本科毕设论文城市道路照明设施的研究Word格式.docx

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2.3路面过亮，视觉功效差，造成能源浪费和光污染4

2.4光源类型单一，新光源使用比例少5

2.5道路照明水平良莠不齐5

2.6道路照明与绿化未整体考虑，互相冲突，景观照明与功能照明混淆5

2.7原因及分析5

三、城市道路照明的设计方法6

3.1数字城市照明的基础数据7

3.2数字照明是城市照明的设计方法8

四、城市道路照明工程设计与节能10

4.1道路照明节能探讨10

4.1.1合理选定照明标准值10

4.1.2高效节能的照明器材10

4.2智能照明调控技术12

五、路灯的布灯间距是否适当直接关系到照明的效果12

六、供电路线设计13

七、控制系统与节能13

八、新型道路照明分类方法探讨14

8.1入城道路、景观大道、城市视觉走廊14

8.2快速路15

8.3历史文化街、步行商业街15

8.4商业性交通干道16

结束语17

参考文献17

一、城市道路照明节能的重要性

随着我国城市发展、经济繁荣、社会进步和人民生活水平提高及环境质量的要求,城市照明（指功能照明和景观照明的统称）已经成为城市规划、建设和管理中的一项重要工作。

城市道路照明作为方便居民生活的必备条件,近些年来发展很快,从而加大了对能源的需求和消耗。

调查发现,目前很多已完工的城市道路照明工程的照度过高,有的甚至片面追求高亮度、大规模、超豪华,建设和配置不切合实际。

不仅达不到城市功能性照明的初衷,而且破坏了视觉适应的平衡,浪费了能源,也造成了光污染,影响了居住和生态环境的和谐与平衡,加剧了电能紧张。

因此,城市道路照明节能具有重要意义。

二、城市道路照明现状

据调查,我国小型城市在夜晚9点后,大中城市在午夜12点后,道路上几乎空无一人,即使是北京、广州、上海这样的大都市,凌晨2点后,道路上也罕有行人、车辆。

从这一时段直至清晨6点路灯熄灭,在较低交通流量的道路上仍保持较高的照度,不能按需调控,随之而来的就是要支付较高的照明综合费用（电费和维修、维护费）。

而为了降低道路照明的成本,许多城市多采取传统的节能方式，关掉部分照明器,如“半夜灯”和“斑马灯”。

其中的弊病不言而喻，不仅导致了路面照度分布不均匀,给社会治安及交通安全埋下了隐患,而且不能避免后半夜电网电压升高对灯具寿命的减损,不能称为真正意义上的节能。

随着当今社会的发展,应当采取和利用科技手段,科学地节约能源,解决问题,营造城市居民的现代化环境及经济繁荣景象。

2.1照明不针对道路功能，不适应道路使用者需求

在以生活、公共活动为主的城区，居住商业混合，位于此区域的道路偏向于商业功能的开发，兼有商业性和交通性的双重职能，公交线路密集，行人及非机动车对机动车干扰严重，道路照明的复杂性远高于普通干道。

城市道路照明不仅要考虑行车问题,而且还要考虑市区内大量人流交通的安全问题。

因此照明等级，半柱面照度、显色性、光色的要求都应与普通道路要求有明显区别，而现实中，这种区别并未引起重视。

不论这条路是商业性、生活性干道还是交通性、货运为主的干道，都采用同一种照明方式，同一种光源，同一种灯具风格，或者在交通性干道也大肆设置装饰性照明，装饰照明所产生的光、色、阴影、闪烁等干扰甚至破坏功能性照明，背离了道路使用者的真正需求。

2.2道路照明缺乏全局考虑，没有形成鲜明和具有主题的城市道路照明格局

城市道路的功能主要有三个方面：

交通功能、城市空间功能和环境功能。

在传统的城市道路照明中,比较重视道路的交通功能,而忽略环境功能。

城市道路是城市景观的重要组成部分，在夜晚更是格外突出，构成城市的“光骨架”。

我国大部分城市的道路照明系统缺乏层次，光骨架混沌不清，道路亮度等级划分简单，更谈不上光色的丰富性。

光色单调，光色分区粗劣而不科学，视觉舒适性差，有损城市夜景总体形象。

2.3路面过亮，视觉功效差，造成能源浪费和光污染

近几年来我国的道路照明尤其是城市街道照明的亮（照）度水平有迅速攀高的走势。

随着城市“亮化”热潮的兴起，不少新建、改建的道路平均亮（照）度值成倍甚至数倍增涨。

无论是北京、上海、常州、扬州、无锡、杭州、武汉、青岛、长春、成都、宝鸡、银川等城市都有一些道路的平均照度值在45lx（即亮度在3cd/m2）以上，甚至有的道路平均照度达140lx。

本世纪以来,多数国家推荐的亮（照）度水平都经历了先升后降的趋势。

各国的亮（照）度水平均已处于近几十年来的最低点,这种趋势要求在设计中合理地确定照度标准,而不能盲目追求高指标。

道路过亮会造成很多恶果：

浪费能源，浪费资金；

破坏空气质量，不利于环保；

加重光污染和光干扰。

2.4光源类型单一，新光源使用比例少

进入21世纪之际,节约能源、节省资源、保护环境的意识逐渐增强，实现高效、合理、舒适、便捷的照明是发展的趋势。

众多高效节能新的光源，如红外反射膜卤钨灯、细管径和紧凑型荧光灯、变色放电灯、陶瓷管金卤灯、无汞放电灯、无电极放电灯和微波硫灯等纷纷问世。

然而，目前各大城市的路灯的光源主要为高压钠灯和汞灯，新光源很少被使用。

很多道路仍数十年使用一种光源和灯具而不更换。

2.5道路照明水平良莠不齐

我国有很多城市一些新建、改建的道路照明水平已超过甚至大大超过2cd/m2，不少城市特别是中小城市，路面最高亮度水平也已大大超过2cd/m2，但同时仍有许多道路连原标准规定的照明水平也远没有达到。

一方面拼命叫原标准太低，少数道路的照明水平不惜工本地数倍超越，搞“形象工程”、“标志工程”，另一方面多数道路照度继续维持在低水平。

2.6道路照明与绿化未整体考虑，互相冲突，景观照明与功能照明混淆

在树木成行的道路布置灯具也存在一些问题，尤其在一些新城区及房地产开发项目中，要确保小树在几年以后不会长到与灯具高度相同的高度，从而避免完全遮挡光线。

以往发生过这种情况，因为树的遮挡，政府不得不在植树的8至10年后更换和改装全部照明灯具，进行重复建设。

另外，装饰照明所产生的光、色、阴影、闪烁等干扰甚至破坏功能性照明。

这方面的实际例子是很多的，特别是在交叉路口、立交桥，行道树和绿化带，设置的装饰照明多半都存在一定程度的问题。

2.7原因及分析

上述问题并非个别现象，而是当前我国各城市面临的普遍性问题。

问题的原因有很多方面，但最主要的是我国以往的城市道路照明评价标准已不适应现在的情况，在规划设计上缺乏有效和具体的的理论依据，以至于无法可依。

在1992年2月1日施行的《城市道路照明设计标准》中针对道路的照明，将城市道路划分为快速路、主干路、次干路、支路及居住区道路,并规定了相应的平均亮度（或照度）、亮度（或照度）均匀度、眩光限制和诱导性四项评价指标。

随着照明科学技术发展和经济水平提高,城市对道路照明的要求在广度和深度上都在扩容,上述5种分类过于笼统，涵盖面窄，只是侧重各种光度数据指标（路面照度、照度均匀度等）的纵向层面分级，难以体现对道路夜间景观方面的塑造。

设计标准中的指标参数种类少，数值偏低。

因此照明标准设计方法迫切需要及时探讨更新，与时俱进。

相比较而言，CIE（国际照明委员会）将道路分为四类，五个照明级别：

（1）双向车行道之间有中间分车带分隔、无平面交叉、出入口完全控制、车辆高速行驶的高速路、快速路。

（2）高速行驶道路、双向行驶道路。

（3）主要的城市交通干线、辐射道路、地区配置道路。

（4）连接不太重要的道路、区域配置道路、居住区主要道路，私有道路和通向连接道路（次干道）的道路。

CIE分级的优点在于依据道路功能、交通复杂性、交通分流情况及交通控制设施的优良好坏来划定道路所需照明的水平，即通过客观的硬指标（道路的实际情况和交通特点）来科学限定照明水平，并不是简单依据道路的宽度，车道的数目和笼统的等级划分来界定。

但正如CIE自己所解释：

道路的描述范围很宽泛，以便它们能适用于不同国家的需求。

CIE只是推荐导则，不够详细和具体。

三、城市道路照明的设计方法

城市照明是指照亮室外城市公共空间的照明,按主要目的可把城市照明分为3种。

（1）功能照明

城市道路的功能照明;

城市广场、公园和公共区域的功能照明;

车站、码头、机场等的功能照明。

（2）景观照明

城市建（构）筑物的景观照明;

历史名胜古迹的景观照明;

风景园林和地物的景观照明。

（3）功能和景观照明

商业街区的功能和景观照明;

室外娱乐设施和休闲园地的功能和景观照明;

广告和标志的功能和景观照明。

城市照明是一种非常复杂的照明工程,它不仅涉及到照明技术问题,而且还要涉及到照明艺术问题,以及它们之间的合理整合问题;

对于城市照明,为了在方案设计完成后就能看到整体照明效果,检验其设计合理性,宜使城市照明中光与色定量再现;

这就需要在虚拟的空间中,定量地模拟城市照明的光环境,并应用数字照明设计方法,使城市照明设计更为科学合理,最终使城市照明健康发展,节约能源、保护环境,整体协调,设计出更多的城市照明精品,提高城市照明总体水平,实现城市照明的可持续发展。

自从1998年提出“数字地球”概念后,世界上掀起了研究数字城市的高潮。

数字照明是数字城市在照明工程中的具体应用,它指的是将照明效果定量化、动态可视化的一种照明设计方法,这也是适合于健康照明的照明设计方法。

进行数字城市照明时,除了要解决关键技术（真三维地理信息系统技术、数据采集与更新技术、虚拟现实现技术、数据共享与互操作技术、压缩技术与超链接技术、颜色信息通信技术等）外,还要确定数字城市照明的属性数据,并进行数字城市照明规划和设计等工作。

3.1数字城市照明的基础数据

城市空间的基础数据是数字城市建设的重要内容,它是表示空间实体的位置、形状、大小及其分布特征方面信息的数据[4]。

城市空间的基础数据包含城市空间基础信息和城市基础属性信息。

城市空间基础信息用于空间对象的定位,以表示空间的位置、距离和空间关系（拓扑关系）,它反映了在一定尺度下能完整描述城市自然和社会形态的地物地貌信息和管理境界信息,常采用空间坐标、图形和图像等表示,需要建立数字矢量线划数据库（DLG数据库）、数字正射影像数据库（DOM数据库）、数字高程模型数据库（DEM数据库）、数字栅格线划数据库（DRG数据库）,即需要建立4个图形数据库;

城市基础属性信息是空间目标的属性,用来表示与空间对象相关的特征和特性,常采用数字和字符表示,它需要建立属性数据库。

总之,在数字城市中,不但需要建立城市空间基础数据库,而且还需要建设城市空间基础信息管理系统,以及需要进行空间信息间的运算和开发。

数字城市照明的基础数据同样包含城市空间基础信息和城市基础属性信息,但后者在不同的研究系统中差别较大。

例如,对于数字城市道路照明而言,它的属性数据所包含的主要信息有3个方面:

照明信息方面、道路信息方面和相关信息方面。

照明信息方面有光源种类、光源功率、流明维持系数、寿命等;

灯具配光曲线、效率、大小、重量、材质、形状,截光类型,外观颜色等;

灯杆材质、厚度,灯杆安装间距、高度、挑臂长度等;

道路固定照明布置方式等;

光源、灯具和灯杆的生产厂家,施工单位质保承诺资料、负责人,监理情况,安装日期、清洗维护日期等;

路面平均亮度、平均照度,环境亮度,失能眩光,总均匀度和纵向均匀度,光学和视觉的诱导性等。

道路信息方面有道路类型、车辆限速和相应的照明等级,交通流量、车辆种类和行人状况,路宽、坡度、走向、车道数和道路复杂程度,道路分隔状况,交通信号灯等交通控制设施状况,交会口情况;

路面铺装分类,修建和养护情况,施工单位及负责人,主管单位和业主负责人,监理和验收情况等;

行道树情况;

路旁建（构）筑物情况;

道路附近的广告和景标照明的位置和形状及其光色、亮度等情况。

相关信息方面有当地气候、习惯和爱好,司机情况,路灯监控情况,供电情况,当地经济,重要勤务、重大节日和周未等情况。

属性数据一般可通过调查、统计方式搜集,但应合理地确定属性分类和取舍。

同时应使属性数据库与图形数据库同步设计和建设,且要与图形数据库在同一平台上进行图数运算。

在城市照明设计中采用数字城市照明的基础数据与关键技术,进行数字照明设计,是达到城市照明节能要求的、较为科学合理的照明设计方法。

3.2数字照明是城市照明的设计方法

城市照明科学化、规范化和有序化的关键是城市照明数字化,即在数字城市虚拟的光环境中,采用数字照明设计方法,进行数字城市照明规划和数字照明设计等,只有这样才能达到城市照明科学性、技术性和艺术性完美统一,使城市照明达到节能要求,有利于城市照明可持续发展。

在城市照明规划中,一般采用点、线、面、体规划方法,纵向分层和横向功能分区的规划方法,以及定性和定量结合的规划方法,确定亮度分级、光和色对比及协调、干扰光和光污染控制、用电安全、节能措施,城市照明控制和管理措施等。

在数字城市照明的虚拟环境中,由于已根据城市空间的基础数据建成图形数据库和城市照明属性数据库,光量和光色不但可以定量表示,而且还可以给出城市照明仿真场景,使用者可通过Vega软件进入到虚拟环境,从任意视点、任意视角和任意运动方式观看城市照明整个区域或某一建（构）筑物的夜景照明效果,并可给出亮度、色度、光污染和光干扰等数据,实现实时漫游。

在虚拟漫游过程中,针对城市照明规划中光、色不足之处提出修改意见,提高城市照明整体和局部效果,并可更换照明光源、照明方式和灯具等使之达到整个城市照明光污染和光干扰限制值,从而使城市照明规划科学化、规范化目的。

在城市照明虚拟环境中,还可以方便地根据城市照明总体规划和景区、景点的详细规划,采用数字照明进行城市照明设计,根据城市照明规划和规范中光和色等规定,选择合适的光源和照明方式进行修改,并自动记录在系统数据库中,这样又可进入到修改后数字城市照明的虚拟环境中,通过身临其境观察和体验,以及定量显示出用电安全、电压降、泛光照明时单位面积功率,年运行电费和维修费等,同时根据建（构）筑物的饰面材料的光学性质和灯的布置方式等,显示出灯的上射光通量和给定观察点的干扰光值,以及亮度值等,同时显示出该设计方案在白昼时对城市形象的负面影响,这样就可以较为客观全面地判断出夜景照明单体设计方案的优劣,并在整个城市照明统一协调前提下最终确定城市照明单体设计方案。

总之,利用数字照明设计方法就可以预先检验该城市照明设计方案是否能达到社会、经济、生态的最佳综合效果,使城市照明达到健康照明要求。

数字照明是一种新颖的照明设计方法,它可以

在数字城市的虚拟环境中,全方位、多方式、自由控制的真实场景漫游,对过去、现在、将来的城市照明效果进行身临其境的审视,并可实现图数动态实时监控管理。

根据城市空间的基础信息和城市基础属性信息,不但可以进行照明定量计算,而且还可以把定性问题转换成定量判断,进行量化分析和定量评估,采用数字照明设计方法就可以使城市照明达到健康照明要求。

四、城市道路照明工程设计与节能

城市道路照明的目的是为驾驶员和行人创造一个良好的视看环境,使人们安全、迅速、舒适地到达目的地;

以及为了减少对人身及财产的犯罪行为发生。

城市的人行道上一般是行人较多,所以城市主要道路照明不但要照亮车行道路面,而且还要适当照亮人行道,而且使半柱面照度达到标准要求,这样有利于迅速发现人或动物横穿道路等潜在的不安全因素。

设计是节能的源头。

城市照明工程设计应由专业设计人员进行,在设计时应严格遵循道路的性质、功能对照相应的照度和能耗密度标准,确定最节能的布灯间距、光源、供电路线、控制系统等等。

这就要求道路照明工程师不但有良好的职业责任感,较全面的技术素质,能掌握科学的照明设计方法。

设计人员在进行道路照明设计时,在保证照明的效果,达到城市道路照明的目的前提下,做到最大限度地节能和节省投资,并降低运行维护费用。

4.1道路照明节能探讨

4.1.1合理选定照明标准值

根据现行的CJJ45-2006城市道路照明设计标准中的要求,高质量的道路照明不仅仅是亮,而且要亮得合理,亮得科学。

照度标准确定后,我们可以根据手工逐点计算法或利用照明计算软件对灯具进行照度计算,从而确定出灯具布置形式、杆高、路灯间距、光源容量等,实现合适的照度,避免盲目设计。

4.1.2高效节能的照明器材

（1）光源

城市道路照明光源应采用气体放电灯。

通常应用于道路照明的光源有高压钠灯、金卤灯、高压汞灯。

其中,高压钠灯具有光效高（120lm/W）,寿命长（24000h）等优点,但显色指数较低（25Ra）,适用于快速路、主干道、市政干道等。

金属卤化物灯虽光效较低（80lm/W）,寿命短（10000h）,但其显色指数较高（75Ra）,适用于市中心、商业中心等个别对颜色识别要求较高的街道。

目前,路灯照明所采用光源的主要类型有:

金属卤化物灯、高压钠灯、白炽灯、紧凑性荧光灯等。

在相同的电功率下,高压钠灯光能量比金卤灯高40%左右,且钠灯的透雾性能比较好;

按照同样照度标准的道路照明要求,金卤灯光源的电耗多于高压钠灯。

因此高压钠灯在城市道路照明工程中使用非常广泛。

随着科学的发展,LED光源的技术成熟,LED光源在许多大中城市大力推广应用。

LED光源的特点是长寿命、高效、节能、安全、绿色环保。

据专家介绍,和高压钠灯相比,新型大功率LED路灯可节约80%的电能,在照明效果上基本也可以取代路灯普遍所采用的高压钠灯。

LED光源耗电量是高压钠灯的18.7%,可节约80%以上的电能。

高压钠灯更换成本和维护费用是LED路灯5倍。

可见LED路灯不但能比高压钠灯节能,且更换成本和维护费用节省的多。

所以,LED光源在城市道路照明方面的广泛应用,必将是大势所趋。

（2）灯具

灯具性能对节能至关重要,主要是指灯具效率和配光的作用。

灯具的光照主要特性:

配光性能;

灯具效率;

防止眩光特性。

只有使用IP防护等级高（密封式灯具必须达到IP55以上）,反射效率高（灯具效率在70%以上）和配光曲线好的照明灯具,才能充分利用光源发出的光通量,才能真正达到节能的目的。

（3）电容补偿

目前,城市道路照明中,绝大多数采用了气体放电灯,其功率因数较低,一般在0.45以下,从而使同路电流增大,在线路上产生相当大的损耗。

而通常情况下,在每盏灯上并联电容进行补偿,可使功率因数提高到0.85左右,减少了无功损耗,而且减少了电缆截面,降低了成本。

（4）镇流器

采用气体放电灯的照明系统中,除光源自身功率消耗外,与之配套的镇流器也要消耗一部分电能,采用节能型电感镇流器（如:

环形电感镇流器、可变功率镇流器）取代普通镇流器,可节能5%左右。

4.2智能照明调控技术

智能照明调控技术是采用当今国际上流行的电脑智能控制路灯节能技术。

它充分考虑了城市道路照明的实际状况,依据人体工程学中的视觉理论,采用现代控制论中的最优控制方法,实现了对路灯电压及照度的动态智能化管理,即TPO管理（TIME时间/PLACE地点/OCCASION场合）。

此项技术的基本思路就是:

在繁忙的时段,控制路灯保持原设计的照度,接近午夜时分,道路上人少车稀时,开始自动调整电压,通过对用电电压的智能控制,减少后半夜因城市整体的用电减少所引起的电压偏高而造成的大量电能浪费。

它的主要优点是:

在调整电压的同时大幅度降低了电耗,节约有功电耗达40%以上。

再则,现有道路照明灯具大多使用的是高压钠灯,其设计寿命为20000h（4年~5年）。

但是由于许多地区的电网电压波动严重,有些甚至超过额定电压的15%,特别是在后半夜,由于用电负荷减少致使电网电压有时接近237V~245V,从而大大缩短路灯灯泡的实际使用寿命,一般为1年~1.5年,造成维护费用居高不下。

智能照明调控技术针对大功率气体放电灯（如高压钠灯、高压汞灯）的特性,在现有时控和光控及组合控制路灯的开或关的功能基础上,在整个照明时段内对灯的照度进行预设曲线节能控制,实现自动调压,自动稳压并输出无谐波污染的正弦波电压,以适应大功率气体放电灯的工作要求。

一般情况下,无论电源电压是偏高还是波动,都能够实现上半夜进行恒功率照明,而下半夜进行大幅度降压和稳定节能照明,既保持照明均匀性,又节省电能（节能幅度高达40%）,并且能使灯具寿命延长3倍~4倍,从而达到了双重意义上的节能。

五、路灯的布灯间距是否适当直接关系到照明的效果

安装间距对节能尤为重要,尽可能加大安装间距。

如采用双侧对称布置,间距30米时,每公里66个灯,如250w,按每亮灯10小时,每公里耗电量为66*250*0.001*365*10=60225kwh（不计镇流器损耗）;

若间距为40米时,每公里50个灯,耗电量为50*250*0.001*365*10=45625kwh,每公里就节约14600度电,假设全国以每年新增城市道路2.5万公里计算,就可节省电力3.65亿KWh,并可节省灯具杆投资20亿元（每杆以5000元计）,相当可观。

当然,这是经计算满足标准的前提下并未考虑道路交叉口和隔离带分段而影响间距布置。

从上可看出,在满足标准的前提下,布灯间距对节能非常大的意义。

六、供电路线设计

路灯工程的特点是线路较长,线路上的电流不一定很大。

路灯配电回路供电半径长一般达800米,随灯具与供电端距离的增加,电压逐渐下降，若线路设计不当,有可能出现远端电压不能满足光源所需正常维持电压;

解决线路压降问题的方法就是安装补偿电容。

目前国内城市道路照明工程设计中采用的电容补偿方式有两种:

一是在路灯电源处集中补偿,二是在灯具处分散补偿。

采用路灯电源处集中补偿方式,并不能减少低压配线的耗电;

采用单灯分散补偿,无疑减少了路灯电源至路灯灯具这一段线路上产生的损耗,将起到较好的节电效果。

路灯采用的光源,基本是气体放电灯,其功率因数相当低,一般在0.40~0.60,从而使回路电流大,在线路上产生的损耗相当可观。

电容补偿后单灯功率因数不小于0.80。

据测算,对一条道路上安装的100盏250W高压钠灯进行电容器无功补偿,将功率因数由0.44提高至0.80,结果供电电流由补偿前的300A降低至141A,工作电流下降了大约一半,表明该照明系统通过无功补偿为供电电源系统腾出了一半的容量空间,使电源设备能够再发挥相当数量的供电潜能。

另一方面,由于照明系统供电线路上减少了一百多安培电流的徒劳往返,必将大幅减少线路上的电压损耗和功率损耗,同时也降低了线缆的温升,可谓一举多得。

七、控制系统与节能

多年以来,我国路灯的管理和控制手段