí),要考慮到安全停車(chē)距離這個(gè)因素。所謂安全停車(chē)距離,即一輛車(chē)以設(shè)定的速度駕駛到完全安全停止所需的距離,該距離包括駕駛員作出反應(yīng)和剎車(chē)的距離,由當(dāng)?shù)亟煌ǚㄒ?guī)選定。
我們先介紹第一個(gè)分區(qū):入口區(qū)的亮度值或照明值的確定。
入口區(qū)位置在圖1-1中有明確表示。該區(qū)的亮度隨著季節(jié)、氣候、隧道口的朝向及其周?chē)h(huán)境差異等諸因素而變化。
作為駕駛員感受到的亮度,包括隧道口周?chē)h(huán)境亮度產(chǎn)生的等效光幕亮度,則更為復(fù)雜。為實(shí)用目的,CIE采用隧道口1/4高度處一點(diǎn)為中心,在隧道前安全停止距離處駕駛員眼睛張角20°圓錐視場(chǎng)內(nèi)平均亮度作為入口區(qū)的亮度值。
表1-1表明20°圓錐視場(chǎng)內(nèi)天空所占的比例、隧道入口的朝向、設(shè)定的安全停止距離等各種因素。
上述是CIE推薦的第一種確定入口區(qū)平均亮度L20的簡(jiǎn)便實(shí)用方法,即考慮各種影響入口區(qū)亮度的因素,查表取得。
推薦的第二種方法是用公式來(lái)計(jì)算L20,其計(jì)算式為:
L20=γLC+ρLR+εLE+τLth
其中 γ+ρ+ε+τ =1
式中:
LC-——天空亮度
LR——道路亮度
LE——環(huán)境亮度
Lth——隧道臨界區(qū)的亮度
①主要取決于隧道的朝向:
低表示在北半球,朝南入口,向北行駛;
高表示在北半球,朝北入口,向南行駛;
對(duì)于東、西入口,則在底和高之間取值。
?、谥饕Q于隧道入口周?chē)牧炼龋?/p>
低表示周?chē)瓷湎禂?shù)低;
高表示周?chē)瓷湎禂?shù)高。
?、壑饕Q于隧道朝向:
低表示在北半球,朝北入口,向南行駛;
高表示在北半球,朝南入口,向北行駛;
對(duì)于東、西向入口,則在低和高之間取值。
④安全停止距離60m,天空所占比例為35%在實(shí)際中不會(huì)遇到。
γ——天空所占的比例,%;
ρ——道路所占的比例,%;
ε——環(huán)境所占的比例,%;
τ——隧道入口所占的比例,%。
如果設(shè)k=L-th/L20,其中k為一設(shè)定的比例系數(shù),則有:
由于在安全停止距離設(shè)定為100m和160m時(shí)τ值較低,小于10%,而k值不會(huì)超過(guò)0.1,τk項(xiàng)可以忽略不計(jì),L20可寫(xiě)成:
而此時(shí)γ+ρ+ε<1。
γ、ρ和ε很難精確測(cè)定。在要求不大精確前提下,Lc、LR、LE見(jiàn)表1-2。
在隧道照明設(shè)計(jì)中確定L20時(shí),初步設(shè)計(jì)階段在手頭資料不多的情況下可用前一種方法。
在最后照明設(shè)計(jì)時(shí),此時(shí)隧道設(shè)計(jì)資料較多時(shí),可用后一種方法。
(審核編輯: 滄海一土)
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