城市照明信息化管控體系建設路徑的探索

臧 鋒，王鵬展

(南京市路燈管理處，江蘇 南京 210013)

引言

加快信息化建設，建立網絡強國、信息強國，是十三五期間我國重要的國家戰略[1]。在此背景下，如何通過城市照明的迭代升級，實現照明與智慧城市的同步發展，是當前城市照明行業思考的主要問題。

南京市作為5G商用的首批示范城市，對于智慧城市、智慧照明建設的關注熱切，在城市照明運維品質和成本效能上，南京市傳統作業方式的局限性日益突出，主要表現在：各層級信息不對稱，人與人、人與設施的關系類似“家庭聯產承包責任制”；“重資產”、“多層級”，基地設置成為剛性需求，管理層級多、輔助專業冗余；人與設施的供給配置依賴經驗主義，主觀性強，缺乏科學依據和彈性、實時調控能力；運維水平不高，作業深度不夠，班組自由度過高，難以保證完好率、清潔率等；人工成本上升的壓力與日俱增。為此，我們認為南京市城市照明有必要在“引領新時代”、“承載新技術”、“研發新產品”、“駕馭新模式”這四個方面進行創新。

當前，城市照明設施運維創新方向可初步歸納為實現三個發面的轉變，即“從人員密集型，向技術密集型轉變”、“從重投入，向重效能方向的轉型”、“從全輸入，向高附加值輸出轉變”。我們認為，建設城市照明信息化管理體系的可選路徑為，首先創造“信息化平臺”、“單燈監控”兩個基礎條件，然后基于該條件進行數據分析模型的開發，將既有經驗數字化、信息化，最后落實到城市照明的具體調控中，形成城市照明信息化管控的閉環體系。

1 南京市城市照明信息化綜合運營平臺的建設

1.1 建設規劃

信息化體系是現代企業管理的必要工具，也是應對城市照明設施量增長、運維難度增加等與有限資源投入條件的有效手段[2]，通過內外兼修的方式，在潛移默化中達到“指令貫通、資源平衡、格局穩定、效能提升”的體系狀態。南京市路燈管理處2013年提出了城市照明行業信息化“三步走”的發展戰略，逐步應用信息化的手段來探索實踐設施運維新模式[3]。

1)第一階段“信息路燈”(2014—2016)，以制度重塑、設施普查、單燈監控為途徑，以全流程業務體系、全過程設施管理從線下至線上的全面切換為核心目標，建立以數據為主線的信息化管理平臺。

2)第二階段“智慧路燈”(2016—2018)，以物聯網思維、大數據分析指導管理為核心，建立以問題為導向、貫穿全產業鏈及設施全生命周期的、深度感知與回饋的動態智能管控體系，以低成本、高效能、高品質的要求創造產業發展新的源動能。

3)第三階段“價值路燈”(2019—2020)，以建管體系的信息化、智能化為依托，以綜合桿件產業新格局為契機，提升多專業整合能力，從專注于城市照明建設管養本業，向承載更多社會價值的智慧城市領域進行轉型升級。

1.2 建設成效

2016年南京路燈一期信息平臺正式上線，2018年二期平臺投運，截至2018年底南京路燈已經完成第一階段“信息路燈”、第二階段“智慧路燈”的主要開發與運行工作，共建成6大系統、386個功能模塊、76個定制流程，涉及11個部門、172個工作崗位。其中，6大系統分別為運維業務管理系統、設施資產管理系統、設施狀態監控系統、GIS地理信息系統、采購供應鏈系統、財務業務一體化系統。同時，通過中間鍵技術開創性地建立各大系統之間的“數據關聯”、“業務關聯”、“邏輯關聯”，解決照明行業長期存在的信息孤島問題，建立以“工作計劃”、“工作日志”等內容為中心的故障修復、材料消耗、用工派工等信息的記錄、流轉與使用功能，從而使整個信息化系統成為“各體系密集融合”、“多維度變換輸出”、“定制化組合數據獲得”的全新城市照明綜合管控平臺。

從建設目標的實現情況來看，六大系統發揮了“人的行為數據、設施狀態”數據的采集、加工和應用功能：運維業務管理系統，提供了人的行為數據；設施資產管理系統，提供了設施基礎數據；設施狀態監控系統，提供了設施運行數據；GIS地理信息系統，提供了設施位置數據；采購供應鏈系統，提供了材料消耗數據；財務業務一體化系統，提供了成本分析數據。

兩期信息化平臺的投運，為設施運維情況的分析提供了清晰準確的數據來源，例如：修燈情況基礎數據，包括各班組/各所修年月日燈量；設施基礎狀況，包括設施類型、設施年代；材料消耗情況，包括用料數量、用料種類；班組作業情況，包括巡查用時、形成軌跡等。

通過信息化建設，南京在城市照明設施運維領域進行了全面的工業化迭代升級，建立了標準化的運行體系、智能化的管理方式、全過程全流域的閉環管理機制、訂單式的運維作業模式。

2 南京城市照明單燈監控與調度體系建設

2.1 建設規模

單燈監控技術[4-7]以其精確到每盞路燈動態感知的先天優勢，為城市照明行業設施運維效能提升帶來了新的機遇。南京市路燈管理處自2012年起，對單燈控制技術進行試點，截至2018年底共安裝單燈終端系統2萬套，達到一個維護所(南京路燈奧南維護所)全覆蓋的規模。

2.2 建設路線

①技術路線方面，南京路燈以“試點測試、技術研判、定制開發、推廣建設、持續升級”為主要方式，堅持采用“定制化通訊協議”、“公網通訊”、“自主開發監控平臺”的創新路徑，實現監控系統對接多個廠家、多個通訊制式的高度通用性，從而提升系統的可持續性、可擴展性。

②功能設定方面，以“監控并用”為原則，燈具電流、電壓、漏電監測、故障報警、調光控制為南京市單燈終端“標配功能”；以“兼顧景觀”為原則，通過不同邏輯設計，兼有功能照明、景觀照明兩類單燈終端；以“持續升級”為原則，定制開發平臺對單燈終端的遠程一鍵升級功能。

③通信制式方面，堅持“寬帶”為主，“窄帶”為輔的建設原則，多種通訊制式兼容并蓄，為“監控并用”、“兼顧景觀”及智慧設施的電源控制等適用性創造條件，共建有單燈終端20962套，其中GPRS單燈終端6480套(2016年建成)，3G單燈終端 8819套(2018年建成)，NB-IoT 單燈終端4526套，4G單燈終端1137套(2019年建成)。

④系統運行方面，以“在線率”、“報警準確率”為單燈監控體系自身運行保障目標，通過監測繪制該“兩率”年/月/日圖表，通過修復單燈設備、現場驗證替換等措施進行動態調控，截止目前單燈終端平均在線率、報警準確率均達98%以上。

2.3 運行成效

通過單燈監控與調度體系建設，南京城市照明設施運維效能得到大幅提升，主要創新舉措及成效表現在以下方面：

①修燈需求與班組資源的合理配對。通過智能篩查軟件體系，濾除單燈終端誤報，形成準確有效的工單并派發至一線班組，班組照單修燈，消減巡燈成本。

②科學的工單派發機制。從見單即派單，向分片派單、按亮燈率派單、合理路線的派單管理等逐步演進，進一步降低修燈成本。

③逐級逐步的運維模式創新。以準確的單燈工單為依托，從傳統“巡修模式”向“以點帶面/半修半巡”，直至“全定修模式”的動線分布，并以一個包干區、直至一個維護所多個包干區分級，進行合理的模式創新。截至2019年4月，共有28801盞設施納入全定修模式，單燈工單派發與反饋1100條，計劃近3年內根據試點情況，建立城市量級的單燈覆蓋。

④通過信息綜合平臺、單燈監控平臺進行數據交互與分析，如對現場作業行為結果與單燈監測數據相符度進行分析等，發現問題、解決問題。

實踐表明，“信息化平臺”、“單燈監控體系”是設施運維效能與品質提升的兩個重要抓手，兩者的有機融合，將成為城市照明行業新時代創新發展的重要條件。

3 城市照明信息化管控體系綜合模型

基于“城市照明信息化”、“城市照明單燈監控”2個條件，我們認為可通過9個指標的設立來建成綜合數據模型(圖1)。我們以南京市為樣板空間，對城市照明設施運維的概況及效能進行較為全面的評估。指標一至指標六為一層指標，主要是對工作量、亮燈率、設施狀況、材料成本、其中作業時間等涉及設施運維效能的基本要素進行收集整理而獲得的表層統計數據；指標七至指標九為二層指標，是關聯一層指標創設的，能夠深度發掘運維效能、指導調控措施安排的計算分析數據。

圖1 城市照明設施運維效能指標體系Fig.1 Operational and maintenance effectiveness index system of urban lighting facilities

3.1 指標一：修燈數量分析(一層指標)

1)設置目的。總體概覽各班組、各所每月修燈工作量情況，同時形成表層數據，為二層指標分析作支撐。

2)數據模型。橫向從“一線班組層級、各維護所層級”，縱向從“月度的變化”、“時間的推移”兩個方向，對全市目前維護修燈作業情況進行表層的總體了解。具體數值包括：全市修燈總量、班組平均修燈數量、各班組修燈量分布區間、各所月均修燈總量情況、各所月均修燈量變化情況。

3.2 指標二：亮燈率分析(一層指標)

1)設置目的。對各班組修燈成果進行差異化比較；為指標六“班組工作均衡性”的分析提供條件。

2)數據模型。收集各班組2018年10月至2019年4月的月均亮燈率，繪制圖表進行差異化分析。

3.3 指標三：設施分布狀況分析(一層指標)

1)設置目的。綜合考慮光源類型(鈉燈/LED燈)、新舊程度(運行時間)，創新設計一套清晰、量化的設施狀況評判體系，為指標七“班組工作任務分配的均衡性”、指標八“修燈供需的匹配性”提供基礎分析條件，進而為相應調控措施的實施提供科學依據。

2)數據模型。

①要素查看。

評判要素1：各所鈉燈/LED占比，將其與各所修燈率進行比較，查看鈉燈/LED對修燈率有無影響。

評判要素2：各所設施年代占比，將其與各所修燈率進行比較，查看設施年代對修燈率有無影響。

②數據分析。若各所修燈率的相對趨勢與鈉燈/LED占比、設施年代占比相對趨勢一致，則認為以上因素具有關聯關系，數據模型成立；若趨勢并無重疊，則認為無關聯關系。

評判要素1：經分析，LED占比最高的奧南所(31%)，其修燈率最低(1.22%)；LED占比最低的城東工區(4%)，其修燈率最高(1.62%)。因此，LED占比對修燈率有直接影響。與此同時，經長期數據積累，LED功能燈故障率僅為鈉燈的1%，則應在設施狀況分布系數公式中體現。

評判要素2：經分析，5年以下設施占比最高的奧南所(62%)，其修燈率最低未1.22%；城南所5年以下設施占比(16%)，修燈率為1.62%，城北所5年以下設施占比(26%)，修燈率為1.54%。因此，設施年限，尤其是5年以下設施占比，對修燈率有直接影響。則不同年限的設施維修的差異性應在設施狀況分布系數中體現。

③公式的設定。鑒于以上數據分析，設施狀況分布系數公式可設定為：(鈉燈占比×1)+(LED占比×0.01)+5年以內設施×0.1+(5～10年設施×占比0.3)+(10年以上設施占比×0.5)+(15年以上設施占比×1)。因基于設施狀況的其他指標分析主要以班組差異化為采樣原則，所以由該公式得出的相對值可作為設施狀況評判的科學樣本。

3.4 指標四：修燈材料消耗分析(一層指標)

1)設置目的。通過對設施維修過程中材料種類及其占比情況的分析，知曉主要耗材項目，以采取相應的成本控制措施；并通過材料消耗表層深入分析相關維護投入情況，由主要耗材的修復人工，得出一線修燈作業的平均時間投入，作為分析指標九“班組巡修燈效率”的主要依據。

2)數據模型。

①各類修燈作業材料消耗占比統計。

將鈉燈燈泡、鎮流器、觸發器、熔斷器等作為主要耗材，計算2018年10月至2019年4月各類材料總量，并繪制反映各類材料占比的分析圖。在找出主要耗材之后，再針對該類材料進行下一步的分析。

②鈉燈燈泡各班組月均消耗量、占比統計。

通過各班組月均燈泡消耗的差異化觀測，并與班組修燈總數進行關聯分析，得出燈泡修復控制對整個維護體系效能提升的重要性。

③根據鈉燈消耗占比測算平均修燈時間。

根據鈉泡修復、其他修復時間的占比，計算近期各班組平均修每盞燈所需的定額時間，作為效能分析的主要基礎條件。

3.5 指標五：班組白班工作情況分析(一層指標)

1)設置目的。梳理班組白班工作內容，查看班組在工程建設、節能改造、設施完好巡查等方面的投入占比情況，進行相應統計分析。

2)數據模型。隨機抽取各所代表性班組，通過信息化平臺進行人工數據遴選，梳理現有工作選項，形成占比值，繪制圖表分析展示層。

3.6 指標六：晚班作業時間配比(一層指標)

1)設置目的。通過修燈時間、跳閘處理時間、巡查時間，這三項內容在總體工作時間中的占比，發現巡修模式下投入最多時間的關鍵要素，并采取相應控制措施。

2)數據模型。

①修燈時間。按照修燈作業主要消耗材料配比(燈泡數量、鎮流器數量)測算單盞燈平均修復時間。燈泡修復時間為10 min/盞(占比67%)，鎮流器及其他設施修復時間20 min/盞(占比33%)。綜合各類情況，修復一盞燈的平均時間為(10×67+20×33)/100=13.3 min。

②跳閘處理時間。按照跳閘處理每處30分鐘計算(含車輛行駛時間)。

③巡查時間。巡修模式下，巡查時間即認為是修燈、跳閘處理之外各班組的投入時間。與此同時，半定修半巡修模式下(南京奧南地區)，單燈工單修復所需的路程時間應計入修燈時間，不作為巡查時間考慮。據統計，南京奧南地區2018年10月至2019年4月，單燈工單修燈占比為42.6%，巡修燈占比為57.4%；單燈工單修燈時間計入行車時間后，其單盞燈修燈時間應按照常規的2倍計算。

3.7 指標七：班組工作分配均衡性分析(二層指標)

1)設置目的。用修燈數量、設施狀況2個參數的結合，判斷各班組任務分配的均衡性：從班組調度的角度評判各班組夜間修燈任務分配是否均衡，進而采取相應措施；查看班組可發揮的潛能是否發揮到位；通過班組之間數據差異的分析，找出問題與相應解決方案；作為是否擴大班組包干區、增加工程建設作業量、智慧城市設施運維作業量等調控的依據。

2)數據模型。

①涉及的一層指標。認為指標二“亮燈率”是真實準確的，指標一“修燈數量”即視為實際應修燈數量。

②計算公式。班組工作分配均衡性=修燈數量*設施維修難度系數(注：設施維修難度系數，與設施狀況分析系數一致)

③評判機制。各班組對修燈資源的利用取決于修燈數量、設施維修難度系數，當數量與難度同時達到最高時，則認為該班組已充分發揮了潛能；反之，數量與難度其中之一出現問題，都會對班組潛能的利用產生影響。

3.8 指標八：班組修燈率合理性分析(二層指標)

1)設置目的。用修燈數量、設施狀況、設施量3個參數的結合，預判各班組“亮燈率”趨勢變化，進而進行主動調控：從供給側配對平衡的角度，評判分析班組修燈數量與包干區設施量、設施維護狀態的關系表現，并據此進行動態調控，達到在未實施單燈監測條件下，修燈作業投入與設施實際修燈需求即供給側的匹配性，并作為主動調控亮燈率指標的關鍵依據。

2)數據模型。

①涉及的一層指標。指標一“修燈數量分析”及指標三“設施分布狀況”。

②數據項。數據項一：班組修燈率(班組修燈量/班組設施量)。數據項二：設施狀態分布系數。

③數據關聯。將數據項一與數據項二進行對比，兩者越接近的班組，其修燈匹配情況越好，反之則應進行調控。

④評判機制。

情況一：設施狀態好、修燈率高，則該班組可能出現人為虛報修燈數量的可能性；

情況二：設施狀態不好、修燈率不高，則認為班組修燈表現不佳；

情況三：設施狀態好、修燈率不高，則認為情況正常；

情況四：設施狀態不好、修燈率高，則認為情況正常。

3.9 指標九：班組巡修燈效率(二層指標)

1)設置目的。

①考察常規設施運維模式下，單位時間內各班組巡燈、修燈實際工作成效的橫向比較情況。

②通過科學數據模型的建立，用班組巡修燈效率的高低，驗證南京奧南地區已實施的“半定修”設施運維效率提升，進而尋求科學的作業模式(如現有條件下的巡修分離，或具備條件的單燈定修)，為解決“巡修”還是“定修”方向選擇問題提供參考依據。

③促進維護作業體系從重時間投入向重效率提升方向轉型。

2)數據模型。

①涉及的一層指標。指標三“設施分布狀況”及指標六“晚班作業時間配比”。

②各班組單位時間修燈數量統計。以簡單原則，認為班組晚班作業非修即巡，則用班組回所時間減去晚班開始時間為巡修時間；單位時間內修燈數量為各班組修燈效率的絕對值，即班組月均修燈數量/班組月均晚班時間。

③各班組單位時間與設施狀況匹配的修燈效率分析。以設施的現有狀況作為影響班組修燈效率的主要因素。設施狀況越好，即指標三中的設施狀況分布系數越低，則進行巡查發現故障并進行修復的效率越低；反之，設施狀況越差，則該效率越高。因此，巡修效率與設施狀況呈反比關系。則班組實際修燈效率=班組修燈效率初始值/設施狀況分布系數。

通過以上9個指標的設立來建成綜合數據模型，最終以班組工作的“均衡性、實際效率”來評判其效能，并以輸出結果即“亮燈率”作為效能的合理性來提供驗證。

4 結束語

通過2個現代化工具平臺的開發，其中一個是定制開發的城市照明信息化綜合運營平臺，用以建立全過程“人的行為”數據獲得路徑；另一個是城市照明單燈監控與調度體系，用以動態感知“物的狀態”，我們建立了南京城市照明信息化管控體系，該體系以“人的行為”與“物的狀態”交互融合為路線，成為收集、評估、調控城市照明設施運維效能的創新方案，為城市照明設施運維體系信息化管控提供了可供選擇的實現路徑。同時，基于這2個現代化工具，結合南京城市照明運維管理經驗，我們建立了由9大指標組成的數據分析模型，為城市級樣本空間的采集、分析和使用提供了參考。