【摘 要】本文阐述了高速公路隧道照明分级控制理论，分析了高速公路隧道照明中存在的普遍问题，并提出了具有针对性的隧道照明控制节能对策。
　　【关键词】高速公路 隧道照明节能
　　在高速公路隧道运营养护费用中，隧道照明耗电占去了相当大的一部分，若不解决高速公路隧道运营养护节能问题，运营养护费用将占去很大一部分，这将给管理部门带来沉重的经济负担。
　　国内目前对高速公路隧道照明设备的控制方式主要有三种：手动控制模式、分时段进行的时序控制模式和有级控制模式。
　　在高速公路隧道照明方案设计中，最常用的方案是采用有级控制模式，即根据气候条件、隧道外的照度及交通流量进行控制分级。其工作原理是：通过隧道内外设置的照度检测仪，检测隧道入口处内外的光强度，并辅以车流量等其他信息。分级控制整个隧道内各段的灯光照明强度，使驾驶员能尽快适应隧道内外的光强变化，消除因光强所引起的视觉障碍，减少事故的发生。但高速公路隧道照明系统在实际运营中一般采用时序控制方式工作，即在规定的时间由工作人员手动开关隧道灯。部分运营者考虑到白天电能浪费严重，只开全日灯，这种方式表面上有一定节能效果，但当洞外亮度较小时，即使全日灯的亮度也远高于标准亮度，或者当隧道车流量较小时(如隧道刚通车或在某个低流量时段)，也可适当调低灯光照度。
　　目前，高速公路隧道照明设计者依据规范，通常把隧道分为入口段、过渡段、中间段和出口段等四个段来设计说明，各段的长度和照度是从全年行车安全要求出发，对洞内最大照度的设计是以全年洞外最大亮度和最大行车时速来确定隧道内各段的灯具功率和灯具分布密度。能够实现照明自动控制的非常有限，通常因线路布线回路的限制，只能做到2级(照明在白天使用)、3级(通常在晚上使用)人工或自动控制。对于如天气、车速、车流量等参数只能在设计阶段给予以最大值考虑，最终各段照明长度和照度也始终处于最大值状态，对于天气、车速、车流量等参数无法从宏观上对整个隧道照明进行自适应方式调制。因此，目前这种传统设计与使用的高速公路隧道照明系统存在着大量电能浪费问题。
　　一般的高速公路隧道照明供电控制模式是按照白天和夜间两级模式予以供电控制，而这种控制模式存在严重的电能浪费现象。我们可以根据工程的实际情况予以讨论，建立更为科学合理的多级照明控制方式，比如说可以采用白天、傍晚、夜间的三级控制模式，分别采用1、1／2、1／3的照明方式，既满足不同时段交通量的使用要求又达到节电的效果，从而降低公路隧道的运营成本。目前的高速公路隧道照明系统可通过自适应模糊控制技术，实施优化各段照明，以达到进一步节电节能的目的要实现高速公路隧道照明系统的节能，可考虑对每盏高压灯完成开关网络的改造，并通过洞口的亮度检测器获取的参数，进行自动化控制。为了减少灯具的改造费用，可以在不更换灯具的情况下，每盏灯上增加实现联网的遥控开关控制即可，或者改进旧的电志式镇流器，其性能更佳。为此，目前可采用自动化控制方面先进的CAN(Controller Area Network控制器局域网)网络来完成。CAN网络系统是德国BOSCH公司专门为汽车自动控制开发的，总线结构参照了ISO／OSI参考模型。其成本低，实时处理能力强。在恶劣的强电磁干扰环境下能可靠工作，通信介质可以是双流线，同轴电缆或光导纤维。介于CAN网络的节点数量受物理线路性的限制，在CAN网络的节点数量分配通常是一根电缆接100多个以内的线端，其传输距离超过5km，是普通485总线传输距离的5倍以上。
　　在高速公路隧道照明的设计规划中，就应该考虑节能问题。在高速公路隧道照明系统的设计中，通常入口段和出口段灯具的密度和照度最大，中间段最小，而中间段灯具布设长度一般最大，其他各段灯具的布设长度根据隧道实际长度和实际要求的不同而有所不同，根据《公路隧道通风照明设计规范》的设计要求，隧道照明的设计应考虑车流量、车速和内外亮度三个因素。比如入口段照明通常由基本照明和加强照明两部分组成，前者的灯具布置同中间段照明相似，后者的加强照明采用功率较大的灯具。由于洞外日光的投射进去，可利用作为入口段加强照明的部分，参照设计规范，可将离洞口10m以内的加强照明灯具予以省略。在单向交通隧道中，出口段照明设计，其长度可与入口段有所不同，据相关资料证实，出口段长度取60m是最合理的，可省去几十米出口段高密度布置的灯具，由中间段布置较为稀疏的灯具取代。出口段亮度也可有别于入口段，其亮度取中间段亮度的5倍即可。按照规范要求，隧道长度超过lOOm就要设置照明设施，当隧道里安装照明灯具时，如按照全年最大照度设计，单从洞外亮度这一指标分析，只要天气不是晴天，洞内亮度就是多余的，长时间势必造成电能的极大浪费。所以要把隧道内各段照明的长度和照度设计成能够根据实际要求(如洞外亮度)不断调整变化，动态地实现对各段灯具照明的自动控制，才能从根本上杜绝隧道照明能源的浪费，并提高行车安全系数。
　　电器附件对照明节能也有影响，其中变压器影响最大，更换掉大功率的电力变压器，采用相对较小功率的油浸式电力变压器，可以从根本上和长远地解决功率过大造成的电能浪费问题。因此，根据隧道结构和隧道的建筑材料实际情况，在整个隧道照明的设计规划中，就应该考虑节能问题。运用优化理论对隧道照明设计进行优化设计，同时对优化方案进行评估，在技术上采用新型的节能型灯具，例如电磁感应灯、白光LED灯等；改进供配电系统的设计，更合理地进行设备选型，例如使用中压供电模式，改变以往在长隧道两端洞口设置lO／O．4KV变电所的设计模式，而采用lOKV中压进洞的供电方式；选取新型超低能耗的非晶合金变压器；在供配电的设计中应当将各种负荷按照其运行的时间规律来进行分类，并为不同的负荷单独配备变压器，同时对灯具的布设进行优化设计。
　　在管理上应积极地跟踪了解国内外高速公路隧道管理的动态，找出当前管理上的不足，不断引进先进的管理理念与管理方法。采用现代化的管理手段和智能化、科学化的管理方法，为提高高速公路隧道的管理水平和服务水平提供技术保障。管理者就如何最大程度的满足出行者的安全、舒适、畅通方面考虑，在高速公路隧道管理控制方面应具有实用性和可靠性，同时在投资、收益和安全方面做好有机的结合。通过采用节能方案，在满足高速公路隧道正常照度的前提下，提高电能的利用率，产生可观的经济效益。
　　一个完整的高速公路隧道机电系统对确保隧道良好的通行环境，及早发现隧道内事故及灾害，提高隧道的运营管理水平，确保交通舒适与行车安全具有重要的作用。随着新建的高速公路隧道配置的设备系统功能更加完善，运行更加稳定，高速公路隧道机电系统的构成应满足操作简单、经济实用、先进可靠、可扩展、易维护的原则，要提高高速公路隧道运营自动化、信息化、网络化水平，使隧道管理人员能够及时、准确、全面地了解隧道及机电设备的运行情况，以便更加科学、合理、有效地进行高速公路隧道运营养护管理服务。

参考文献：
1、吕康成，公路隧道运营设施，北京：人民交通出版社，1999．

2、周科，隧道照明设计浅谈叨，山西建筑，2007．7


3、宋白桦、李鸿、贺科学，公路隧道照明的研究现状和发展趋势，湖南交通科技，2005．3


作者单位：刘涛（陕西省高速公路建设集团公司安康东管理处）


          张莹（陕西省高速公路建设集团公司）
          刘利（西安双赢土木技术咨询有限公司）