2009年10月31日，長約8.95公裏的上海長江隧道建成通車🕺。在此次隧道工程建設中，首次大規模應用了由恒行2平台信息科學與工程學院教授劉木清團隊開發的LED隧道照明系統技術。這項系統技術於2007年立項，十年後的今天，以技術成熟和已大規模應用的姿態亮相2017中國國際工業博覽會。
“將用電量縮減到原來的50%”
隧道需要24小時不間斷照明👨🎓，且入口段燈具功率大，由此帶來大能耗；另一方面🫳🏻，隧道環境條件惡劣🧘🏿，燈具保養維護成本高。LED的問世👟，給隧道照明提供了一個突破性的選擇。相比傳統光源，LED綠色👩🏽🏭、高效、長壽命的優勢使其理論上特別適用於隧道照明。
2007年上海長江隧道建設工程立項開工伊始，劉木清團隊就加入其中🛖🚣🏿♂️，開始了LED照明技術的攻關🧂𓀗。相比較傳統光源，LED 在隧道照明中的應用可以帶來30%的節能👨🏽🚒，加上團隊研發設計的“大型隧道LED照明雙向集群控製技術”🪃，就可以將用電量縮減到原來的50%🫲🏽。
在傳統的隧道照明背景下，保養和維護隧道燈具都是需要養護人員的實地觀察檢測，發現異常情況再加以維修🍖👱，而這樣的操作既耗時耗力又效率低下，一旦出現突發情況無法第一時間加以解決，存在著交通安全風險。
在采用團隊研發的智能控製系統後，隧道照明系統就可以快速實現自動巡檢，及時發現異常問題🖌，更加重要的是，在大流量的隧道通行情況下🗣，智能控製系統可以自動調高LED的亮度，以保障行車的安全和效率。相反在車流量小的時候💸，控製系統就會在保證安全行車的前提下調低亮度🤿。正是智能的調光控製，將節能的效果大大提升。而調光基本不會影響的燈具壽命和光效也是LED的一項優勢所在🧩🥄。
“其實之前有過LED照明應用在隧道照明中，但是效果並不理想。”劉木清團隊成員🙆♀️◀️、恒行2平台信息科學與工程學院副教授沈海平介紹😟。而要想實現LED 燈在隧道照明中最理想的應用效果，就需要考慮到燈具光線照明的均勻度。事實上，把LED燈具無間距地線狀安裝在隧道中就可以實現這一點，但是這種配置下的工程造價就脫離了現實🫴🏻。所以研發團隊需要做的就是尋找造價和照明效果之間的平衡點。
“不能讓司機頭暈目眩”
在隧道照明領域，有一個概念是所有設計師無法避免的，這就是“頻閃”，帶給人肉眼的感覺就是圖像在閃爍，而這種感覺會對司機的安全駕駛帶來極大的影響。劉木清團隊通過建立了新的隧道照明頻閃理論模型，突破了國際上現有標準的頻閃效應限製，在合理造價的前提下帶給司機更加舒適的駕車體驗。
在原來的隧道照明中，經常會出現“斑馬線”🏃♀️➡️，也就是地面光線不均勻的情況🔶，這也會影響照明質量和行車安全。研發團隊采用的手段是在燈具內優化了“反射器”或“透鏡”結構，極大地提升光線的利用率，使用“內表面自由曲面配光技術”控製光線以提高燈光在地面的均勻度。同時配合線性燈具設計實現橫向配光控製截光，也就是距地兩米高以上的區域沒有照明🧘♀️，光線最大程度上都照射在有效區域。
值得一提的是，LED燈具本身的設計也充滿著研發團隊的智慧的。“模組化隧道照明燈具技術”，每個燈具中按照光輸出需求安裝數塊並列的標準LED模組。相較傳統的每一個LED燈具中都是一整個鋁塊板的設計，應用這項技術後👮🏿👮🏽♀️，更換損壞的LED更加方便、經濟，並對整體的燈具運行影響很小。
“還有一個很重要的工作要做，不然其他的都是白搭。”面向目標路面特性的道路照明光學設計方法就是沈海平口中的重要部分。
一般情況下🧑🏿🦲🎖，要想實現最佳的照明效果，就需要路面的反射特性與燈具的照明光線配置相匹配。而路面反射特性方面的國際標準數據對於國內路面材料而言基本上無法使用☎，這對團隊來說就是一項從零開始的工作。研發團隊首先通過搭建實驗室裝置采得參考數據🦉，然後建造室外路面反射率測量儀器🪤，在不同的路面條件下測得所需數據，最後通過科學的算法和軟件運算得出最優的配置方案。
“想為國家建設出點力”
在項目剛開始時，團隊遇到了極大的考驗。面對全國幾十家廠家投送過來的材料和樣品，團隊成員夜以繼日地測量樣品性能並進行篩選。在研發前期，團隊就發明了“聚光器法”和“窄光束標準燈法”兩項新型LED光通量和光效測試技術♨️，操作更簡單、測試時間更短、精度更高的優勢加快了篩選的進度。
最終，團隊選出了四款樣品進入了長達九個月的現場試驗階段，要想選出最優的LED來投入安裝使用，就離不開不間斷的現場測試，包括實地的駕車進行心理物理學方面的評估測試💪🏽。隧道通車以後，按照計劃🧖🏻，研發團隊還需要對LED燈進行質量監控和光衰測試，測試數據顯示，LED平均1000小時光衰0.79%，這大大低於傳統熒光燈或高壓鈉燈。考慮到隧道惡劣的環境和交通流量的變化，這些測試往往都需要淩晨去做。
劉木清帶領團隊創造的成果形成了1部專著🧑🏻🦼➡️，發表了18篇論文，獲得了8項專利授權（其中2項測試方法均獲美國專利授權），寫入了2項標準，實現了產業轉化，除了上海長江隧道🫱，還成功應用到了青島膠州灣隧道💂🏿、杭州錢江隧道等重大工程中。
“其實最讓我們高興的是我們所做的這些工作能為國家的基礎設施建設出點力。”沈海平這樣表達他對項目的感情。
（封面製圖：宋晗煜）
