工程解决方案

高速公路照明之应用

高速公路照明归属于道路照明,但其要求又与普通的道路照明有所区别,作者以目前浙江省内高速公路实际应用为蓝本,就氙气灯与led灯实际应用经验进行汇总,以供各专业人员进行设计、维修、更新时参考。
1、引言

高速公路照明归属于道路照明,但其要求又与普通的道路照明有所区别,并有其特殊性,如等同于普通道路照明,发生事故将严重危害生命财产安全。笔者从高速公路管理十几年的经验出发,以浙江省内高速公路实际应用为蓝本,从目前在高速公路照明方式的实际应用入手,在照明对道路的影响、种类、灯具种类、经济性和使用等方面进行一些汇总,以供各专业人员进行造型设计、维修、更新时作参考。

2、高速公路照明的类型

高速公路作为提供大众服务的交通便捷的快速通道,十几年来得到国家、地方政府和民间投资的大力扶持,已由20年前的零里程发展到现在的总里程达70万多公里。高速公路照明不断对经济性、节能性、环保性等方面提出新的要求,相应沿线配置的照明设施也可谓精彩纷呈,随着科技进步,新工艺、新技术层出不穷。

我国现有的高速公路大多作为经营公路,为改善人们良好的行驶环境和引车上路,许多经营场所都需要各式照明或诱导支持,如收费站所、互通匝道、大型桥涵'

隧道、服务区等,主要为实现和改善照明、警示、提示、

引导、结算、安全等功能,而灯源又分有源和无源,如无源道灯、匝道反光膜诱导、护栏反光标、地面玻璃微珠反光漆等。高速公路实现照明功能应用灯具种类可谓繁多,如收费站所常用LED集束光源、霓虹灯、广告灯、

大棚灯、路灯、隧道灯、航标灯、防雾灯、交通指挥灯、庭院灯、草坪灯、牌照识别地灯、导向箭头灯、限速牌、

情报LED告示板等;对应的灯源种类也十分丰富,几乎涵盖市场上所有照明灯具,主要灯源有白炽灯、自汞灯、

高压钠灯、金属卤素灯、阴极灯、高频无极灯、LED灯和最新出品的高压线灯等。无源灯特指无市电电源供给的灯光,通常是指被过往车辆大灯反射而获得的诱导照明指示。

本文所指的功能照明均为有源灯及灯具,即需市电供电的灯源,不含其他的辅助照明类。

3、高速公路照明设计

照明设计一般单独由交通设计部门负责。其设计分道路照明与隧道照明设计。道路照明的根本目的在于为驾驶者(包括机车和非机动车)和行人提供良好的视觉条件,以便提高通行效率,并降低夜间的交通事故;也可帮助行人看清周围环境,辨别方位。随着社会经济的发展,人们夜晚到户外的活动越来越多,良好的道路照明也为丰富生活、繁荣经济,提升城市形象起到很重要的作用。而作为高速公路照明设计,无须考虑行人,为机动车驾驶者提供安全舒适的视觉条件始终是第一位的,应考虑驾驶员视觉功能和舒适性两个方面。概括而言,设计者应考虑主道路的平均亮度与亮度的均匀性,以及对行车者产生的眩光控制水平。

原住房和建设部颁布的《城市道路照明设计标准》(C丄I45-2006)的3.2.1条款规定:机动车交通道路照明应以路面平均亮度、路面亮度均匀度和纵向均匀度、眩光控制、境比和诱导性为评价指标。而在3.2.2条款规定人行道路照明应以路面平均照度、路面最小照度和垂直照度为评价指标。这个标准澄清LED路灯应用中亮度和照度的本质区别,更有利于LED路灯在道路照明中的应用。该标准明确提出机动车交通道路照明应以亮度而不是照度作为衡量标准,这不只是与C旧相关标准接轨,而是更科学与客观。该标准如图表1所示。

图表 1机动车交通道路照明标准值

高速公路照明之应用

注表中每一级亮度或照度有两档,“/”左为低档值。右为高档值。我们认为高速公路应以I类道路的高挡值作为要求。


4、高速公路常用灯分析

4.1高速公路常用灯

目前在高速公路中常用灯有以下几类,我们根据其性能与长期使用经验,分析如下。

1)高压钠灯,其主要特点是色温低,显色指数小;寿命较短,仅为4000~5000h。由于看上去灰蒙蒙的,尽管价格较低,但确实对高速公路行驶是不利的。

2)金卤灯:其主要特点是色温选择广、显色指数高;寿命短,只有4000~5000h;价格比高压钠灯要高。
3)LED路灯:其主要特点是价格髙;灯头不能通用,灯具与灯管是一体的,不能单独更换灯管;LED由于管子焊在铝基板上,而铝基板又用胶水粘在散热器上,所以散热是个问题;因为功率密度不能做大,所以穿透力小,形成人们常说的灯很亮但马路不亮的现象。

4.2与新产品灯对比

在这里我们拿浙江高速公路安装的新产品天雄氙气灯作为对比。

1>大幅度提高了节能能力:与高压钠灯比完全可以用175W的氙气灯代替250W的高压钠灯,天雄氙气灯比钠灯节能30%。

2)提高了显色指数:天雄氙气灯比金肉灯显色指数高20%。

3>加大了可制造产品的色温范围:天雄氙气灯可以制作2000~3800K超低色温的产品,比金卤灯光照效果更逼真、更自然。

(4)与金南灯比,高压氙灯寿命可以延长8000h。

4.2各种光源光谱(如图1~图4所示)

高速公路照明之应用

图1 氙气灯光谱
5、高速公路照明之应用

我们根据相关标准,针对具体路段不同,实施方法也有所不同。
高速公路照明对灯具有较高要求,总体看来是注重功能性。高速公路照明通常采用悬臂式路灯。悬臂式路灯分为单叉式、双叉式和多叉式3种。为了控制光通的分布,灯具内部都装有反光罩。以前灯具常以高压钠灯或金属南化物灯为光源,但高压钠灯一是寿命短、二是显色性差,新建的高速公路一般不会采用。目前天雄氙气灯在浙江杭宁高速湖州收费站与甬台温高速瑞安山都岭隧道应用后,由于更换方便、显色性好、寿命长、性价比高而受到人们青睐。对于高速公路照明,建议使用截光型灯具,由于配光较窄,光通分布主要集中在0°~65。范围内,所以眩光很少,可保护驾驶员行车的安全。
高速公路根据路段不同选用不同类型的照明方式,灯杆排列各式各样。
高速公路照明之应用

图2 金卤灯光谱

高速公路照明之应用

图3 LED光谱

高速公路照明之应用

图4 钠灯光谱
1)大型桥梁上常用单挑或双挑灯杆布置照明。单挑灯杆一般设在桥梁护栏两边,双挑灯杆一般设在桥梁中间隔离区内。从经济性来说双挑灯杆设置比较合理,可一根电缆供电,当然须考虑三相平衡和分半夜照明和全夜照明的“蝴蝶式”接线法,灯杆的间隔通常为40m左右,灯杆高度7~9m,地面中心照度满足40lx基本达到通行要求。

2)高速公路互通区特别是匝道照明常用两种方式:
单挑灯、高杆灯,两者的照明作用是不同的。单挑灯主要是引导车辆进入匝道,提供弯道照明;而高杆灯照明有远距离提示,并对整个互通区有普照提高亮度的作用。单挑灯的设置须满足《城市道路照明设计标准》(CJ45-2006),特别是弯道连续的地方,要避免灯杆灯光诱引错误,灯杆的间距也常为40m左右,灯杆高度7~9m。

3)高杆灯的设置常为叶”_个,“一叶”指俯视匝道为一个封闭圈,高度常为20~35m,灯头度为9~18个(要考虑三相平衡),一般灯杆高度、灯头数量根据“一叶”大小而定,因是提示性和普照性要求,对该灯杆要求不高,只要离匝道最近处有10lx以上,基本能满足使用要求。

4>高速公路的隧道内,因其要求24h不间断照明,照明亮度要考虑夜间和白天的区别,通常白天的照明比夜间照度更高。因隧道内高度的局限性,只能安装在隧道内两侧的侧壁,灯的照射方向向下或向行车的前方(为防司机眩目),为节省大量的能耗,现已开始选用LED光源作照明,此光源要特别考虑光的方向性和分布,灯的间隔也常为20~40m,注意急弯处间隔适当减小。

5)高速公路收费区域内耗能最大的当数收费大棚灯了,其照明的设置须考虑收费员、过往司机和所务管理的需要,还要考虑车道长短、收费大棚高度和反光效果等因素,通常其光源色温为4500K左右、光源中心地面光度70lx(5m外沿照度30lx)。

以上均能满足正常要求,现阶段有特制的陶瓷LED灯应用其中,效果也不错,期间用热像仪测试,要比铝基板的路灯温度低近18=0。估计灯源整体的寿命能提高一倍以上,最主要的也是最吸引人的是省电,比其他类型灯省电50%以上。所以在实际应用中,收费站所的站名字(常用LED集束光源)、收费岛前的防雾灯、大型桥涵中的航标灯、收费道口上方的交通指挥灯、路面上方的情报告示板等大最使用LED光源,主要利用其省电、穿透性强、色温易控制等特点。大量的应用使得LED光源成本下降、技术成熟、功能被开发,经济性得到提高。

6、照明的亮度与照度区别

由于历史原因,国内设计是以照度为主,亮度则很少谈及,对LED路灯来说更是如此;但国外发现,对于运动中观察者来说,亮度是比照度具有更重要的参数。
6.1照度

用来表示被照面上光的强弱,此概念只考虑被照物体所接受到的单位面积的光通量,与该物体本身没有任何关系,一般是指光源照射到周围空间或地面上,单位被照射面积上的光通量,单位被照射面积上的光通量多,照度就高。

6.2亮度

亮度是指光源或被反光物体明暗的程度,是光源或反光物体表面辐射出来的光通量的多少,指的是人在看到光源时,眼睛感觉到的光亮度高低取决于光源的色温高低和光源的光通量,该光源的光通量多少是决定性因素,反光的光通量多,亮度就高。
6.3两者区别

两者概念不同,受外界影响因素也不同。如地面可以作为被照面,也可作为光源反光。如作为被照面则与地面是沥青还是水泥无关,与本身色彩无关,只考虑到他接受的光通量大小,是照度概念;而亮度它作为光源时表面辐射出来的光通量、与其他光源光源辐射到被照面时的光通量,在数量关系上是不相等,它相当于二次光源,是地面作为光源的亮度感觉,有时受色温影响较大。在光通量相同的光源中,色温高的光源会产生亮度高的视觉感。这种“高亮度“光源,光效并不一定比其他光源高,照度也并不一定比其他光源高。

举例,如水泥马路与沥青马路,在同_高度同样的灯,照射到地面相同的点,其照度是一样的,但水泥路面与沥青路面反射系数不同,因而其亮度也不同。对于机动车机动车驾驶员来说其视线是水平的,眼睛观察的是前方,眼睛观察远处主要靠中心视觉分辨前方情况,需要较高的亮度,所以采用亮度为标准较好;而行人与非机动车驾驶员主要靠边缘视觉,在环境亮度比较暗情况下,观察近处较为宽广的范围,可采用照度作为衡置标准。在道路照明领域,亮度与照度之间的关系非常复杂,其复杂的原因是路面的材质对光线的反射不是均匀漫反射,也不是镜面反射,而是一种跟入射光线方向有紧密关系的复合反射,其亮度取决于驾驶员的观察方向和光线照射到路面入射角度之间的关系,所以建议使用亮度为好。但在实际应用中存在这样的问题,照度仪很便宜100多元就有并且携带方便,而亮度仪笨重价格又高,所以曰常测试还用照度。目前流行的照度与亮度换算关系,我们认为不可靠,这是两个不同概念,相当于把重暈换算为长度一样。

此外,由于目前道路照明设计标准规定亮度作为衡置标准,而LED路灯的照度均匀度普遍较好,但亮度均匀度较差。LED路灯照度均匀度高,原因在于配光按等照度的矩形光斑概念设计,将光在指定区域内均匀分布。但是配光设计没有充分考虑光的入射角度和路面的反射性能,通过路面反射进入驾驶者眼睛的有效光并不多,亮度分布不均匀,特别是纵向均匀度较低。而从驾驶员照明效果看,亮度纵向均匀度非常重要,过低就会出现斑马线。不少城市的道路照明照度严重超标,照度相同也会形成亮度不同的结果,如图5所示。只有很少部分的光线反射到驾驶员的眼睛,产生很低的路面亮度,浪费了大量的光通量.电能利用率低。今后LED路灯设计必须考虑这个问题。LED路灯配光必须充分考虑道路照明需求,善用控光能力,应尽快转到以亮度为主的方向,否则会拉大与国际品牌的差距。
高速公路照明之应用

图5 照度相同产生的不同光强
7、结束语

总之,高速公路的照明灯光配置必须充分考虑其过往行车特点、技术手段可能、资源综合利用、经济节能降耗,并结合当今科技发展的水平,适时、应地、多方面的通盘考虑配光用光,甚至要照顾到景观整体效果,与时俱进地设计、维修和改进高速公路照明配置,为文明、高效、安全的高速公路提供优质的保障服务。

在线客服咨询您好!如果需要帮助,请联系我们的客服!何经理陈经理技术员技术员08:30 AM -- 18:00 PM
在线客服咨询