隧道工程第9章隧道照明

1、重慶交通大學 隧道及巖土工程系2012年11月學習本課程的目的：學習本課程的目的：（1 1）了解道路照明基礎；）了解道路照明基礎；（2 2）掌握隧道亮度曲線；）掌握隧道亮度曲線；（3 3）了解隧道照明設計內容。）了解隧道照明設計內容。第第9 9章章 隧道照明隧道照明9.1 9.1 概述概述9.2 9.2 隧道照明基礎隧道照明基礎9.3 9.3 道路照明的質量道路照明的質量9.4 9.4 隧道亮度曲線隧道亮度曲線9.5 9.5 照明設計照明設計9.1 9.1 概述概述 1 1、隧道照明的目的、隧道照明的目的 把必要的視覺信息傳遞給司把必要的視覺信息傳遞給司機，保證行車安全。機，保證行車安全。2

2、2、人對光強變化的視覺問題、人對光強變化的視覺問題 人的視覺人的視覺 光入射人眼后產生的各種視覺光入射人眼后產生的各種視覺 光覺光覺明暗明暗 形覺形覺物體形狀物體形狀 色覺色覺顏色顏色 動覺動覺物體運動物體運動 立體覺立體覺遠近遠近 深度覺深度覺深淺深淺 白天進洞白天進洞 由亮度極高進入黑暗，有適應由亮度極高進入黑暗，有適應的滯后現(xiàn)象的滯后現(xiàn)象黑洞效應黑洞效應 白天出洞白天出洞 亮度差別大，容易出現(xiàn)亮度差別大，容易出現(xiàn)弦光弦光 3 3、我國隧道照明狀況、我國隧道照明狀況 我國公路上大部分隧道都我國公路上大部分隧道都無照明無照明或或僅僅懸掛幾盞路燈懸掛幾盞路燈共行人照明，從調研得到的共行人照明，

3、從調研得到的資料看，安裝了照明的隧道較少，照明的資料看，安裝了照明的隧道較少，照明的標準也很標準也很低低。規(guī)范規(guī)范規(guī)定規(guī)定300m300m以下以下的的行人稀少且交通量不大的隧道可不設照明，行人稀少且交通量不大的隧道可不設照明，但二級以上公路隧道長度超過但二級以上公路隧道長度超過100m100m時必時必須有可靠的照明設施。須有可靠的照明設施。 9.2 9.2 隧道照明基礎隧道照明基礎1 1、光的度量、光的度量2 2、司機的視覺、司機的視覺3 3、影響視覺的主要因素、影響視覺的主要因素1 1、光的度量、光的度量 光的本質：光的本質： 光是一種波，可見光的波長范圍為光是一種波，可見光的波長范圍為38

4、0 380 760nm760nm之間，具有波粒二象性之間，具有波粒二象性光的傳播速度為光的傳播速度為3030萬萬km/skm/s光通過介質傳播，波長和速度將隨介質光通過介質傳播，波長和速度將隨介質改變，而頻率不改變改變，而頻率不改變 光通量光通量 光通量是指單位時間內光輻射能量的大小，它是根據(jù)人眼對光的感覺來評價的。 dVKem780380式中：式中：K Kmm 最大光譜光效能，最大光譜光效能，683 lm683 lmw w； V() V() 明視覺光譜光效率；明視覺光譜光效率；流明流明lmlm 為光譜輻射通量為光譜輻射通量; ;e 發(fā)光強度發(fā)光強度( (光強光強) ) 光通量的角密度(空間)

5、，描述輻射體在不同方向上光通量的分布特征ddIcd cd 坎德拉坎德拉 若光源輻射的光通量若光源輻射的光通量是均勻的，則在立體是均勻的，則在立體角角 內的平均光強內的平均光強I I為：為： I 照度照度 照度是用來表示被照面上光的強弱，以被照場所光通的面積密度來表示。取微小面積dA，入射的光通為d，則照度E為： dAdE勒克斯勒克斯lxlxdAdAI。廣光源單元面積上的亮度 亮度亮度 000coscosLAIAIL 亮度是表征發(fā)光面在亮度是表征發(fā)光面在不同方向上的光學特性不同方向上的光學特性太陽的亮度：太陽的亮度：熒光燈：熒光燈： 尼特尼特ntnt29/106 . 1mcd24/10)5 .

6、15 . 0(mcd2 2、司機的視覺、司機的視覺 視野：視野：人眼的視野較廣，大約人眼的視野較廣，大約100100度范度范圍，上約圍，上約5050、下約、下約7575度度 60m100m1.5m司機注視范圍長約100m對應的視角1 視覺：視覺：視網(wǎng)膜上分布著兩種感光視網(wǎng)膜上分布著兩種感光細胞，錐狀體和桿狀體細胞，根據(jù)細胞，錐狀體和桿狀體細胞，根據(jù)光強度不同進行工作。光強度不同進行工作。 司機注視范圍司機注視范圍 國際照明委員會（國際照明委員會（CIECIE）建議：司）建議：司機觀察路面的平均視點高度為機觀察路面的平均視點高度為1.5m1.5m，相當于汽車司機的人眼高度，若向前相當于汽車司機的

7、人眼高度，若向前注視的視角約為注視的視角約為1 1則注視的范圍約則注視的范圍約為正前方為正前方60160m60160m左右左右。 司機的看視條件司機的看視條件 路面平均亮度，對隧道來說還有作為背路面平均亮度，對隧道來說還有作為背景的墻面亮度；景的墻面亮度； 路面亮度均勻度路面亮度均勻度 物體的亮度；物體的亮度； 物體與背景的亮度對比；物體與背景的亮度對比； 觀察物體時的有效時間；觀察物體時的有效時間； 眩光程度等。眩光程度等。 還與物體的形狀，輪廓的清晰度、在還與物體的形狀，輪廓的清晰度、在視野中的位置；視野中的位置； 視覺是以生理量度量的，受觀察者的視覺是以生理量度量的，受觀察者的精神、視力

8、、身體狀況的影響精神、視力、身體狀況的影響。還受氣象。還受氣象（如霧等）和空氣混濁程度的影響。（如霧等）和空氣混濁程度的影響。 3 3、影響視覺的主要因素、影響視覺的主要因素 適宜的亮度適宜的亮度 適宜的亮度是物體在視網(wǎng)膜成象引起適宜的亮度是物體在視網(wǎng)膜成象引起視覺的基本條件。物體表面亮度大，視網(wǎng)視覺的基本條件。物體表面亮度大，視網(wǎng)膜上象的照度就高，就看得清楚，視覺與膜上象的照度就高，就看得清楚，視覺與亮度的對數(shù)成正比關系。亮度的對數(shù)成正比關系。 對象的大小對象的大小 “對象對象”的定義就是能夠看到的事物的定義就是能夠看到的事物或者事物的一部分。能否看清對象，除或者事物的一部分。能否看清對象，

9、除了依賴于照明條件外，還決定于對象的了依賴于照明條件外，還決定于對象的大小。大小。 對象和背景的亮度對比對象和背景的亮度對比 在觀察方向上，若對象的表面亮度為在觀察方向上，若對象的表面亮度為L0L0，背景亮度為，背景亮度為 LbLb，則對象與背景的亮，則對象與背景的亮度對比度對比C C可用下式表示可用下式表示 C C值表示對象與背景亮度差別的大小，值表示對象與背景亮度差別的大小，C C值越大，可以識別得越清楚。值越大，可以識別得越清楚。C C值小到某值小到某一值以下時就不能識別對象了。一值以下時就不能識別對象了。bbLLLC0 顏色對比的影響顏色對比的影響 亮度對比是識別對象的主要因素，顏亮度

10、對比是識別對象的主要因素，顏色對比則為輔助因素。色對比則為輔助因素。 環(huán)境亮度的影響環(huán)境亮度的影響 對背景亮度的要求是足以識別背景。對背景亮度的要求是足以識別背景。足夠亮的背景，才能襯托出對象的輪廓和足夠亮的背景，才能襯托出對象的輪廓和相對位置，使司機作出準確的判斷，保證相對位置，使司機作出準確的判斷，保證行車安全。行車安全。 空氣對能見度的影響空氣對能見度的影響 空氣對光通的衰減作用和光幕空氣對光通的衰減作用和光幕 發(fā)光（或反光）物體的光通，必須經(jīng)過空氣才能發(fā)光（或反光）物體的光通，必須經(jīng)過空氣才能到達人的眼睛。在傳播的過程中受到吸收作用和散到達人的眼睛。在傳播的過程中受到吸收作用和散射作用

11、造成光通衰減。射作用造成光通衰減。 空氣的散射作用空氣的散射作用 散射是指空氣組成成份把原來向一個方向傳播的散射是指空氣組成成份把原來向一個方向傳播的光變成向各個方向傳播，使原來光線減弱的現(xiàn)象。光變成向各個方向傳播，使原來光線減弱的現(xiàn)象。 透過率透過率 觀察時間的長短觀察時間的長短 觀察尺寸大的物體只需很短的時間，觀察尺寸大的物體只需很短的時間，同一物體，照度越高（背景亮度越大），同一物體，照度越高（背景亮度越大），識別時間越短。識別時間越短。 9.3 9.3 道路照明質量道路照明質量 1 1、路面平均亮度、路面平均亮度 路面（背景）亮度越高，眼睛的對比靈路面（背景）亮度越高，眼睛的對比靈敏度

12、越好（亮度對比閾敏度越好（亮度對比閾 越?。Ｔ叫。?。DunbarDunbar實驗表明：平均亮度升高時，察覺障礙物實驗表明：平均亮度升高時，察覺障礙物所必要的亮度對比所必要的亮度對比C C變小。變小。0.020.11.02400.20.40.60.81.0平均亮度（nt）亮度對比察覺障礙物的平均亮度察覺障礙物的平均亮度LavLav和亮度對比和亮度對比C C的關系的關系 2 2、路面亮度均勻度、路面亮度均勻度 保證亮度均勻度是為了保證亮度均勻度是為了給司機提供給司機提供良好的能見度和視覺上的舒適性良好的能見度和視覺上的舒適性。干。干燥路面和濕路面的路面亮度有很大變燥路面和濕路面的路面亮度有很大變

13、化，均勻度也相應有很大變化。嚴格化，均勻度也相應有很大變化。嚴格的均勻度要求，一般限于干燥路面和的均勻度要求，一般限于干燥路面和路面平均亮度較低的情況。路面平均亮度較低的情況。 總均勻度（總均勻度（U U0 0） 為了使路面上所有區(qū)域都有足夠的亮度和為了使路面上所有區(qū)域都有足夠的亮度和對比度，提供令人滿意的能見度，需要規(guī)定路對比度，提供令人滿意的能見度，需要規(guī)定路面最小亮度和平均亮度比值的范圍。面最小亮度和平均亮度比值的范圍。 avLLUmin0式中式中:Lav:Lav距車道邊緣距車道邊緣1/41/4寬度處寬度處( (左或右左或右) )測得的路面平均亮度；測得的路面平均亮度； LminLmin

14、距車道邊緣距車道邊緣1/41/4寬度處寬度處( (左或右左或右) )測得的路面最低亮度。測得的路面最低亮度。 對于隧道總均勻度包括路面對于隧道總均勻度包括路面和兩側和兩側2m2m高范圍內的墻面，晝高范圍內的墻面，晝間間U00.7U00.7；夜間；夜間U00.5U00.5。對于露天道路一般不低于對于露天道路一般不低于0.40.4。 縱向均勻度（縱向均勻度（ ） 為了提供視覺舒適性，要求沿各車道線為了提供視覺舒適性，要求沿各車道線中心線有一定的縱向均勻度?？v向均勻度中心線有一定的縱向均勻度?？v向均勻度是沿中心線的局部亮度的最小值和最大值是沿中心線的局部亮度的最小值和最大值之比。之比。 lUmaxm

15、inLLUl式中：式中：L Lmaxmax從車道線中心線測得的最大亮度；從車道線中心線測得的最大亮度； L Lminmin從車道線中心線測得的最小亮度。從車道線中心線測得的最小亮度。 隧道縱向均勻度包括路面隧道縱向均勻度包括路面兩側兩側2m2m高范圍的墻面，晝間高范圍的墻面，晝間U Ul l0.80.8；夜間；夜間U Ul l0.60.6。露天道。露天道路依道路等級不同，不低于路依道路等級不同，不低于0.70.7或或0.50.5。 3 3、眩光限制、眩光限制 道路照明眩光分為兩類：道路照明眩光分為兩類： 失能眩光失能眩光 不舒適眩光不舒適眩光 失能眩光失能眩光 眩光導致的識別能力的下降，是由光

16、眩光導致的識別能力的下降，是由光在眼睛里發(fā)生散射過程造成的在眼睛里發(fā)生散射過程造成的。表示對照。表示對照明設施造成的明設施造成的能見度損失能見度損失方面的評價。方面的評價。失失能眩光能眩光是生理上的過程，是表示是生理上的過程，是表示由生理眩由生理眩光導致辨認能力降低的一種度量光導致辨認能力降低的一種度量。 不舒適眩光不舒適眩光 眩光造成的不舒適感，目前還沒有專眩光造成的不舒適感，目前還沒有專門的測量儀器，是用眩光控制等級（門的測量儀器，是用眩光控制等級（G G）表示所感到的不舒適程度的主觀評價。表示所感到的不舒適程度的主觀評價。表示在眩光感覺中的動態(tài)駕駛條件下，表示在眩光感覺中的動態(tài)駕駛條件下

17、，對道路照明設施的評價對道路照明設施的評價, ,心理上的過程心理上的過程。 4 4、 誘導性誘導性 為了保證交通安全，道路的走向，道為了保證交通安全，道路的走向，道路的界限，道路交叉點以及特殊地點都應路的界限，道路交叉點以及特殊地點都應該清晰可見，該清晰可見，要求有良好的誘導性要求有良好的誘導性。誘導。誘導性一般來自兩個方面：即性一般來自兩個方面：即視見誘導性和光視見誘導性和光學誘導性學誘導性。誘導性通過各種誘導標志和照。誘導性通過各種誘導標志和照明設施獲得，與照明設施等一起，共屬交明設施獲得，與照明設施等一起，共屬交通安全設施范圍。通安全設施范圍。 視見誘導性視見誘導性 道路視線道路視線誘導

18、標志誘導標志，是沿行車帶標明，是沿行車帶標明道路邊緣和線形的道路邊緣和線形的一種設施一種設施，以便晝夜，以便晝夜誘導司機的視線，并根據(jù)需要設在某一誘導司機的視線，并根據(jù)需要設在某一路段上，如路面中心線、路線或兩側路路段上，如路面中心線、路線或兩側路面標志、道路護欄與護樁、積雪地區(qū)設面標志、道路護欄與護樁、積雪地區(qū)設置雪標桿等。置雪標桿等。 視見誘導性視見誘導性 隧道內墻面也可以起誘導作用，但隧道隧道內墻面也可以起誘導作用，但隧道內的誘導作用首先要求有足夠的照明，使內的誘導作用首先要求有足夠的照明，使誘導標志成為可以視見的。誘導標志成為可以視見的。 光學誘導性光學誘導性 在道路照明設施中，在道路

19、照明設施中，排列成行的照明排列成行的照明器器可以指示出道路走向、彎道、交叉和各可以指示出道路走向、彎道、交叉和各種特殊場合，再配合其它視線誘導標志，種特殊場合，再配合其它視線誘導標志，能在能在遠距離上使司機明顯地注意到有危險遠距離上使司機明顯地注意到有危險性的地段性的地段。 照明器在照明器在排列、光色、光強排列、光色、光強以及設置以及設置的的方位和間隔方位和間隔的變化，會有效地起到光學的變化，會有效地起到光學誘導作用。誘導作用。 在同一區(qū)段內注意保持照明的一致性在同一區(qū)段內注意保持照明的一致性（照明系列及光色等），以及在（照明系列及光色等），以及在不同區(qū)不同區(qū)段段，采用不同類型的光源、，采用不

20、同類型的光源、不同的格調不同的格調等，都會有效地起到光學誘導作用。等，都會有效地起到光學誘導作用。 在規(guī)模大、線形復雜、多層次的立體在規(guī)模大、線形復雜、多層次的立體交叉場合不宜大量裝設路燈，這種場合交叉場合不宜大量裝設路燈，這種場合宜采用宜采用高桿照明高桿照明，在照亮道路的同時也，在照亮道路的同時也照亮環(huán)境，可以獲得與白天相似的良好照亮環(huán)境，可以獲得與白天相似的良好誘導性。誘導性。 9.4 9.4 隧道亮度曲線隧道亮度曲線1 1、隧道照明區(qū)段劃分、隧道照明區(qū)段劃分 長隧道照明基本上可以按長隧道照明基本上可以按接近段、入接近段、入口段、過渡段、中間段和出口段口段、過渡段、中間段和出口段五個區(qū)段五

21、個區(qū)段劃分。劃分。2 2、隧道亮度曲線、隧道亮度曲線 亮度曲線：沿道路軸線，由入口洞外亮度曲線：沿道路軸線，由入口洞外的接近段經(jīng)入口段、過渡段、中間段直至的接近段經(jīng)入口段、過渡段、中間段直至出口段，出口段，司機在白天所需要的路面亮度變司機在白天所需要的路面亮度變化曲線，稱為亮度曲線化曲線，稱為亮度曲線。 L1L2L3103010050010004000800010000隧道入口亮度(cd/m )2至入口距離(m) 自然光自然光在路面反射引起的亮度有可以在路面反射引起的亮度有可以利用的亮度和需要限制的亮度兩部分；利用的亮度和需要限制的亮度兩部分； 人工照明人工照明在路面反射引起的亮度是因在路面反

22、射引起的亮度是因自然光不足或根本影響不到而需用人工自然光不足或根本影響不到而需用人工照明加以彌補的亮度，人工亮度沿路軸照明加以彌補的亮度，人工亮度沿路軸的變化曲線稱為人工亮度曲線。的變化曲線稱為人工亮度曲線。 由于目前人們對視覺適應能力的估算由于目前人們對視覺適應能力的估算不一致，所以在入口（包括入口段和過渡不一致，所以在入口（包括入口段和過渡段）亮度曲線的劃法上相差甚遠。我國的段）亮度曲線的劃法上相差甚遠。我國的公路隧道通風照明設計規(guī)范公路隧道通風照明設計規(guī)范對各區(qū)段對各區(qū)段的長度與亮度作了具體規(guī)定。的長度與亮度作了具體規(guī)定。 9.5 9.5 照明設計照明設計 道路隧道的內部照明，不僅要有足

23、夠的道路隧道的內部照明，不僅要有足夠的亮度，而且要有符合要求的質量。同時還亮度，而且要有符合要求的質量。同時還要注意到隧道的特點，即它是一個封閉空要注意到隧道的特點，即它是一個封閉空間。另一方面，司機在動態(tài)條件下觀察障間。另一方面，司機在動態(tài)條件下觀察障礙物時，需要更長的背景，即在增加的背礙物時，需要更長的背景，即在增加的背景長度上要保證亮度和亮度對比。景長度上要保證亮度和亮度對比。 確定光源和照明器確定光源和照明器 隧道照明的光源，除了應滿足在隧隧道照明的光源，除了應滿足在隧道特定環(huán)境下的光效、光通量、壽命及道特定環(huán)境下的光效、光通量、壽命及工作特性、光色、顯色性和控制配光的工作特性、光色、

24、顯色性和控制配光的難易程度等主要要求外，還應選擇在汽難易程度等主要要求外，還應選擇在汽車排煙形成的煙霧中仍能保證有良好能車排煙形成的煙霧中仍能保證有良好能見度的光源。見度的光源。 隧道用照明器的主要作用是控制配光及保隧道用照明器的主要作用是控制配光及保護光源。護光源。 照明器的選擇，應充分注意以下幾點：照明器的選擇，應充分注意以下幾點： 照明器的配光特性是否符合照明目的，能否符合于設照明器的配光特性是否符合照明目的，能否符合于設置該照明器場所的置該照明器場所的幾何條件幾何條件。 形狀和尺寸是否小而堅固，形狀和尺寸是否小而堅固，安裝、維修應方便安裝、維修應方便。 材料應有良好的材料應有良好的耐腐

25、蝕性耐腐蝕性能，必要時要施以表面處理。能，必要時要施以表面處理。 對隧道墻面的配光及煙塵的污染應充分注意。對隧道墻面的配光及煙塵的污染應充分注意。 在滿足照明質量、環(huán)境條件及防觸電保護要求的情況在滿足照明質量、環(huán)境條件及防觸電保護要求的情況下，盡量選用光輸出比高，下，盡量選用光輸出比高，壽命長壽命長、光通衰減少的照明器。、光通衰減少的照明器。 進行照度計算進行照度計算 照度計算的目的是根據(jù)所需要的照度照度計算的目的是根據(jù)所需要的照度值及其它已知條件（照明器型式及布置、值及其它已知條件（照明器型式及布置、照明場所各個面的反射條件及污染情況等）照明場所各個面的反射條件及污染情況等）來決定燈具的容量或燈具的數(shù)量，或在來決定燈具的容量或燈具的數(shù)量，或在照照明器型式、布置及光源的容量都已確定的明器型式、布置及光源的容量都已確定的情況下，計算某點的照度值情況下，計算某點的照度值。 照度計算基本方法的特點及適用范圍照度計算基本方法的特點及適用范圍 方法名稱方法名稱特點特點適用范圍適用范圍利用利用系數(shù)系數(shù)法法用系數(shù)計算用系數(shù)計算考慮直射光和考慮直射光和反射光兩部分反射光兩部分的照度，計算的照度，計算水平面上的平水平面上的平均照度均照度計算室內水平面的平均照度，計算室內水平面的平均照度，特別適用于反射條件的房間特別適用于反射條件的房間查概算曲線查概算曲