浅谈城市道路照明设计

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  随着城市建设步伐的不断加快,作为城市经济发展必要条件的城市道路规模和数量在剧增。城市照明质量随着照明行业的发展要求越来越高,道路照明设计不仅要满足照明的数量与质量的要求,同时也要考虑维护和管理的便利、运行安全的可靠、经济节能、绿色环保等其他多个方面的因素。
  一、城市道路照明设计步骤
  1.明确道路条件
  城市道路照明设计中提到的道路条件包括道路自身状况、道路周围环境及道路交通情况,这些情况直接影响后面几个步骤设计标准值确定。例如机动车车速的不同、道路表面铺设材质的不同等直接影响到对应的照度值的不同。只有对道路情况全面了解了,才能正确设计。
  2.根据道路条件,确定道路等级及设计标准
  目前我国的城市道路按照快速路、主干道、次干道、支路以及居住区道路分为五级。以下是道路的照明标准值。
  这是城市道路照明设计的标准和基础,路面平均亮度是决定能否看见路面上障碍物的最重要指标,但目前大部分地区以照度的的标准作为衡量的标杆。虽然依据亮度建立标准比依据照度建立标准更科学合理,可是对于亮度值的测量工作比较费时费事,而照度的测量相对要简单很多。
  表中的路面亮度纵向均匀度也是重要参数之一。其重要性在于驾驶员在路上行驶,除了要保证对路面上障碍物的辨认率,还要考虑驾驶员长时间驾驶的身心感受,如果亮度纵向均匀度过小,会导致亮暗变化明显出现“斑马效应”,驾驶者在行驶的过程中反复出现亮暗变化,会使驾驶员烦躁,从而危害到交通安全。
  3.选择布灯方式
  通常道路照明的布灯方式通常可分为常规照明和高杆照明两类。
  常规照明有以下几种布置方式:单侧布置、双侧交错布置、双侧对称布置、中心对称布置和横向悬索布置。单侧布置优点是具有良好的诱导性,但是它存在的问题是不设置灯具的一侧路面亮度会明显低于另一侧,造成两个方向行驶车辆的照明条件不同。双侧交错布置优点是亮度总均匀度要好于单侧布置,但是其亮度的纵向均匀度一般比较差,诱导性也不及单侧布置。双向对称布置路面亮度总均匀度及路面亮度纵向均匀度都比较好。这种布置方式适合于有中间分车带的双幅路,光效率要比双向对称布置高一些,诱导性也更好一些。 横向悬索布置布置方式灯具的安装高度一般都比较低,加上悬挂的灯具容易摆动或转动,所以容易对驾驶员造成间歇性的闪烁眩光。故一般情况下不推荐采用这种布置方式。
  高杆照明主要用于大面积照明,如道路的立体交叉、平面交叉、广场、停车场等场所。
  了解灯具布置的各种的特点,就根据建设方需求及道路自身的特点确定灯具布灯方式。
  4.选择光源及灯具
  用于道路照明的光源有高压钠灯、高压汞灯、金属卤化物灯、LED光源。
  高压钠灯具有寿命长、光效高、质量稳定以及规格类型多,透雾性好等特点,已成为道路照明中的主流光源,特别在机动车交通道路上都优先采用高压钠灯。
  金属卤化物灯光效高、寿命长、显色性好而且能够制成各种光色、各种尺寸规格的光源,因此在道路照明中也占有一席之地,目前主要应用于那些对显色性和光色有较高要求的道路。
  高压汞灯最主要的优点是透雾性好、价格低廉、防振性好,而且具有相对较好的耐候性,所以在有透雾性以及尘埃较重的场所使用,但是由于其光效低,显色性不好,所以已经属于限制使用的光源。
  LED灯选色丰富、寿命长、可调节性的灯具。目前随着LED产业的发展,LED逐步也在道路照明上开始推广使用。
  了解光源的特性,才能选择合适的光源,符合照明的不同需求。
  5.灯杆的设计
  灯具的选择不仅考虑光度设计,还应注意与灯杆的协调,特别是灯具与灯杆整体的造型是否符合道路景观的要求。
  路灯使用的环境是城市道路上,并非出于开阔地带,灯具和灯杆的风格直接对城市形象产生影响,道路灯具的形式与色彩,灯杆与灯头的比例和尺寸,都应该与整个城市的家具协调统一。路灯设计中不能单纯的做一路一灯的设计,我们应在专业允许的范围内,考虑与城市家具色彩的统一规划,成为城市家具的系列。当然也不能为要求完全统一,而对一些有特殊性质的道路作非常规的设计,也因研发独特的专用灯具。
  根据以上步骤,确定道路照明参数、灯具光源的选择,布灯的方式,灯杆的设计,利用这些数据进行照明计算及后续的施工图制作。
  在这里要提到设计的几个要点:
  1. 灯具配光的重要性
  道路照明灯具首先他的最主要的作用是满足道路功能性照明,道路路灯的配光有别于其他照明灯具,因此决不能使用非道路照明灯具进行简单的组合用于道路上。否则,会照成空间照度普遍过高,而路面的亮度很低,或则过亮的灯头照成严重的眩光。这里我们可以看一下道路配光的特殊性。
  从左图中的红线线性我们能明显看到蝙蝠翼型配光曲线,那如何通过路灯配光来评价路灯的好坏。以图所示的路灯配光为例,左图即为C0-C180平面的曲线,图中最下面中间的0度指的是路灯的正下方,往左负的度数为于参考线(0度)的夹角,右侧的为正。蝙蝠线的中心即光源点,红色线为等光强线,从图中可以计算C0-C180平面地面各个点的照度,比如0度时,光强为2800cd,而灯具距离地面高度为10M,则照度为2800/102=28LX,其他角度则可加入三角函数来知识来进行计算。图中可以看出中心光强并不是最大,在两侧光强是最大的,这是因为光到两侧路面的角度不同,光源与地面的距离不同,使得道路照明均匀度更高,这就是配光对道路照明设计影响的重要性原因。
  2. 灯具安装高度(灯杆高度)、间距、悬挑长度和仰角
  灯具的安装高度以及灯杆高度主要与路面的有效宽度、布灯方式及灯具的配光和光源功率有关。同时我们也应考虑维护条件、经济方面等因素。一般来说,安装高度越低,总投资越低。但是,安装高度的降低,会导致眩光的增加。因此在高度的选择上要把握好尺度和分寸。   灯具的安装间距与路面的布灯方式、灯具的配光、灯杆高度、纵向均匀度有关。灯杆越高,间距就可以越大。但是这里我们必须考虑路面亮度的变化,因为缩小间距可以提高纵向均匀度,改善驾驶者的舒适性。
  灯具的悬挑长度取决于路面的有效宽度、灯具安装高度。悬挑长度应考虑路缘和人行道的照明,悬挑长度过大会降低路面的可见度,一般建议悬挑长度不宜超过安装高度的1/4。
  灯具安装的合适仰角,可以横向增加路面的光照范围,但仰角过大,会产生眩光。
  二、 城市道路照明设计中的遇到的问题
  1. 树木遮挡问题
  路灯与行道树的布置的矛盾经常会发生,灯具安装的高度、悬挑长度、位置都会与树的高度、树叶的茂密程度、树穴的位置直接相关。枝叶茂盛的低矮行道树,如果灯具安装高度过高,树木会严重阻挡光线,使光线不能到达人行道和机动车道,在路面上留下大面积的阴影。当然通过绿化管理部门配合实施修剪,对提高道路照明效率是极为有利,但不能只寄希望与绿化管理部门的配合。
  以下几点,就是实践中的解决方案:
  通过调整灯杆间距和利用灯具配光,为道路进行补光。一般这种情况多存在改建道路,在树穴位置不做改动的情况下,直接避开现有树穴位置,调整灯具的间距和采用合适的配光,最大程度的解决树木遮挡灯光的情况。
  通过调整路灯的挑臂长度,避开树冠,这样照明的效率大大提高,树叶的影响大大减少。
  降低灯具的安装高度,树木茂盛的部分在于树冠,通过降低灯具安装高度,避开被遮挡的树叶,让最大的光通量到达地面,当然这么做也存在着些弊端,高度的降低,意味要牺牲灯杆间的间距,这样势必要增加道路照明的总的费用。
  无奈之举,增加光源的功率,补偿因树叶遮挡水平照度的减少,但是这样导致眩光的增加和亮度均匀度的破坏。
  2. 照明节能问题
  设计阶段
  合理选定照明标准值:防止两种倾向主要是防止和克服越亮越好的思想。这里解释一下为什么不是越亮越好的原因:驾驶员有效地识别目标的几率与路面的平均亮度有一定关系,在一定范围内,如路面亮度为0.5cd/㎡~2cd/㎡,驾驶员的觉察几率会随路面亮度的增加显著增加。但是,当路面亮度超过2cd/㎡时,驾驶员有效识别目标的觉察几率增加的幅度就非常小,也就是说,此时增加路面亮度对提高视觉可见度没有太大的帮助。由此可见,过高的照度对于提高道路照明效果没有任何帮助,是能源浪费的一种表现。
  选择高效照明器材
  按标准规定400W和250W高压钠灯初始光效分别达到110lm/w和100lm/w就可以使用。但有条件时应选择优质产品,光效达到135lm/w,在光源这项上可节能20%。
  按标准规定,常规道路照明灯具效率达70%就可用,如果能选用效率更高的灯具,同样可以带来显著节能效果,但要记住别陷入盲目追求高效灯具的误区。象选用节能型电感整流器和电子整流器,也能节能。
  优化照明设计
  道路照明有各项评价指标,各项都必须满足但不能超过,设计时一定要知道灯具确切光度数据,照明设计完成后,要计算功率密度,考察它是否符合LPD限值标准,优化照明设计,符合两个标准(照明标准和节能标准)。
  其他阶段
  深夜降低路面亮度、照度水平:第一种方式,深夜关闭部分灯具降低路面亮度、照度是简易的办法,优点是简单实用成本低,节能效果显著,缺点是照度、亮度均匀度大大下降。第二种方式,深夜关闭同一灯具内的一支光源,优点是简单方便,均匀度不变,节能效果明显,缺点是投资增加。
  采用双功率镇流器,深夜降低光源功率。
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