【摘 要】
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我国隧道及地下工程事业自20世纪80年代至今,中国已是世界上隧道数量最多、里程最长、发展速度最快的国家。隧道作为公路特殊的构造物,其独特的环境使得公路隧道需要人工照明。据调查分析,公路隧道照明系统的电能消耗占隧道总电能消耗的比重约为80%,运营企业电费支出负担沉重,但隧道照明系统又是隧道内驾驶者获取交通信息的重要保障,是公路隧道运营安全不可或缺的一部分。本文从提高公路隧道照明效能的角度出发,基于系
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我国隧道及地下工程事业自20世纪80年代至今,中国已是世界上隧道数量最多、里程最长、发展速度最快的国家。隧道作为公路特殊的构造物,其独特的环境使得公路隧道需要人工照明。据调查分析,公路隧道照明系统的电能消耗占隧道总电能消耗的比重约为80%,运营企业电费支出负担沉重,但隧道照明系统又是隧道内驾驶者获取交通信息的重要保障,是公路隧道运营安全不可或缺的一部分。本文从提高公路隧道照明效能的角度出发,基于系统工程思想,以隧道中间段照明“空间分布——非对称类型——应用评价”为研究主线,照明质量指标和经济效益为照明评价依据,试验和数值模拟为研究手段,对公路隧道非对称配光的照明效能进行研究。主要研究工作包括:介绍了隧道驾驶的视觉特征,在驾驶员视觉亮度需求的基础上,阐释了隧道照明区段地划分和照明质量评价体系,分析了小目标可见度指标和其作为照明安全、节能评价的重要意义;基于光强空间分布理论,提出道路纵断面(即C0°~C180°平面)和横断面(C90°~C270°平面)非对称配光,并分析横、纵向非对称配光的照明特性;根据显示系数的定义,在道路纵向上光强非对称分布的形式有对称照明、逆光照明和顺光照明,并对以上三种照明类型进行足尺试验与仿真,分析非对称配光照明在隧道水泥路面(C1型)和沥青路面(R3型)上的照明效能;在示例隧道模型基础上,对优势照明进行节能优化和缺陷分析,及经济效益推算。研究得出:(1)隧道内纵向非对称的逆光照明的小目标可见度优势突出,但眩光(TI)负面效应也较为明显,而非对称的顺光照明无明显优势。(2)在沥青路面上非对称照明中的逆光照明对路面亮度的增益明显,研究工况中逆光照明相比对称照明的路面平均亮度增益近22%左右。而在隧道为水泥混凝土路面时,非对称照明相比对称照明的路面亮(照)度的优势不显著。(3)从试验路面和仿真伪色效果上看,虽然对称照明纵向均匀度优于非对称照明,但非对称照明也能较好的满足规范需求。(4)通过对示例隧道逆光照明配置优化与经济效益测算,TI优化分析中,加强照明并不建议采用逆光照明。大间距的基本照明的最大光强出光角度控制在40°范围内时,逆向出光角度越大,路面亮度越高,但STV会有所降低。示例隧道的基本照明亮度等级为3.5cd/m~2时,逆光照明单灯比对称照明节约19%以上的能耗。若示例隧道路段的长隧道采用逆光改造,理论上至少节约100万以上,推算至全国长隧道的不完全统计每年电费可节约亿级单位,经济效益显著。
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