基于DIAlux的隧道照明仿真设计

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摘 要：隧道的建立离不开支撑其正常运行的机电系统，其中隧道的照明系统就是隧道支撑系统中的重要部分。由于隧道照明中遇到情况的复杂性，需要在设计照明系统时进行隧道照明的仿真模拟。DIAlux软件是一款可以实现空间环境下的灯具选择、布设以及照明模拟的软件。文章介绍了隧道照明的视觉特点，阐述了隧道内的照明强度分配，并以DIAlux软件为基础，给出了实现隧道照明的仿真模拟方法。

关键词：隧道照明；仿真模拟；照度计算；DIAlux

中图分类号：U453.7 文献标识码：A 文章编号：2095-1302（2013）10-0026-03

0 引 言

随着我国交通事业的发展，高速公路的里程不断增加，公路隧道开始不断建立。由于公路隧道是一个半封闭空间，其照明与一般的道路照明存在很大的区别，因此，为了在隧道中营造一个良好的驾驶员视觉环境，隧道的照明设计就显得尤为重要[1]。

解决隧道中的照明计算问题，可以使用当今比较流行的照明模拟仿真软件来模拟隧道的照明空间。在众多的照明仿真软件中，DIAlux软件是一款可以模拟出空间照明模型的仿真软件。它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，并且在生成照度报表的同时，可以模拟出空间照明的3D效果图，以及可以模拟出不同材质隧道洞壁下的光照水平等。

1 隧道照明的视觉特点

隧道照明系统作为维持隧道正常运行的重要机电系统之一，有着非常重要的作用。隧道作为道路照明上特殊的路段，特别在隧道使用过程中，其特殊性使汽车司机在白天从明亮的环境（或者在夜间从黑暗的环境）接近、进入和通过隧道过程中，将产生种种视觉问题：进入隧道前的视觉问题、进入隧道立即出现的视觉问题、隧道内部的视觉问题以及隧道出口处的视觉问题[2]。

隧道照明目的是创造洞内良好的工作视觉环境质量，确保在白天和夜间行驶的车辆以设计速度能够安全地接近、穿越和通过隧道。隧道的安全运行离不开隧道照明系统的支撑保障[3]。

2 隧道内的照明强度分配

按照公路隧道照明规范，公路隧道的照明系统应该分为入口段照明段、过渡段照明段、基本段照明段和出口段照明段等四个照明段。照明系统应该可以随时提供接近段减光措施、应急照明和洞外隧道照明。在单向隧道中，应设置出口段照明段；在双向交通隧道中，可以不设置出口段照明段[4]。

2.1 入口段亮度需求

式中， k为折减系数； L20为洞外亮度（cd/m2）。式中的k可根据 《公路隧道通风照明设计规范》（JTJ026.1—1999） 确定，中间值可用插值法计算。表1所列是不同交通量和行车速度时的折减系数。

表1 不同交通量和行车速度时的折减系数平局车速v km/h Q>2400辆/h 双车道单向交通量2400辆/h>Q>700辆/h Q

60

-0.34）/20 k=（14.9v-0.04Q

+0.003Qv-482）/34000 k=（0.01v-0.3）

/20

40

-0.16）/20 k=（5v-0.16Q+

0.005Qv+112）/3400 k=0.00025v

2.2 中间段亮度需求

中间段亮度Lin（cd/m2）见表2所列， 用插值法可以计算不同交通量和计算行车速度时的中间段亮度Lin。

2.3 过渡段亮度需求

当0≤X≤Dtr时， 有：

当Dtr≤X≤D时， 有：

Lth=Lin

其中，X为过渡段上点到过渡段起点的距离（m） ；Dtr为过渡段长度（m） ；v是平均车速（m/s） ；D为过渡段计算终点长度（m）。

隧道中各照明段的照明亮度标准及计算方法可以参见《公路隧道通风照明设计规范》（JTJ026.1—1999）。

3 使用DIAlux软件进行隧道照明的仿真设计

这里以十天线高速公路朱家沟公路隧道为例，实现基于dialux软件的隧道照明模拟仿真设计，以此来实现对隧道照明仿真模拟后的照度水平评估并且得到具体的照度数据报表。

朱家沟隧道位于国家高速公路网十堰至天水联络线（G7011）陕西境内安康至汉中高速公路上。朱家沟隧道左洞长度为452 m，右洞长度为466 m，设计车速均为80 km/h，洞内无监控设施，只设照明系统。原设计入口段为两侧对称布设，亮度取值2 500 cd/m2，光源为高压钠灯，照明计算维护系数为0.70。

3.1 隧道空间环境的建立

首先在AutoCAD软件中打开建立好的隧道灯具布设平面图，将平面图中除去隧道本体的其他部分全部删除。这里我们以隧道右洞近入口段一侧为例，删除多余部分后的图形的左下角的点移动至坐标原点，方便导入DIAlux软件，然后将这个图形在CAD环境下另存为2000DXF文件。

其次打开DIAlux软件，新建立体空间新环境，在新窗口中导入DXF文件。建立一个空间环境6 m的立体空间。

最后给建立好的空间环境的各个表面赋予材质，实现实际隧道中的表面材质模拟。材质的不同会影响墙壁、路面和顶棚的反光系数，这将会影响后面的照明亮度计算。将隧道内的墙壁和顶棚赋予材质为石膏水泥，并将道路路面的材质赋予成深色柏油路面，营造出实际隧道中的空间环境。

3.2 隧道空间内的灯具布设

在DIAlux软件中打开灯具库，使用雷士照明灯具库中的75 W LED灯具进行仿真。在选取灯具之后，即可开始进行灯具的布设。由于在隧道内的灯具都是沿着直线均匀布设的，所以在DIAlux软件环境中，采取安装灯具直线排列的布灯方式。在灯具的布设时，要注意灯具的安装高度。DIAlux软件环境下默认为吸顶式布设，在这里我们选取自定义设置，由于隧道定为6 m高，所以将灯具布设高度定位5.8 m。DIAlux软件环境下会自动更改灯具距离工作面的距离，这将为照度计算做准备。这样，隧道入口段的立体空间模型如图1所示。

4 输出报表

在上述步骤完成之后，就可以在DIAlux软件环境下进行照度计算得出照度报表。在计算前，应选择我们所需要测试的平面，隧道中主要的测试平面就是道路表面，所以选取路面为计算对象。在确定计算对象之后，就可以对所需要的信息进行选择，如效果图和等照度图等。图2所示是计算得出的结果显示的一组图片。

（a） 隧道照明3D空间效果图

（b） 隧道路面等照度图

通过上面的仿真模拟以及报表输出，可以看到仿真的结果基本上得出了隧道照明所需要的一些重要信息，如灯具布设图、3D仿真效果图、隧道内路面的点照度值等。有了这些信息，就可以和之前我们已经计算好了的隧道内各个照明段的照明亮度需求进行对比。经对比可以看出隧道内的照明亮度满足实际中的照明需求，符合驾驶员人体的生理特点，为驾驶员提供更加良好舒适的驾驶环境。

综上所述，本设计完全可以为隧道的安全运行提供一个充足的光照条件的保证，DIAlux软件也确实可以胜任隧道的照明仿真模拟以及对隧道设计光照强度的预先模拟计算。

5 结 语

通过以上的隧道照明模拟设计实验，我们可以看到，使用DIAlux软件可以在短时间内完成照明方案的模拟仿真以及照度报表生成工作，提高了工作效率。总体来看，DIAlux照明软件应用到隧道照明设计中来，有其自身的多个优点。

通过模拟实验可以看到，使用DIAlux软件可以模拟出隧道中的材质情况以及隧道的照明灯具选取和布设，并且该软件可以同时生成隧道的平面图、侧视图以及空间立体的3D视图，经过报表计算还可以输出隧道照明灯具布设后的点照度（光强）报表。这些特点都使DIAlux软件在隧道照明的设计过程中发挥很重要的作用。由于本次选取的隧道具有一般性，所以该软件可以广泛地应用到其他隧道的照明仿真模拟过程中去，它的易操作性及测试的准确性能够为隧道照明的前期设计工作提供很大的帮助。将DIALux照明软件应用到隧道照明的设计过程是可行的，也是高效的。

在实际的隧道照明中，模拟布灯以及得出隧道照明报表只是其工作中的一部分。洞外因素的考虑，如季节变化、天气变化等都会影响到隧道内的照明光照强度的调节，以现在的DIAlux软件还无法模拟出洞外光照强度变化所引起的洞内隧道照明强度的变化。另外，DIAlux软件只是一般的照明软件，它不具备添加智能控制模块的功能，所以在智能照明系统的设计中该软件具有它的局限性。

总体上，DIAlux软件在隧道照明的实际使用中可以发挥巨大的作用，它可以大大提高工作效率，因而可以广泛应用于隧道照明的设计中。

参 考 文 献

[1]张立波，郝海杰.浅析影响公路隧道照明设计的因素[J].北方交通，2007（3）：94-96.

[2]赵忠杰.高等级公路隧道照明工程设计与研究[J].西安公路交通大学学报，1999（2）：57-59.

[3]刘德强.浅析隧道照明时设计及LED 隧道灯配光设计[J].照明工程学报，2009（S1）：53-59.

[4]公路隧道通风照明设计规范（ JTJ026.1-1999）[S]

[5]洪刚.浅谈公路隧道照明设计中的配光与控制问题[C]//中国土木工程学会隧道及地下工程学会第八届年会论文集.洛阳：中国土木工程学会，1994.