与一般的道路照明相比,公路隧道照明的特点是白天也需要照明,而且白天照明的技术要求比夜间照明更为复杂。公路隧道照明需要考虑车辆设计速度、通行交通量、隧道线形及洞外亮度等影响因素,且需从驾驶上的安全性和舒适性等方面综合评价照明效果,特别是在隧道出入口及其相邻区段需要考虑人的视觉适应过程。驾驶员在接近、进入并通过隧道的过程中,其视觉会遇到一系列特殊问题:①白天接近隧道的“黑洞”效应。由于隧道内外的亮度差别极大,所以从隧道外部观看照明不充分的隧道入口时,司乘人员将看到隧道内漆黑一片,看到长隧道的黑洞现象与短隧道的黑框现象。②白天进入隧道内的视觉“适应滞后”现象。汽车由明亮的外部进入即使不太暗的隧道以后,驾驶员的眼睛要经过一段时间才能看清隧道内部的情况,称之为“适应滞后”现象。这是由于环境亮度急剧变化,人的视觉不能迅速适应所致。③隧道内部能见度降低的问题。车辆在隧道内行驶时,前面车辆排出的废气无法迅速消散而形成了烟雾,而烟雾可以吸收和散射汽车头灯和照明灯具发出的光亮,从而导致后续车辆在隧道内能见度降低。④白天驶出隧道的“亮洞”效应。白天汽车穿过较长的隧道而接近出口时,由于出口外部亮度较高,出口看上去是个亮洞,驾驶员的视觉会出现较强的眩光;夜间与白天正好相反,隧道出口看上去是黑洞而不是亮洞,造成分辨外部道路的线形、标志及障碍物困难。
消除上述种种视觉问题的办法是对隧道进行人工照明。由于隧道照明不分昼夜,电力费用较高,因此必须充分利用人的视觉能力,科学地设计隧道的照明系统,使隧道照明系统安全可靠、经济合理。
影响公路隧道照明效果的主要有洞口亮度特性、交通量特性、隧道特性及灯具特性等方面因素。洞口亮度特性主要包括洞外自然亮度、洞口地形、洞口朝向、洞口附近植被条件等;交通量特性主要包括设计速度、设计交通量大小、交通量组成、单向或双向交通通行等;隧道特性主要包括隧道长度、纵坡、平曲线半径、横断面布置、建筑限界及洞口平纵线形等因素。
公路隧道照明评价指标主要包括:路面平均亮度、路面亮度总均匀度、路面中线亮度纵向均匀度、闪烁频率和诱导性。
为了满足驾驶员视觉由洞外高亮度向洞内低亮度环境过渡,或由洞内低亮度向洞外高亮度环境过渡的需要,一般将隧道照明按其所处位置划分为洞外引道照明(夜间)、接近段减光设施、入口段照明、过渡段照明、中间段照明、出口段照明等。公路隧道照明可按照明功能的不同分为加强照明、基本照明、应急照明、特殊灯光带照明和视线诱导照明(见图)。
图中P为洞口(或棚口);S为接近段起点;A为适应点;d为适应距离;L20(S)为在接近段的起点测得的洞外环境亮度,为以驾驶员的视线为中心的20°视角范围内四周、天空及路面的平均亮度;L20(A)为适应点亮度;Lth1为入口段1亮度;Lth2为入口段2亮度;Dth1为入口段1长度;Dth2为入口段2长度;Dtr1、Dtr2、Dtr3为过渡段1、2、3分段长度;Lth1、Lth2、Lth3为过渡段亮度;Lin为基本段亮度。洞外亮度L20是指在接近段起点S处,距地面1.5米高正对洞口方向20°视场实测得到的平均亮度。洞外亮度L20(S)是照明系统的设计基准之一。洞外亮度L20(S)的正确设定,对工程投资和营运电费都有极大的影响,不容忽视。日本东京湾海底隧道曾于设计中做过详细比较。在其他条件(包括车速)相同的情况下,如L20(S)分别设定为4000坎/米2与6000坎/米2,则设备费相差34%,年电耗量(KWh)相差达30%。因此,宜通过洞口山坡绿化或对结构物进行减光处理,尽量降低洞外亮度。