ライティング講座(照明講座)

照明計画資料

トンネル照明 - 基本照明設計

(1)光源及び灯具の選定

1.1 光源の選定

光源はLEDを標準として、以下の要件を考慮して選定します。

• 効率が高く寿命が長いこと
• 周囲温度の変動に対して安定していること
• 光色と演色性が適切であること

1.2 トンネル照明の器具

トンネル照明器具は、トンネルの側壁上部(隅角部)または天井部の建築限界外に取り付けます。このため、トンネル構造に適した取付方法ができる器具を選択する必要があります。また、トンネル清掃作業の際に水の直接噴射を受ける場合は、器具の構造を防噴流形とし、それ以外の場合は防雨形とします。更に、灯具の配光は、路面、壁面、天井面に対して光束が適切に配分されるような器具を取付位置に応じて選択する必要があります。

現在は、直付形で防噴流構造のものが使用され、耐食性に優れ、軽量・コンパクトなアルミ筐体照明器具が主流となっています。

1.3 トンネル照明器具の例

トンネル照明器具の例を以下に示します。

(2)灯具の照明方式

トンネルの照明方式は、以下に示す3種類から選定します。

• 対称照明方式
• カウンタービーム照明方式
• プロビーム照明方式

2.1 対称照明方式

対称照明方式とは、隅角部に照明器具を取り付け、道路横軸に対して対称配光の照明器具を使用する照明方式のことをいい、基本照明及び入口照明に用いられます。

図2.6 対称照明方式

2.2 カウンタービーム照明方式

カウンタービーム照明方式とは、隅角部に照明器具を取り付け、走行する車両の進行方向と逆方向に照明する照明方式です。この方式は、交通量の少ないトンネルの入口照明に適しており、運転者側への高い路面輝度と障害物正面が暗くなることから、路面と障害物に高い輝度対比を得やすい特徴があります。

図2.7 カウンタービーム照明方式

2.3 プロビーム照明方式

プロビーム照明方式とは、隅角部に照明器具を取付け、走行する自動車の進行方向に照明する照明方式です。トンネル坑口付近に存在する先行車の背面を照明することにより、先行車に対する視認性を改善した照明方式で、交通量の多いトンネルの入口照明で補足的に用いられます。

図2.8 プロビーム照明方式

(3)トンネル照明の配列方式

トンネル照明の配列方式は、図2.9に示す4種類の配列があり、照明器具の配光、路面の輝度分布、視線誘導効果、保守及び経済性などを考慮して選定します。

(参考文献 (社)日本道路協会：道路照明施設設置基準・同解説(2007))

(4)灯具の取付高さ

路面の輝度分布の均一性を出来るだけ良好に保つと同時に、灯具のグレアによる影響をできるだけ少なくするため、灯具の取付高さHは原則として4～5m程度以上とします。

(5)保守率の決定

光源の光束の低下、灯具の汚れ及び壁面反射率の低下などによって路面輝度・照度が設置当初の値より減少します。この減少の程度を設計時点で見込む係数が保守率です。
この減少の程度は、道路構造、交通状況はもとより光源の交換時間と交換方式、灯具の清掃頻度などによって異なります。
表2.3は設計に用いる保守率の推奨値を示したものです。保守率の設定に際しては、交通量、車種構成、道路周辺状況及び維持管理を勘案のうえ適切な値を採用する必要があります。

(参考文献 (社)日本道路協会 ：道路照明施設設置基準・同解説(2007))

(6)照明率の算出

6.1 車道幅員の照明率

図2.11に示すトンネル断面の車道幅員の照明率(相互反射加味)は、式-1、式-2にて求めます。

(参考文献 (一社)建設電気技術協会：電気通信施設設計要領・同解説(電気編)(2017))

全路面幅員(\( W_{o} \))の照明率：\( U_{4} \)

\( U_{4}=A_{41} \times U_{10}+A_{42} \times U_{20}+A_{43} \times U_{30}+A_{44} \times U_{40} \)　(式-1)

車道幅員(\( W \))の照明率：\( U_{4'} \)

\( U_{4'}=U_{40'}+ \dfrac{W}{Wo} \times (U_{4}-U_{40}) \)　(式-2)

ここで

\( U_{4'} \)

車道幅員の照明率

\( U_{4} \)

全路面幅員の照明率

\( U_{10} \)

天井面に対する直射照明率

\( U_{20} \)

灯具に近い壁面に対する直射照明率

\( U_{30} \)

灯具に遠い壁面に対する直射照明率

\( U_{40} \)

全路面幅員に対する直射照明率

\( U_{40'} \)

車道幅員に対する直射照明率

\( A_{41} ～ A_{44} \)

照明率を求めるための係数(伝達係数)

\( W \)

車道幅員(m)

\( W_{o} \)

全路面幅員(m)

6.2 壁面の照明率

同様に、図2.11に示すトンネル断面の路面上1.0(m)の壁面(\( Hm \))に対する照明率は、式-3～式-7にて求めます。

全壁面\( H \)の照明率(灯具に近い壁面の場合)：\( U_{2} \)

\( U_{2}=A_{21} \times U_{10}+A_{22} \times U_{20}+A_{23} \times U_{30}+A_{24} \times U_{40} \)　(式-3)

全壁面\( H \)の照明率(灯具に遠い壁面の場合)：\( U_{3} \)

\( U_{3}=A_{31} \times U_{10}+A_{32} \times U_{20}+A_{33} \times U_{30}+A_{34} \times U_{40} \)　(式-4)

計算範囲\( Hm \)の照明率(灯具に近い壁面の場合)：\( U_{2'} \)

\( U_{2'}=U_{20'}+ \dfrac{Hm}{H} \times (U_{2}-U_{20}) \)　(式-5)

計算範囲\( Hm \)の照明率(灯具に遠い壁面の場合)：\( U_{3'} \)

\( U_{3'}=U_{30'}+ \dfrac{Hm}{H} \times (U_{3}-U_{30}) \)　(式-6)

壁面の照明率：\( U \)

\( U= \dfrac{U_{2'}+U_{3'}}{2} \)　(式-7)

なお、トンネル断面が非対称または、左右の照明器具の取付角度が異なる場合には、左右それぞれの灯具からの\( U_{2'} \)、\( U_{3'} \)を算出する必要があります。

ここで

\( U_{2} \)

全壁面(灯具に近い壁面)の照明率

\( U_{3} \)

全壁面(灯具に遠い壁面)の照明率

\( U_{20'} \)

計算範囲Hm(灯具に近い壁面)に対する直射照明率

\( U_{30'} \)

計算範囲Hm(灯具に遠い壁面)に対する直射照明率

\( A_{21} 〜 A_{34} \)

照明率を求めるための係数(伝達係数)

\( H \)

全壁面高さ(m)

\( Hm \)

計算対象とする壁面高さ(m)

6.3 壁面輝度比の算出

路面と壁面の輝度比(\( \dfrac{Lw}{Lr} \))は、式-8にて求めます。

\( \dfrac{Lw}{Lr}=K \cdot \dfrac{\rho w}{\pi} \cdot \dfrac{W}{Hm} \cdot \dfrac{U}{U_{4'} } \)　(式-8)

\( \dfrac{Lw}{Lr} \)

壁面輝度比

\( K \)

平均照度換算係数(ℓx/cd/m²)

\( \rho w \)

壁面の反射率

\( \pi \)

円周率

\( W \)

車道幅員(m)

\( Hm \)

計算対象とする壁面高さ(m)

\( U \)

壁面照明率

\( U_{4'} \)

車道の照明率

6.4 照明率を求めるための係数(\( A_{41} ～ A_{44} \)、\( A_{21} ～ A_{34} \))の求め方

照明率を求めるための係数(\( A_{41} ～ A_{44} \)、\( A_{21} ～ A_{34} \))は、道路照明施設設置基準・同解説に記載されている表より求めることができます。表2.4にその1例を示します。なお、路面全幅員(\( Wo \))/器具取付高さ(\( H \)o)、天井反射率及び壁面反射率の値が表にない場合には、比例補完して求めます。

(参考文献 (社)日本道路協会：道路照明施設設置基準・同解説(2007))

6.5 直射照明率(\( U_{10} ～ U_{40} \)、\( U_{20'} \)、\( U_{30'} \)、\( U_{40'} \))の求め方

照明率の算出に必要な直射照明率(\( U_{10} ～ U_{40} \)、\( U_{20'} \)、\( U_{30'} \)、\( U_{40'} \))は、器具の取付角度と使用器具の直射照明率曲線の値を基に算出します。トンネル断面と取付角度が図2.12、使用器具の直射照明率曲線が図2.13のような場合、以下のように求めます。

(参考文献 (一社)建設電気技術協会：電気通信施設設計要領・同解説(電気編)(2017))

(参考文献 (一社)建設電気技術協会：電気通信施設設計要領・同解説(電気編)(2017))

天井面

\( U_{10} = U(90.0^\circ)-U(\beta1) \)

壁面(器具側)

\( U_{20} = U(-90.0^\circ)-U(-\beta5) \)

壁面(器具と反対側)

\( U_{30} = U(\beta1)-U(\beta2) \)

全路面

\( U_{40} = U(\beta2)+U(-\beta5) \)

車道幅員

\( U_{40'} = U(\beta3)+U(-\beta4) \)

壁面(器具側計算範囲)

\( U_{20'} = U(-\beta7)-U(-\beta5) \)

壁面(器具と反対側計算範囲)

\( U_{30'} = U(\beta6)-U(\beta2) \)

(7)灯具間隔(路面輝度)の計算

照明灯具(路面輝度)の間隔を得るための計算は、(式-9)で行います。

\( S= \dfrac{F \cdot U \cdot M \cdot N}{Lr_{1} \cdot W \cdot K} \)　(式-9)

ここに

\( Lr_{1} \)

平均路面輝度(基準値)(cd/m²)

\( F \)

灯具光束(ℓm)

\( U \)

車道幅員の照明率

\( M \)

保守率

\( N \)

配列係数(千鳥配列、片側配列 中央配列N=1 向き合せ配列N=2)

\( S \)

器具間隔(m)

\( W \)

車道幅員(m)

\( K \)

平均照度換算係数(ℓx/cd/m²)
(対称照明方式かつ路面舗装がアスファルトの場合：18 コンクリートの場合：13)

(8)輝度均斉度の計算

8.1 総合均斉度

総合均斉度Uoは式-10にて求めます。

\( Uo= \dfrac{Lmin}{Lr_{2}} \)　(式-10)

ここに

\( Lmin \)

最小部分輝度(cd/m²)

\( Lr_{2} \)

平均路面輝度(cd/m²) (逐点法による)

総合均斉度算出に必要な路面輝度の計算は、CIE Pub.30.2-1982に基づき図2.14の計算点(全100箇所)に対して行います。灯具の配列が千鳥配列の場合は2スパンで計算を行うため計算点は200点となります。視点位置は車線中央の高さ1.5mとし計算範囲手前から60mとします。道路横断方向に対しては、車線ごとにW/5間隔(W=3.5mの場合0.7m)で5点の計算点を設けます。また、道路縦断方向に対しては、手前側の灯具と同じ位置から、灯具間隔Sの1/10間隔で10点の計算点をとります。ただし、計算点の間隔が5mを超える場合は計算点を増やして5m以内にします。

また交通方式が一方交通の場合は、視点位置が走行車線からの計算のみとなります。

8.2 車線軸均斉度

車線軸均斉度Ulは式-11にて求めます。

\( Ul= \dfrac{Lmin(l)}{Lmax(l)} \)　(式-11)

ここに

\( Lmin(l) \)

車線中心線上の最小部分輝度(cd/m²)

\( Lmax(l) \)

車線中心線上の最大部分輝度(cd/m²)

車線軸均斉度算出に必要な路面輝度の計算は、CIEPub.30.2-1982に基づき図2.15の計算点(全10箇所)に対して行います。灯具の配列が千鳥配列の場合は2スパンで計算を行うため計算点は20点となります。視点位置は車線中央の高さ1.5mとし計算範囲手前から60mとします。道路横断方向に対しては車線中央1点の計算点を設けます。また、道路縦断方向に対しては、手前側の灯具と同じ位置から、灯具間隔Sの1/10間隔で10点の計算点をとります。ただし、計算点の間隔が5mを超える場合は計算点を増やして5m以内にします。また交通方式にかかわらず全ての車線から計算を行います。

(9)相対閾値増加TIの計算

相対閾値増加TIは式-12、式-13にて求めます。

\( L_{r} \leqq 5 \)(cd/m²)の場合

\( TI=65 \cdot \dfrac{L_{v}}{Lr_{3}^{0.8}} \)　(％)　(式-12)

\( L_{r} \gt 5 \)(cd/m²)の場合

\( TI=95 \cdot \dfrac{L_{v}}{Lr_{3}^{1.05}} \)　(％)　(式-13)

ここに

\( Lr_{3} \)

平均路面輝度(cd/m²)の計算値(初期点灯時)

\( L_{v} \)

運転者の視野内の照明器具による等価光幕輝度(cd/m²)

等価光幕輝度は、眼球内散乱の程度を表し、図2.16のようにグレア源による視線と垂直な面における照度と、視線とグレア源とのなす角度によって決まります。等価光幕輝度\( L_{v} \)は、照度が高く角度が小さいほど高くなります。

(参考文献 (社)日本道路協会：道路照明施設設置基準・同解説(2007))

等価光幕輝度の計算範囲は、千鳥配列の場合2S(2スパン)とし、それ以外の配列の場合は灯具間隔S(1スパン)とします。計算点は図2.17のように視点の位置を基点として、灯具間隔Sの1/10間隔で10点の計算点をとります。ただし、計算点の間隔が5mを超える場合は計算点を増やして5m以内にします。

全ての計算点のうち、等価光幕輝度が最大となる位置のTI値を式-12、式-13にて求めます。

(2020年11月20日入稿)