基于DIAlux的隧道照明仿真設(shè)計

引言

隨著我國交通事業(yè)的發(fā)展，高速公路的里程不斷增加,公路隧道開始不斷建立。由于公路隧道是一個半封閉空間，其照明與一般的道路照明存在很大的區(qū)別，因此，為了在隧道中營造一個良好的駕駛員視覺環(huán)境，隧道的照明設(shè)計就顯得尤為重要。

解決隧道中的照明計算問題，可以使用當(dāng)今比較流行的照明模擬仿真軟件來模擬隧道的照明空間。在眾多的照明仿真軟件中，DIAlux軟件是一款可以模擬出空間照明模型的仿真軟件。它可以在模擬的立體空間中計算出具體的照度情況，生成照度報表，并且在生成照度報表的同時，可以模擬出空間照明的3D效果圖，以及可以模擬出不同材質(zhì)隧道洞壁下的光照水平等。

1隧道照明的視覺特點(diǎn)

隧道照明系統(tǒng)作為維持隧道正常運(yùn)行的重要機(jī)電系統(tǒng)之一，有著非常重要的作用。隧道作為道路照明上特殊的路段,特別在隧道使用過程中，其特殊性使汽車司機(jī)在白天從明亮的環(huán)境或者在夜間從黑暗的環(huán)境）接近、進(jìn)入和通過隧道過程中,將產(chǎn)生種種視覺問題：進(jìn)入隧道前的視覺問題、進(jìn)入隧道立即出現(xiàn)的視覺問題、隧道內(nèi)部的視覺問題以及隧道出口處的視覺問題。

隧道照明目的是創(chuàng)造洞內(nèi)良好的工作視覺環(huán)境質(zhì)量，確保在白天和夜間行駛的車輛以設(shè)計速度能夠安全地接近、穿越和通過隧道。隧道的安全運(yùn)行離不開隧道照明系統(tǒng)的支撐保障叫

2隧道內(nèi)的照明強(qiáng)度分配

按照公路隧道照明規(guī)范，公路隧道的照明系統(tǒng)應(yīng)該分為入口段照明段、過渡段照明段、基本段照明段和出口段照明段等四個照明段。照明系統(tǒng)應(yīng)該可以隨時提供接近段減光措施、應(yīng)急照明和洞外隧道照明。在單向隧道中，應(yīng)設(shè)置出口段照明段；在雙向交通隧道中，可以不設(shè)置出口段照明段。

2.1入口段亮度需求

式中，為折減系數(shù)；L20為洞外亮度(cd/m2)。式中的k可根據(jù)《公路隧道通風(fēng)照明設(shè)計規(guī)范》(JTJ026.1-1999)確定，中間值可用插值法計算。表1所列是不同交通量和行車速度時的折減系數(shù)。

2.2 中間段亮度需求

中間段亮度 Lin（cd/m2）見表 2 所列，用插值法可以計算 不同交通量和計算行車速度時的中間段亮度 Lin。

2.3 過渡段亮度需求

其中,X為過渡段上點(diǎn)到過渡段起點(diǎn)的距離(m)；Dtr為過渡段長度(m);是平均車速(m/s)；為過渡段計算終點(diǎn)長度(m)。

隧道中各照明段的照明亮度標(biāo)準(zhǔn)及計算方法可以參見《公路隧道通風(fēng)照明設(shè)計規(guī)范》(JTJ026.1—1999)。

3使用DIAlux軟件進(jìn)行隧道照明的仿真設(shè)計

這里以十天線高速公路朱家溝公路隧道為例，實(shí)現(xiàn)基于DIAlux軟件的隧道照明模擬仿真設(shè)計，以此來實(shí)現(xiàn)對隧道照明仿真模擬后的照度水平評估并且得到具體的照度數(shù)據(jù)報表。

朱家溝隧道位于國家高速公路網(wǎng)十堰至天水聯(lián)絡(luò)線(G7011)陜西境內(nèi)安康至漢中高速公路上。朱家溝隧道左洞長度為452m,右洞長度為466m,設(shè)計車速均為80km/h,洞內(nèi)無監(jiān)控設(shè)施，只設(shè)照明系統(tǒng)。原設(shè)計入口段為兩側(cè)對稱布設(shè),亮度取值2500cd/m2,光源為高壓鈉燈，照明計算維護(hù)系數(shù)為0.70。

3.1隧道空間環(huán)境的建立

首先在AutoCAD軟件中打開建立好的隧道燈具布設(shè)平面圖，將平面圖中除去隧道本體的其他部分全部刪除。這里我們以隧道右洞近入口段一側(cè)為例，刪除多余部分后的圖形的左下角的點(diǎn)移動至坐標(biāo)原點(diǎn)，方便導(dǎo)入DIAlux軟件，然后將這個圖形在CAD環(huán)境下另存為2000DXF文件。

其次打開DIAlux軟件，新建立體空間新環(huán)境，在新窗口中導(dǎo)入DXF文件。建立一個空間環(huán)境6m的立體空間。

最后給建立好的空間環(huán)境的各個表面賦予材質(zhì)，實(shí)現(xiàn)實(shí)際隧道中的表面材質(zhì)模擬。材質(zhì)的不同會影響墻壁、路面和頂棚的反光系數(shù)，這將會影響后面的照明亮度計算。將隧道內(nèi)的墻壁和頂棚賦予材質(zhì)為石膏水泥，并將道路路面的材質(zhì)賦予成深色柏油路面，營造出實(shí)際隧道中的空間環(huán)境。

3.2隧道空間內(nèi)的燈具布設(shè)

在DIAlux軟件中打開燈具庫，使用雷士照明燈具庫中的75WLED燈具進(jìn)行仿真。在選取燈具之后，即可開始進(jìn)行燈具的布設(shè)。由于在隧道內(nèi)的燈具都是沿著直線均勻布設(shè)的，所以在DIAlux軟件環(huán)境中，采取安裝燈具直線排列的布燈方式。在燈具的布設(shè)時，要注意燈具的安裝高度。DIAlux軟件環(huán)境下默認(rèn)為吸頂式布設(shè)，在這里我們選取自定義設(shè)置，由于隧道定為6m高，所以將燈具布設(shè)高度定位5.8m。DIAlux軟件環(huán)境下會自動更改燈具距離工作面的距離，這將為照度計算做準(zhǔn)備。這樣，隧道入口段的立體空間模型如圖1所示。

圖1  布設(shè)燈具后的隧道立體空間

4輸出報表

在上述步驟完成之后，就可以在DIAlux軟件環(huán)境下進(jìn)行照度計算得出照度報表。在計算前，應(yīng)選擇我們所需要測試的平面，隧道中主要的測試平面就是道路表面，所以選取路面為計算對象。在確定計算對象之后，就可以對所需要的信息進(jìn)行選擇，如效果圖和等照度圖等。圖2所示是計算得出的結(jié)果顯示的一組圖片。

通過上面的仿真模擬以及報表輸出，可以看到仿真的結(jié)果基本上得出了隧道照明所需要的一些重要信息，如燈具布設(shè)圖、3D仿真效果圖、隧道內(nèi)路面的點(diǎn)照度值等。有了這些信息,就可以和之前我們已經(jīng)計算好了的隧道內(nèi)各個照明段的照明亮度需求進(jìn)行對比。經(jīng)對比可以看出隧道內(nèi)的照明亮度滿足實(shí)際中的照明需求，符合駕駛員人體的生理特點(diǎn)，為駕駛員提供更加良好舒適的駕駛環(huán)境。

綜上所述，本設(shè)計完全可以為隧道的安全運(yùn)行提供一個充足的光照條件的保證，DIAlux軟件也確實(shí)可以勝任隧道的照明仿真模擬以及對隧道設(shè)計光照強(qiáng)度的預(yù)先模擬計算。

5結(jié)語

通過以上的隧道照明模擬設(shè)計實(shí)驗(yàn)，我們可以看到，使用DIAlux軟件可以在短時間內(nèi)完成照明方案的模擬仿真以及照度報表生成工作，提高了工作效率?？傮w來看，DIAlux照明軟件應(yīng)用到隧道照明設(shè)計中來，有其自身的多個優(yōu)點(diǎn)。

通過模擬實(shí)驗(yàn)可以看到，使用DIAlux軟件可以模擬出隧道中的材質(zhì)情況以及隧道的照明燈具選取和布設(shè)，并且該軟件可以同時生成隧道的平面圖、側(cè)視圖以及空間立體的3D視圖,經(jīng)過報表計算還可以輸出隧道照明燈具布設(shè)后的點(diǎn)照度(光強(qiáng))報表。這些特點(diǎn)都使DIAlux軟件在隧道照明的設(shè)計過程中發(fā)揮很重要的作用。由于本次選取的隧道具有一般性，所以該軟件可以廣泛地應(yīng)用到其他隧道的照明仿真模擬過程中去，它的易操作性及測試的準(zhǔn)確性能夠?yàn)樗淼勒彰鞯那捌谠O(shè)計工作提供很大的幫助。將DIALux照明軟件應(yīng)用到隧道照明的設(shè)計過程是可行的，也是高效的。

在實(shí)際的隧道照明中，模擬布燈以及得出隧道照明報表只是其工作中的一部分。洞外因素的考慮，如季節(jié)變化、天氣變化等都會影響到隧道內(nèi)的照明光照強(qiáng)度的調(diào)節(jié)，以現(xiàn)在的DIAlux軟件還無法模擬出洞外光照強(qiáng)度變化所引起的洞內(nèi)隧道照明強(qiáng)度的變化。另外，DIAlux軟件只是一般的照明軟件,它不具備添加智能控制模塊的功能，所以在智能照明系統(tǒng)的設(shè)計中該軟件具有它的局限性。

總體上，DIAlux軟件在隧道照明的實(shí)際使用中可以發(fā)揮巨大的作用，它可以大大提高工作效率，因而可以廣泛應(yīng)用于隧道照明的設(shè)計中。

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