基于DIALux的隧道多光源照明仿真研究

陈艳超，陈 丹，顾永鑫

（长安大学电子与控制工程学院，陕西西安 710064）

作者简介：陈艳超（1990．02－），男，长安大学电子与控制工程学院硕士研究生，控制理论与控制工程。

陈 丹（1991．10－），女，长安大学电子与控制工程学院硕士研究生，交通信息工程及控制。

顾永鑫（1990．01－），男，长安大学电子与控制工程学院硕士研究生，交通信息工程及控制。

摘 要：针对公路隧道传统照明费用高的现状，采用DIALux软件分别对高压钠灯照明方式、LED灯照明方式、高压钠灯和LED灯组合照明的方式进行仿真研究，得出了高压钠灯和LED灯组合照明方式可以有效的结合两个光源的优势，达到高效节能的目的。

关键词：公路隧道；照明；高压钠灯；LED灯；DIALux

Abstract：According to high－cost energy oftraditional tunnel lighting，high voltage sodium lamp lighting、LED lamp lighting、high volt－age sodium lamp and LED lamp combined lighting were simulated by DIALux software．Concluded that high voltage sodium lamp and LED lamp combined lighting can combine two sources advantages effectively，achieve efficient energy saving．

Key words：Road tunnel；Tunnel lighting；High voltage sodium lamp；LED lamp；DIALux

1 前言

隧道照明光源不仅要满足隧道特定环境下的光效、光通量、寿命、光色和显色性要求，同时还要能保证在汽车排放形成的烟雾中有良好的能见度。近年来，随着我国经济实力的增强和高等级公路的日益增多，公路隧道也日趋增多，公路隧道建设迅速发展，给工程界提出了许多新的问题，公路隧道运营的照明技术就是一个很重要的问题［1］。由于隧道特殊的管状结构，决定了洞内外亮度相差悬殊，降低了道路的通行能力，严重威胁了交通安全［2］。

隧道不仅晚上需要照明，白天也需要照明，白天照明需求比晚上照明还要复杂。隧道照明费用已成为公路隧道运营中一笔沉重的负担，研究节能、高效、安全、维护费用低的隧道智能照明系统已显得非常重要，因此开展对公路隧道照明技术研究尤其是光源的研究具有重要的现实意义［3］。

通过DIALux软件仿真，研究不同光源组合在隧道照明系统中的照明效果，通过多方面的比较，最终得到高压钠灯和LED灯组合照明的方式既能满足基本照明需求，又能节约能源。这对于在公路交通领域节约能源、倡导环保理念有积极地实践意义，也在提高高速公路运营管理水平、降低用电成本、提高经济效益方面具有重要的现实意义。

2 高压钠灯与LED灯特点

目前我国高速公路隧道照明大多使用高压钠灯。高压钠灯具有光效较高、使用寿命较长、色温高、使用过程中使人感到舒适性强的特点，但是高压钠灯输出光通量随电压波动变化较大，由于高速公路隧道所在地段电网常不稳定，致使高压钠灯的实际使用寿命大幅下降［4］，册时导致大量的电能损耗，频繁的更换灯具、灯具维护与保养导致的人力资源的增加，制约着高速公路的正常运营。

隧道使用的新光源中，LED灯显色性较好，接近自然光，缩短了司机白天开车进入隧道时的适应时间，有利于行车安全。LED灯工作电压低输出的光通量随电压波动小，有效地减少额外的功率消耗，节能效果好。但是LED灯的能见度、透视性不如高压钠灯好，在烟雾比较大的隧道中不适合使用。

3 组合照明技术的可行性

为了研究组合照明技术的可行性，采用DI－ALux软件分别对高压钠灯照明方式、LED灯照明方式、高压钠灯和LED灯组合照明的方式在入口段照明进行仿真研究。

3．1 隧道空间环境的建立

DIAlux软件是一款可以模拟空间照明模型的仿真软件，可以在模拟的立体空间中计算出具体的照度情况，生成照度报表，并且可以在生成照度报表的同时，模拟出空间照明的3D效果图，以及不同材质隧道洞壁下的光照水平。

在建立隧道空间环境的过程中，首先在Au－to CAD软件中建立好隧道灯具布设平面图，并将该图形在CAD环境下另存为DXF文件。

然后在DIAlux软件环境中，新建立体空间环境，导入DXF文件，设置一个空间环境为6m的立体空间。如图1所示：

图1 立体空间环境图

最后给建立好的空间环境设置材质，墙壁（石膏水泥粗糙）、地面（深色柏油），实现隧道表面材质的模拟。如图2所示：

图2 材质选取图

材料的不同会影响墙壁、路面和顶棚的放光系数，这将会影响照明亮度的计算，所以，空间环境的设置材料应该尽可能的接近实际工程中隧道所用的材质，更好的营造出实际隧道中的空间环境。

3．2 隧道空间内光源布置

在DIAlux软件中打开灯具库，设置光源，光源分别设置为高压钠灯、LED灯、高压钠灯和LED灯组合。在DIAlux软件环境中，灯具工作面的距离会自动的进行更改。在仿真的过程中采取直线排列方式布灯，灯具的高度设定为5．8m，设置隧道的长度为100m。

设置好以后，分别对高压钠灯照明方式、LED灯照明方式、高压钠灯和LED灯组合照明的方式进行仿真研究。

隧道灯具位置如图3所示：

图3 隧道灯具位置图

隧道灯具3D效果图如图4所示：

图4 隧道灯具3D效果图

3．3 输出报表

完成以上的设置以后就可以在DIAlux软件环境下进行照度计算从而得出照度报表。

计算得出的显示结果如图：

（1）高压钠灯照明方式仿真结果图

图5 高压钠灯照明方式仿真结果图

（2）LED灯照明方式仿真结果图

图6 LED灯照明方式仿真结果图

（3）高压钠灯和LED灯组合照明的方式仿真结果图

图7 高压钠灯和LED灯组合照明的方式仿真结果图

仿真结果如表1所示：

表1 不同光源照度平均值对比表

从表1可以看出，在相同的功率下，高压钠灯和LED灯组合照明的方式平均照度比单一光源高压钠灯照明方式和单一光源LED灯照明方式的平均照度要高，这同时也说明在这三种仿真试验中，同时达到规定的照明需求时，高压钠灯和LED灯组合照明的方式所需要的功率最低，可以很好地节约能源。

4 结论

（1）高压钠灯属于暖光源，LED等属于冷光源，从隧道配光及光感来看，在隧道的入口段和过渡段采用冷暖光源相结合，光线柔和，增强了司机入口的适应性。

（2）多光源组合的结合光源可以在同一隧道中使用。两者的结合可以同时利用两个光源各自的优点。多光源组合的结合光源在隧道照明中的利用可以起到良好的节能作用。

（3）该文仅对隧道入口段的照明进行了仿真研究，未对整个隧道的照明进行仿真，这也是下一步的研究内容。

（4）该文仅采用高压钠灯和LED灯1∶1组合照明的方式进行了仿真，未对其他的比例方式进行仿真，这也是下一步的研究内容。

参考文献

［1］ 交通部部颁标准．公路隧道通风照明设计规范（JTG／T D70／2－01－2014）北京：人民交通出版社，2014．

［2］ 王亚琼．隧道钠灯与LED灯组合照明试验研究与应用［J］．地下空间工程学报，2009．

［3］ 徐磊．公路隧道照明光源比较［J］．交通节能与环保，2010．

［4］ 金绍晨．基于DIAlux的隧道照明仿真设计［J］．西安：长安大学，2013．