近年来,隧道建设随着城市化的进程和公路铁路事业的发展,从城市到山区,从平面到立交飞速发展。随之而来的规模庞大的照明系统运营和维护费用,隧道照明中安全与节能的矛盾越来越显著。隧道侧壁材料作为隧道照明系统中的一个构成部分,可以提高隧道照明环境质量,辅助实现隧道照明节能。本文以漫反射材料为研究对象,通过研究人眼的视觉特性、视觉功效的主要指标和影响因素、漫反射材料的光学性能,以蓄反光材料、瓷砖、水泥砂浆为三种主要对比研究材料,开展漫反射材料辅助隧道照明的视觉功效试验研究,分析漫反射材料辅助隧道照明条件下视觉功效的变化规律,建立漫反射材料与视觉功效的相对效率模型,依托实体隧道研究,提出漫反射材料辅助公路隧道照明节能模式的应用策略。论文主要研究结论及创新性如下:1 从视野感知的角度提出隧道侧壁的漫反射材料辅助作用应作为视野感知范围内的一个影响因素,而并非单一评价因素。漫反射材料辅助隧道节能照明的视觉功效评价,是基于安全性指标及视觉功效为基础的,包含节能性和舒适性评价的综合评价指标,任何一个节能性或者舒适性指标在评价时都应以安全性指标为基准。2 以三种侧壁材料辅助隧道照明进行小目标可见度对比实验研究,通过结果分析得到:路面亮度和小目标尺寸一定时,小目标可见度值随漫反射材料反射率增大而提高,随着路面平均亮度增大而提高,随着随小目标尺寸的增加而提高。其中蓄反光材料辅助照明环境下,小目标可见度增长效果最显著。与水泥砂浆和瓷砖相比,蓄反光材料辅助照明环境下,小目标可见度增幅随路面平均亮度增大而放缓的边界效应更小,对隧道照明质量提高更稳定。3 以三种侧壁材料辅助隧道照明开展反应时间对比实验研究,通过结果分析得到:同一背景亮度条件下,反应时间均随视标偏心角的增大而增大;同一视标偏心角条件下,反应时间随背景亮度的增大而减小,并随侧壁材料反射率的提高而减小。与水泥砂浆和瓷砖为侧壁材料相比,蓄反光材料为侧壁时,反应时间随视标偏心角的增大的总增加值相对较小。视标偏心角、背景亮度和侧壁材料反射率三个影响因素相比较,侧壁材料反射率提高对反应时间的影响更明显,增大侧壁漫反射材料的反射率有利于提高隧道照明视觉功效和行车安全。4 通过分析反射率增值与对应的小目标可见度增值的影响规律,以及反射率增值与对应的反应时间减值的影响规律,建立了漫反射材料辅助隧道照明下的材料反射率与视觉功效间的两个独立的相对效率模型,即反射率与小目标可见度的相对效率模型和反射率与反应时间的相对效率模型。揭示了漫反射材料反射率与视觉功效相对效率的关系。两个相对效率模型都呈现出,随反射率增值的增加视觉功效指标的相对效率随之提高的规律。⑤依托实体隧道和模型隧道,提出了漫反射材料辅助隧道照明的节能模式。以布灯间距、材料布设高度和行车安全三个方面,开展漫反射材料辅助隧道照明节能模式研究。通过布灯间距与小目标可见度影响分析得到,小目标可见度STV值随着布灯间距的增大而逐渐减小。以真武山隧道的左洞为例,通过提高侧壁漫反射材料的反射率,可以实现布灯间距增加以及电费能耗下降,反射率提高0.15可以实现年度电费节省约43.8万元。通过蓄反光材料布设高度与反应时间试验分析得到,基于相同视觉功效时,亮度能耗随蓄反光材料布设高度增加而下降。针对隧道基本段,兼顾漫反射材料单位高度对视觉功效指标的提升的边界效应,以及工程应用的经济性,推荐蓄反光材料布设高度选择4m。