随着我国综合国力逐年增强和经济的快速发展，隧道及地下工程的建设得到飞速发展^[1-2]。截至2015年底，我国已建成各类隧道逾26 800 km，并且每年以超过3 000 km的速度不断增加里程长度，其中已建成公路隧道12 683.9 km^[3]。公路隧道照明能耗大，且因交通环境的特殊性极易导致交通安全事故，一旦酿成火灾其逃生救援难度极大，例如2014年，晋济高速公路山西晋城段岩后隧道“3.1”特别重大道路交通危化品燃爆事故造成31人死亡、9人失踪，该事故的发生为我国公路隧道防灾照明敲响了警钟。

隧道起火时常伴随有烟雾，烟雾笼罩中，隧道内普通灯光照明下人眼无法看见，而正常照明系统又极易因电力线路损坏而失效，隧道内一旦发生断电，特别是紧急电源无法有效供电时，将造成整个隧道陷于黑暗，增加人员的不安全感等负面心理因素，极易造成事故严重程度的扩大化，造成重大人员伤亡和财产损失几率^[4-5]。国内外研究表明^[6-7]，公路隧道每百万车公里的年交通事故率为0.57~5.13次，平均1.68次；在隧道的出入口、长下坡路段是事故多发点，公路隧道火灾的特点是烟雾大、温度高、能见度低、不易疏散、扑救难，故火灾时的防灾逃生照明尤为重要。

冯守中科研团队于2003年开始研发蓄能发光多功能涂料的生产应用技术，自2006年以来，分别在安徽、内蒙古、贵州、云南、湖北、甘肃、河北、浙江等省开展了蓄能发光多功能涂料辅助公路隧道照明技术的系列研究或工程应用，并取得了良好的社会经济效益^[8]；同时，结合公路隧道往来车流量大、隧道壁面极易污染等特点，研发制订了相应的技术指标，利用蓄能发光多功能材料装饰隧道壁面可辅助及应急照明，并能达到安全、节能，减少维护费用，消除隧道进出口“黑洞”、“盲光”的现象^[9]，特别是在发生火灾等安全事故时，具有引导逃生指示照明的特殊功能。

蓄能发光多功能材料是根据国家发明专利^[10]“多功能涂料及其制备方法”(专利号ZL20081014 6949.7) 的技术进行制备的，经过多年的配方研发和工艺改进，最终研制成功。该材料的特点是集防火阻燃、增光增亮、延时发光、漫反射、耐酸碱、耐腐蚀、耐沾污、自洁净、耐水洗、抗霉杀菌、抗静电、重物撞击不产生火花、释放负离子、环保、无毒、无害、无辐射、使用寿命长等功能于一体，根据不同的配方，其延时发光可分为绿色、天蓝色、黄绿色、蓝绿色等颜色。该材料在太阳光或人造光源灯光中200~380 nm不可见光的激发下产生原子核外电子从低层级向高层级跃迁，产生增光增亮现象(也称蓄能过程)；当光激发停止后，其核外电子再从高层级回归原层级从而产生延时发光现象，延时发光持续的时间可长达12 h以上。这种增光和延时发光功能实际上是一种物理现象，其性能稳定，具有无毒、无害、无放射性等优特点。

测试所用仪器主要有：瞄点式亮度计(LM-2)、智能照度计(Z-10)、手持式智能烟尘检测仪(LB-FC)、微电脑烟雾发生器(ZB-2998B)。

室内实验的隧道模型(见图 1)参照公路二车道隧道的实际设计尺寸，按1:5比例、长度15 m制作，使用武汉广益交通科技股份有限公司研发的“引路牌”蓄能发光多功能涂料。增光增亮和延时发光的相关室内试验、检测在此隧道模型内进行。

图 1 室内试验模型 Fig. 1 Laboratory test model

为了研究蓄能发光多功能材料的增光效果，分别以自然光、节能灯、LED灯、高压钠灯为光源，以室内隧道模型为试验场所，在涂装蓄能发光材料前后，进行模型试验。蓄能发光多功能材料的增光效果非常明显：自然光增光率从模型洞口往洞内呈现衰减趋势；将模型放置在没有阳光直射的室内进行试验，距洞口3 m处增光率为56.5%，距洞口7.5m处增光率为25%；节能灯照射下增光率为80%；LED灯照射下增光率为25.6%；高压钠灯照射下增光率为35.1%，见图 2。

图 2 LED与高压钠灯在模型试验中的增光增亮曲线 Fig. 2 Brightness increase curve of LED and high pressure sodium lamp in model test

不同光源不同光照时间下蓄能发光材料的平均增光增亮率见表 1。研究表明，蓄能发光多功能材料在LED灯、高压钠灯、无极灯、日光灯、白炽灯、节能灯和太阳光等不同光源的照射下，其增长稳定后的增光增亮率为25%~160%。增光增亮率与光源体照射时间的规律是：LED灯、节能灯、白炽灯、太阳自然光照射10 min后，增光增亮率开始稳定不再上升；无极灯、日光灯照射15 min后，增光增亮率开始稳定不再上升；高压钠灯照射50 min后，增光增亮率开始稳定不再上升。蓄能发光多功能材料与照明光源高压钠灯、金属卤化物灯、无极荧光灯、节能灯、LED灯组合照明均可增加亮度；该材料对太阳光的增亮效果更为明显，因为在太阳光内有较大量的短波长紫外线，即含有效激发光谱能量强，这种增亮效果符合公路隧道进出口的照明特点，更适用于隧道进出口段辅助照明，可有效消除“黑洞”、“盲光”现象，如图 3所示。

图 3 贵州三黎高速公路陈家湾隧道的实际工程应用 Fig. 3 Practical engineering application in Chenjiawan Tunnel of Sanli Expressway, Guizhou Province

蓄能发光多功能材料的延时发光可持续十几h以上^[11]，为了研究蓄能发光多功能材料的延时发光性能，分别以自然光源、LED光源、高压钠灯光源、日光灯、节能灯、无极灯为光源，开展了室内模型试验。首先，用各种光源体分别照射涂装了蓄能发光多功能材料的隧道模型洞室30 min，然后关闭隧道内的照明光源体后，以关灯后为时间起点，分别在不同时间内实测得到隧道内蓄能发光多功能材料的延时发光亮度数值(见表 2)。由表 2可知，不同光源照射下，蓄能发光多功能材料的起始发光亮度不同，自然光下最强，这与光源所含有效激发光谱能量强弱有关。蓄能发光多功能材料发光亮度在前60 min内衰减较快，150 min后衰减变得缓慢，其延时发光可达到12 h以上。图 4是蓄能发光多功能材料在隧道中的延时发光效果图。

图 4 蓄能发光材料在隧道中的延时发光效果图 Fig. 4 Delayed luminescence effect of energy-storage and luminous materials in tunnel

以安徽黄塔桃高速公路中村南隧道为实例，在左洞涂装了蓄能发光多功能材料，右洞未涂。在涂装前后，分别对隧道左洞入口段路面亮数据度进行测量采集(见表 3)，通过计算得到未涂装蓄能发光多功能材料时总均匀度U₀、纵向均匀度U₁分别为0.762和0.491；涂装蓄能发光多功能材料后总均匀度U₀、纵向均匀度U₁分别为0.840和0.857。蓄能发光多功能材料实际应用效果如图 5所示，可以明显地看出左洞亮度较为均匀，而右洞却出现明显光斑，其提高照明均匀度的效果可见一斑。

图 5 安徽黄塔桃公路中村南隧道涂装蓄能发光多功能材料(左洞)提高照明均匀度效果 Fig. 5 Improvement of illumination uniformity in Zhongcun South Tunnel of Huangtatao Highway decorated with energy-storage and luminous material

蓄能发光多功能材料具有增加路面照明均匀性的效果，一方面是因为蓄能发光材料具有较高反射率(0.75)，反射作用能够改变不同光源发出光线的光谱能量分布^[12-13]，使其光线变得均匀；另一方面，蓄能发光多功能材料受到激发后本身会发出一定波长范围的可见光，能有效补充灯具间暗区的亮度，达到消除光斑的效果。

测试用的小目标物为边长15 cm的立方体，表面平整，覆盖黑色无反光材料。分别以野人冲右线、下窝铺右线和东山右线为测试场所，测试结果见表 4。由测试结果可知，涂装蓄能发光材料可明显增加小物体的可视距离，这对行车安全有重要意义。

研究表明^[14-18]，隧道基本段的照明以及隧道灯具开灯不足的情况下, 人眼视觉处于中间视觉状态下，此时锥状细胞和杆状细胞同时起作用，人眼的最敏感的光波波长从明视觉状态下的555 nm，变化为暗视觉状态下的507 nm，即产生普尔金耶效应，此时人眼视网膜上的神经节细胞对短波长的光辐射更为敏感，并且富含短波长的光有利于瞳孔收缩，更利于提高可见度，具有更高的光谱光视效率。由于蓄能发光多功能材料的发光光谱(480~580 nm)正处于人眼明暗视觉敏感波长范围，因此在隧道壁涂装蓄能发光多功能材料后会使视觉环境更加清晰可见，更有利于人眼分辨路面目标; 而且蓄能发光多功能材料有较高的反射率，能改善不同光源发出的光线经反射作用后的光谱能量分布, 从而增强人眼对随机出现的障碍物的识别能力，即提高了视觉功效^{[9, 13]}。

建筑物及地下工程在发生火灾时，真正被火烧死的人员不足火灾死亡总人数的1/4，而因无法逃生被烟雾熏死的人员大于死亡总人数的3/4。各种试验及文献资料显示，在发生火灾时，当建筑物内的烟雾浓度使人的视觉视程低于3 m后，人在建筑物中的逃生几率几乎为零，因此在火灾中延长人在烟雾中的视觉视程能力尤为重要。

通过室内模拟试验得出：当烟雾浓度为100 mg/m³，实验室墙面涂装蓄能发光多功能涂料时，室内可视距离可达9 m，而墙面涂装普通涂料时，其室内可视距离不足3 m，见图 6。当烟雾浓度达到200 mg/m³以上时，墙面涂装普通涂料的实验室内已伸手不见五指，而墙面涂装蓄能发光涂料的实验室内的可视距离仍达3 m。继续增加烟雾浓度，无论开灯或是关灯状态，即使再大的烟雾或是黑暗中总是可以清晰地看到蓄能发光材料指示条带，如图 7。蓄能发光多功能材料与应急标志灯相比，具有更好的应急逃生指示照明效果。

图 6 相同烟雾浓度状态开关灯条件下的视程距离 Fig. 6 Visual range with light on or off in same smoke concentration

图 7 烟雾中蓄能发光材料与应急指示灯的指示效果对比图 Fig. 7 Comparison of guidance effects of energy-storage and luminous material and emergency light in smoke

(1) 在隧道壁面涂装蓄能发光多功能涂料，可增光增亮，在LED灯、高压钠灯、无极灯、日光灯、白炽灯、节能灯和太阳光等不同光源的照射下，增光增亮率依次为25%~160%。

(2) 隧道壁面涂装蓄能发光多功能涂料可以有效消除隧道进出口的“黑洞”、“盲光”现象，提高隧道内照明均匀度。根据实际工程的应用效果，隧道壁面涂装蓄能发光多功能涂料后，隧道内路面照明的总均匀度提高10.23%、纵向均匀度提高74.54%。

(3) 隧道壁面的蓄能发光多功能涂料可有效改善照明光环境，有助于提高人眼视觉功效，增加小物体的可视距离。试验表明，在紧急情况下可提高司驾人员大于1.3 s以上的安全处置储备时间。

(4) 蓄能发光多功能涂料具有较强的烟雾穿透能力，并能延时发光指示照明，将蓄能发光多功能材料用于公路隧道应急逃生照明，是一种新的尝试，达到了既可以作为应急逃生照明又节能的作用，又克服了传统的逃生指示装置在火灾时的引导效果缺陷。