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1、第九章 道路照明设计,教学内容,1）概述,2）道路照明标准,3）道路照明布局与照度计算,4）特殊场所照明设计要点,1 道路照明,道路照明系统能使夜间路上障碍物轮廓及路面具有足够亮度，以保证夜间行车的效率和安全,有关统计表明，夜间发生重大交通事故比例较大，约占各类事故总数的3040,通常夜间行车，驾驶员要有预见性地对随机事件采取必要的处理,1 道路照明,视觉感观是安全行车的基本要求，特别是夜间的高速行车,视觉感观,在安全停车距离内准确判断前方障碍，以利于驾驶员及时作出正确反映,1 道路照明,合理照明效果统计,1）高等级公路,美国高速公路：4062,英国地方干道：3075,2）主要城市道路,美国：
2、52,英国：2345,瑞士：36,澳大利亚：2157,1 道路照明,1.1行车必要的视觉条件,1）了解道路上有无障碍物或行人，相对位置如何,2）道路宽度、线形、构造,3）路口、岔道等特殊场合,4）路面状况,5）同行其他车辆种类、车速,6）道路外围设施,7）在没有障碍物时，何时获得确切信息,1 道路照明,1.2照明效果,科学、合理的照明系统设计能对行车产生积极的效果，否则将适得其反,1）诱导效果,增加可视距离，改善行车条件，提高车辆夜间行驶的效率和安全性,2）分流作用,照明效果良好的道路能大量地吸引夜间行车，削减白天交通高峰,1 道路照明,1.2照明效果,3）美化环境,和谐的照明效果和美观的灯具
3、布置，构成市区市道路、快速路的一道风景，能有效美化环境，对行车人产生积极的效果,城市道路照明系统,驱虫钠光,冷色光,被动照明的效果,一般公路、高速公路以被动照明为主,匝道、收费站、多路汇交口等局部应采用主动照明,车灯照明,非截光灯照明,社区、广场、步行街等无机动车或严格限速区域，此类非截光灯照明有较好的综合效果,1 道路照明,1.2照明效果,4）照明的负影响,照明所采用的方式、灯具类型、设置方位等都会直接影响照明后果，处理不当要造成局部的眩光，干扰正常行车,1 道路照明,1.3照明设计的基本要求,照明设计常用于城市道路和城乡结合处公路,由于公路（包括高速公路）漫长，全线照明所耗电能很大。一般公
4、路，包括高等级公路都很少采用全线照明，绝大部分区域采用被动照明,夜间行驶主要是依靠轮廓标、路钮、标线等反光诱导设施和各类反光交通标志,1 道路照明,1.3照明设计的基本要求,1）公路的局部照明,在道路沿线少数危险地区，如立交道口、匝道前后、大型桥梁、隧道等，设置必要的照明,现代城际快速路、高架路等特殊道路，由于其里程有限，夜间交通量大，行车速度高，不封闭等因素，应设计全线照明,1.3照明设计的基本要求,2）照明基本要求,车行道亮度达到设计车速的要求,亮度均匀、路面无光斑,控制眩光，减少照明负作用,良好的视觉诱导性,采用新型节能灯具，节 约能源,照明设施便于维护管理,道路环境协调美观性,1 道路
5、照明,1.4照明设计参数,1）光通量,在单位时间内，光源向四周发散出使人产生光感觉的能量，单位：lm（流明）,lm（流明）：每瓦特的功完全转化成波长为0.555微米的光波时，其光通量为683（lm）,1.4照明设计参数,2）发光强度（也称光强密度，针对光源）,光源沿某一方向照射时，单位立体角内的光通量，即光通量的空间密度，单位cd（坎德拉）1cd1（lm/1sr）,1.4照明设计参数,3）表面照度,单位被照面积上的光通强度， 照度单位lx（勒司）： 1（lx）1（lm/m2）,照度是道路照明设计中的重要数据，表明了被照射物体（路面、障碍物等）表面被光源照射到的程度，是人的视觉反映速度的标准,1
6、.4照明设计参数,3）表面照度,照度对人体视觉影响,人眼的视觉取决于物体上反射光线在眼底成像的强弱，与照度、反射率有关,正常情况下与照度的关系：看清静物0.1（lx）一般场合2030（lx）最佳亮度200（lx）,行车速度越高，对照度的要求越大，照明设计时按机动车道路的设计速度差异，路面照度应达到525（lx）,1.4照明设计参数,4）亮度（发光体或反光体）,发光表面在一定方向上的发光强度与该方向的投影面积之比单位： cd（坎德拉）/m2 即（1cd/1m2）,被照表面的光通量有一部分反射回来，反映到人眼即出现了物体的像，单位面积反射的光通量越大，引起视觉效果越好,1.4照明设计参数,4）亮度
7、（发光体或反光体）,亮度与照度的关系,被观测物体属被动发光体，其亮度与被照面表面光的反射率相关，不同物体的折射率存在较大的差异,亮度与照度的关系： BE/ 其中：B照度（lx）E亮度（cd/m2） 反射率 圆周率,1.4照明设计参数,5）平均照度与平均亮度,由于路面、障碍等被照射物表面的不均匀性，评定路面照明效果时，还应计算路面被照射和反射的均匀性,照度均匀度： 路面照度最小值与照度平均值之比，用百分率表示。（如快速路照度均匀度不低于40）,亮度均匀度： 路面亮度最小值与亮度平均值之比，用百分率表示。（如快速路亮度均匀度不低于40）,1.4照明设计参数,6）反射率,被照射物体微分表面上反射的总
8、光通量与投射到同面积上的总光通量之比,不同物质的反射率不相等，亮度、照度换算公式表明，道路照明设计的另一个主要依据是路面的反射率,沥青路面：0.100.12,混凝土路面：0.300.40,可见由于反射率不同，在相同照度情况下，混凝土路面的亮度比沥青路面的亮度高,1.4照明设计参数,7）发光效率,光源电能转换成光通量的比值。单位：lm/w,白炽灯1518（lm/w）,高压荧光汞灯5055（lm/w）,先进的节能灯具能有效提高电光功率的转换效率，是现代节能的重要途径,金属卤化钨灯70100（lm/w）,高压钠灯80200（lm/w）,2 道路照明标准与灯具,2.1照明标准,人眼观察物体依赖于物体表
9、面反射的能进入视网膜的光通量，当亮度越高，可视性越好,驾驶人能否看清路上障碍物或其他行驶的车辆，取决于物体、背景两者的亮度,背景亮度变化,物体亮度变化,由于路上障碍物类型万千，对道路照明的评价一般是以灯具对路面照射的情况来进行,2 道路照明标准与灯具,2.1照明标准,1）照明设计引用的标准,目前我国道路照明设计依据：城市道路设计规范；公路工程技术标准；国际照明委员会（CIE）标准,2）照明评定指标,根据照明原则和基本要求，标准规定评定道路照明状况用照明水平、照明均匀度、眩光控制指数三项主要参数,2.1照明标准,2）照明评定指标,照明水平指标,使用一定数量、足够亮度的光源，按要求沿线排列能获得理
10、想的照明效果，但点光源照射不可能完全均匀,道路照明水平是以计算照度和亮度的平均值来评定,平均亮度La（cd/m2），单位密度,平均照度Ea（lx），单位光通量,2.1照明标准,2）照明评定指标,照明水平指标,注意：照度与亮度的关系,当路面材料确定、灯具性能稳定时，路面亮度（E）与照度（B）之间存在确定的关系，即照度与亮度成正比：BE/ ；光通量越大光强密度越大,照度直接反映了照明光源的光通量，因此目前多数国家主要采用照度做标准,2.1照明标准,2）照明评定指标,均匀度（道路中心轴线）,由于照明的不均匀性，照明评定还应控制路面照度（亮度）的最小值,均匀度：用道路表面轴线上照度（亮度）的最小值除以
11、相应规定的平均值,测得某城市主干线平均照度Eav18(lx），该段最小照度Emin7.5（lx），则其总均匀度系数为7.5180.42,均匀度计算又分为全路面均匀度和纵向轴线均匀度两项指标,2.1照明标准,2）照明评定指标,均匀度（道路中心轴线）,路面总亮度均匀度UO：路面最小亮度与路面平均亮度之比。UOLmin/Lav； UO值的大小，影响驾驶员对前方路面障碍物的能见度,路面纵向轴线亮度均匀度Ul： 道路轴线上最小亮度与最大亮度之比。 UiLmin/Lmax； Ul值影响驾驶员观察前方路面明暗不均匀程度，数值越大均匀度越好,2.1照明标准,2）照明评定指标,眩光控制指数,路上所有光源对车辆驾
12、驶人眼睛都会产生不同程度的直接照射，引起视觉不适,照明系统设计在理论上是仅仅照射到路上、路侧，而不能直接照射驾驶人眼睛，实际上无法达到,照明在不同程度上要产生眩光，因此会降低驾驶人视觉效率，并引起不舒适感，严重时影响行车效率,2.1照明标准,2）照明评定指标,眩光控制指数,照明产生眩光的影响因素,道路轴线指定方向上（与地面垂直线成8088）照明器光强（cd）,驾驶人见到的发光器发光面积,路面平均亮度,眼睛与照明器的高度差,照明器设置密度（盏/公里）,发光器种类（修正系数）,控制眩光的程度用控制指数G评定，G值越大，眩光影响程度越小,2.1照明标准,2）照明评定指标,眩光控制指数,控制指数G与视
13、觉舒适对照表,一般要求：城市干线G67城市一般道路G46,2 道路照明标准与灯具,2.1照明标准,3）照明参数确定的影响因素,视觉感受速度： 人体生理上对视觉成像的反应时间,实际测试表明，当道路照度变化时，人的视觉感受速度将随之发生变化,路面照度值对视觉感受速度的影响,210（lx）视觉感受速度最佳,小于0.5（lx）视觉感受速度极慢,大于810（lx）视觉感受速度变化开始变慢,2.1照明标准,3）照明参数确定的影响因素,车辆行驶速度,在光线良好的白天因行车速度过高也会影响视觉反应,夜间行车的参照主要来自可视静物，相对速度对驾驶人视觉反应的影响更为严重,对实际车速的正确判断很大程度取决于夜间参
14、照物的亮度,2.1照明标准,3）照明参数确定的影响因素,基于视觉反应速度、行车速度两方面因素的影响，照明设计应充分考虑,道路的等级,道路使用性质,设计车速,预测交通量,路面建筑材料,2.1照明标准,4）道路分类,根据上述影响因素，我国城市道路照明按道路状况和交通情况，将评定指标分五个等级,第一级：快速路（高速、高架、城市快速等）,第二级：主干路（人车较集中的交通干线、大型交通枢纽、通往政府机关和市中心等）,第三级：次干路（区域干线）,第四级：支路（城市一般道路）,第五级：居住区（车流较少的小区，主要供人和非机动车使用的道路）,2.1照明标准,5）国际照明委员会（CIE）标准,我国道路照明设计依
15、据，大部分来源于CIE标准。中国照明学会（CIES）在长期的实践中也逐步总结和制订出适合我国具体情况的照明标准,中国照明学会（CIES）成立于1987年6月1日，以中华人民共和国照明委员会的名义加入国际照明委员会（CIE）,我国城市道路照明标准参考值,注：目前采用国际照明委员会推荐的照明指标,我国高速公路照明设计标准参考值,国际照明委员会推荐照明标准值,公路照明标准推荐值,2 道路照明标准与灯具,2.2 光源和灯具,发光器是照明设计的核心，在能源问题突出的今天更注重选用高科技新型节能光源,1）常用光源,白炽灯：价格低廉，显色性好，寿命短，用于城市简易道路、胡同、小巷等环境,低压气体放电灯：低压
16、钠灯、荧光灯等，低温下启动较为困难，常用于隧道、地铁等室内场合,高强气体放电灯：高压汞灯、高压钠灯（目前广泛使用的光源）,2 道路照明标准与灯具,2.2 光源和灯具,2）光源的显色性,光源照射下人体视觉识别物体原色的特性,在夜间照明条件下，人的视觉因光源不同对物体本色识别程度不同。白炽灯显色性能最好，高压钠光灯显色性最差,对一般道路而言，亮度、照度水平较低，照明主要功能是察觉路上障碍物（物与背景亮度差），因此要求的显色性不高,对行人、设施、交通流量较大的道路，要识别环境重要色彩，需保证灯具一定的显色性,2 道路照明标准与灯具,2.2 光源和灯具,3）灯具及其构造,带有光源、反射折射装置、灯座、
17、接线柱、外壳等元器件的光源组件简称灯具。根据光源照射的发散角分为三类,截光灯：光线立体分布角为060，便于控制眩光，用于主要干线照明,半截光灯：光线分布角070，可以控制眩光，照射范围较大，用于城市道路,非截光灯：光线分布角080，照射角大，不易控制眩光，用于城市胡同、小巷照明，投资小,2 道路照明标准与灯具,2.2 光源和灯具,4）灯具选用原则,灯具选用直接影响道路整体照明效果，对使用成本、维修保养具有重要意义,发光效率,使用寿命,较好的显色性,眩光控制,3 道路照明系统设计,照明设计的基本要求是充分发挥照明器的配光特性，获得夜间行车必须的路面亮度和均匀度，减少眩光,照明布局受到道路等级、使
18、用性质、交通量、设计车速、路宽、电灯高度、电灯功率、地下管线、环境绿化等众多因素的影响,3 道路照明系统设计,3.1照明布置,现代照明灯具构造、性能的进步为照明布置提供了选择。在满足技术条件的前提下，灯具布置方案主要需考虑美观、经济,3.1照明布置,1）布灯方式,立柱式照明： 立柱式设置是最常见的布置形式，根据环境具体需求，灯具按其安装不同,3.1照明布置,1）布灯方式,高杆式照明：用于大型立交、广场，一般设置于道路之外，能提供较大面积的照明,3.1照明布置,1）布灯方式,悬索式照明：源于交通发达国家，灯具可设置于道路轴线垂直上方，相对立柱、高杆具有明显的优点，但施工要求较高,3.1照明布置,
19、1）布灯方式,栏杆式照明：沿道路轴线两侧（或单侧）在护栏、防撞墙等设施上离地面0.81.0米高处设置照明器；用于城市景观要求高的局部、高速路、机场附近道路等场合；注意的问题：成本高、维护难、眩光控制,吸顶式照明：主要用于隧道、涵洞、高架（立交）腹部。公路隧道通风照明设计规范,3.1照明布置,2）灯具安装高度,灯具的合理安装高度与许多因素有关，选用时主要考虑控制眩光,推荐计算公式：H1.6（103Fe/Lav）1/2 H最低安装高度 Lav路面设计平均亮度 Fe灯具光通量,安装高度还应考虑布局方式、灯具类型、路面有效宽度、间距,3.1照明布置,2）灯具安装高度,与照度相关的尺寸参数：高度、路宽、
20、车道宽、悬挑、照明中心到轴线的距离、安装角等,3.1照明布置,3）灯具安装间距,灯具的安装高度H与间距L比值是保证离灯最远处路面照度的关键,为获得一定的照度（亮度）均匀度，我国道路照明的L/H取值为14,为保证路面亮度（照度）均匀度和将眩光限制在容许范围内，灯具的纵向间距L、安装高度H和路面有效宽度W之间的关系，应符合规定,3 道路照明系统设计,3.2 照度计算,根据路面实际需要的平均照度，推算采用光源的总光通量,1）利用系数法,计算公式： FEavLW/UKN 或： LavMEavFUKN/LWM F总光通量； Eav平均照度 L间距；W路面宽度 U利用系数；K维护系数 M平均照度换算系数
21、N排数,2）逐点计算法,利用光学计算公式，分别计算光源投射不同区域的照度，以此控制道路轴线照度（亮度）的最大、最小值,3 道路照明系统设计,3.3典型路段推荐方案,1）直线区域布置,3 道路照明系统设计,3.3典型路段推荐方案,2）十字形交叉路口,十字形交叉路口的照明可视交叉道路的具体情况，分别采用线性布置的各种形式,对于面积较大的大型交叉路口，必要时可在适当地点另行安装附加灯杆、灯具,有较大的交通岛时，可在岛上设灯，必要时也可采用高杆照明,3 道路照明系统设计,3.3典型路段推荐方案,2）十字形交叉路口,根据需要，交叉路口照明可采用与交叉道路上照明完全不同的设计。如光色、外形不同的灯具；安装
22、高度、布灯方式不同的格局,有照明与无照明交叉,双有照明（或双无）交叉,3 道路照明系统设计,3.3典型路段推荐方案,3） T字形交叉路口,有照明的两条道路T形交叉典型布局,平交环岛典型布局，有必要时增加岛上照明和高杆照明,3 道路照明系统设计,3.3典型路段推荐方案,4）曲线路段照明布局,平曲线半径等于或大于1000m的曲线路段，可按直线路段处理,半径小于1000m的曲线路段，单侧布置时灯具应沿曲线外侧布置并应减小灯具的间距，半径越小间距也应该越小,路面较宽时宜采用双侧对称布置弯道,3 道路照明系统设计,3.3典型路段推荐方案,4）曲线路段照明布局,间距一般控制为直路段的0.50.75倍,悬挑
23、长度也应该缩短,发生视线障碍时可在曲线外侧增设附加灯具；急转弯处安装的灯具应能给车辆、缘石、护栏以及周围环境提供充足照明,转弯处的灯具不得安装在直线路段灯具的延长线上,3 道路照明系统设计,3.4道路照明的供电系统,1）低压供电系统,一般城市道路照明系统的供电采用三相五线制（AC380V/220V），电缆规格425125五芯缆线,电压波动要求：10；低压供电半径约500600米，因此配套变电站间距约一公里（10kV/0.4kV）,配电站类型：固定式变电站（常规设施及变压器）；环网供电箱式变电站,3 道路照明系统设计,3.4道路照明的供电系统,2）中压供电系统,道路照明为长距离供电，通常可以考虑
24、采用5.5kV10kV的中压送电直到照明处,配备小型高防护等级埋地式变压器，现场降压到AD220V使用,特点：中压变电站控制范围达到20km，但要增设中压馈电电缆,3 道路照明系统设计,3.4道路照明的供电系统,3）供配电系统结构,道路照明直接关系到人民生命、财产安危，一般地区都定为二级负荷,供电方案：双电源供电，即设置两路常用电，当中任一路发生故障或断开，另一路可完全承担所有电负荷,变电站所受的高压电冲击，主要威胁是自然界的雷电，另外是承受电网意外的浪涌电压,4）安全防护系统,供配电系统结构简图,低压供配电结构,10kV进线,10/0.4kV,路灯,路灯,路灯,路灯,10kV进线,10kV进线,10kV,10/0.4kV,10/0.4kV,3 道路照明系统设计,3.5道路照明控制,1）区域控制,道路照明体系按路段、立交、广场、收费站等划分，根据地区具体情况决定照明灯具的开启和关闭,在区域控制的基础上设置智能式控制器,对整个照明系统实施监视、控制：照明工程信号采集；监视、控制设备,3）系统监控,2）智能化区域控制,
