各位专家、老师、同仁，大家晚上好，我是杜志刚，我又回来了，我的宣讲题目是“上帝说，要有光-再论公路隧道照明”。主要是上次讲座之后反响异常热烈，自己意犹未尽！我觉得必须将自己的观点进一步阐述！还请大家多多砸砖！

  各位专家、老师、同仁，大家晚上好，我是杜志刚，我又回来了，我的宣讲题目是“上帝说，要有光-再论公路隧道照明”。主要是上次讲座之后反响异常热烈，自己意犹未尽！我觉得必须将自己的观点进一步阐述！还请大家多多砸砖！

  我要特别感谢几位老师（排名不分先后）：他们是交通设施管理群的官阳、郭敏、俞晖；官阳老师高屋建瓴，对隧道视觉参照系的真知灼见，于我梳理理念极具指导意义；郭敏老师的热情鼓励，也督促着我每次做的更好；俞晖警官对交通安全的不计回报的投入，他的“大黄蜂路政设施组合”，让我自叹弗如，更是我努力的目标。。

  由于他们的鼓励，使我能再次发言，再次阐明我对公路隧道照明的一些想法！ 必须明确两个误区

  1）高亮度/照度水平并不意味很高的安全水平，一味采用高照明标准不断浪费，也容易造成光污染 (如隧道内侧墙设置2m高的白色面砖)

  2）逆反射技术并不能完全取代主动照明，高速公路隧道逆反射必须与主动照明协同设置；

  我们先从光的历史讲起，圣经旧约记载：第一天，上帝说，要有光，便有了光；然后创造生命（包括人）〖创世纪1：3〗   光是生命之源！这个光主要指恒星的光，主动发光，自然光源。

  再让我们看太阳-地球-月亮之间关系；   太阳是恒星，发光体，地球是行星，不发光，月亮是地球卫星，能反射太阳的光到地球（属于镜面反射）。

  在发现火之前，白天照明靠太阳（主动光，自然光源），夜间照明靠月亮（反射光，自然光源），阳光主动光，温暖、明亮、可靠性高，月光反射光昏暗、冰冷、可靠性差。千百年来，人们日出而作，日没而息；所以人们正常劳动主要是靠白天太阳光；月光（反射光）主要用在夜间，人们基本上是早早休息，除了少数干夜路、做农活的人；仰望星空其实也是看反射光（不刺眼，舒适），而很少仰望太阳（刺眼，容易产生失能眩光）。

  火是文明之源！掌握火、利用火也是人类区别动物的重要标志，希腊神话，火种是普罗米修斯从天上偷来；中国古代也有钻木取火的神话（燧人氏族）。火的发明，为人来带来了文明，也点亮人类进化的道路。

篝火、蜡烛、煤油灯 都是原始 人造光源，有千年的历史；   白炽灯、日光灯、高压钠灯、LED灯；均是电气化人造光源；标志着工业社会的来临，标志着现代文明，有100多年的历史。

  光代表光明、温暖、爱与希望！与黑暗（代表死亡、冰冷，恐惧）相对。   怕黑、弃暗投明是人的天性，即便动物也有飞蛾扑火的本能（爱光明胜过爱生命）。就像歌曲中唱到的：   你是电你是光 你是唯一的神话? 我只爱你 you are my superstar；；你主宰我崇拜没有更好的办法。

  让我们看看NASA夜间灯光分布卫星图。自从电气化光源产生之后，夜间灯光的多少、密集程度是发达城市文明的标志。

  灯光少自然就是人烟稀少或落后的标志。

  逆反射材料的发展要追溯到上世纪二十年代。人们发现在晚上用灯光照射猫的眼睛时，猫的眼睛会发射出很强的光线，可以很清楚的看清猫的眼睛。受到猫眼的启示，人们开始研究反光科学，以利用它反射汽车的灯光，解决交通标志夜间的视读问题。右上图是在美国加利福尼亚州至今仍然在使用的“古老”的交通标志牌，该标志牌的逆反射材料为玻璃珠结构。

  各种各样的光（太阳光、灯光、反射光）不但照亮车辆前行的路，船舶回家的航线，也使景物丰富多彩，使世界更加美好，交通更安全。

  从综合效果来看，光（恒星光源>人造光源（火及各种电气光源）>反射光，人的选择也是按照这个顺序。

  近年来各地进行了一些公路隧道照明的大胆尝试：   2015年贵州省交通运输厅在《贵州省高速公路勘察设计指导意见》（交建设[2015]46号）中指出：隧道内反光环具有边界轮廓清晰，行车诱导效果好的特点，能降低隧道照明用电量。并提出要求在长。隧道、特长隧道中设置环形被动反光环（80km/h），并对具体尺寸给出了建议值（20cm，间距200m）。同时四川、浙江也开展了相应公路隧道反光环、轮廓带试验段，其实本质都是逆反射方案。

  四川、浙江未见公开资料，因此以贵州反光环为例，该方案深受货车驾驶员好评。贵州方案设定条件：80km/h 长大、特长隧道，间距200m设置，反光环宽度为20cm，从洞口内20m开始设置，采用白色V类反光膜。

  存在以上疑问；同时存在以下问题：

  A、20cm宽的反光环（面积较大，且与背景亮度对比过大）有可能产生较大的眩光效应，同时间距200m难以提升驾驶员的速度感；

  B、隧道进出口设置有一定道理（能明确侧墙洞顶轮廓），隧道中部似乎刺激太强，没有考虑明确车道边线、路缘；

  C、必须考虑一定照明水平，不能将隧道灯全关！

  根据马斯洛需求层次理论（从低到高，有生理需要、安全需要、归属与爱的需要，自尊需要、自我实现需要），得出行车安全需求：道路功能性需求（有基本的道路及交通工程设施，符合基本建设规范，车辆能走）； 驾驶安全性需求（能基本满足系统安全，车辆能安全行驶）；驾驶舒适性需求（车辆长期行驶，不疲劳）；美性需求，驾驶员轻松愉悦驾驶，美的享受。

  因此提出基于需求层次的视觉参照系，分为4层；第一层：基本型视觉参照系，按照规范设置，主要达到道路附属设施的基本功能，满足道路基本功能；如道路上的普通标志、标线、诱导标、轮廓标等。第二层：安全型视觉参照系，主要起控制驾驶员视错觉，有车距保持、车速控制等功能；如边缘率减速标线、警告标线、标志等，以满足交通安全需求。第三层：舒适型视觉参照系，能有效降低疲劳，如道路系统中的绿化、蓝天、白云等景观；满足驾驶舒适性需求。第四层：韵律型视觉参照系，满足驾驶员的韵律感、美感偏好，为连续、渐变、起伏的参照系，如多色彩的音乐公路。

  作为光分为四种层次

  阳光(美观型光源，最高级别)>人造光源（舒适型光源，低照度下最好选择）>逆反射光（安全型光，低照度下，定向，节能，辅助照明）>其余反射光（基本型光，如漫反射、镜面反射等，是道路设施（含景观）的基本特性，容易产生光污染））

  高速公路具有如下特征：

  （1）只供汽车高速行驶；

  （2）设有多车道、中央分隔带，将往返交通完全隔开；

  （3）设有立体交叉口；

  （4）全线封闭，出入口控制，只准汽车在规定的一些立体交叉口进出公路。

  （5）景观丰富；

  （6）收费、收费、收费（重要的事情说三次）；高速公路属于高大上的范畴，因此其定位应该是舒适型/韵律型视觉参照系，而不仅仅是满足安全，应该与一级公路、二级公路等公益性质的道路分开。

  从理论上讲，隧道内仅仅靠合理的逆反射系统即能保障交通安全，但对于高速公路隧道，必须有更高的要求，必须满足舒适性乃至美观性要求，因此应提供 舒适型/韵律型型视觉参照系(非冷冰冰的参照系)！完全不提供主动灯光照明并不合适，会引起驾驶员的恐慌心理，难以达到舒适性、美观性需求，因此在隧道照明中必须将主动照明与逆反射系统协同设置。

  从理论上讲，隧道内仅仅靠合理的逆反射系统即能保障交通安全，但对于高速公路隧道，必须有更高的要求，必须满足舒适性乃至美观性要求，因此应提供 舒适型/韵律型型视觉参照系(非冷冰冰的参照系)！完全不提供主动灯光照明并不合适，会引起驾驶员的恐慌心理，难以达到舒适性、美观性需求，因此在隧道照明中必须将主动照明与逆反射系统协同设置。

  即便在夜间，最好也不要将>500m长度高速公路隧道内灯光全关，观感差，体验差，特别是那些设了多道震动减速带的隧道，更有谋财害命之嫌，驾驶员难以发现减速设施，车辆腾空感较强，同时那种装有易碎产品的货车也深受其害。

  白天隧道照明：交通量大，高速公路普通路段为舒适型/韵律型视觉参照系，光源为阳光；那么隧道也应为舒适型/韵律型视觉参照系，尽量采用阳光/人工光源为主（心理暗示作用，应该用主动光源明确隧道前进方向），逆反射为辅。

  夜间隧道照明：交通量小，高速公路普通路段为逆反射照明，为安全型视觉参照系，那么隧道也可与之对应，适当降低照明标准，采用安全型（短隧道）/舒适型（长大隧道）视觉参照系，以逆反射为主，人工光源为辅。   具体采用方法：隧道中部弱视觉参照系增强，单调信息变为复杂/韵律型视觉信息，隧道进出口剧烈过渡缓和。

  前期研究中发现：

  当车辆高速通过隧道进出口时,由于剧烈的明暗过渡,驾驶员瞳孔面积急剧变化,且瞳孔面积变化率迅速增加;如果超过驾驶员视觉适应能力,瞳孔将难以准确聚焦从而难以在视网膜上清晰成像,进而产生瞬时盲期。

  (1)该现象为视觉适应(明暗适应等强视觉刺激)发生时出现,表现为短暂的初期瞳孔  面积迅速变大和紧随其后的瞳孔面积减少,为典型的双相涨落式变化过程。

  (2)该现象为典型的视觉适应现象,且与医学上的眼震(病理性的眼球震颤)区分。

  (3)该现象与医学上的心律震荡现象类似。

  隧道进出口 视觉盲期广泛存在。前期研究中通过对6名驾驶员，26组公路隧道试验表明，白天隧道进口60.7%存在视觉盲期，白天出口29.5%存在视觉盲期。   80km/h限速隧道进口不超过1.25s 视觉盲期；60km/h 限速不超过1.4s。

  在大型商业建筑、别墅及古代民居门口，遮光设施广泛存在，有很好的遮光（照明过渡）、遮雨及美观功能。   设置遮阳板（遮雨棚）是商业/民用建筑中的常识。

  前期研究中经过多方案比选（1:20模型），得出合理遮光设施为蝉翼式遮光设施、反削竹式遮光设施，能实现照度、空间、参照物的合理过渡；

  1）将阳光引入隧道内，实现早入洞，缓入洞；实现照度合理过渡；同时降低视觉震荡（瞬时盲期），缓解黑洞效应；

  2）使得从无限空间局部过渡到狭小空间；

  3）可以在遮光设施（如蝉翼式遮光设施拱形钢管）上设置高强度反光带（或轮廓带），与其余标线共同构成合理参照物，降低视错觉；   即降低了隧道入口驾驶员视觉参照系缺失，并重新搜索视觉参照系的难度。

  4）遮光设期初期成本较高，但是能大量节约照明成本，从长远看较有利，同时景观效果也非常好。

  前期研究中对隧道内轮廓标（小尺度）、环形标线（大尺度）、红白立面标记线（中尺度）不同频率下，驾驶员的速度高估程度进行了仿真实验，初步结论如图所示。

  主要如下：

  高频视觉信息（2Hz~32Hz）是导致驾驶员在隧道中部的速度高估的主要原因，而中频信息（0.4Hz~1Hz)和低频信息（0.1Hz~0.2Hz）会导致驾驶员的速度低估；在频率为2HZ~32HZ下，速度高估的程度为中尺度?>大尺度>小尺度。

  因此准备将多频多尺寸信息结合起来设置，一方面明确道路边线、缘石、侧墙轮廓信息；同时提供丰富的多层次的视觉参考系，能够认知车速，车距，缓解疲劳。

  前期研究中，行车试验表明：

  白天隧道内注视点主要分布于0.766-1.932s行程路面上（-1.937°至-4.113°），隧道外在0.789-2.557s行程路面上（-1.67°至-3.185°）；

  夜间隧道内分布在0.767-1.649s（-3.911°至-5.080°）行程路面上，隧道外在0.604-0.869s行程路面（-5.494°至-6.852°）。

  结论：尽量不在路面、路侧下缘设置LED光源或者其余主动光源，主要是在视觉敏感区/焦点区范畴，会比较晃眼，也避免对路面目标物视认有干扰。

  用户（出行者）即是上帝，对高速公路进行了付费，理应为他们提供舒适、快捷、安全的通行服务，因此需要舒适型/韵律型视觉参照系；   基本路段设灯应能看见隧道前进方向、洞口方向（Enter through the narrow gate----that leads to life（马太福音））。

  现有80km/h高速公路隧道入口，视觉盲期不超过1.25s，因此偏安全地，遮光设施长度30m，隧道入口照度减少至以前的1-3%。隧道内3s加强照明（67m），相当于规范中的390m的过渡段+入口段长度只有1/6，将节约大量电费。   基本段照明：隧道内基本段每个中频（20-40m）应该开灯（一侧开灯，至少一盏，规范开灯值的12.5-25%），确保依据灯光就能看到前进方向（1个视距内能看到约4个灯，良好心理效应）； 夜间照明去掉隧道入口加强照明。

  现有60km/h高速公路隧道入口，视觉盲期不超过1.4s，设遮光设施23m，入口段照度减少至2-4%，3 加强照明 相当于50m,相当于规范中252m过渡段+入口段长度的1/5，将大量节约电费。

  上图分别为80km/h 高速公路隧道中部改善效果图，60km/h 高速公路隧道中部改善效果图。

  借鉴发达国家规范，早期走了捷径，但运营管理中，许多机电设备往往通过竣工验收之后，就一直睡大觉直到寿终正寝，对现有机电设施是一种极大的浪费，也体现了“后发劣势”。产学研脱节严重，导致理论难以指导实践，实践也难以上升到理论层面。

  主要观点：

  1）长大公路隧道内不宜将主动照明完全关闭（白天夜间都不合适）；

  2）条件较好的高速公路隧道（80km/h限速），应以主动照明为主，逆反射系统为辅；

  3）条件一般的高速公路隧道（60km/h限速），可适当降低要求，以逆反射为主，主动照明为辅。

  4）公路隧道之间差异性较大，需要具体分析与精准化设计。   希望能以现有研究及实践（公路隧道反光环、轮廓带）为契机，重新整合公路隧道交通安全产学研力量，将中国隧道建设与管理都能做到“中国特色，世界一流”。

  关于这些研究本人申请了一些专利，其中4项授权专利（一种低成本山区高速公路隧道入口车速控制设施设计方法.基于防眩原理的公路隧道出口交通工程设施设计方法、基于车速控制与车距保持的隧道逆反射照明系统设置方法、一种公路隧道入口遮光设施设计方法）1元转让给武汉理工大学 本科生 刘静文等新成立的公司（武汉瑞行交科隧道工程有限公司），以支持大学生创新创业！参见新闻“武汉理工大学：4项专利1元“转”给学生公司“也受到【媒体交通】【成才教育】【中国青年报】【新华网】【光明网】【长江日报】【科技日报】【武汉晚报】等广泛报道。

 http://www.wokeji.com/kjrw/kjzmr/201604/t20160425_2456324.shtml

 http://news.xinhuanet.com/local/2016-04/22/c_128919772.html

  专利1元转让主要基于以下目的：

  1）吸引青年人关注及投入；更多的人，特别是青年人投入相关方面的研究，才能推动技术不断进步；

  2）加强技术研究与推广；行业需要知识的创造者+知识的搬运工，技术推广更能创造社会价值！

  3）适应行业创新发展需求；用轻工业思维（以人为本，精准化设计）解决重工业的一些传统问题，也是今后发展趋势。

  多谢聆听！欢迎拍砖！

  特别致谢：我的PPT制作过程 得到硕士生郑展骥的大力协助！

  互动交流

  赵勇：

  雅西高速10公里长的隧道，两侧设置墙砖。四川高速我还没有看见设置反光环的隧道。

  米晓芝：

  规范借鉴国外标准，不服水土 主要原因是什么？外国人的眼睛平均视认水平确实与国人视认水平不一样？谢谢

  杜志刚：

  主要原因

  1）规范制定的专家 主要是照明+心理生理方面的专家，实验室研究搞的很深，对交通安全了解并不深刻；

  2）隧道交通安全研究国内国外都很弱，这也是我这种民科能讲的原因；

  3）我国中西部确实是经济实力有限，真心配得起用不起， 本讲座提出的照明标准相比规范低很多，但是就这样的标准，我初步估计50%以上的中西部隧道都达不到；

  4）驾驶员在隧道路段的适应水平大于实验室适应水平，一般隧道进口3s行程能完成瞳孔面积变动的20%以上（>1000m隧道），500m左右能完成40%隧道。

  浙江算好的，我调研过，长大隧道进口 80km/h基本都是双侧开灯，有钱任性。

  米晓芝：

  那也就是说国外的规范也该修订了。

  杜志刚：

  规范应该修订~

  胡彦杰：

  关于遮光棚在照明节能中的巨大功效杜教授讲得很到位了。上世纪九十年代初及中叶，国内刚开始做隧道照明时，大家还是普遍认同遮光棚的。后来一位来自大城市的权威教授提出不同观点，他认为山区工具植被好，洞口减光效果不错的，设遮光棚意义不大。于是后来大家设计中越来越少采用了，如果我没记错，就是这样。

  郭敏：

  我们有一条高速刚停车，做安评，请检测公司测了下，全开很亮，居然还差一点，如果考虑衰减，这不是都有问题吗？刚通车。

所以，从那次开始 ，我对隧道交通工程规范照明部分表示深深的不屑。

  赵勇：

  货车都采用逆反射和led主动发光了，增加了被看见的机率。

  杜志刚：

  陕西：秦岭终南山18km隧道白天正常开灯率不足40%，其余特长隧道不足30%。1000m左右隧道更低。

  赵勇：

  隧道进口一般不会有好的植被，植被好了影响标志牌。

  杜志刚：

  确实，所以我也强调要做遮光设施，增加灯具作用不是特别显著。

  但是可能会有视觉盲期，产生强烈的恐慌心理，同时对信息的辨识也会有滞后性，大概0.4-1s。

  胡彦杰：

  我们还是应该提倡遮光棚。当然，现阶段实际操作起来的确比较困难。因为它是一个独立的建筑作品，即不属于隧道工程，也无法归入照明专业，设计院处理起来比较棘手。

  杜志刚：

  其实设计好了形式，可以找外面钢结构公司定做！工厂工程化制作，现场直接拼装！隧道横断面布置基本是确定的！现状隧道基本是端墙式入口！

  郭敏：

  可以标准化，和包封的那种声屏障差不多。

  胡彦杰：

  领导在决策时往往注重景观效果，越是重要的隧道越注重洞门的造型。领导在确定洞门方案时的决定性作用无法撼动。

  杜志刚：

  反光环 隧道进出口可以采用，但是在隧道中部应该慎用！

  隧道进出口反光环：设置密度、光环面积都需要仔细研究！

  赵勇：

  人在晴天闭眼脸朝天几秒钟然后睁开首先是看到周围或地面明显的标志物。我试过几次，不知是受杜老师所讲内容的影响还是...

  杜志刚：

  确实如此 人有搜索参照物确立参照系的本能！

  设灯有心理作用 也涉及法律问题。

  逆反射面积过大 反光级别高与环境差异大会有很明显眩光效应

  刘干：

  缺少实地现场已经解决方案大体验。

  一切，请考虑邻居的感受，不能只顾自己。

  杜志刚：

  刘总谈的是点对点的问题 我说的是大面积长时间存在的问题！刘总谈的是公理 我说的是探索！

  刘干：

  如果愿意，实地测试费用我承担，我要钻牛角尖。

  我组织交警封路做试验，只要对交通安全有贡献。

  杜志刚：

  反光环肯定是积极的！

  张洪：我弱弱的问一句，反光环是咋样的，好像没有见过.

  官阳：

  这个是远光灯进隧道口前和之后近光灯灯的差异摄像 。

  我觉得是大家一直在推动，不是为了颠覆吧？

  其实这东西非常便宜，用不了几平米材料的，一块儿才20公分宽，与电器消耗比，完全是毛毛雨。

  刘干：

  不再辩解，使用反光不是颠覆性技术。我保留个人不认同观点。

  灯，反光，本身就不是一个概念，为什么要去比较？我不能理解。

  能用灯的时代，为什么不用？能耗？没有节电条件？在安全面前不宜谈理由。发明技术，也要能够技术成果转化。

  杜志刚：

  我做过很多这种实验 可以看cnki  or  sci。

  1）灯做成环状 电费会更高，逆反射设施则不需要电费；

  2）为什么不用灯，我国电费是美国4倍，人均收入只有美国1/6不到，很多隧道机电耗能占到每年维护支出费用60%以上，对于中西部隧道运营管理部门压力甚大；

  3）专利这个问题，可以私聊！

  官阳：

  1935年，“美国人就在国家标准里提出来了标志需要夜间也能看到，当时提到的词是illuminated, 也就是照亮，但是他们当时就在想，如果把标志都照亮，要花多少钱啊？后来有人想，汽车上有灯，为什么不能利用一下呢？于是发明了反光材料，这个发明在1939年就写入了国家标准，此后美国人发现过顶标志太高了，还是照不亮，于是有说要illuminated, 于是在标志下做外打灯很多年，此后车灯在进步，材料在伴随着优化，直到有了大角度反光膜，这事儿才算消停，这个过程走了七十多年，而这个过程里，主动发光标志就没停止过改善和推广，至今美国的户外广告灯箱材料用量都比标志反光膜用量要大很多，至于交通领域，主动发光标志也有自己的市场，比如机场跑道上就全是，这个不是个矛盾的，是各自有自己的领域。