道路材料與照明

1、路面材料對道路照明的影響姜唯上海（ 200090）摘 要 本文主要介紹英國關于道路照明設計，根據英國BS5489-1 2003所推薦 使用的有關計算道路表面反射特性的設計數(shù)據進行比較，僅供參考。關鍵詞道路照明路面材料反射特性道路照明最為基本的目的是通過照明， 使道路上的行人、車輛和目標顯現(xiàn)于路面，使其能夠被看得清。由此，道路照明標準可由三個照明有關的量值表示：平均道路路面照度、道路全部照度的一致性率以及道路縱向照度的一致性率。在道路表面上任何一點的亮度是道路表面鋪設材料反射特性的照度的函數(shù)。道路路面的反射特性也可由所使用的鋪路材料、路面是潮濕、干躁或道路的使用時間而決定。盡管存在著許多變數(shù)，在

2、英國，關于道路照明的設計，還是建立起了一套供推薦使用的、有關計算道路表面反射特性的設計數(shù)據 （BS5489-1:2003）,稱之為“典型的英國道路路面” （C2）。雖然這些數(shù)據是根據水泥道路修改而來。道路表面的反射特性是定量地由一個降低反射系數(shù)表而給出的，稱之為r-表。這個r-表中由二個度量標準表小：Qo-漫反射的度量標準和S1 全反射的度量標準。表1在BS5489 1-2003中規(guī)定的道路路面反射特性,共給出了三種典型的道路表面的形式。表1推薦的道路路面反 射特性道路路面BS5489所推薦的反射率特 性現(xiàn)行工作推薦的反射率特性C2C2Q0=0.07S1=0.97Q0=0.050S1=0.97

3、透水瀝青C2C2Q0=0.05S1=0.58Q0=0.050S1=0.97_C2C2混凝土Q0=0.10S1=0.97Q0=0.085S1=0.97對于路面材料為熱滾的瀝青、毛糙的水泥混凝土結構的道路，在英國道路路 面設計已經沿用了好多年。當然，現(xiàn)在還出現(xiàn)了許多新的、基于瀝青的路面鋪設材料，比如透水瀝青、砂膠瀝青以及其他許多種各具特性的薄膜路面 材料。同時還有新的、基于水泥混凝土的路面材料、露天粒料混凝土,等等。研究工作有二個目標：第一個是決定這些新的路面材料是否能夠適用于典型 的英國道路路面照明系統(tǒng)的設計。如果不適用，第二個目標，當我們使用這些新的路面材料時，為了保證道路照明的精確設計，應該

4、做些什么。這些目標可以表達為三個問題：問題1:這些新的路面材料的Qo和S1的值是否一貫地與既有的路面材料、 以及與典型的英國道路路面的標準值有所不同？幸運地，Cooper et al先生已經對在英國國內最為廣泛使用的、新的和既有的路面材料的Qo和S1數(shù)值進行了測量，數(shù)據表明這種路面應該是干燥的、并且至少已經使用了二年。 Qo和S1的分布圖（圖1）來自于Cooper et al 研究結果，顯示出問題的第一部分的答案是負面的一一新的路面材料的Qo和S1數(shù)值和既有的路面材料的數(shù)值處于同樣的范圍內，見圖1。與典型的英國道路路面的標準值進行比較，則無論是新的、還是既有的路面材料的S1和Qo值都趨向于低于

5、典型的英國道路路面及其修正值。這些發(fā)現(xiàn)意味著，無論是對新的、或既有的路面材料，典型的英國道路路面所產生的 平均道路路面照度均被過高地估計了。問題2：對于固定的照明裝置，在對道路照度指數(shù)進行計算時使用 r-表對于 新的和既有的路面材料和使用典型的英國道路路面的不同是什么？使用“Urbis Turbolight ”計算機軟件對公路路面/照明系統(tǒng)的三種不同的組合、以及在分別使用高壓鈉燈 SoNT和陶瓷金鹵燈CDM-TT勺照明系統(tǒng)進行計算。發(fā)現(xiàn)用于計算的r-表中從Sorensen取得的S1和Qo的數(shù)據值是符合Cooper et al報告中提及的實際測量值。對于每一種交通道路/照明系統(tǒng)的組合，為了在同一

6、個基礎上進行比較， 使用同一個固定的照明燈具，并必須符合在英國國家標準BS5489-1: 2003中規(guī)定的最低照度值、且在最低的投資成本的條件。計算顯示，無論道路照明裝置是安裝在新的、或是既有的采用瀝青路面材料的道路上，在設計中使用典型的英國道路路面時，所產生的平均道路路面照度均低于BS5489中所推薦的最低值，見表2。照度的降低意味著夜間/ 白天的交通事故率有可能增加。對于新的、或既有的基于混凝土的路面材料，安裝在這些道路上的照明裝置，在設計中使用典型的英國道路路面修正的混 凝土時，所產生的平均道路路面照度仍低于期望值一一但高于推薦的最低值。這些發(fā)現(xiàn)意味著無論對于新的、 或是既有的路面材料，

7、”典型的英國道路路面”是名不副實的。典型的英國道路路面不能精確地代表無論是采用新的、或是既有的基于瀝青的路面材料的反射特性。同時，修正后的典型的英國道路路面也不能精確地代表無論是新的、或是既有的基于混凝土的路面材料的反射特性。這形成如下的有趣情形：一方面它可能會引起爭議，如果在英國標準BS5489 1-2003中有關既有的路面材料的典型的英國道路路面的表達中本身具有的錯誤能夠被接受，那么對于新的路面材料的同樣情況的錯誤也應該能夠被接受，也就是說現(xiàn)有的典型的英國道路路面將繼續(xù)使用下去。另一方面，如果計算出的道路路面平均照度值的錯誤不能被接受，那么現(xiàn)有的典型的英國道路路面將被拋棄。一種可能是制訂出

8、二個典型的英國道路路面：一個適用于基于瀝青的路面材料，而另一個基于混凝土。表2平均道路路面照度、整個照 度一致性率和縱向照度一致性率路面材料 組合平均 照度整個照度 性縱向照度 rm典型英國道路路面C21.010.600.5浙育0.700.60.5C2 當 Q0=0.101.440.60.5混凝土1.100.610.49但是在接受這些觀點之前，關注本文所給出的這些結論是比較明智的。這其實就是第三個問題所要表達的目的。問題3:對于新的、或是既有的路面材料（與典型的英國道路路面相比），使 用r-表對一個照明裝置進行最優(yōu)化設計時，在道路照明投資成本、能源成本和壽命周期等方面的效果是什么？同樣地，對道

9、路路面/照明系統(tǒng)的三種組合進行計算，設計最為優(yōu)化的照明 裝置以恰好符合BS5489照度表中的最低值，且整個照明系統(tǒng)的投資成本是最低的。結果表明，放棄典型的英國道路路面和使用r-表，更為符合新的或是既有的路面材料的反射特性。但是，每公里大約增加25%的投資成本,并將增加每公里的年度能源消費成本和 40年的壽命周期成本，見表3?？赡?避免增加這些成本的唯一方法是降低所推薦的照度值、或是增加道路路面的反射比。不管怎樣，應用這些計算時必須加以注意一一這些計算是基于假定由Cooper et al的論文所給出的Qo和S1的值是有確實根據的。Cooper et al的論文加以注釋，認為以上結論尚存在一些疑問

10、，主要是因為對于滾燙的瀝青道路 的Qo的測量值持續(xù)地低于按慣例所能接受的數(shù)值。很幸運，在另外實驗室進行的關于滾燙的瀝青道路的 Qo值的測量工作得出了符合傳統(tǒng)的、可接受 的數(shù)值。之所以會產生這些差異有許多可能的理由，包括：不同路面材料的混合法、不同路面材料的不同的處理工藝以及不同的測量程序等，均可能產生不同的測量結果。不管什么理由，在實際應用這些計算前，最基本的是必須確定由Cooper etal所給出的Qo值的準確性。實際上確定這些數(shù)據可以按如下二種方法進行：精確地，對每一個道路路面的典型樣板進行實驗室測量：或者粗略地通過 廣泛的、連續(xù)的現(xiàn)場測量。后一種方法需要在行駛的車輛上安裝測量道路路面照度

11、的設備。這種設備在對新的照明裝置進行合格驗收、以及確認已有的照明裝置是否需要維修等方面，具有更為廣泛的用途。表3平均投資成本、年度能源成本、40年壽命成本比較表道路/照明系統(tǒng) 的類型路面材料的組合投資成本 £/km年度能源成本 £/km40年壽前成本£ /km單車道/交錯典型的英國道路路面C220.57776241, 356基于瀝青路面25, 325(+23%)1, 039(+36%)53, 635(+30%)C2 當 Q0=0.1018, 86369837, 899基丁混凝土路面19, 516(+3%)762(+9%)40, 283(+6%)單車道/單邊典型的英

12、國道路路面C219, 31279340, 939基于瀝青路面24, 524(+27%)1, 075(+36%)53, 840(+32%)C2 當 Q0=0.1015, 43357131, 006基丁混凝土路面17, 768(+15%)730(+28%)37, 675(+22%)雙車道/雙向典型的英國道路路面C247, 5852, 221108, 155基于瀝青路面56, 253(+18%)2, 626(+18%)127, 869(+18%)C2 當 Q0=0.1039, 4401, 46979, 462基丁混凝土路面45, 637(+16%)1, 777(+21%)94, 098(+18%)還

13、需注意的是，以上論述還有二個局限性一一所有的這些計算僅僅是針對干 燥的、無彩色的道路路面進行的。在英國，道路照明是按照干燥的路面設計的，當路面潮濕時路面材料的反射特性會發(fā)生較大的變化。同樣地，英國大量道路是無色彩的，僅僅在于反射率的不同。但是，作為在行車道路上的特殊用途的部分，彩色道路路面的使用正在不斷地增加。 本論文中上述的 這些結論對于潮濕的路面、或是彩色的路面材料似乎不太相符，這是因為彩色路面材料的反射特性會與所使用的光源有關。推薦從所進行的計算來考慮，以及作為警示性的表述，建議進行下列措施：1. 必須對由Cooper et al所給出的對既有的和新的路面材料的 Qo值的準確 性進行確認

14、。確認工作可分二個步驟：首先，確認基于實驗室的測量系統(tǒng)對于同樣的路面材料樣品，能夠給出一致性的結果。然后再使用己經確認的測量系統(tǒng)對所有在英國廣泛使用的路面材料路面材料必須是干燥的并已經使用了一個適當?shù)臅r間進行測量，以驗證 r- 表。2. 如果由Cooper et al所給出的Qo值顯示是恰當?shù)模仨殯Q定是否要接受在本文所描述的，對于新的或既有的路面材料的平均道路路面照度量值的錯誤。 如果這些錯誤能夠被接受，那么典型的英國道路路面的設計方法對于新的路面材料是仍可繼續(xù)使用，而不需要作任何改變的。如果這些錯誤不能被接受，BS5489-l： 2003 中的“典型的英國道路路面”將放棄，不能作為道路照明設計的基礎。3. 如果BS5489-1： 2003 中典型的英國道路路面被放棄，將由二個新的r- 表替代：一個基于瀝青的路面材料，另一個基于混凝土的路面材料。這二個新的 r- 表可以從現(xiàn)有C2 的 r- 表中形成。對于基于瀝青的路面材料，可以取Qo=0.050的比例，對于基于混凝土的路面材料則以Qo=0.085的比例進行，見表1。4. 為