楊春宇，梁樹(shù)英，張青文

(重慶大學(xué)建筑城規(guī)學(xué)院，重慶大學(xué)山地城鎮(zhèn)建設(shè)與新技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，重慶 400045）

0 引言

隨著中國(guó)城市建設(shè)和交通事業(yè)的迅速發(fā)展，隧道的數(shù)量日漸增多。以重慶市為例，主城區(qū)城市隧道24座、內(nèi)環(huán)高速隧道8座，全市高速公路隧道150余座，里程達(dá)280 km，每年用于照明的電費(fèi)約為2億元。長(zhǎng)期以來(lái)，隧道和道路照明系統(tǒng)的安全性和節(jié)能性存在著此消彼長(zhǎng)的矛盾，如何在保證行車安全的前提下，提高隧道和道路的運(yùn)營(yíng)效率、降低能源消耗，是目前亟待解決的問(wèn)題。城市隧道白天和晚上對(duì)照明的要求存在很大差異:白天洞外亮度高，為了保證良好的視覺(jué)效果和安全行車，隧道出入口段的亮度為與之適應(yīng)，其設(shè)置的照明亮度也較高;夜間，隧道洞外只有城市道路照明，其亮度較低，而隧道出入口段的照明卻保持不變(相當(dāng)部分出入口照明加強(qiáng)段沒(méi)有降低照度值），這種隧道洞內(nèi)外照明亮度對(duì)比太大的情況不僅不利于行車安全，對(duì)能源也是極大的浪費(fèi)。因此，夜間隧道出入口段和洞外城市道路照明應(yīng)根據(jù)人眼的視覺(jué)功效進(jìn)行照明控制，才能創(chuàng)造出良好的行車視覺(jué)環(huán)境，從而有利于夜間行車安全。

1 國(guó)內(nèi)外相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)研究

1.1 隧道照明標(biāo)準(zhǔn)

國(guó)外公路隧道照明技術(shù)的研究開(kāi)始較早，經(jīng)過(guò)多年的理論研究和實(shí)踐，技術(shù)相對(duì)成熟，各國(guó)都先后發(fā)布了相應(yīng)的隧道照明標(biāo)準(zhǔn)。其中較有代表性的是國(guó)際照明委員會(huì) (CIE）2004年出版的《公路隧道和地下通道照明指南》CIE 88－2004，美國(guó)北美照明工程協(xié)會(huì)(IESNA）2005年頒布的《美國(guó)隧道照明國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)》ANSI/IESNA RP－22－05，日本國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)1990年發(fā)布的《機(jī)動(dòng)車交通隧道照明標(biāo)準(zhǔn)》(JIS Z 9116－1990）等。我國(guó)對(duì)隧道照明的研究起步較晚，目前以《公路隧道通風(fēng)照明設(shè)計(jì)規(guī)范》JTJ 026.1－1999和《公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》JTG D70－2004作為現(xiàn)行的隧道照明標(biāo)準(zhǔn)。

白天洞外亮度L20(s）在20000 cd/m2～6000 cd/m2之間變化，而洞內(nèi)入口段的照明各國(guó)并不相同。其中，日本規(guī)定車速在40 km/h時(shí)，隧道引入段最低亮度在24～97 cd/m2之間;車速在60 km/h時(shí)，隧道引入段最低亮度在63～108 cd/m2之間。我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定車速在40 km/h時(shí)，隧道引入段路面最低亮度為30 cd/m2;車速在60 km/h時(shí)，隧道引入段路面最低亮度為50 cd/m2;車速在80 km/h時(shí)，隧道引入段路面最低亮度為80 cd/m2。另外，根據(jù)相關(guān)研究:在相同的假定條件下，分別依據(jù) CIE 88—2004、美國(guó)的ANSI/IESNA RP—22—05和我國(guó)的 JTJ 026.1—1999三個(gè)現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定對(duì)不同行車速度下隧道入口段設(shè)計(jì)亮度進(jìn)行計(jì)算模擬得出:在60 km/h計(jì)算行車速度時(shí)，CIE標(biāo)準(zhǔn)的隧道入口段亮度約為200 cd/m2，美國(guó)的標(biāo)準(zhǔn)約為140 cd/m2，我國(guó)的標(biāo)準(zhǔn)約為90 cd/m2;在80 km/h計(jì)算行車速度時(shí)，CIE的隧道入口段亮度約為240 cd/m2，美國(guó)的標(biāo)準(zhǔn)約為170 cd/m2，我國(guó)的標(biāo)準(zhǔn)約為140 cd/m2;在100 km/h計(jì)算行車速度時(shí)，CIE的隧道入口段亮度約為320 cd/m2，美國(guó)的標(biāo)準(zhǔn)約為200 cd/m2，我國(guó)的標(biāo)準(zhǔn)約為180 cd/m2?？傮w而言，在隧道入口段開(kāi)始處的亮度上，CIE標(biāo)準(zhǔn)大于美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)，美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)大于中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)，但隨著計(jì)算車速的提高，中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)的隧道入口段亮度水平逐漸接近美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)，但仍遠(yuǎn)小于CIE標(biāo)準(zhǔn)。

1.2 道路照明標(biāo)準(zhǔn)

國(guó)際照明委員會(huì) (CIE）1995年出版的《機(jī)動(dòng)車交通道路照明的建議》115－1995針對(duì)不同等級(jí)的道路推薦了照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn):M1級(jí)道路平均亮度為2 cd/m2，M2 級(jí)道路平均亮度為 1.5 cd/m2，M3 級(jí)道路平均亮度為 1 cd/m2，M4級(jí)道路平均亮度為0.75 cd/m2，M5 級(jí)道路平均亮度為 0.5 cd/m2。《美國(guó)道路照明實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)》RP—8—00采納了CIE關(guān)于路面分類方法和數(shù)據(jù)，規(guī)定快速路平均亮度為0.6～1.0 cd/m2，主干路平均亮度為 0.6 ～1.2 cd/m2，集散路平均亮度為0.4～0.8 cd/m2，地區(qū)性道路平均亮度為0.3～0.6 cd/m2。日本道路照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn) JIS Z 9111規(guī)定除住宅區(qū)外的城市道路平均亮度為2 cd/m2。英國(guó)道路照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定高速行駛道路平均路面亮度為1.5 cd/m2，重要道路為1 cd/m2，聯(lián)絡(luò)路為0.5 cd/m2。我國(guó)的《城市道路照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》CJJ45—2006中給出的道路照明標(biāo)準(zhǔn)值:快速路、主干路平均亮度為1.5～2 cd/m2，平均照度維持值為20～30 lx;次干路平均亮度為0.75～1 cd/m2，平均照度維持值為 10～15 lx;支路平均亮度為 0.5～0.75 cd/m2，平均照度維持值為8～10 lx。按照國(guó)內(nèi)外機(jī)動(dòng)車道道路照明的標(biāo)準(zhǔn)，機(jī)動(dòng)車道道路照明的最高照明水平的路面亮度我國(guó)、日本和CIE的標(biāo)準(zhǔn)是2 cd/m2，北美的標(biāo)準(zhǔn)是1.2 cd/m2;最低照明水平的路面亮度我國(guó)和英國(guó)的標(biāo)準(zhǔn)是 0.5 cd/m2，CIE115—1995 也是0.5 cd/m2(最低級(jí)是 M5），2008修改后(增加了最低一級(jí)為M6）是0.3 cd/m2，北美的標(biāo)準(zhǔn)是0.3 cd/m2?？傮w而言，我國(guó)的道路照明標(biāo)準(zhǔn)與國(guó)際照明委員會(huì)(CIE）推薦的標(biāo)準(zhǔn)較為一致，并略高于美國(guó)的標(biāo)準(zhǔn)。

另外，我國(guó)的《城市道路照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》CJJ45—2006還考慮到交會(huì)區(qū)發(fā)生事故的幾率較大，提高了交會(huì)區(qū)的照度水平:主干路與主干路、主干路與次干路、主干路與支路交會(huì)區(qū)路面平均照度維持值為30～50 lx，次干路與次干路、次干路與支路交會(huì)區(qū)路面平均照度維持值為20～30 lx，支路與支路交會(huì)區(qū)路面平均照度維持值為15～20 lx。但是，標(biāo)準(zhǔn)中交會(huì)區(qū)僅限于道路與道路的交會(huì)區(qū)，對(duì)城市隧道與道路連接處的照明問(wèn)題沒(méi)有涉及。

2 調(diào)研實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)與分析

2.1 隧道照明實(shí)測(cè)與分析

隧道出入口段的照明一般包括基本照明、加強(qiáng)照明和應(yīng)急照明，運(yùn)行中通過(guò)對(duì)加強(qiáng)照明進(jìn)行分組控制調(diào)節(jié)隧道出入口段的照明環(huán)境。根據(jù)統(tǒng)計(jì)，對(duì)于長(zhǎng)度小于3000 m的中、長(zhǎng)隧道，加強(qiáng)照明用電量占全隧道照明用電量的50%～70%。根據(jù)研究者在福建省進(jìn)行實(shí)測(cè)的情況來(lái)看:黃山嶺隧道在只打開(kāi)基本照明時(shí)，出入口段路面亮度為30.1 cd/m2，路面照度為151.3 lx;在打開(kāi)基本照明和加強(qiáng)4時(shí)，出入口段路面亮度為42.5 cd/m2，路面照度為 613.3 lx;在打開(kāi)基本照明、加強(qiáng)1和加強(qiáng)3時(shí)，出入口段路面亮度為281.1 cd/m2，路面照度為2162.4 lx。石背角隧道在只打開(kāi)基本照明時(shí)，出入口段路面亮度為39.3 cd/m2，路面照度為63.3 lx;在打開(kāi)基本照明、加強(qiáng)2和加強(qiáng)3時(shí)，出入口段路面亮度為180.6 cd/m2，路面照度為753.4 lx;在打開(kāi)全部照明時(shí)，出入口段路面亮度為231.6 cd/m2，路面照度為1588.7 lx。龍井隧道在打開(kāi)基本照明、加強(qiáng)1和加強(qiáng)2時(shí)，出入口段路面亮度為213.8 cd/m2，路面照度為1315.9 lx。溪背山隧道在打開(kāi)基本照明、加強(qiáng)2和加強(qiáng)3時(shí)，出入口段路面亮度為264.7 cd/m2，路面照度為 1442.3 lx。

另外，根據(jù)研究者對(duì)貴州、重慶兩地隧道進(jìn)行實(shí)測(cè)的情況來(lái)看:貴州黃果樹(shù)隧道、尾納隧道和孫家寨隧道的出入口段亮度設(shè)計(jì)值均為140 cd/m2;實(shí)測(cè)黃果樹(shù)隧道路面最大照度為99.3 lx、平均照度為74 lx，尾納隧道路面最大照度為89.1 lx、平均照度為67.1 lx，孫家寨隧道路面最大照度為98.6 lx、平均照度為79.0 lx。重慶鵝嶺隧道路面最大照度為173.4 lx、平均照度為124 lx，向陽(yáng)隧道路面最大照度為417 lx、平均照度為328.6 lx，八一隧道路面最大照度為390 lx、平均照度為334.05 lx，龍家灣隧道路面最大照度為130.3 lx、平均照度為84.9 lx，黃沙溪隧道路面最大照度為131.6 lx、平均照度為93.4 lx。從調(diào)研情況可以看出，隧道照明的照度值(亮度值）比標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的道路照明的照度值(亮度值）要高出許多，加上隧道內(nèi)的光反射增量，其比值將更高。

2.2 道路照明實(shí)測(cè)與分析

根據(jù)研究者在北京、上海、成都、重慶等地的實(shí)測(cè)情況來(lái)看:北京城市主干道路面平均亮度為0.92～2.62 cd/m2，次干道路面平均亮度為1.1 ～3.92 cd/m2，支路路面平均亮度為 0.56 ～3.2 cd/m2;上海城市主干道路面平均亮度為0.71～3.1 cd/m2，次干道路面平均亮度為3.17～8.26 cd/m2，支路路面平均亮度為0.44～0.69 cd/m2;成都城市主干道路面平均亮度為1.45～5.06 cd/m2，次干道路面平均亮度為4.25 ～5.18 cd/m2，支路路面平均亮度為 2.58 ～4.81 cd/m2;重慶城市主干道路面平均亮度為2.12～5.76 cd/m2，次干道路面平均亮度為 0.42 ～5.69 cd/m2，支路路面平均亮度為 0.21 ～3.1 cd/m2。綜合分析，四座城市主干道路面亮度在 0.71～5.76 cd/m2之間，其平均值為 3.1 cd/m2;次干道路面亮度在 0.42～8.26 cd/m2之間，其平均值為3.15 cd/m2;支路路面亮度在 0.21 ～ 4.81 cd/m2之間，其平均值為1.95 cd/m2?？傮w而言，我國(guó)城市道路亮度水平有迅速攀高的趨勢(shì)，許多主干道、次干道，甚至支路的照明亮度過(guò)高，有的甚至超過(guò)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)很多倍。

3 視覺(jué)功效理論

夜間隧道出入口段和洞外道路照明應(yīng)為駕駛員提供良好的視看條件，使其能可靠地察覺(jué)出障礙物的存在并且能做出及時(shí)正確的反應(yīng)，從而確保駕駛安全和道路暢通。根據(jù)人視功能特點(diǎn)，在明暗環(huán)境過(guò)渡中其比值控制在3:1～5:1內(nèi)為宜。通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外有關(guān)隧道和道路照明標(biāo)準(zhǔn)的比對(duì)研究，并對(duì)中國(guó)福建、貴州、重慶11個(gè)隧道出入口段照明和北京、上海、成都、重慶部分道路照明現(xiàn)狀進(jìn)行測(cè)量和分析，發(fā)現(xiàn)隧道出入口段照明與洞外道路照明亮度對(duì)比差異過(guò)大，如重慶向陽(yáng)隧道出入口段實(shí)測(cè)照度值為417 lx，而洞外道路照度值為30 lx(符合中國(guó)道路照明標(biāo)準(zhǔn)），但二者比值達(dá)到13.9:1。且隧道洞內(nèi)因半球型圍合，光反射增量突出，洞內(nèi)空間光通量密度加大，整體空間視覺(jué)環(huán)境亮度極高。而洞外道路除路面有30 lx左右照度產(chǎn)生的亮度和路面上空有一定的光線外(空間開(kāi)敞，光通量密度不大），在水平180°，上下130°的空間視野范圍內(nèi)多數(shù)為暗視覺(jué)環(huán)境，其視覺(jué)參照物弱，視看效果差。特別是從明亮的洞內(nèi)行車到洞外時(shí)，是從洞內(nèi)的明視覺(jué)環(huán)境到洞外暗視覺(jué)和中間視覺(jué)環(huán)境，因車速原因，視覺(jué)適應(yīng)度差，存在安全隱患。

一般認(rèn)為，人的視覺(jué)主要是視網(wǎng)膜上的錐狀感光細(xì)胞和桿狀感光細(xì)胞作用的結(jié)果。按照國(guó)際照明學(xué)會(huì)(CIE）的規(guī)定，亮度水平在幾個(gè)cd/m2以上的視覺(jué)是明視覺(jué)(Photopic vision），主要是錐狀細(xì)胞起作用;亮度水平在10－3cd/m2以下的視覺(jué)是暗視覺(jué)(Scotopic vision），主要是桿狀細(xì)胞起作用;介于明視覺(jué)和暗視覺(jué)之間的是中間視覺(jué)(Mesopic vision），是錐狀細(xì)胞和桿狀細(xì)胞共同起作用，通常認(rèn)為其亮度水平范圍為0.001～3 cd/m2(CIE 1978）。根據(jù)上述研究可以看出:隧道出入口段亮度較高，處在明視覺(jué)范圍內(nèi)，而洞外道路亮度較低，屬于中間視覺(jué)的范疇，如果洞外道路沒(méi)有照明則是暗視覺(jué)。一方面，目前世界各國(guó)的現(xiàn)行道路照明標(biāo)準(zhǔn)均是在明視覺(jué)條件下確定的，不符合道路照明的實(shí)際情況;另一方面，各國(guó)的隧道和道路照明相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)都沒(méi)有考慮到道路和隧道連接處的照明問(wèn)題。實(shí)際上，從隧道照明的明視覺(jué)過(guò)渡到洞外的暗視覺(jué)或中間視覺(jué)，人眼需要一定的視覺(jué)適應(yīng)時(shí)間，如果處理不好，就容易導(dǎo)致交通事故。

目前，以反應(yīng)時(shí)間為參量的視覺(jué)功效法可以用于直接評(píng)價(jià)隧道出入口段和洞外道路光環(huán)境中駕駛員是否看見(jiàn)目標(biāo)、是否辨清目標(biāo)以及對(duì)目標(biāo)的反應(yīng)速度，從而評(píng)價(jià)照明情況的優(yōu)劣性。這一方法對(duì)于城市隧道出入口段與洞外道路照明質(zhì)量的評(píng)價(jià)和改進(jìn)有著較強(qiáng)的理論價(jià)值和實(shí)踐意義。駕駛員的行車行為是一個(gè)復(fù)雜的“人—機(jī)”交互過(guò)程，在這個(gè)過(guò)程中駕駛員必須始終要采集大量的信息:方位、線型、路況、周圍車輛、環(huán)境和行人等，并且需要對(duì)這些龐大的信息進(jìn)行快速處理，并做出正確判斷和采取措施，具體可用反應(yīng)時(shí)間來(lái)衡量。反應(yīng)時(shí)間的長(zhǎng)短直接影響駕駛員遇到突發(fā)情況進(jìn)行正確操作以避免交通事故的能力。從大量的實(shí)測(cè)與事故統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果來(lái)看，反應(yīng)時(shí)間一旦變長(zhǎng)，往往就喪失采取應(yīng)急措施的良機(jī)，釀成交通事故。在實(shí)際測(cè)量中，反應(yīng)時(shí)間可以在不同背景亮度、目標(biāo)偏心度、視角大小，以及不同光色的照明條件下的實(shí)驗(yàn)確定，即通過(guò)研究人眼察覺(jué)背景上隨機(jī)出現(xiàn)的目標(biāo)的反應(yīng)時(shí)間而獲得。

4 小結(jié)

通過(guò)對(duì)比研究國(guó)內(nèi)外有關(guān)隧道和道路的照明標(biāo)準(zhǔn)，發(fā)現(xiàn)目前各國(guó)的標(biāo)準(zhǔn)中還沒(méi)有針對(duì)城市隧道和道路連接處的照明相關(guān)規(guī)定。結(jié)合我國(guó)隧道和道路照明的實(shí)際調(diào)查分析，發(fā)現(xiàn)夜間城市隧道洞內(nèi)外照明存在較大差別，這不僅容易導(dǎo)致安全事故，對(duì)能源也是一種浪費(fèi)。針對(duì)上述情況，筆者認(rèn)為城市隧道出入口段屬于明視覺(jué)、洞外道路屬于暗視覺(jué)或中間視覺(jué)，在夜間應(yīng)該考慮明視覺(jué)向暗視覺(jué)或中間視覺(jué)過(guò)渡時(shí)視覺(jué)功效的變化對(duì)交通安全的影響。筆者從視覺(jué)特征出發(fā)，用反應(yīng)時(shí)間為參量的視覺(jué)功效法研究城市隧道出入口段和洞外道路照明，通過(guò)反應(yīng)時(shí)間來(lái)衡量其照明的安全性和合理性，這一方法對(duì)于城市隧道出入口段與洞外道路照明質(zhì)量的評(píng)價(jià)和改進(jìn)有著較強(qiáng)的理論價(jià)值和實(shí)踐意義。同時(shí)，提出城市隧道出入口段在現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上減弱照明，在洞外道路上加強(qiáng)照明的方法，并根據(jù)目前的研究將城市隧道出入口段照明與洞外道路照明的對(duì)比值控制在3:1～5:1內(nèi)，以適應(yīng)視覺(jué)特點(diǎn)，為實(shí)現(xiàn)行車安全和照明節(jié)能提供了新的研究途徑。

［1］CIE Technical Report.88—2004.Guide for the Lighting of Road Tunnels and Underpasses［S］.2004

［2］ANSI/IESNA RP—22—05.American National Standard Practice for Tunnel Lighting［S］.2005

［3］中華人民共和國(guó)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JTJ 026.1—1999.公路隧道通風(fēng)照明設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.北京:人民交通出版社，2000

［4］中華人民共和國(guó)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) JTG D70—2004.公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.北京:人民交通出版社，2004

［5］日本.隧道照明指南［S］.1990

［6］中華人民共和國(guó)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JTJ 026—1990.公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.北京:人民交通出版社，1990

［7］許景峰，胡英奎，何滎.國(guó)內(nèi)外公路隧道照明標(biāo)準(zhǔn)中亮度水平對(duì)比研究［J］.照明工程學(xué)報(bào)，2010，21(5）:26 ～32

［8］CIE Technical Report.115—1995 Recommendations for the Lighting of Road for motor and pedestrian traffic［S］.1995

［9］ANSI/IESNA RP—8—00.American National standard practice for Roadway Lighting［S］.2000

［10］中華人民共和國(guó)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)CJJ45—2006城市道路照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)［S］.北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2006