道路照明設(shè)計中的新概念
道路照明是夜間安全的重要保障，為了更新和完善設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，人們不斷引進(jìn)新概念。文章就道路照明設(shè)計新標(biāo)準(zhǔn)中的亮度評價系統(tǒng)，交會區(qū)域照明和人行道照明中引進(jìn)的新概念——路面亮度的縱向均勻度、眩光限制、環(huán)境比、交會區(qū)照明和垂直照度等加以分析和探討。
1、前言
在夜間，道路照明對于機(jī)動車、非機(jī)動車的正常行駛，行人及其他人員的 安全活動，都有著重要作用。有數(shù)據(jù)表明，良好的夜間道路照明，能使城市道路交通事故下降30%，鄉(xiāng)村道路交通事故下降45%，高速公路交通事故下降30%。據(jù)統(tǒng)計，中國每年交通事故死亡人數(shù)約10萬人，日本每年約1.8萬人，其中還不包括受傷人數(shù)和事故所帶來的沉重經(jīng)濟(jì)損失和社會負(fù)面壓力。另外，道路照明的重要性除了減少夜間交通事故，還在于增加夜間安全性，減少犯罪；助長夜間交通流量；促進(jìn)夜間的工商業(yè)活動；促進(jìn)社會交流和社團(tuán)精神的形成。為此，我國有關(guān)部門和科技人員傾注了大量的精力和時間，力圖改進(jìn)和完善夜間道路照明質(zhì)量，尤其是制定更具有指導(dǎo)意義的道路照明設(shè)計新標(biāo)準(zhǔn)。近年來，經(jīng)過充分醞釀和準(zhǔn)備并根據(jù)建設(shè)部建標(biāo)[2003]04號文的要求，我國在原行業(yè)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)（CJJ 45-91）基礎(chǔ)上修訂了城市道路照明設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，在保證和提高原功能性照明效果的同時，進(jìn)一步考慮了視覺舒適性和夜間安全性等因素，提出了許多與國際道路照明設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)接軌的新概念。
2、完善亮度指標(biāo)評價系統(tǒng)
2.1、兩種道路照明設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)的比較
新標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定，將亮度作為道路照明的評價系統(tǒng)，從原照度評價體系向國際推薦的亮度評價體系過渡。眾所周知，機(jī)動車駕駛員行車作業(yè)時，眼睛直接感受到的是路面亮度而不是照度；另外，由于路面材料、路面磨損程度、燈具配光類型的影響，使得相同照明條件下，具有相同平均照度的路面往往產(chǎn)生不同的平均亮度，同時，在相同照度條件下的路面，在上述不同路面狀態(tài)下，反映到人眼的光感覺也是截然不同的。因此，新標(biāo)準(zhǔn)中以亮度作為依據(jù)制定標(biāo)準(zhǔn)顯然更為符合實際需求，更具有科學(xué)性。
為了更好地進(jìn)行比較，我們在表1和表2中分別列出了機(jī)動車交通道路照明的新標(biāo)準(zhǔn)值和原有標(biāo)準(zhǔn)值。從2個表的數(shù)據(jù)顯然可見，新標(biāo)準(zhǔn)引進(jìn)了三個新概念指標(biāo)，它們是路面亮度的縱向均勻度（UL）、眩光限制（TI%）、環(huán)境比（SR）。這3項新增指標(biāo)有助于改善夜間視覺特性，提高視覺舒適度和通行安全性。我們在下文中分別對這3個新概念加以闡述和探討。
2.2 路面亮度縱向均勻度（UL）
新標(biāo)準(zhǔn)中，路面亮度的縱向均勻度（UL）指同一條車道中心線上最小亮度與最大亮度的比值。
UL=Lmin/Lmax
它是對原來標(biāo)準(zhǔn)亮度評價體系中路面亮度的總均勻度Uo（路面上最小亮度與平均亮度的比值：Uo=Lmin/Lav）的補充。
實驗數(shù)據(jù)的統(tǒng)計指出，在夜間，由于道路亮度均勻度不夠，容易導(dǎo)致駕駛員視覺疲勞，尤其當(dāng)?shù)缆飞线B續(xù)出現(xiàn)明顯的亮帶和暗帶時，就如斑馬線一樣黑白相間，會產(chǎn)生視覺的“斑馬效應(yīng)”。長時間處于這樣的照明環(huán)境，迫使駕駛員的眼睛反復(fù)不停地調(diào)節(jié)適應(yīng)，就更容易使駕駛員產(chǎn)生疲勞。而路面亮度縱向均勻度正是針對這一問題而設(shè)立的一項標(biāo)準(zhǔn)值，它要求同一車道中心線上的最小、最大亮度的差異必須限制在一定范圍內(nèi)，從而對道路照明的亮度均勻度提出了更高的要求。這樣就能有效地避免斑馬效應(yīng)的發(fā)生，以獲得更為舒適的道路照明和降低事故發(fā)生率。
2.3 眩光限制TI(%)
新標(biāo)準(zhǔn)中的眩光限制是以閾值增量（TI）來表征的，它是對道路照明燈具產(chǎn)生的失能眩光的一個度量值。其實際含義是指路燈燈具射入司機(jī)眼睛中的直接光束增加了前方路面上目標(biāo)的可觀測的最小對比度，為了補償這種失能效應(yīng)，在對比度上所需要的百分比增量。其值可由燈具在司機(jī)眼中產(chǎn)生的“等效光幕亮度”LV及平均亮度Lav計算得到。
TI=■
其中等效光幕亮度LV=k■■Eeyei為第i個眩光源在垂直于視線方向上的人眼視網(wǎng)膜上的照度（Lx）；θi為視線方向和第i個眩光源的光射入觀察者眼睛方向的夾角（°）；k為年齡系數(shù)（一般計算時取10）；n為眩光源總數(shù)。且規(guī)定接受燈具光線為水平線上方20°，其他部分被汽車擋風(fēng)玻璃頂屏蔽。
閾值增量（TI）越大，可視度就越差。新標(biāo)準(zhǔn)中給出眩光限制的定量數(shù)值。因此，雖然原標(biāo)準(zhǔn)中對控制眩光也相當(dāng)重視，并有相應(yīng)的定性規(guī)定，但相比之下，新標(biāo)準(zhǔn)更嚴(yán)格和易于進(jìn)行監(jiān)測，有益于提高道路的安全性。
2.4 環(huán)境比（SR）
道路照明設(shè)計新標(biāo)準(zhǔn)中又增設(shè)了環(huán)境比（SR），它是指車行道外邊5m寬的帶狀區(qū)域內(nèi)的平均水平照度與相鄰的5m寬車行道上平均水平照度之比。
對機(jī)動車駕駛員而言，其眼睛的視覺狀態(tài)主要取決于路面的平均亮度，但是道路周邊環(huán)境的亮暗也會干擾眼睛的適應(yīng)狀態(tài)。當(dāng)環(huán)境較亮?xí)r，眼睛的對比靈敏度會降低，我們需要提高路面的平均亮度已彌補此損失；相反，如果周邊環(huán)境過暗，駕駛員的眼睛適應(yīng)了相對較亮的路面，周邊黑暗區(qū)域中的物體就難以被駕駛員的視覺所發(fā)現(xiàn)，從而誘發(fā)事故的發(fā)生。
新標(biāo)準(zhǔn)中增設(shè)環(huán)境比（SR）的新概念指標(biāo)，目的就在于要求道路周邊必須保證一定的照明，使得機(jī)動車駕駛員能有效發(fā)現(xiàn)故障和相關(guān)目標(biāo)，尤其是從人行道走上車行道的行人，從而保證行駛的安全性。
3、關(guān)注交會區(qū)照明指標(biāo)
與原標(biāo)準(zhǔn)相比，道路照明設(shè)計的新標(biāo)準(zhǔn)中還新增了交會區(qū)照明標(biāo)準(zhǔn)值（如表3所示）。所謂交會區(qū)，即是指道路的出入口、交叉口、人行橫道等區(qū)域。在這種區(qū)域，機(jī)動車之間、機(jī)動車和非機(jī)動車及行人之間、車輛與固定物體之間的碰撞可能性是相當(dāng)大的。
在交會區(qū)域車輛密集，駕駛員往往看不到前方路面，只能看到前方車輛的車身和車尾部，因此可采用照度代替亮度作為評價指標(biāo)。
由于在交會區(qū)域，尤其是不同類型道路的交會時，當(dāng)從照明水平較高的道路轉(zhuǎn)入照明水平較低的道路時，駕駛員視覺暗適應(yīng)時間是一個需要考慮問題，就如人們進(jìn)入正放映電影的影院劇場時，初始時一無所見，必須等待幾分鐘后才能激活視覺錐狀神經(jīng)細(xì)胞感受周圍環(huán)境。而在交會區(qū)地形環(huán)境和車流人流情況都比較復(fù)雜，如果眼睛由于暗視覺延緩效應(yīng)不能及時適應(yīng)照明條件的轉(zhuǎn)變，就容易導(dǎo)致交通事故的發(fā)生。據(jù)有關(guān)資料表明，在美國城區(qū)（除高速公路），約有50%的交通事故發(fā)生在交叉路口，故交會區(qū)照明要求列入了新標(biāo)準(zhǔn)之中。
根據(jù)新標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，交會區(qū)照明按高級別道路照明標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，即在交會區(qū)照明條件要保證不低于原行駛道路的照明條件。但同時我們應(yīng)該認(rèn)識到，提高交會區(qū)照明水平固然有利于正常交通行駛，而由于交會區(qū)燈具布置形式和采用光源的多樣性，限制此區(qū)域中的眩光也應(yīng)得到必要的重視。
4、引入垂直照度指標(biāo)
根據(jù)對原標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行過程中許多具體案例的分析，新表準(zhǔn)針對人行交通道路照明標(biāo)準(zhǔn)引入了垂直照度指標(biāo)的新概念，如表4所示。
人行交通道路的使用對象主要是步行的行人，行人的視看方向和位置是不確定的，其視覺作業(yè)特點與機(jī)動車駕駛員不同，而且不能規(guī)定統(tǒng)一的觀察位置，因此采用照度作為照明水平的判據(jù)更為恰當(dāng)。
在人行道上，通常情況下有足夠的水平照度就可以幫助識別地面的目標(biāo)。但如在某些特殊情況和要求下，只有水平照度，要識別垂直面上的目標(biāo)就很困難，如行人面部特征和標(biāo)志物上的文字和圖案。夜間，為了保證行人的安全，有必要讓行人看清對面來人的表情和動作，提供必要的垂直照度能有助于降低犯罪率。國際上常用半柱面照度指標(biāo)來評價垂直面上照明，而新標(biāo)準(zhǔn)中采用垂直照度指標(biāo)是更簡便地表述了同一個概念。
5、結(jié)束語
通過上文對新標(biāo)準(zhǔn)和原城市道路照明設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)（CJJ 45-91）的比較，我們可以發(fā)現(xiàn)，新標(biāo)準(zhǔn)不僅提高了許多原有指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)值以提供更高質(zhì)量的功能性照明，而且其創(chuàng)新性亮點還在于，增添了路面亮度縱向均勻度、眩光限制、環(huán)境比、交會區(qū)照明、人行道照明、垂直照度等新概念指標(biāo)。這些新概念的引入，給予道路照明設(shè)計師和研究者一個重要的新啟示：道路照明的意義除了提供更好功能性照明同時，還必須從生理學(xué)和心理學(xué)角度上，同時關(guān)注機(jī)動車駕駛員、非機(jī)動車駕駛者和行人的視覺舒適性和通行安全性，從而使人們夜間的活動更為溫馨和諧。這也是人類功效學(xué)學(xué)科的研究內(nèi)容和目的。
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