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

発光ダイオード(LED光源)もしくは放電ランプ(高圧ナトリウムランプ、蛍光ランプ、メタルハライドランプ、セラミックメタルハライドランプ)を対象に、以下の要件に考慮して選定します。

• エネルギー消費効率が高く寿命が長いこと
• 周囲温度の変動に対して、出力が安定していること
• 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)又は天井部の建築限界外に取付けます。
このため、トンネル構造に適した取付方法が採用できる灯具の選定が必要です。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、噴流に対して保護されている(IP*5)灯具を使用し、その他の状況では防雨形の灯具を選択します。さらに灯具の配光は、路面、壁面、天井面に対して光束が適切に配分されるよう取付位置に応じて選定することが求められます。

現在は、直付形で防噴流構造の、耐食性に優れた軽量かつコンパクトなアルミきょう体の灯具が主流です。

1.3 トンネル照明器具の例

トンネル照明器具の例を示します。

(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

縦断方向にほぼ対称な配光を有する灯具を、隅角部に取付けることを「対称照明方式」といいます。 この照明方式は、基本照明や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

走行する車両の進行方向とは逆方向を主に照明する灯具を、隅角部に取付けることを「カウンタービーム照明方式」といいます。この照明方式は、交通量の少ないトンネルの入口照明に適しています。路面輝度が高く、障害物の正面が暗くなることから、路面と障害物の輝度対比が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

走行する車両の進行方向を主に照明する灯具を、隅角部に取付けることを「プロビーム照明方式」といいます。この照明方式は、先行車の背面が明るくなるので、交通量の多いトンネルに適しています。

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 に示すように4種類あり、灯具の配光や路面の輝度分布、視線誘導効果、保守及び経済性などに配慮して選定します。

$S$：灯具間隔

図2.9 配列方式

(参考文献 (公社)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

灯具の取付高さは、原則として4～5m程度とします。これにより、路面の輝度分布を比較的均一に保つと同時に、灯具のグレアを少なくする効果が見込めます。

(5)保守率の決定

路面輝度(照度)は、光源の光束低下や灯具の汚れ、及び壁面反射率の低下など経年変化によって設置当初より減少します。この減少の程度を設計時点で見込む係数を保守率といいます。この減少の程度は、道路構造や交通状況はもとより、光源の累積点灯時間や灯具の清掃頻度などによっても異なります。

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 (公社)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(相互反射成分を含む)は、式-1、式-2から求めます。

(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：$U_{4^{\prime }}$

$U_{4^{\prime }}=U_{{40}^{\prime }}+{\displaystyle \frac{W}{W_o}}\times (U_4-U_{40})$　(式-2)

ここで

$U_{4^{\prime }}$

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

$U_{{40}^{\prime }}$

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

トンネル断面の路面上1.0mの壁面$H_m$に対する照明率は、式-3～式-7にて求めます(図2.11参照)。

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$H_m$の照明率(灯具に近い壁面の場合)：$U_{2^{\prime }}$

$U_{2^{\prime }}=U_{{20}^{\prime }}+{\displaystyle \frac{H_m}{H}}\times (U_2-U_{20})$　(式-5)

計算範囲$H_m$の照明率(灯具に遠い壁面の場合)：$U_{3^{\prime }}$

$U_{3^{\prime }}=U_{{30}^{\prime }}+{\displaystyle \frac{H_m}{H}}\times (U_3-U_{30})$　(式-6)

壁面の照明率：$U$

$U={\displaystyle \frac{U_{2^{\prime }}+U_{3^{\prime }}}{2}}$　(式-7)

なお、トンネル断面が非対称又は、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$U_{2^{\prime }}$、$U_{3^{\prime }}$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

$U_{{20}^{\prime }}$

計算範囲$H_m$(灯具に近い壁面)に対する直射照明率

$U_{{30}^{\prime }}$

計算範囲$H_m$(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

$H_m$

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(${\displaystyle \frac{L_w}{L_r}}$)は、式-8にて求めます。

${\displaystyle \frac{L_w}{L_r}}=K\cdot {\displaystyle \frac{{\rho }_w}{\pi }}\cdot {\displaystyle \frac{W}{H_m}}\cdot {\displaystyle \frac{U}{U_{4^{\prime }}}}$　(式-8)

${\displaystyle \frac{L_w}{L_r}}$

壁面輝度比

$K$

平均照度換算係数 ℓx・cd⁻¹・m²

${\rho }_w$

壁面の反射率

$\pi$

円周率

$W$

車道幅員 m

$H_m$

計算対象とする壁面高さ m

$U$

壁面照明率

$U_{4^{\prime }}$

車道の照明率

6.4 照明率を求めるための係数

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・同解説の付録2に掲載されている表から求めることができます。その一例を表2.4に示します。

なお、路面全幅員 $W_o$/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は、比例補完して求めます。

(参考文献 (公社)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($U_{10}～U_{40}$、$U_{{20}^{\prime }}$、$U_{{30}^{\prime }}$、$U_{{40}^{\prime }}$)は、器具の取付角度と灯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、灯具の直射照明率曲線が図2.13の場合、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))

天井面

$U_{10}=U({90.0}^{\circ })-U({\beta }_1)$

壁面(器具側)

$U_{20}=U(-{90.0}^{\circ })-U(-{\beta }_5)$

壁面(器具と反対側)

$U_{30}=U({\beta }_1)-U({\beta }_2)$

全路面

$U_{40}=U({\beta }_2)+U(-{\beta }_5)$

車道幅員

$U_{{40}^{\prime }}=U({\beta }_3)+U(-{\beta }_4)$

壁面(器具側計算範囲)

$U_{{20}^{\prime }}=U(-{\beta }_7)-U(-{\beta }_5)$

壁面(器具と反対側計算範囲)

$U_{{30}^{\prime }}=U({\beta }_6)-U({\beta }_2)$

(7)灯具間隔(路面輝度)の計算

灯具の設置間隔(路面輝度)は、式-9を用いて求めます。

$S={\displaystyle \frac{F\cdot U\cdot M\cdot N}{L_{r1}\cdot W\cdot K}}$　(式-9)

ここで

$L_{r1}$

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⁻¹・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$U_o$は式-10にて求めます。

$U_o={\displaystyle \frac{L_{min}}{L_{r2}}}$　(式-10)

ここで

$L_{min}$

最小部分輝度 cd/m²

$L_{r2}$

平均路面輝度 cd/m² (逐点法による)

総合均斉度$U_o$の算出に必要な路面輝度の計算は、JIS Z 9111：2022に基づき図2.14の計算点に対して行います。灯具の配列が千鳥配列の場合は、2スパンに対して計算を行う必要があります。 視点位置は車線中央の高さ1.5m、かつ計算範囲の手前60mからとします。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以内となるように設定します。

なお、複数車線の総合均斉度$U_o$は、隣り合う2車線を対象に算出するのがよいとされています。

8.2 車線軸均斉度

車線軸均斉度$U_{\ell }$は式-11にて求めます。

$U_{\ell }={\displaystyle \frac{L_{min(\ell )}}{L_{max(\ell )}}}$　(式-11)

ここに

$L_{min(\ell )}$

車線中心線上の最小部分輝度 cd/m²

$L_{max(\ell )}$

車線中心線上の最大部分輝度 cd/m²

車線軸均斉度の算出に必要な路面輝度の計算は、JIS Z 9111に基づき、図2.15の計算点(全10か所)に対して行います。照明器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。視点位置は計算範囲の手前60mの車線中央、高さ1.5m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、計算点を増やして間隔が5m以内になるよう調整します。また交通方式に関わらず全ての車線を対象に計算します。

(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　$TI=65\cdot {\displaystyle \frac{L_v}{L_{r3}^{0.8}}}$　％　(式-12)

$L_r>5$ cd/m²の場合　$TI=95\cdot {\displaystyle \frac{L_v}{L_{r3}^{1.05}}}$　％　(式-13)

ここに

$L_{r3}$

平均路面輝度の計算値(初期点灯時) cd/m²

$L_v$

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に示すように、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、グレア源が視線の方向に近いほど高くなります。

(参考文献 (公社)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。

(2025年4月25日入稿)