李穎旭

(中色科技股份有限公司蘇州分公司,江蘇 蘇州 215026)

0 前言

工業(yè)項目中的道路照明在過去一直未受到足夠的關(guān)注。設(shè)計單位往往根據(jù)經(jīng)驗習(xí)慣等間距布置燈具;建設(shè)方有時為了節(jié)省項目投資,甚至取消廠區(qū)的道路照明。隨著我國工程建設(shè)水平的逐步提高和建設(shè)方觀念的逐步改變,工業(yè)項目的道路照明越來越受到重視。創(chuàng)造一個舒適的道路視覺環(huán)境,不但有利于提高作業(yè)安全度和工作效率,還有助于提升企業(yè)形象。因此,合理設(shè)計道路照明非常有必要。

本文結(jié)合工業(yè)項目中道路的實際工況,依據(jù)相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)和國際標(biāo)準(zhǔn)給出道路照明各項指標(biāo)的建議值,然后結(jié)合實際的工程經(jīng)驗使用DIALUX軟件進行模擬計算,給出工業(yè)項目中道路照明的設(shè)計建議,可為其他同行進行設(shè)計時提供一些參考。

1 照明評價指標(biāo)及其建議值

1.1 照明評價指標(biāo)

道路照明的評價指標(biāo)一般包括路面平均亮度(Lav)/路面平均照度(Eav)、路面亮度均勻度(U0、U1)、環(huán)境比(SR)、眩光[1]。

1.1.1 路面平均亮度(Lav)/路面平均照度(Eav)

路面平均亮度(Lav)與路面平均照度(Eav)皆是評價道路總體亮度的指標(biāo)[1]。國際照明委員會(CIE)的標(biāo)準(zhǔn)中以平均亮度評價道路總體亮度,但由于亮度評價系統(tǒng)的計算十分復(fù)雜,且我國并未對國內(nèi)路面進行系統(tǒng)的研究和測量,數(shù)據(jù)缺乏,國內(nèi)工程一般采用路面平均照度(Eav)作為路面光照強度的評價指標(biāo)。

1.1.2 路面亮度均勻度

路面亮度均勻度包括兩個評價指標(biāo):總均勻度(U0)和縱向均勻度(U1)[1],這兩項指標(biāo)均是對路面亮度差異的描述。均勻度過低,會造成路面上出現(xiàn)明暗光帶、光斑,從而一方面可能產(chǎn)生眩光,另一方面對駕駛員的心理造成影響,不利于安全駕駛。

1.1.3 環(huán)境比(SR)

出于安全駕駛的考慮,道路內(nèi)外存在一定的亮度差,以使駕駛員更好地觀察路面情況。此外,道路外側(cè)也可能會出現(xiàn)突發(fā)情況(如行人進入道路或障礙物從道路外側(cè)高處伸進道路等),道路保證適當(dāng)?shù)牧炼?能使駕駛員提前了解道路外側(cè)的情況,并及時做出反應(yīng)[1]。

1.1.4 眩光

人在正常視物時,如受到視野范圍內(nèi)極大光差的影響或受某一時間內(nèi)高亮度光照的刺激,就會產(chǎn)生眩光。眩光對于道路安全有著極大的威脅,會導(dǎo)致駕駛員的視覺疲勞,嚴(yán)重時會導(dǎo)致駕駛員短暫失明。

眩光一般分為失能眩光和不舒適眩光,在道路照明設(shè)計中,一般僅考慮失能眩光的影響,其評價參數(shù)為TI(相對閾值增量)[1]。

1.2 各項指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)建議值

城市道路照明的設(shè)計實施可以遵照《城市道路照明設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》(CJJ 45—2015)執(zhí)行,然而工業(yè)建筑區(qū)域的道路照明指標(biāo)卻沒有國家規(guī)范作出明文規(guī)定。通過研究CJJ 45—2015 與國際照明委員會標(biāo)準(zhǔn)《Lighting of Roads for Motor and Pedestrian Traffic》(CIE 115—2010,2ndEdition),并結(jié)合實際工程經(jīng)驗,在滿足工業(yè)項目經(jīng)濟、實用、安全的前提下提出工業(yè)項目中道路照明各項指標(biāo)的建議值,供各位同行參考。

1.2.1 國家標(biāo)準(zhǔn)和國際標(biāo)準(zhǔn)中的道路照明標(biāo)準(zhǔn)值

CJJ 45—2015 對于道路照明標(biāo)準(zhǔn)值的要求見表1。

表1 國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的照明標(biāo)準(zhǔn)值

CIE 115—2010 對于道路照明標(biāo)準(zhǔn)值的要求見表2。

表2 CIE 標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的照明標(biāo)準(zhǔn)值

1.2.2 工廠道路的照明標(biāo)準(zhǔn)值選取

對于上述指標(biāo)的確定,CJJ 45—2015 與CIE 115—2010 綜合考慮道路的功能、重要程度、車速、車流量、周邊環(huán)境亮度、周邊交通構(gòu)成的復(fù)雜程度等因素,國家標(biāo)準(zhǔn)CJJ 45—2015 同時兼顧了我國的經(jīng)濟發(fā)展以及城市道路照明現(xiàn)狀。

CIE 標(biāo)準(zhǔn)中,道路等級M的確定采用公式:

式中:Vws——加權(quán)參數(shù)Vw之和。

結(jié)合工業(yè)廠區(qū)道路的實況,各項參數(shù)的取值見表3,根據(jù)公式(1)即可計算工業(yè)廠區(qū)的道路等級M。

表3 CIE 標(biāo)準(zhǔn)中道路等級M 選擇的相關(guān)因素

根據(jù)表3,若按照CIE 標(biāo)準(zhǔn),可將工業(yè)廠區(qū)的道路等級按M6 級別考慮。

對比表1 與表2 可以看出,CJJ 45—2015 中“支路”的照明標(biāo)準(zhǔn)對于縱向均勻度和環(huán)境比均無要求,但對于總均勻度、平均亮度及眩光的要求均高于CIE 標(biāo)準(zhǔn)。工業(yè)廠區(qū)道路與城市道路相比,有著顯著的特點:工業(yè)廠區(qū)道路一般不考慮車流量和車速的影響,考慮更多的是物流運輸?shù)谋憷?而且道路上通行的主要是大型貨運車輛;一般來說,工業(yè)廠區(qū)內(nèi)的車速均會限制在很低的范圍內(nèi),能夠給駕駛者更多的時間應(yīng)對緊急事件。因此,CJJ 45—2015 的規(guī)定并不完全符合工業(yè)廠區(qū)道路照明的實際需求,總均勻度、縱向均勻度、環(huán)境比以及眩光(CIE 標(biāo)準(zhǔn)中對低車速道路的TI限值也有相關(guān)要求,低于正常道路照明的TI限值)宜按照CIE 標(biāo)準(zhǔn)來控制,考慮到我國的經(jīng)濟發(fā)展和道路現(xiàn)狀,路面平均亮度和路面平均照度的標(biāo)準(zhǔn)值確定可參考國家標(biāo)準(zhǔn)。

綜上所述,工業(yè)廠區(qū)內(nèi)道路照明標(biāo)準(zhǔn)值(建議值)見表4。

2 道路照明設(shè)計與分析

2.1 光源的選擇

隨著LED 光源近些年來的飛速發(fā)展,其技術(shù)性能逐漸趨于穩(wěn)定,成本也逐漸降低,其優(yōu)良的節(jié)能效果也得到市場的認(rèn)可,因此LED 光源被大范圍推廣應(yīng)用。在道路照明中,LED 光源逐漸取代高壓鈉燈成為道路照明光源的首選。

表4 工業(yè)廠區(qū)道路照明建議標(biāo)準(zhǔn)值

出于舒適性的考慮,道路照明的光源色溫不宜過高?？紤]到LED 光源的特性,光源色溫一般以3 000～4 000 K 為宜。

LED 光源的光效較高,一般可達到95～110 lm/W。在使用LED 光源作為道路照明的光源時,其功率一般選擇100 W、150 W、200 W。

2.2 燈具的選擇

一般來說,工業(yè)項目中雖然道路寬度多種多樣,但是實際需要的路燈數(shù)量并不多。如果根據(jù)不同的道路設(shè)計不同的路燈,則不利于產(chǎn)品的采購和備品備件的替換。因此,在工業(yè)項目中,一般會兼顧各種道路的實際情況,最終選擇同一類型的路燈。

實際項目中,一般選擇半截光型燈具;燈具懸挑長度一般為1.5 m(滿足規(guī)范要求);燈具揚角不宜過大,建議設(shè)為5°,因為減小燈具揚角不僅可以有效降低眩光,而且有利于提高路面亮度均勻度;防護等級不低于IP65。

2.3 燈具布置方式和燈桿高度的確定

道路照明簡要模型如圖1 所示。

圖1 道路照明模型

由圖1(a)可知,為保證道路上無光照死區(qū),顯而易見應(yīng)S≤2Htanα。對于半截光型燈具,最大光強角為0～75°,該角度范圍也可從廠家提供的燈具配光曲線圖(0～180°平面)上查出。考慮到各廠家產(chǎn)品的差異,取α=70°,則應(yīng)有S≤5.5H。

由圖1(b)可知,當(dāng)燈具單側(cè)布置時,應(yīng)有W≤H(tanβ1+tanβ2),β1與β2的取值可從廠家提供的燈具配光曲線圖(90～270°平面)上查出。同樣考慮到各廠家產(chǎn)品的差異,取β1=20°和β2=40°,并考慮燈具揚角的影響,應(yīng)有W≤H[tan(20°-5°) +tan(40°+5°)]≈1.25H。

燈具雙側(cè)交錯布置及雙側(cè)對稱布置時也有類似結(jié)論,不再贅述?？紤]到工程車輛的通行,工業(yè)項目中道路照明燈具的燈桿高度不宜過低,一般不低于8 m;在道路寬度較大的情況下,也不可一味增加燈桿的高度,而是應(yīng)當(dāng)適當(dāng)調(diào)整燈具的布置方式。根據(jù)道路寬度初步確定的燈具布置方式和燈桿高度見表5。

需要注意的是,表5 中的初步結(jié)論尚需要進一步的計算校驗,以確保路面平均照度、眩光、亮度均勻度以及環(huán)境比均滿足標(biāo)準(zhǔn)值的要求。

表5 根據(jù)道路寬度選擇的燈具布置方式及燈桿高度

2.4 路面平均照度的計算

路面平均照度的計算公式[1]如下:

式中:φ——光源光通量,lm;計算時,光效按100 lm/W考慮,φ=100 P;

P——光源功率,W;

U——利用系數(shù),根據(jù)橫向?qū)挾扰c高度比W/H查利用系數(shù)曲線得到;

K——維護系數(shù),LED 室外照明燈具(IP65)的維護系數(shù)取0.7;

N——單個燈具內(nèi)的光源數(shù)量,一般為1,雙排布置時該數(shù)據(jù)應(yīng)乘以2;

S——燈具布置間距,m;

W——道路寬度,m。

燈具的利用系數(shù)曲線由燈具廠家提供,產(chǎn)品和品牌不同,利用系數(shù)曲線也有所差別,但根據(jù)利用系數(shù)曲線的分布以及結(jié)合多家廠家提供的曲線,利用系數(shù)一般為0.4～0.8。

取H=8 m,U≥0.4,P≥100 W,S≤5.5H,W≤1.25H,不難得到路面平均照度Eav≥6.36 lx,高于表4 中的控制標(biāo)準(zhǔn)。

上述的計算條件是基于各項參數(shù)均取最不利情況,而實際的工程中通常不會出現(xiàn)這類情況。因此,可以得出結(jié)論:在燈桿高度為8 m、光源功率不小于100 W 時,且滿足其他指標(biāo)的前提下,工業(yè)廠區(qū)內(nèi)的道路照明可不考慮路面平均照度的限制。適當(dāng)延伸一下,在燈桿高度為10 m、光源功率不小于150 W時,且滿足其他指標(biāo)的前提下,工業(yè)廠區(qū)內(nèi)的道路照明可不考慮路面平均照度的限制。

2.5 其他控制指標(biāo)的計算

1)路面亮度總均勻度(U0)與路面亮度縱向均勻度(U1)的計算公式[2]如下:

式中:Lmin——路面最小亮度,cd/m2;

Lav——路面平均亮度,cd/m2;

Lmin中心線——道路中心線上最小亮度,cd/m2;

Lmax中心線——道路中心線上最大亮度,cd/m2。

2)環(huán)境比(SR)的計算公式如下:

式中:E1——與車行道兩側(cè)邊緣相鄰的5 m 寬的帶狀區(qū)域的平均照度[3],lx;

E2——車道上5 m 寬帶狀區(qū)域與1/2 寬度車道上的平均照度的最小值[3],lx。

3)相對閾值增量(TI)的計算公式[1]如下:

式中:k——觀察者年齡常數(shù),通常按23 歲的觀察者取值650;

Eei——觀察者前方500 m 范圍內(nèi),第i盞燈具在x平面上產(chǎn)生的初始照度(x平面為觀察者眼睛處垂直于視線方向的表面[4],如圖2 所示),lx。

θi——觀察者前方500m范圍內(nèi)的第i盞燈具入射光線與視線的夾角(圖2),(°)。

圖2 計算TI 時的觀察者視線模型

公式(3)～(6)的計算需要收集大量燈具參數(shù)與路面相關(guān)參數(shù),且計算過程十分繁雜。因此使用DIALUX 照明設(shè)計軟件模擬多種設(shè)計場景,校驗路面亮度均勻度、環(huán)境比以及眩光是否達標(biāo)[5]。

2.6 基于DIALUX 計算的設(shè)計建議

依據(jù)DIALUX 的計算結(jié)果,在滿足本文表4 的要求下,工業(yè)廠區(qū)道路照明設(shè)計建議見表6(燈具均為半截光型燈具,采用LED 光源,光源功率為100 W)。

表6 工業(yè)廠區(qū)道路照明設(shè)計建議表

另外,燈具在某一平面或某一點的亮度與燈具光通量近似為正比關(guān)系[3]。結(jié)合U0、U1、SR、TI的計算公式以及DIALUX 的計算結(jié)果,在選擇同樣類型燈具且燈具布置場景不變的前提下,可認(rèn)為光源功率對U0、U1、TI、SR的影響可以忽略不計,故可以得到以下結(jié)論:光源功率取150 W 和200 W 時,表6數(shù)據(jù)仍可以套用,但Lav/Eav會更高一些。

3 結(jié)束語

工業(yè)廠區(qū)中的道路照明設(shè)計不應(yīng)僅僅局限于讓道路亮起來,工程項目的設(shè)計單位和建設(shè)單位應(yīng)結(jié)合實際道路條件和真實的道路環(huán)境,依據(jù)道路照明評價系統(tǒng),設(shè)計出科學(xué)節(jié)能的道路照明方案并予以實施,營造一個安全舒適的道路照明環(huán)境。這不僅有利于企業(yè)后期的使用,同時對于提升我國工業(yè)建設(shè)水平,對標(biāo)國際先進水準(zhǔn),也具有重要的意義。