交通工程设施设计第九章.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,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,30,40,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,感觉、判断、反映,足够的停车距离,中距离小型物体,远距离大型物体,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：,40,62,英国地方干道：,30,75,2,）主要城市道路,美国：,52,英国：,23,45,瑞士：,36,澳大利亚：,21,57,1,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,）,光源种类,光通量,太阳,3.9,10,23,（,lm,）,月亮,8,10,16,（,lm,）,100w,白织灯,1570,（,lm,）,蜡烛,11.3,（,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）,1cd,1,（,lm/1sr,）,光源种类,光强密度,太阳,3.15,10,23,（,cd,）,月亮,6.4,10,15,（,cd,）,100w,白织灯,385,（,cd,）,蜡烛,0.9,（,cd,）,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/m,2,）,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,视觉反映,障碍物照度,反射率,1.4,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,20,30,（,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,5,25,（,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）,/m,2,即（,1cd/1m,2,）,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（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：,B,E/,其中：,B,照度（,lx,）,E,亮度（,cd/m,2,）,反射率,圆周率,视觉反应速度顺序：,发光体（光源）；特殊反射材料（设施）；一般物体,快,慢,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：,0.10,0.12,混凝土路面：,0.30,0.40,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,15,18,（,lm/w,）,高压荧光汞灯,50,55,（,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,70,100,（,lm/w,）,高压钠灯,80,200,（,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/m,2,），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：,B,E/,；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）的最小值除以相应规定的平均值,测得某城市主干线平均照度,Eav,18(lx,），该段最小照度,Emin,7.5,（,lx,），则其总均匀度系数为,7.518,0.42,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。,UO,Lmin/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。,Ui,Lmin/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,80,88,）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,与视觉舒适对照表,G,视觉舒适程度,1,无法忍受,3,产生干扰,5,许用极限,7,满意,9,无影响,一般要求：,城市干线,G,6,7,城市一般道路,G,4,6,2,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,2,10,（,lx,）视觉感受速度最佳,小于,0.5,（,lx,）视觉感受速度极慢,大于,8,10,（,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,道路等级,亮度,照度,眩光限制,平均亮度,cd/m,2,均匀度,Uo,平均照度,lx,均匀度,Uo,1.5,0.4,20,0.4,截光型灯具,1.0,0.35,15,0.35,截光型灯具,0.5,0.35,8,0.35,截光型灯具,0.3,0.3,5,0.3,1,2,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,项目,指标值,U,O,0.4,U,l,0.7,G,5,主线平均照度,20,（,lx,）,匝道平均照度,10,（,lx,）,收费广场平均照度,20,（,lx,）,道路,种类,路面平均亮度,cd/m,2,亮度均匀度,眩光控制,G,U,O,U,l,高速公路,2,0.4,0.7,6,城市干道,2,0.4,0.5,5,国际照明委员会推荐照明标准值,公路照明标准推荐值,照明,区域,亮度,平均照度,眩光,G,L,av,U,o,U,i,E,av,6,特殊部位,路段,高速,1.5,2,0.3,0.7,20,30,5,一级,1.5,2,0.4,0.6,20,30,5,立体交叉口,主道,2,0.5,0.7,主道,30,6,匝道,1,0.5,0.7,匝道,15,6,平面交叉口,1.5,2,0.3,0.6,20,30,5,特大桥梁,1.5,3.5,0.5,0.7,0.7,15,50,5,收费广场,2,5,0.4,0.6,20,50,5,进出口,0.5,2,0.3,0.6,10,30,5,相关,场所,服务区,0.5,1.5,0.3,0.5,10,20,5,养护区,0.5,1.5,0.3,0.5,10,20,5,停车场,1,2,0.3,0.5,15,30,5,2,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、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,0,60,，便于控制眩光，用于主要干线照明,半截光灯：光线分布角,0,70,，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,0,80,，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,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,高杆式,中心,对称式,双侧对称式排列,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,单侧布置,双侧交错,布置,双侧对称,布置,横向悬索,布置,中心对称,布置,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,轴心,高度,15,20,米,3.1,照明布置,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,0.8,1.0,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：,H,1.6,（,10,3Fe/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、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,1,4,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：,F,EavLW/UKN,或：,Lav,MEav,FUKN/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,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,单侧布置,双侧交错,布置,双侧对称,布置,横向悬索,布置,中心对称,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,0.5,0.75,倍,悬挑长度也应该缩短,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,错误,正确,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,425,125,五芯缆线,电压波动要求：,10,；低压供电半径约,500,600,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，通常可以考虑采用,5.5kV,10kV,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,