隧道LED照明工程设计实例-LED照明工程设计与施工

1.隧道（500m）照明LED照明工程设计实例

（1）隧道概况

隧道设计时速：60km/h；车流量：700辆/h<N<2400辆/h；隧道为单洞两车道；隧道道路净宽9.5m；隧道洞高：6.9m，长500m；洞外亮度L20（s）：3000cd/m²。

（2）隧道各段平均亮度标准

隧道各段名称及平均亮度标准值见表2-5。根据隧道灯具使用特性以及综合考虑投资成本、投资回报等因素，在设计隧道照明方案时，在隧道入口段、过渡段、出口段采用LED隧道加强灯具，基本段采用LED隧道灯具。为了保证灯具的高品质和稳定性，采用高光效光源的相对色温控制在5000～6000K。

表2-5 隧道各段名称及平均亮度标准值

注：亮度总均匀度U₀标准值≥0.4；中线亮度纵向均匀度U₁标准值≥0.6。

（3）灯具主要技术指标及要求

LED隧道灯具的光通量≥6000lm，LED隧道灯具具有散热筋设计，灯具适应环境温度：-40～+55℃。正常工作时外表温升不大于30℃，结温不大于85℃。灯具防护等级不低于IP65。防护性能采用硅橡胶密封圈实现，不能使用胶水密封。灯具采用恒流DC12/24V驱动电流，驱动电流效率≥90%。

LED光源采用技术先进的光源芯片（CREE，LUMILEDS），LED封装方式为单颗大功率芯片（≥3W），驱动电流≤500mA，发光效率>125Lm/W，LED寿命≥50000h（光衰30%，85℃结温），LED灯具6000h，光衰小于3%，显色指数：Ra≥70，色温：6000K±275K。

（4）隧道LED照明布灯方案

隧道LED照明工程布灯方案见表2-6，LED隧道灯的照明效果图如图2-29所示。

表2-6 隧道LED照明布灯方案

图2-29 LED隧道灯的照明效果图

2.城市隧道LED照明工程设计实例

（1）隧道概况

隧道的结构为两条东西向单向隧道，每条隧道的宽度为17.25m，均为四车道，其中行车道宽16m，设备层宽度0.75m，外侧路缘带宽度0.5m，内侧路缘带宽度0.25m；隧道建筑界限净高4.5m，设备安装空间净高1.1m；隧道长度为1200m。隧道每个车道流量为1600辆/h，设计行车速度为60km/h。

隧道入口段、过渡段的照明选择LED作为照明光源，隧道照明灯具采用横向对称配光型灯具，其特点是导向性好、眩光小、路面均匀度高。虽然隧道灯布置是有间距的，但按一定速度行车时从驾驶员的角度看基本上为一条光带。两条光带可以把隧道的线形勾勒出来，具有很好的导向性。隧道内的照明灯具均采用隧道灯，防护等级为IP65，安装方式为吸顶安装。

（2）隧道照明计算

根据隧道的设计交通流量，即每个车道流量1600辆/h、计算行车速度60km/h、每条隧道均为单向交通、每条隧道4个车道、隧道的宽度17.25m等条件，确定隧道基本段的亮度（照度）应为2.5cd/m²（50～60lx）。

但是，在设计过程中，考虑为城区隧道适当提高基本段照度标准，将基本段的设计亮度（照度）提高为4.5～5.0cd/m²（90～100lx），并根据规范计算出其他各段的亮度及长度：

入口段亮度：

L_th=k×L20（S）=0.022×4000=88cd/m²

式中，L_th为入口段亮度（cd/m²）；k为入口段亮度折减系数；L20（S）为洞外亮度（cd/m²）。

入口段长度：

D_th=1.154D_s-（h-1.5）tan10°=1.154×62-（5.6-1.5）/tan10°=48.3m

式中，D_th为入口段长度（m）；D_s为照明停车视距（m）；h为洞口净空高度（m）。

过渡段1亮度：

L_tr1=0.3×L_th=26.4cd/m²

过渡段2亮度：

L_tr1=0.1×L_th=8.8cd/m²

过渡段3亮度：

L_tr1=0.035×L_th=3.08cd/m²

过渡段各段长度取值：过渡段1为50m，过渡段2为65m，过渡段3为100m。

出口段亮度=5×L_in=12.5cd/m²，出口段长度取60m。

LED隧道灯的安装间距应小于4m，在满足基本段亮度（照度）标准的情况下，隧道基本段的照明灯具布置为两排，间距为2.2m，根据基本段照明灯具的间距计算出隧道其他各段设计亮度（照度）及安装布置如下：

1）隧道入口段照明：入口段长度为50m，设计亮度（照度）为88cd/m²（1760lx），照明灯具布置为六排，加强灯为两排140W的LED隧道灯、两排18W双列LED日光灯，基本照明为两排18W双列LED日光灯。

2）隧道过渡段照明：过渡段总长度为215m，其中：

过渡段1长度为50m，设计亮度（照度）为26.4cd/m²（530lx），照明灯具布置为六排，加强灯为两排70W的LED隧道灯、两排18W双列LED日光灯，基本照明为两排18W双列LED日光灯。

过渡段2长65m，设计亮度（照度）为8.8cd/m²（180lx），照明灯具布置为四排，加强灯为两排18W双列LED日光灯，基本照明为两排18W双列LED日光灯。

过渡段3长100m，设计亮度（照度）为3.08cd/m²（60lx，设计取值100lx），照明灯具布置为两排18W双列LED日光灯。

3）隧道基本段照明：基本段设计亮度（照度）为5.0cd/m²（100lx），照明灯具布置为两排18W双列LED日光灯。

4）隧道出口段照明：出口段长度为60m，设计亮度（照度）为基本段的5倍，即25.0cd/m²（250lx），照明灯具布置为四排，加强灯为两排18W双列LED日光灯，基本照明为两排18W双列LED日光灯。

隧道照明系统除了照明灯具以外，现场还有照明配电箱、电缆及照明控制系统。基本段照明配电箱是每间隔100m左右设一台，入口段设一台，每个过渡段各设一台。根据照明负荷的分布情况，在隧道内设有两座照明配电室。

3.半敞开式隧道照明LED工程设计实例

（1）隧道概况

隧道采用了局部半敞开式设计，隧道段全长750m。隧道中间段部分顶板开有天窗，天窗尺寸为6.0m×3.2m。隧道为双向六车道布置，单孔净宽为13.25m。隧道南北两侧出入口段各设置一个30m光过渡段，光过渡段主体采用U型槽结构，顶部遮光部分采用轻钢结构。

隧道中间段部分为敞开式，整个隧道由南向北分为三部分：100m的全封闭段+240m的敞开段+410m的全封闭段。隧道左线（由北向南方向）的车辆先经过410m全封闭隧道，然后经过240m镂空段隧道，最后经过100m全封闭隧道，而隧道右线（由南向北方向）的车辆通过隧道各段情况与隧道左线相反，由于240m敞开段并不在隧道的正中间位置，因此左右线隧道的各照明段亮度值设计就不像常规的封闭隧道那样左右对称。

（2）入口段亮度计算

隧道入口段计算公式如下：

式中，k为入口段亮度折减系数；L₂₀为洞外亮度。

隧道入口处设计车流量为2400～3600辆/h之间，按车速60km/h，考虑到本隧道为城市隧道，且隧道入口处亮度水平稍低的实际情况，且交通量在其中间值，取值按内插考虑，其值应在0.022～0.030之间选取。而CIE中k值的最小取值为60m刹车距离的取值，根据大量的调查，机动车司机在进入隧道前普遍会将车速降低，车速一般不超过60km/h，因此刹车距离也就更近，程综合考虑后k取0.025。

隧道洞外亮度的确定是隧道照明系统设计的重要基本数据之一，隧道的入口处亮度取决于洞外亮度的取值，直接影响到入口处的灯具设置，对隧道能耗有重大影响。对目前国际上隧道洞外亮度的确定主要有两种方法。

1）《公路隧道照明设计规范》中用查表法选取L₂₀。

2）基于等效光幕亮度L_seq和视觉对比来确定隧道入口段亮度，等效光幕亮度是考虑驾驶员开车时，眩光源的光入射到驾驶员的眼中发生散射而产生的光幕亮度。

根据实际应用分析，L₂₀存在明显的缺陷，很多完全采用L₂₀法的隧道由于取值过高，导致布灯量巨大，能耗很高，隧道管理方为节约开支大多根据实际的使用情况和运行经验开启入口加强灯，实际上开启的加强灯并不多，尤其是短隧道。很多短隧道则未按L₂₀法实施，而采取一些变通措施减少了出入口的加强灯。IE按照最新的研究成果，对新的指导文件进行了折中，将入口亮度做了降低。

结合CIE的研究成果，考虑大气与车前挡玻璃折损等多种因素，天空亮度最高按北洞口4000cd/m²考虑，南洞口的短隧道则按3000cd/m²考虑。为了降低入口亮度，节约电能，在南北两侧出入口段各设置一段（30m）光过渡段，并对入口处进行了遮光设计，使室外自然亮度折减50%，因此洞外亮度按最高2000cd/m²考虑。

根据以上数据取值，北入口段亮度：

L_th=k×L₂₀=0.025×2000=50cd/m²

南入口段亮度：(www.xing528.com)

L_th=k×L₂₀=0.025×1500=37.5cd/m²

（3）后续隧道入口段亮度

进入隧道通过隧道敞开段后，再次进入封闭段隧道时，其敞开段隧道近似于做了遮光处理的隧道入口，考虑到短隧道的视觉效应，再次进入封闭段隧道时，其敞开段亮度按2000cd/m²考虑，由于两段封闭隧道的连续性，其特点近似于“连续隧道的入口性照明”，即当两座隧道间的行驶时间按计算行车速度考虑小于30s，且通过的前一座隧道内的行驶时间大于30s时。

由于本次设计隧道两封闭段隧道行车时速60km/h，两封闭段隧道间的镂空段为240m，进入敞开段时。驾驶员驾车进入隧道后对隧道环境将很快适应，车速也相应提升，因此其行车速度可按设计时速60km/h计算，通过镂空段的行驶时间为14s。其亮度折减率为20%，由于此折减率为两段独立的隧道，因隧道镂空段为半敞开式，自然亮度相当于无遮挡物的一半，进而使亮度折减率提高一倍，因此由镂空段进入隧道的折减率应为40%，从而得出其后续隧道北入口段洞外亮度按1200cd/m²考虑，南入口段由于初始进入的隧道暗埋段很短，也按1200cd/m²考虑。

根据以上数据取值，后续段隧道入口段亮度：

L_th=k×L₂₀=0.025×1200=30cd/m²

（4）中间段亮度

本隧道行车速度按60km/h，三车道单向交通量为2400～3600辆/h。在《公路隧道照明通风照明设计规范》中，双车道单向交通量大于2400辆/h，亮度值取2.5；在《道路隧道设计规范》中，三车道单向交通量≥3600辆/h时，亮度值取3.0；根据这两个规范，考虑到三车道行车安全对亮度的较高要求上，取中间段亮度为3.0cd/m²。

（5）出口段亮度

出口段是指隧道内接近出口行驶的驾驶员视觉受洞外光线影响的一段。当前方行驶的车辆挡住了出口处绝大部分明亮的光线时，后面的驾驶员只能看见前方车辆相当大的黑影，前车背后的小型车辆常难以发现，容易发生车祸。提高出口段亮度，可消除这类视觉困难。根据规范在单向交通隧道中，应设置出口段加强照明，出口段亮度宜为中间段亮度的5倍，本次设计取出口段亮度为15cd/m²。

（6）过渡段亮度

过渡段是隧道内紧接入口段的一段。入口段末端及过渡段的照明强度降低到中间段的照明水平，这种变化是逐级完成的，以便驾驶员能够得到足以适应较低亮度的时间。过渡段长度根据设计的最大车速而定，且过渡段上的照明水平与入口段末端和中间段上的照明水平是有区别的。在现行《公路隧道通风照明设计规范》中，过渡段分别由过渡一段、过渡二段和过渡三段构成，实际上，对于短隧道可能仅有过渡一段甚至没有过渡段。由于本隧道由两个封闭段短隧道和一个敞口段隧道组合而成，过渡段亮度根据规范计算如下：

北洞口过渡一段：L_th1=0.3L_th=15cd/m²

过渡二段：L_th2=0.1L_th=5cd/m²

南洞口过渡段：L_th1=0.3L_th=11.25cd/m²

（7）亮度取值

根据上述亮度值计算，可确定隧道照明段分段范围。左线隧道分入口段、过渡一段、过渡二段、中间段、出口段，右线隧道分入口段、过渡段、中间段、出口段。各段亮度指标按不同天气和时间分为六种模式：晴天、云天、阴天、夜间、深夜和应急。参照规范进行计算，并根据实际布灯情况作了适当的修正。

对于半敞开式隧道，白天司机驾车进入隧道时，要经历一个暗适应过程，进入敞口段时要经历一个亮适应过程，再次进入封闭段又是一个暗适应过程，最后驶出隧道。因此，不管暗适应，还是亮适应，都会对隧道的交通安全产生影响。

410m封闭段隧道，可根据规范确定其各段长度。

1）入口段长度：

D_th=1.154D_s-（h-15）/tan10

本隧道设计行车时速为60km/h，入口坡度4%计算，经查表得取照明行车视距D_s为62m。洞口内净空高度h为4.5m，由此得出隧道入口段长度为D_th为55m。

2）过渡段长度：根据亮度取值的范围，其过渡段分为过渡一段D_th1及过渡二段D_th2，由于行车时速60km/h，根据规范查表得出D_th1=44m，D_th2=67m。

3）出口段长度：规范规定在单向交通隧道中宜取60～80m，由于本隧道为短隧道，因此取出口段长度为60m。100m封闭段隧道，其各照明段长度的选取，必须结合隧道内部的亮度和司机视觉的适应亮度，其亮度值和照明段长度对司机的适应亮度起决定性作用。对于100m<L≤300m的隧道，其入口段、过渡段的长度可按现行设计规范的1/2取值。

根据实际布灯情况及亮度值的选取对60km/h照明区段长度作了适当的调整，最终确定本工程100m封闭段隧道的入口段长度为30m，，过渡段长度为24m，基本段长度为42m，取消出口段。

（8）光源选择

由于高压钠灯光源的功率规格通常有70W、100W、150W、250W和400W几种，而隧道基本段照明，其照度要求一般为2.5～3.0cd/m²，因此一般只能取市场上很成熟的100W或150W作为基本段照明，这样布灯间距比较大，在对基本段照明进行节电控制时，若采用开一侧灯具的情况，会使单侧亮度过低，影响驾驶员行车安全，若两侧均为隔一亮一，一侧的灯具距离可达30m左右，其均匀度很差，在洞内形成明显的斑马效应，且在功率下降的同时，亮度降低的比例大大超过功率降低的比例。而选用LED灯具，其基本段照明设计功率一般在30～60W，加强段照明也能比钠灯要低得多。

目前中小功率的LED灯具技术已日趋成熟，整体能效很高，且LED灯为直接配光，其灯具可根据隧道的不同结构特点进行配光，入口处易于按高效的逆光照明方式设计，其整灯效率已明显高于小功率高压钠灯。同时LED灯具可采用无级调光控制系统，可根据亮度值进行设定调整，方便灵活，并有效地避免过度照明造成的电能浪费现象。

虽然LED灯初期安装费用较高压钠灯要高，但由于隧道内主要用电量还是隧道照明，通过对LED的无级调光控制其后期费用将大大节省。相对于完全在户外的大功率LED路灯，中小功率的LED隧道灯其散热、配光、整体光效以及性价比等指标均完全满足隧道照明的要求，因此本次设计选用LED灯作为隧道照明。

（9）灯具布置

本工程隧道单向三车道，宽13.25m，属较宽城市隧道。经计算，设计选用60W的LED隧道灯用于基本段照明，色温4000K，灯间距6m（隧道敞口段均以基本段布置），灯具在隧道两侧对称布置，灯具发光面距路面5m，既美观又便于维护。为便于灵活控制隧道内照度，LED隧道灯均设置数字调光接口；由于入口加强段亮度要求较高，采用中功率150W的LED隧道灯作为出入口加强段照明，其配光满足逆光照明要求。考虑到与外部光线色温的过渡，入口段昼间的加强灯色温5000K，而入口段夜间的基本照明灯则为3000K。

根据确定的亮度值，经计算得出加强段布灯方式如下：

左线隧道灯具布置：410m封闭段隧道，入口段在基本段灯具间（每两套60W的LED之间）插入3套（均布）150W的LED灯作为加强照明，过渡一段在基本段灯具间插入1套150W的LED灯作为加强照明，过渡二段在基本段灯具间插入1套60W的LED灯作为加强照明，出口段由于与过渡一段亮度相同，其插入灯具形式也相同。

100m封闭段隧道，入口段在基本段灯具间插入2套（均布）150W的LED灯作为加强照明，过渡段在基本段灯具间插入1套60W的LED灯作为加强照明。

右线隧道灯具布置：100m封闭段隧道，入口段在基本段灯具间插入1套150W+1套60W+1套150W共3套（均布）LED灯作为加强照明，过渡段在基本段灯具间插入2套（均布）60W的LED灯作为加强照明，出口段由于与过渡段亮度相同，其插入灯具形式也相同。

410m封闭段隧道，入口段在基本段灯具间插入2套（均布）150W的LED灯作为加强照明，过渡段在基本段灯具间插入2套60W的LED灯作为加强照明，出口段在基本段灯具间插入1套150W的LED灯作为加强照明。

考虑到中小功率LED灯具技术的成熟、稳定性，并尽量减少灯具功率的种类，本次设计隧道只采用了60W及150W两种功率的灯具，不但便于布置灯具，同时也便于工程实施时对灯具的招标采购。设计过程中选用三个品牌的LED厂商提供的灯具IES文件通过DI_- ALux专业照明计算软件进行验算，保证了计算结果的通用性。

4.隧道照明LED工程设计实例1

隧道设计行车速度：80km/h；建筑限界：净宽10.25m，净高5.0m；行车道宽度：0.75m+0.5m+2×3.75m+0.75m；路面结构：复合式沥青路面。

隧道的照明设计主要通过DIALux专业照明计算软件，按照工程实际情况建立场景模型，对隧道照明的各个区段进行了详细的分析计算，从而得到了精确的照度计算数据，验证了LED灯具能够满足隧道照明的要求。各区段的照度计算结果如下：

1）入口段。隧道入口段长度为72m，采用FOXCONN705-170W的LED隧道灯单排双侧对称布灯，灯具间距为1m，设计亮度为81cd/m²。

2）过渡段Ⅰ。隧道过渡段Ⅰ长度为72m，采用170W和100W的LED隧道灯单排双侧对称布灯，灯具间距为2m，设计亮度为24.3cd/m²。

3）过渡段Ⅱ。隧道过渡段Ⅱ长度为96m，采用60W的LED隧道灯单排双侧对称布灯，灯具间距为4m，设计亮度为8.1cd/m²。

4）中间段。隧道中间段采用60W的LED隧道灯单排双侧对称布灯，灯具间距为8m，设计亮度为3.6cd/m²。

5）出口段。隧道出口段长度为60m，采用60W、100W的LED隧道灯单排双侧对称布灯，灯具间距为2m，设计亮度为18cd/m²。

基于FOXCONN系列LED隧道灯的照明效果如图2-30所示。

图2-30 FOXCONN系列LED隧道灯效果图

5.隧道照明LED工程设计实例2

隧道设计时速60km/h，全长440m。采用功率分别采用70W、100W及140W的LED隧道灯具，灯具是对称分布，引入段的间距是1.5m，过渡1的间距是2.25m，过渡2的间距是4.5m，70W的灯具共94盏，功率6.58kW，100W的灯具共120盏，功率12kW，140W的灯具共180盏，功率25.2kW，总计灯具是394盏，总功率43.78kW。

图2-31 LED隧道灯照明效果图

白光照明应用于隧道照明中具有优势，以往应用于公路隧道照明的灯具以高压钠灯为主，这种光源色温较低，颜色偏橘黄，显色指数低，与隧道外自然光差异较大，当车辆驶入洞内时，照明视觉发生很大变化，驾驶员的视觉很难快速适应这种照明变化，给行驶安全带来隐患。为了减少这种交通隐患，特地选用了与自然光光色相近的LED灯具。从实际测试显示，当车辆以60km/h的速度进入隧道内时，驾驶员没有感觉到明显的视觉差异，前方100m远处的物体清晰可辨。白光LED隧道灯照明效果如图2-31所示。

6.隧道照明LED工程设计实例3

隧道设计行车速度：60km/h；建筑限界：净宽10.25m，净高5.5m；行车道宽度：0.75m+0.5m+2×3.75m+0.75m；路面结构：复合式沥青路面。

隧道长度为736m，选用JL-066-08-1型LED隧道灯，光源为66只1W的LED组合，光源总功率为67.6W。在距离隧道进出口处设置共计40盏LED隧道灯，采取智能亮度控制系统，中间63盏灯采取常年全功率工作，灯的总数为103盏。

隧道进出口各安装一感光控制器，采集光信号，光信号直接控制调整隧道进出口处的40盏LED隧道灯的亮度，亮度随外界环境亮度的变化而变化。在白天光线好的时候采取全功率工作，此时的亮度基本满足80lx、50lx、30lx的要求。在晚上隧道口处的灯半功率工作后，隧道口亮度约为40lx，隧道内仍为30lx。LED隧道灯具布灯断面图如图2-32所示，LED隧道灯具体安装如下：

第一排：从左至右前5盏灯的安装距离为6m，照射30m范围；第6、第7、第8盏灯的安装距离为10m，照射30m范围；第9盏灯的安装距离为14m，照射14m范围；第10盏灯的安装距离为15m，照射15m范围；中间的灯以18m/盏的距离安装，共31盏，照射558m范围；右侧的安装间距与左侧相同，共10盏，照射范围为89m，总长度为6×5+10×3+14×1+15×1+18×31+15×1+14×1+10×3+6×5=736m；单排灯总数为5+3+1+1+31+1+1+3+5=51盏。

图2-32 布灯断面图

第二排：从左至右在隧道口3m间距的最左侧处，则隧道口处，装设LED隧道灯一盏；第2、3、4、5盏灯的安装距离为6m，照射24m范围；第6盏灯的安装距离为8m，照射8m范围；第7、8盏灯的安装距离为10m，照射20m范围；第9盏灯的安装距离为12m，照射12m范围；第10盏灯的安装距离为14.5m，照射14.5m范围；第11盏灯的安装距离为16.5m，照射16.5m范围；中间的LED隧道灯以18m/盏的距离安装，共30盏，照射540m范围；右侧的安装间距与左侧相同，共11盏，照射范围为98m，总长度为3+6×4+8+10×2+12+14.5+16.5+18×30+16.5+14.5+12+10×2+8+6×4+3=736m；单排灯总数为1+4+1+2+1+1+1+30+1+1+1+2+1+4+1=52盏。双排共需要51+52=103盏灯。JL-066-08-1型LED隧道灯照明效果如图2-33所示。

图2-33 JL-066-08-1型LED隧道灯照明效果图