智慧校園照明控制綜述

徐 華，郭紅艷，劉力紅

(清華大學建筑設計研究院有限公司，北京 100084)

智慧校園照明控制綜述

徐 華，郭紅艷，劉力紅

(清華大學建筑設計研究院有限公司，北京 100084)

本文結合智慧校園的發展，對校園典型建筑如教學樓、圖書館及校園園區照明控制與傳統照明控制進行了對比，總結了在智慧校園中照明控制的趨勢。

智慧校園；照明控制；教育信息化

引言

智慧校園是為師生提供人與人、人與校園、人與物、物與物的和諧共處、節約高效的泛在網絡和管理智慧。它運用云計算、大數據、物聯網、移動計算、應用集成等前沿信息技術手段，把學校里分散的、各自為政的信息化系統和資源整合為一個具有高度感知能力、協同能力和服務能力的有機整體，對學校的科教運作、校園管理和公眾服務提供強有力的智能支撐。智慧校園能夠提供無處不在的網絡教學環境、方便周到的校園生活、豐富多彩的校園文化、融合創新的網絡科研、透明高效的校務治理。智慧校園建設促進了信息技術與教育教學的深度融合，也改變了教學模式，而教學模式的創新，對信息技術又提出了更高的要求，校園建設逐步從智能化到智慧化的轉變已得到大家的共識[1-4]。

在智慧校園建設中，照明關系到教學環境、校園生活的舒適，照明光環境也與師生的視力和心理生理健康密切相關，是智慧校園建設的一個重要方面，隨著照明技術的發展，照明控制在照明光環境方面起著舉足輕重的作用[5]。

校園牽涉的建筑類型很多，包括校園內的教學樓、圖書館、實驗樓、風雨操場(體育場館)、會堂、辦公樓、學生宿舍、食堂及附屬設施等供教育教學活動所使用的建筑物及生活用房等，智慧校園照明中最具特點的是教學樓和圖書館以及校園園區照明。以下綜述教學樓、圖書館和校園園區的照明控制。

1 教學樓照明控制

1.1教室照明控制

教學樓照明中最主要的是教室照明，教室照明控制要適應不同的演示和教學情景，并考慮自然光的影響。

傳統教室只為講課而設計，靈活性很差，師生的交流被空間及桌椅所束縛，學生的活動范圍受限，沒有考慮進行教與學的教師和學生的訴求，未能充分支持協作學習，被動的抄筆記式設計，而不是常見的交流模式。現在的教室存在阻礙學習的問題，無法滿足學生及教師的互動性需求。傳統的教室照明控制基本采用面板開關控制，黑板照明開關設在黑板處，教室照明控制分組控制，分組不僅要考慮采光的影響，還要考慮對投影的影響，例如：圖1中的分組是把教室內的燈具，按距離采光側窗的遠近分為5組，裝設5個開關。對1～5組中的每組燈具均可單獨控制，以實現上述的人工照明對天然采光變化的恒定調節功能。

圖1 單側采光照明控制分組示意Fig.1 Assignment of unilateral daylighting control

圖1中，如果考慮對投影幕的影響，把4、5兩組的燈具再前后分組控制，更為合理，這樣除黑板照明外，還需要7個開關控制，其靈活性仍然不足。

智慧教室是把學校的傳統教室解放為移動的開放的教室形態，把老師從固定的講臺位置解放出來，把老師從傳統的“粉筆+黑板”或者是“PPT+幕布”的形態中解放出來，充分實現教與學的互動。學生在課堂上能聽、能看，更能參與體驗，整個課堂氣氛活躍，讓知識易于理解。

智慧教室模型的構成的基本要素可以采用“4+1”模式，即物理空間下的空間陳設、物理環境、技術支持、資源加上一個虛擬學習空間。現代信息技術應用包括多媒體技術、云計算技術、物聯網技術、大數據分析技術、圖像識別分析技術。智慧教室模型要素見圖2，智慧教室模型見圖3。

圖2 智慧教室模型要素Fig.2 Elements of smart classroom model

圖3 智慧教室模型Fig.3 Smart classroom model

從上述教室模型的變化可看出，課桌是經常變化的，照明不僅要滿足學生看書、寫字、繪畫等要求，保證視覺目標水平和垂直照度要求，還要滿足學生之間面對面交流的要求。智慧教室照明控制可以采用智能控制方式，可以采用人員感應、照度補償、調光或分組控制，條件允許時，可以采用單燈單控方式。目前，LED用于教室照明已經較為成熟，控制方式更為靈活多樣。圖4為總線回路控制示意。

圖4 總線回路控制示意Fig.4 Bus loop control

LED照明的低壓、直流特點，使得照明采用以太網供電POE(Power Over Ethernet)成為可能，這種利用現存標準以太網傳輸電纜同時傳送數據和電功率的方式，不僅提高了照明的安全性，還為照明的智能控制提供了極大的便利，做到單燈控制。圖5為POE供電的照明控制示意，每間教室特別適合直流供電，網絡化控制，與智慧校園網絡相融合。

圖5 POE供電的照明控制示意Fig.5 Lighting control powered by POE

1.2公共區域的照明控制

公共區域照明控制，適合采用人員探測加光照補償，目前，已有走廊型人員感應探測器，一個探頭可探測寬3 m長20 m的矩形區域，為長走廊的自動控制提供了便利。

2 圖書館的照明控制

圖書館照明的重點是做好閱覽室和書庫的照明。圖書館內的公用照明與工作(辦公)區照明宜分開配電和控制。圖書館內大空間區域較多，采用智能集中控制既方便，又有利于節能，一般采用總線回路控制方式。

書庫書架之間的行道照明應采用專用燈具，并設單獨開關控制。開架書庫設有研究廂時，應在研究廂處增設局部照明及就地控制。

現代化的圖書館，書庫與閱覽越來越趨向在一個空間內，取書自助服務。一般在建筑靠外墻有窗的部位設置閱覽桌，閱覽部分還可充分利用自然光，在建筑中心部位設置書庫，書庫與閱覽的照明要求和照度值是不同的，而為了建筑空間的美觀，又希望頂棚布燈要整齊，照明設計要充分與建筑師協商，在書架部分和閱覽部分采用不同數量的光源和不同配光的燈具，而外形上可以相似。為節能，書架部分宜采用圖6所示的照明及控制方式，可以在書架端控制，也可以采用人員感應探測控制，閱覽桌可增加局部照明，就地控制。圖7是書庫與閱覽混合形式，頂部基礎照明可以選取較低的照度水平，閱覽和書庫基礎照明應分回路配電和集中控制，書架燈具人員感應控制，閱覽桌照明就地控制。

圖6 書庫書架照明及控制Fig.6 Stack bookshelf lighting and control

圖7 書庫與閱覽混合形式Fig.7 The mixing way of library and reading room

3 校園園區的照明控制

智慧路燈、庭院燈在校園內的應用優勢明顯，燈桿可以綜合安防攝像、報警、廣播、顯示、wifi等功能， LED路燈系統通過集成與拓展應用，組成了校園的“天然”傳感與傳輸網絡系統-智慧燈聯網，是智慧校園需要一個信息采集、信息發布、信息傳輸的載體。智慧路燈使得智慧校園有線和無線網絡全覆蓋更易實現。圖8是智慧庭院燈的基本功能示意，圖9是典型智慧庭院燈網絡結構示意。

圖8 智慧庭院燈的基本功能Fig.8 Basic function of smart courtyard lamp

圖9 典型智慧庭院燈網絡結構示意Fig.9 Network construction of typical smart courtyard lamp

4 結語

“智慧校園”是校園管理和教學水平逐步提升的體現，是教育現代化發展的必然趨勢。建設“智慧校園”的重要目的，是通過利用物聯網、云計算和虛擬化等新技術，改變學校、學生、家長和校園資源相互交互方式。 將學校的安全、教務、校園資源和感知應用系統有效整合，以提高應用交互的明確性、靈活性和響應速度，智慧照明在智慧校園建設中是一個重要載體，從建筑公共區域、教室、圖書館閱覽室、書庫等室內場所，到校園路燈、庭院燈，照明控制的網絡化是一個必然趨勢。

[1] 教育信息化十年發展規劃(2011—2020年).教育部，2012.

[2] 教育信息化“十三五”規劃.教育部，2016.

[3] 教育建筑電氣設計規范：JGJ 310—2013.

[4] 智能建筑設計標準：GB 50314—2015.

[5] 照明設計手冊.第三版.北京：中國電力出版社，2016.

OverviewofSmartCampusLightingControl

XU Hua, GUO Hongyan, LIU Lihong
(ArchitecturalDesign&ResearchInstituteofTsinghuaUniversityCo.,LTD,Beijing100084，China)

Combining with the development of smart campus, the lighting control and the traditional lighting control in the campus typical buildings including teaching building, library and campus was compared in the paper. Then, the trend of lighting control in the smart campus was presented.

smart campus; lighting control; education information

TM923

A

10.3969j.issn.1004-440X.2017.05.001