劉易家，許倫輝，蔣舉東

（1.華南理工大學(xué) 土木與交通學(xué)院，廣州 510641；2.廣州南賽電子科技有限公司，廣州 510641）

隧道是一個(gè)特殊的交通環(huán)境，它的照明條件不如隧道外面好。隧道里面不能夠獲得足夠的亮度，在此過(guò)程中出現(xiàn)的各種視覺(jué)方面的問(wèn)題產(chǎn)生“黑洞現(xiàn)象”，“黑洞現(xiàn)象”是指當(dāng)駕駛員從一個(gè)亮度高的環(huán)境進(jìn)入亮度低的環(huán)境時(shí)，視覺(jué)上不能立刻適應(yīng)過(guò)來(lái)，產(chǎn)生視覺(jué)上一片漆黑的感覺(jué)，駕駛員需要適應(yīng)的時(shí)間。其次，進(jìn)入隧道之后，視覺(jué)上有適應(yīng)滯后性，司機(jī)們需要經(jīng)歷相當(dāng)?shù)臅r(shí)間（4～9 s）方能夠?qū)⑺淼览锩娴沫h(huán)境看清。存在比較大的安全隱患。另外，隧道內(nèi)部無(wú)自然光的照射，因而需要安裝人為的照明。駕駛員進(jìn)入隧道時(shí)從隧道外面高亮度的環(huán)境進(jìn)到隧道里面低亮度的區(qū)域，離開(kāi)隧道時(shí)，又從低亮度的區(qū)域進(jìn)入高亮度的環(huán)境，在這一過(guò)程中，要經(jīng)歷一系列的視覺(jué)上的變化。

進(jìn)入隧道會(huì)存在能見(jiàn)度變化的問(wèn)題。由于汽車的尾氣難以在短時(shí)間內(nèi)很快消散，會(huì)在隧道里面形成煙霧，造成能見(jiàn)度下降，當(dāng)交通量變大，能見(jiàn)度大幅下降。在接近隧道出口的時(shí)候，由于外部的亮度較高，會(huì)出現(xiàn)極強(qiáng)的眩光現(xiàn)象，駕駛員可能會(huì)很難做到感知道路的線型和可能出現(xiàn)在路面的障礙。除此之外照明的閃頻效應(yīng)對(duì)隧道的安全行車也有較大影響。在隧道里面，燈具的排列不連續(xù)，使得駕駛員感受到了來(lái)自亮度明暗變化的刺激，或者是隧道內(nèi)燈具安裝條件不夠好，導(dǎo)致安裝的高度偏低，加大了刺激。閃頻效應(yīng)會(huì)對(duì)司機(jī)的視功能和舒適性產(chǎn)生消極作用，易使司機(jī)們煩躁不安，影響隧道的安全行車。

在隧道這個(gè)特殊的環(huán)境中，由于視覺(jué)上有特別的感受，所以對(duì)照明的要求也比較多，合理的照明可以減少這些不良反應(yīng)帶來(lái)的危害，保證交通安全和行駛舒適，減少交通事故。

1 隧道照明節(jié)能評(píng)價(jià)因子

1.1 視覺(jué)可靠性

視覺(jué)可靠性包括視功能、視舒適兩部分。前者是指人在視場(chǎng)范圍中發(fā)現(xiàn)物體細(xì)微變化之能力，而后者是指在一定的光環(huán)境下覺(jué)得視覺(jué)舒服，可以長(zhǎng)時(shí)間維持良好視覺(jué)的能力。視覺(jué)可靠性的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)包括亮度均勻度、平均亮度、眩光限制、誘導(dǎo)性和環(huán)境比[1]。

1.1.1 路面平均亮度

路面上預(yù)先設(shè)定的點(diǎn)測(cè)得或計(jì)算得到的各點(diǎn)亮度的平均值。汽車在行駛過(guò)程中，司機(jī)通過(guò)比較障礙物和道路之間的亮度，發(fā)現(xiàn)前方道路障礙物。當(dāng)亮度對(duì)比度大于一定閾值時(shí)，才能察覺(jué)到障礙物。圖1，圖2分別是路面平均亮度高、低的情況。

1.1.2 路面亮度均勻度

路面亮度分布的均勻程度包括亮度均勻度和縱向均勻度。

圖1 路面平均亮度（高）Fig.1 Road average brightness（high）

圖2 路面平均亮度（低）Fig.2 Road average brightness（low）

亮度均勻度路面最小亮度和平均亮度的比值，它的作用是幫助發(fā)現(xiàn)障礙物。當(dāng)區(qū)域的平均亮度高但是亮度分布差異大時(shí)，障礙物就難以被發(fā)現(xiàn)。圖3，圖4分別是路面總亮度均勻度低、高的情況，可以看出，圖3中的障礙物相較于圖4更難被發(fā)現(xiàn)，存在安全隱患。

圖3 總量度均勻度（低）Fig.3 Total measurement uniformity（low）

圖4 總亮度均勻度（高）Fig.4 Total measurement uniformity（high）

亮度縱向均勻度路面中線上的最小亮度與最大亮度的比值，它是影響司機(jī)們視覺(jué)舒適性的重要因素。當(dāng)縱向均勻度過(guò)小的時(shí)候，就會(huì)出現(xiàn)“斑馬線效應(yīng)”，如圖5所示。司機(jī)眼睛需要不斷調(diào)節(jié)適應(yīng)光線交替的效應(yīng)，影響司機(jī)駕駛舒適性。圖6是縱向均勻度較好時(shí)的狀態(tài)

1.2 炫光限制

眩光限制包括失能眩光和不舒適眩光。前者是指強(qiáng)光直接入射眼球內(nèi)，引起光幕，使障礙物與背景對(duì)比度大幅減少。它會(huì)影響司機(jī)們對(duì)物體的察覺(jué)能力和視覺(jué)可靠性。常見(jiàn)的降低眩光的方法是，限制燈具的仰角，增加燈具的安裝高度。不舒適眩光一般不會(huì)降低目標(biāo)的可見(jiàn)度，但是它將導(dǎo)致疲勞、不舒適感，影響司機(jī)們開(kāi)車時(shí)的舒適程度。

圖5 縱向均勻度（差）Fig.5 Longitudinal uniformity（poor）

圖6 縱向均勻度（好）Fig.6 Longitudinal uniformity（good）

1.3 誘導(dǎo)性

誘導(dǎo)性包括視覺(jué)誘導(dǎo)和光學(xué)誘導(dǎo)。前者為通過(guò)道路輔助設(shè)施，讓司機(jī)們了解所處的位置和路面的線型。這里面誘導(dǎo)的輔助設(shè)施包括路面中線、路緣、路面標(biāo)志和應(yīng)急路欄。后者是通過(guò)道路誘導(dǎo)的設(shè)備，指示處道路線型發(fā)生改變特殊點(diǎn)等，讓司機(jī)們對(duì)特殊路段的覺(jué)察力提高。道路誘導(dǎo)光學(xué)設(shè)施包括燈桿和燈具的分布、燈具樣式燈光顏色變化和燈光強(qiáng)度變化等。圖7，圖8分別是視覺(jué)誘導(dǎo)和光學(xué)誘導(dǎo)的示范。

2 隧道照明節(jié)能影響因素

2.1 隧道交通量和平均車速

圖7 視覺(jué)誘導(dǎo)Fig.7 Visual induction

圖8 光學(xué)誘導(dǎo)Fig.8 Optical induction

越來(lái)越多的隧道照明亮度曲線模型都將交通量和車速納入考慮范圍中，把它們作為一個(gè)參數(shù)考慮進(jìn)模型的計(jì)算里。在《規(guī)范》1999和《細(xì)則》2014中，都考慮了交通量對(duì)亮度需求的影響，在設(shè)置隧道照明亮度的時(shí)候，都是在不同交通量的情況下進(jìn)行討論的[2]。確實(shí)，當(dāng)交通量增大時(shí)，視覺(jué)狀況就會(huì)下降，每輛機(jī)動(dòng)車的視覺(jué)空間變小，導(dǎo)致視距不良，機(jī)動(dòng)車的密度越大，駕駛員就需要更多的時(shí)間和空間對(duì)行駛進(jìn)行控制和調(diào)整，此時(shí)的照明亮度就應(yīng)該相應(yīng)地提高。而當(dāng)交通量很小的時(shí)候，例如深夜時(shí)分，駕駛員就能獲得比較好的視野，這時(shí)候，較低亮度的環(huán)境也能維持他們安全行駛的需要。

車速對(duì)需求亮度的影響，在《規(guī)范》或《細(xì)則》中也有體現(xiàn)，但是它是以列表的形式來(lái)進(jìn)行規(guī)定的，而且，里面使用的是設(shè)計(jì)車速而不是實(shí)際車速。同理，納入考慮的交通量也是預(yù)測(cè)交通量，而不是實(shí)際交通量，而且，交通量的取值只有兩個(gè)值，分別是最小值和最大值。這樣做會(huì)導(dǎo)致在實(shí)際應(yīng)用中，取值的過(guò)程不實(shí)際，往往因?yàn)榘踩目紤]，取最大的值，而且實(shí)際車速往往比設(shè)計(jì)車速要低，實(shí)際交通量通常也少于設(shè)計(jì)交通量，如果仍然按照這些參數(shù)進(jìn)行取值，就會(huì)造成過(guò)度照明和資源的浪費(fèi)。不過(guò)已經(jīng)有不少的模型是考慮了這個(gè)因素的。在車輛行駛過(guò)程當(dāng)中，視覺(jué)上是有“運(yùn)動(dòng)效應(yīng)”起作用的?！斑\(yùn)動(dòng)效應(yīng)”是指司機(jī)們?cè)谒淼览锩娓咚傩旭倳r(shí)，將發(fā)覺(jué)視野越來(lái)越小，不能夠看清車輛周圍和兩側(cè)的情況，且隧道之管狀特點(diǎn)，使得此現(xiàn)象更顯著。因此，隨著車速的提高，照明亮度也要相應(yīng)地提高，才能為駕駛員提供良好的視覺(jué)環(huán)境[3]。

2.2 隧道通風(fēng)與能見(jiàn)度

隧道內(nèi)通風(fēng)和能見(jiàn)度對(duì)隧道照明的影響，目前來(lái)說(shuō)，很少這方面的研究。本文將參考《公路隧道通風(fēng)設(shè)計(jì)細(xì)則》（編號(hào)JTG/T D70/2-02—2014）中對(duì)于通風(fēng)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，參照煙塵設(shè)計(jì)濃度對(duì)能見(jiàn)度和照明亮度的影響，在對(duì)節(jié)能照明系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中考慮通風(fēng)的因素。

由于汽車尾氣的排放和煙塵的帶入，在隧道中會(huì)形成一定的煙霧，如果加上通風(fēng)措施不到位的話，就將會(huì)對(duì)燈具和隧道內(nèi)壁造成污染，降低燈具的照明效率和隧道內(nèi)的亮度，同時(shí)，能見(jiàn)度也會(huì)下降。而且，由于隧道的長(zhǎng)度是存在的，在它的不同地方，煙霧的濃度也是不同的，所以能見(jiàn)度的影響程度不同，亮度的需求也不一樣。在通風(fēng)良好的時(shí)候，實(shí)際上獲得的亮度與控制燈具發(fā)出的照明亮度相似，就沒(méi)有必要在照明上做加強(qiáng)的處理[4]。而如果通風(fēng)不良，則要提高燈具的亮度，以保證實(shí)際亮度與所需的相同來(lái)確保行車安全。

煙塵設(shè)計(jì)濃度K不但與車速或安全停車視距有關(guān)，而且與洞內(nèi)亮度、光源有關(guān)，詳見(jiàn)表1。煙塵濃度會(huì)影響隧道的照明效果，合適的通風(fēng)效果會(huì)增加隧道照明的效果，并通過(guò)降低隧道煙塵濃度達(dá)到隧道照明的節(jié)能效果。

表1 設(shè)計(jì)速度-路面平均亮度-煙塵濃度之間關(guān)系Tab.1 Design speed-the average brightness of the road-the relationship between dust concentration

2.3 隧道內(nèi)側(cè)壁材料

在國(guó)內(nèi)，已經(jīng)有人開(kāi)始研究利用反光蓄光材料涂刷在隧道側(cè)壁上，與隧道的燈具形成良好的配合，以達(dá)到節(jié)能降耗的目的[5]。隧道側(cè)壁若采用蓄光涂料進(jìn)行輔助照明，一方面，隧道側(cè)壁本身由于涂料的發(fā)光作用，使隧道側(cè)壁具有一定的亮度；另一方面采用高反射率反光蓄光涂料還能起到反射增光的作用，在一定程度上改善隧道照明環(huán)境，通過(guò)大量的室內(nèi)模型試驗(yàn)、實(shí)體隧道模型試驗(yàn)和仿真試驗(yàn)，隧道側(cè)壁材料反光系數(shù)、燈具間布置的間隔、安裝的角度和輸出的光通量這幾個(gè)變量之間具有一定的內(nèi)在聯(lián)系。

在國(guó)內(nèi)，已經(jīng)有人開(kāi)始研究利用反光蓄光材料涂刷在隧道側(cè)壁上，與隧道的燈具形成良好的配合，以達(dá)到節(jié)能降耗的目的[6]。隧道側(cè)壁若采用蓄光涂料進(jìn)行輔助照明，一方面，隧道側(cè)壁本身由于涂料的發(fā)光作用，使隧道側(cè)壁具有一定的亮度；另一方面采用高反射率反光蓄光涂料還能起到反射增光的作用，在一定程度上改善隧道照明環(huán)境，表2為隧道內(nèi)側(cè)壁材料反射系數(shù)，表3為路面照度和燈具安裝間距關(guān)系。

表2 隧道內(nèi)側(cè)壁材料反射系數(shù)Tab.2 Tunnel side wall material reflection coefficient

表3 路面照度和燈具安裝間距關(guān)系Tab.3 Road lighting and lighting installation spacing

通過(guò)上述2個(gè)表可以看到隧道照明和隧道的內(nèi)側(cè)壁反光蓄光材料和燈具安裝間距之間有著關(guān)鍵的聯(lián)系。通過(guò)改變隧道內(nèi)側(cè)壁反光蓄光材料及調(diào)整隧道燈具安裝間距可以達(dá)到改變隧道照明效果的功效，通過(guò)調(diào)整隧道燈具安裝間距和內(nèi)壁材料到達(dá)節(jié)能照明的效果。

3 結(jié)語(yǔ)

本文就隧道的照明節(jié)能評(píng)價(jià)因子和影響隧道照明節(jié)能的因素展開(kāi)分析，得出評(píng)價(jià)隧道照明效果評(píng)價(jià)的因子及影響隧道照明節(jié)能，通過(guò)得出隧道照明的評(píng)價(jià)因子及隧道照明的影響因素，從隧道照明節(jié)能的角度出發(fā)，通過(guò)分析隧道照明評(píng)價(jià)的因子入手，找出隧道節(jié)能的關(guān)鍵點(diǎn)，并在此關(guān)鍵點(diǎn)基礎(chǔ)上為照明節(jié)能研究提供新的方向。

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