LED燈具在地鐵照明中的應用案例分析

鐘 雄，王藝偉，鄒儲優，喬慶飛

(深圳市九洲光電科技有限公司，廣東 深圳 518000)

引言

我國日益增加的機動車數量、復雜的地面交通管理，讓地下軌道交通的發展成為基礎設施建設的重中之重。由于地下軌道交通終日處于無自然光的運營環境，巨大的人流量、狹窄的活動空間、同時需要兼備功能性與裝飾性的照明需求，使地下軌道交通照明如地鐵照明對于燈具的節能性、照度、可靠性及穩定性等提出了相關要求[1-4]。

LED擁有環保節能、長壽命、高光效、低輻射、可控性強等特點[5-7]，適合應用在地鐵的運營環境。我們將結合LED燈具在地鐵照明中應用的一些工程項目，淺析LED燈具在地鐵照明中的應用與前景。

1 LED燈具在港鐵九龍塘站照明改造中的應用分析

1)車站照明現狀(圖1)。香港地鐵九龍塘站是香港地鐵東鐵線與觀塘線的換乘站，是香港地鐵眾多線路中客流量第五大的站點，對于照明系統的要求十分嚴格。

在照明燈具方面，九龍塘站站廳層和站臺層公共區域主要照明以熒光燈為主，主要使用的燈具為雙管T8熒光燈管(36 W×2)或者格柵燈盤，樓梯及扶梯區域主要以筒燈為主，內置雙管橫插熒光燈(20 W×2)?，F有照明條件下平均照明功率密度為26 W/m2。在地鐵電力耗能中，地鐵照明系統占地鐵電力系統總耗能13%，節能改造勢在必行。

在照明效果方面，九龍塘車站存在著燈具布置不合理，照度均勻度偏低的情況，在售票室與售票機的區域平均照度只有160 lx(標準為300 lx)，而在站臺與站廳地面部分區域照度高達530 lx，而有些區域只有70、80 lx。相比標準中站廳地面200 lx、站臺地面150 lx，照度均勻度0.6的要求，遠遠不能滿足要求。

圖1 九龍塘站原有照明狀態Fig.1 The original lighting status in the KOT station

在使用壽命與可維護性方面,九龍塘車站照明由于其特殊性,平均每天照明工作時間為18 h甚至是24 h。一般熒光燈的平均壽命在8 000～12 000 h之間,單次更換燈管使用壽命周期只有一年到兩年間，因此需要投入大量的人力和物力進行維護。

2)照明改造方案。針對車站現有的照明狀況，結合客戶的項目要求，我們運用照明仿真計算軟件，分別對大廳、出入閘機、售票處、走廊及出口等多個不同區域的燈具排布、燈具類型、燈具光通量、配光曲線等做了精心的設計(圖2)。如站廳大堂區域，大堂區域屬于人流密集區域，在該區域使用定制的LED燈盤進行照明，利用特殊的配光設計使整體的區域照度均勻度達到了大于0.6的水平。同時為了突出站廳層的空間導向性，在通往乘車或者換乘站的方向，燈具的長度方向與行進方向平行排布，利用燈光發揮了引導性的作用。

走廊及出口的區域,是地鐵內部與外部連接的過渡區。白天室外的照度環境(夏季陽光直射下可達60 000～100 000 lx)與地鐵內部照度環境(150～200 lx)相差非常大,如果未能處理好環境照度的過渡，很容易引起乘客視覺上的不適甚至眩暈。因此，在該區域照明設計方面需要采用過渡性照明設計。即從走廊通向出口的區域，燈具的排布密度呈現出由疏到密的漸進排布方式，最大程度上降低了乘客往來該區域的不舒適感，過渡性照明設計同樣適用于地鐵站臺與站廳設置于地面以上的地鐵車站。

在照度控制方面，站廳和站臺的空間的設計照度為150～200 lx，乘客停留較多的區域，如站廳售票區，站臺等候區等區域照度提高為200～250 lx。轉換空間的設計如扶梯口、閘機檢票處、樓梯、垂直電梯入口處、通道口、站臺邊緣等處，為保證乘客和工作人員的安全，照度適當提高到250～300 lx[6]。

色溫與顯色性方面，由于色溫在裝飾氣氛和環境的營造上具有非常大的作用，所以在站廳和站臺的大部分公共區域選取了4 000 K的自然白色溫，使乘客有一種自然，放松的感覺，更貼合人們心理上的需求；在地鐵配套的地鐵商場選用5 000 K色溫的光源，使商業空間照明清爽舒適，緩解乘客在相對狹窄的地鐵空間的壓抑感。該項目燈具所使用的光源的顯色指數均大于85，局部區域甚至達到顯指90，使空間被照物的色彩更加真實，更能發揮出地鐵空間中多元化設計的獨特性(圖3)。

在眩光控制方面，由于九龍塘站是多層通過性空間，同時在裝飾材料上多使用部分光面的材料，因此，避免燈具的直接眩光和反射眩光是照明設計的一個重要環節。在這方面我們通過使用具有高霧度、合適透過率的擴散罩使燈盤表面達到均勻舒適的出光效果，同時嚴格把控燈盤表面亮度值，使得整體的照明環境達到了較低眩光的值，現場測試數值為UGR<19。

圖2 九龍塘站照明仿真效果Fig.2 Lighting simulation effect of KOT station

圖3 九龍塘站照明仿真偽色圖Fig.3 Lighting simulation pseudo-color map of KOT station

3)燈具設計與選型(圖4～圖6)。在九龍塘站臺與站廳公共區照明中主要選用了1103 LED燈盤與8703 LED燈盤，在功率方面，8703燈盤功率為16 W，1103燈盤功率為21 W，相比傳統熒光燈管(36 W)或雙管格柵燈盤(36 W×2),照明改造之后實現了整體節能50%以上的效果。

圖4 九龍塘站燈盤系列產品Fig.4 Lamp panel product in the KOT station

在過渡性區域的照明區域如樓梯、電梯區域，選用了20 W的筒燈進行替代，使以往的昏暗環境區域照度有了明顯的提高，符合照度標準的要求。

圖5 九龍塘站筒燈系列產品Fig.5 Tube lamp in the KOT station

在車站的暗槽區域，使用了長度為1 m的線條燈進行間接式照明，使直接照明與間接照明相配合，豐富站內的照明方式。且間接照明的方式一定程度上增加了站內環境的背景亮度，降低了大量燈具集中所產生的眩光影響，同時通過與其他燈具的配合，發揮了照明設計“點”、“線”、“面”的設計思路。

圖6 九龍塘站燈條系列產品Fig.6 Strip lamp in the KOT station

圖7 九龍塘站照明改造后實景1Fig.7 Lighting scene in the KOT station after transforming①

圖8 九龍塘站照明改造后實景2Fig.8 Lighting scene in the KOT station after transforming②

4)站內改造效果。通過對站內燈具的替換與整體布局的規劃，九龍塘地鐵站內的照明環境煥然一新，在滿足了照度標準所需的照度要求的同時，做到了整個地鐵站內亮而不眩，整齊化一而不單調乏味的照明效果，深受香港地鐵客戶的認可和乘客的好評。

2 港鐵彩虹站廣告燈箱LED照明改造案例分析

廣告燈箱是地鐵車站內不可或缺的一種媒介，在客流往來的車站內廣告燈箱能否吸引乘客的注意，不但需要精彩的廣告內容，更需要靚麗清爽的廣告照明效果。只有將廣告畫面的內容高度的還原其真實色彩，才能更好地達到廣而告之的作用，同時成為地鐵車站內的亮點。

1)車站廣告燈箱照明現狀。香港地鐵彩虹站廣告燈箱改造項目涵蓋4封及12封廣告燈箱，嵌入式、立式安裝等形式。彩虹站改造前使用的廣告燈箱，均采用傳統T5或T8燈管。光衰比較快，可靠性也較低，需要經常更換燈管，畫面有明暗間隔條紋，對廣告效果有較大的影響。

功耗方面，以站內2.5 m×1.6 m的12封廣告燈箱為例，改造前的燈箱使用16支T5-5ft 熒光燈管，每支燈管標稱功率35 W，16支燈管共560 W，加上鎮流器功耗及線損，燈箱總功耗約600 W。

產品可靠性方面，根據香港地鐵的維護統計，T5燈管雖然較T8燈管節能，但對溫度變化敏感，光衰較快，實際使用壽命約4 000 h，需要頻繁更換維護。地鐵車站常年處于冷熱交替的變化環境中，運行時間內站內溫度為25 ℃，而非工作時間往往由于空調設備的關閉產生正負約20 ℃的溫差，對燈箱內燈管的壽命影響巨大。而軌道區間環境則更為惡劣，要求相對濕度小于95%，軌行區溫度為5～40 ℃，燈箱每天工作19 h，全年連續工作，導致傳統廣告燈箱的使用壽命短暫[9]。另一方面，軌行區的燈具更換十分困難，對廣告燈箱的可靠性要求極高。

出光效果上分析，使用燈管的燈箱出光效果表現不佳，廣告面有明暗相間的排骨影。畫面色彩偏黃或偏青，廣告紙中色彩飽和度低，燈箱出光面中心位置偏亮，四周偏暗，展示效果受到了很大影響。傳統燈管做背光的廣告燈箱測試的表面亮度均勻度僅為0.4。

2)LED廣告燈箱改造方案。針對彩虹站內的舊燈箱結構與客戶提出的照明效果需求，使用模塊化的LED點陣設計對燈箱進行改造。

燈箱內結構采用簡易的模塊化設計，最大程度減少連接線，端子及各器件的數量，保證系統的穩定性與可靠性。

由于點陣化的設計可以自由的排布燈珠位置，使燈箱表面的均勻性能夠被很好地控制，保證了燈箱四周不會出現暗區，使得設計的燈箱均勻度能夠達到燈箱表面亮度均勻度≥0.8(顯示器均勻度標準)，甚至能夠基本消除廣告燈箱外框加強筋陰影。燈箱改造后發光光色柔和細膩，很好地還原了廣告畫布的真實性。

3)12封廣告燈箱性能參數分析。性能參數如表1所示。

表1 廣告燈箱的性能參數Table 1 Performance parameter of advertising light box

4)廣告燈箱收益分析。收益數據詳見表2。

表2 廣告燈箱的收益情況Table 2 Benefit of advertising light box

以替換50個燈箱為準進行收益分析，廣告燈箱LED節能改造后大約2年可回收成本，以后每年節約費用161 373元，該計算數據尚不包括因燈箱節能減少發熱量而降低的空調電費等其余開銷。我們可以清晰地看出，LED廣告燈箱帶來的經濟效益是十分可觀的。

3 結束語

隨著LED照明技術的發展，LED燈具產品性能將更加完善，光效、壽命、穩定性都將有很大的提升。不可置疑，未來LED燈具肯定會成為地鐵照明的主流產品，并且以其優異性在較長的一段時間內成為照明器具的首選。在迅猛發展的城市軌道交通的大環境下，LED照明在地鐵照明空間內的市場將會是十分可觀的。

[1] 文波. 地鐵車站照明設計及創新[J]. 都市快軌交通，2012(1): 1.

[2] 沈崢. 地鐵運營安全提升措施研究[J]. 施工技術，2016(1):1.

[3] 城市軌道交通照明標準：GB/T 16275—2008[S]. 北京：中國建筑工業出版社，2008.

[4] 建筑照明設計標準：GB 50034—2013[S]. 北京：中國建筑工業出版社，2013.

[5] 王曉明，郭偉玲，高國，等. LED-新一代照明光源[J]. 現代顯示，2005(53): 2-3.

[6] 萬歡，陳建昌，曾平，等.高顯指LED燈具的研究與開發[J].照明工程學報，2016，27(6)：78.

[7] 劉軍林，莫春蘭，張建立，等.五基色LED照明光源技術進展[J].照明工程學報，2017，28(1)：1-4.

[8] 魯志本,張嘉嶺,薛旦. LED燈具在地鐵照明工程中的應用[J]. 城市軌道交通，2016(3): 1.

[9] 趙軍.發光二極管廣告燈箱在軌道交通區間的應用[J].城市軌道交通，2013(1):1.