昆山城市道路照明改造

王俊寒 上海復旦規劃建筑設計研究院有限公司，上海200433

0 引言

隨著城市化步伐的加快，道路照明的更新換代已刻不容緩，道路照明如何優質高效的節能改造更是市政建設中精細化的需求。道路節能改造是一項長久工程，在實施前期有必要投入相應的現場調研和勘察等技術工作，細化到每條道路、每個點位不同路況的詳細方案。節能并非一味地追求降低功率、提升光效，更要從實際路況角度出發，制定相應的合理改造計劃。LED路燈燈具需要從戶外防護性能、散熱、配光、維護等多重因素考慮，在一些景觀道路中也需要加入美觀元素，結合燈具特點制定新型的 LED路燈燈具造型，增強道路整體的美觀性。

1 建設背景

當前，節能型照明燈具的使用已經是我國乃至全球實行節能改造，提高電能應用的重要舉措。歐洲、北美等發達國家已經以法律法規的形式規定在一定年限內全部禁用白熾燈。作為替代傳統光源的新一代節能環保光源，LED是目前解決照明節能的最佳選擇。

環保節能是刻不容緩的工作，為了給我們的子孫后代留下良好的生存環境，LED的發展是一個趨勢，后續應有更加節能更加環保的新燈具不斷更迭。人類只有一個地球，保護地球是人類的天職，把經濟發展和人民的幸福感緊密聯系起來，體現光環境的舒適性、從亮化向健康光的變革，提質增效，生態環保。

2 設施現狀

昆山市道路照明在2016年之前，道路照明光線昏暗、均勻度不足、道路夜間暗影較重，傳統的高壓鈉燈顯色指數低，光色暗黃使駕駛環境失真。

2016年，昆山市對中環內及中環外重點道路照明進行重新設計和改造，對之前未滿足道路照明標準的道路、未安裝路燈的市區小支路分批設計改造。通過兩年集中改造，市區道路照明需滿足城市道路照明標準，城市的主要橫縱干線道路要滿足城市交通安全需求。

在調研過程中發現，目前的昆山市的路燈主要使用高壓鈉燈，存在耗能高、效率低、使用壽命短、維護成本高等問題。高壓鈉燈的色溫低，只有2 000～2500K，光線向四處發射，有很大一部分光無法到達路面。并且，高壓鈉燈的顯色指數只有20～40，感覺昏暗。原來道路為了取得好的照明效果，都采用的是過度照明。一般路燈常用150 W、250 W、400 W幾種，加上鎮流器等配件，使得鈉燈的實際功率要遠遠大于燈泡的功率。據統計，150 W高壓鈉燈的實際功耗超過220W，250W高壓鈉燈的實際功耗超過350W，400 W高壓鈉燈的實際功耗超過500 W。高壓鈉燈燈泡的設計壽命是5年（即24000h），但由于鈉燈組件鎮流器、觸發器和電控設備等壽命影響，致使實際平均使用壽命只有5000h，運行的維護成本非常高。高壓鈉燈在工作狀態下，燈具溫度高，突遇下雨或下雪，燈具玻璃爆裂的情況時有發生。

針對以上問題，采用LED路燈替代傳統光源路燈勢在必行。

3 實施建設

本次改造原則盡量不改變原有的燈位布置、線路等，通過一燈一替換達到節能改造目的。采用LED路燈照明后，照度達到國家道路照明標準，并實現良好的照明效果。

排查改造道路路燈桿銹蝕情況，現場收集改造道路條件、施工環境、燈桿間距、安裝高度等信息。采用模擬燈光設計，選配合適的燈具功率和配光角度，在有條件的情況下進行安裝試樣測量照明數據。

所有選用的LED路燈燈具需具備防水性好、散熱性佳、維護便捷等優點，設備性能需穩定可靠。燈具需配置單燈控制器，單燈控制器需具備遠程獨立開關、調光功能，并可對電流、電壓、功率、漏電壓、電能等數據遠程讀取，且具備意外亮滅燈、傾斜、漏電等故障信息主動上報。控制器與現有路燈控制中心系統需兼容匹配，實現管理的統一。

改造實施依據CJJ 45—2015《城市道路照明設計標準》中機動車道照明標準值，見表1[1]。

表1 機動車交通道路照明標準值[1]

4 青陽北路改造

青陽北路是昆山市區主干道路，是南北進出城區的主要交通道路。主路為雙向4車道，原在使用老舊250 W+150 W高壓鈉燈照射，色溫為2 845 K，道路實測最大照度為7.9 lx，最小照度為1.2 lx，平均照度僅4.2lx，均勻度0.28。現場觀測道路基本無亮度，僅靠周邊商業環境光反射辨別道路，整體道路昏暗已經嚴重影響交通安全，更談不上滿足道路照明標準。改造前鈉燈道路照明效果和實測照度數據如圖1所示。

圖1 改造前鈉燈道路照明效果和照度分布圖

為改善城市環境，青陽北路路燈改造迫在眉睫，在2017年優先對青陽北路道路路燈進行改造，將原有老舊低光效的高壓鈉燈全部更換為新的高光效節能型配光LED燈具，色溫為3 015 K，機動車道燈具功率130W，非機動車道燈具功率90W。改造后LED道路照明效果和實測新LED路燈照度數據如圖2所示，其中最大照度為52.1 lx，最小照度為25.2 lx，平均照度為37.8 lx，均勻度提高到0.67。

圖2 改造后LED道路照明效果和照度分布圖

本次改造單柱路燈節能180 W，占比45%，照度提升33.6 lx，提升比800%，均勻度提升0.39，提升比 139%。路燈改造大大提升了青陽北路道路昏暗狀況，新路燈采用新的配光角度以配合交叉布燈方式，不僅滿足道路照度均勻度，道路照度也超過招標時設計標準，達到優質先進路燈標準。在實際運行中，利用單燈控制技術改變路燈運行功率，實現二次節能，延長燈具壽命。單柱路燈節省了近45%的電能，實現了環保高效的昆山路燈改造的設計原則。

5 前進東路改造

前進東路作為昆山市區重要主干道路，原在使用老舊400 W+250 W高壓鈉燈色溫為2 853 K。前進東路主路為雙向6車道，改造前道路實測最大照度為21.2lx，最小照度為3.2 lx，平均照度僅11.6 lx，均勻度0.28，與城市道路照明標準快速路、主干路平均照度20/30lx、均勻度最小值0.4相差甚遠。改造前鈉燈道路照明效果和實測照度數據如圖3所示。

圖3 改造前鈉燈道路照明效果和照度分布圖

前進東路未能滿足車輛駕駛員及行人良好的視覺環境，對交通安全和交通效率造成影響。為方便市民生活，創造美好城市環境，在2018年對前進東路道路路燈進行改造，將原有腐銹強度不高的燈臂全部更換新的燈臂。燈具更換為高光效寬路面配光的 LED燈具，色溫為3010K。機動車道燈具功率220W，非機動車道燈具功率120 W，頂部LED裝飾燈具功率3W。改造后LED道路照明效果和實測新LED路燈照度數據如圖4所示，其中最大照度為53.6 lx，最小照度為25.0lx，平均照度為36.7lx，均勻度提高到0.68。

本次改造單柱路燈節能310 W，占比47%，照度提升25.1 lx，提升比216%，均勻度提升0.4，提升比142%。路燈改造改變了原來前進東路照度低、視覺感差的狀況，新路燈不僅改善了道路照度均勻度，也節省了近47%的電能，實現了環保高效的昆山路燈改造的設計原則。

圖4 改造后LED道路照明效果和照度分布圖

6 馬鞍山路改造

馬鞍山路是昆山市區重要主干道路，是中心城市至陽澄湖的景觀大道。原有路燈樣式是具有景觀特色的叉臂式燈型，白天效果美觀，但夜間道路照度及均勻度卻不能滿足照明標準。原舊路燈采用鈉燈照射，色溫為2200K。改造前鈉燈道路照明效果和實測照度數據如圖5所示，其中最大照度為49.0 lx，最小照度為3.9 lx，平均照度為22.3 lx，均勻度僅0.18。

圖5 改造前鈉燈道路照明效果和照度分布圖

舊路燈是內嵌式筒燈光源，該燈具因反射器限制，導致燈具配光失衡形成中間暗區，整體觀測猶如黑色斑馬紋，視覺感極差。馬鞍山路路燈燈具特殊，改造過程中既需保證原有白天的景觀效果，又能實現夜間的照明標準，這個難題在路燈設計中進行了十幾次模擬中得到解決。初設3款路燈配光及樣式，在大批量生產前進行安裝試樣，并實測照度后最終選取了1款路燈燈具定型。新燈具保留了原有路燈樣式和底部的透明罩，基本與原舊路燈樣式和尺寸一致。

馬鞍山路原路燈建設將近十年，路燈桿表面漆面斑斑駁駁，燈臂鋼絲繩老化腐銹，燈臂的連接處也出現不同程度的腐蝕。在2018年改造計劃中，將原有老舊燈臂全部更換成新的燈臂，設計人員和昆山路燈所協同合作，梳查全線近10 km燈臂規格，整合設計新的燈臂替換原有3種不同規格燈臂，做成統一標準以便后期維護。改造后的路燈為LED，色溫為3040K。改造后LED道路照明效果和實測新LED路燈照度數據如圖6所示，其中最大照度為65.1 lx，最小照度為21.0 lx，平均照度為38.3 lx，均勻度提高到0.55。

圖6 改造后LED道路照明效果和照度分布圖

本次改造單柱路燈節能120 W，占比37%，照度提升16 lx，提升比 71%，均勻度提升 0.37，提升比205%。改造后道路不再有斑馬紋，整體亮度也提升很多，同時也保持了白天的特色景觀效果。

7 數據統計與分析

中環內及中環外重點道路橫縱主干線前進路、蕭林路、合興路、長江路、青陽路、周市高新區等各支路共計64條道路，改造路燈10 263盞。

本次改造全部使用了高光效LED路燈產品，光效達120 lm/W以上。綜合每盞節能型LED路燈代替高壓鈉燈，可以節省運行功率46%，節能比例對比如圖7所示。

圖7 節能比例對比

根據計量標準，每節約1度電，就相當于節省了0.327 kg煤的能耗和4 L凈水，同時還減少了0.96 kg CO2和0.03 kg SO2的排放。使用1 000度電的“碳足跡”是960 kg，需要栽植2.6棵樹進行“碳中和”。

按改造路燈10263盞計，共計節能942.7kW，以每天開啟11h計，共計節能10369.6kW/d，全年節能約378.49×104kW·h。按市政用電0.74元/度計，每年度共節省電費約280.08萬元。年度能耗對比如圖8所示。

圖8 年度能耗對比

經過兩年來的路燈節能改造，部分道路新增了路燈后，總體的電費支出成下降趨勢。年度用電量對比如圖9所示。

綜上所述，LED路燈在保持合理亮度的同時可實現大幅節能，減輕昆山城市電網壓力，從而實現社會效益、經濟效益等多方面的共贏。

圖9 年度用電量對比

8 結語

昆山市中心城區及中環外主要道路過去一直存在老舊路燈結構復雜、材料老化過時、維修費用高昂等問題，違背了節能減排的環保理念。歷經2年約1萬盞路燈改造后，大大提升了中心城區及通往區鎮主道路的夜間照明環境。本次改造總投資3 500萬元，分兩年逐步實施，其中燈具改造投資占81%，燈桿、基礎及電纜等更換占19%。本次改造將原老舊高壓鈉燈、金鹵燈燈具更換為最新節能型LED燈具，改善了一些小支路無路燈的現狀，刷新及更換了新的路燈桿，大大提高了市民夜間出行環境。

本次路燈改造一方面響應了國家提倡的“綠色照明、節能環保”的號召；另一方面在改善夜間照明水平的同時，節約了大量的電費，有效減少了政府財政支出，提升了城市夜景環境。