智慧城市背景下智慧照明燈具的設計探討

（北京工業大學城市照明規劃設計研究所，北京 100022）

智慧城市的概念自從提出一直被看作是城市發展的未來，智慧照明是智慧城市的重要組成部分，也是智慧應用領域的熱點之一，隨著科學技術的進步，智慧照明被賦予了更多的內涵[1]。從智慧照明發展的角度來看，迫切需要對現有照明系統改造升級，以實現節能減排的目標。

1 智慧燈具的相關概念

智慧照明作為智慧城市的重要組成部分，它是應用城市傳感網、電力載波技術等將城市中路燈聯系起來，形成“物聯網”，并利用信息處理技術對海量感知信息進行處理和分析，對包括民生、環境、公共安全等在內的各種需求做出智能化響應和智能化決策支持，使得城市生活照明達到“智慧”狀態。對于智慧照明，載體的設計非常重要，這不僅代表著城市發展的腳步和進程，也有利于實現最新物聯網體系的完善和進步，本文研究的智慧燈具指的是為智慧城市服務的照明設計需求的燈具。

2 智慧燈具的設計痛點

目前智慧燈具的應用主要是在于智慧燈桿的設計應用，這幾年隨著智慧照明的興起，許多智慧燈桿企業應運而生，從而也帶來了不少燈桿落地面臨的實際問題。在硬件技術設計方面，目前流行的一體化固定式設計方式就存在很多技術痛點，本文主要探討搭載功能設備的排布規劃問題。與傳統路燈桿設計相比，智慧燈桿的設計主要區別在于功能設備的多樣化，而目前燈桿在硬件方面仍存在一種功能堆砌的處理方式，缺乏一個宏觀系統的科學設計方法。筆者作為一名建筑專業出身的研究者，試圖從建筑學的角度對智慧路燈桿設計方式的研究提供一些啟發。

3 建筑設計對燈具設計的啟發

3.1 建筑和燈具的可參考性

建筑和燈具都是對于立體空間的設計，具體聯系可以從設計思維和設計元素兩方面分析。

其一，建筑很重要的一個設計前提就是建立系統的設計思維，因為建筑設計本身就是一個大系統，它包含環境、功能、形式、技術等各個子系統，而這些子系統又分別由更小的分系統組成[2]。設計者在設計智慧燈具時，同建筑一樣，可運用系統論的方法思考問題，辯證地處理燈具與使用環境、功能與結構、結構與技術等之間的關系。其二，創新性思維，建筑設計是一種創作活動，為此，設計者必須善于運用創造性思維方法，謀求發現建筑創造性思維活動的某些規律和方法，從而促成設計者創造潛能的發揮，燈具設計亦是如此。筆者試著對燈具和建筑的部分設計元素進行比較（表1）。

表1 燈具元素與建筑元素的比較

通過表1，不難發現燈具與建筑諸元素之間存在驚人的相似性，幾乎可以一一對應。綜合以上幾點，可以基本判斷，建筑一貫綜合系統的設計方法可以為智慧路燈桿的功能整合問題提供一些解決思路。

3.2 解決思路

針對前文提出的痛點，本文將從建筑設計理論出發，結合智慧燈具的設備參數需求，分3步尋求對應的解決思路。

（1）空間分類。為了借助建筑設計理論解決燈具設計問題，首先在空間上將燈具用建筑的邏輯[3]分成三大類：功能設備空間、輔助設備空間和設備連接空間。其中，功能設備空間對應建筑的職能型功能空間，是建筑的主體功能最直接的作用場所；輔助設備空間對應建筑的輔助型功能空間，指那些基本不直接參與建筑主體功能的實現的空間；設備連接空間對應建筑的公共型功能空間，主要是指在建筑中起交通集散作用的空間。

（2）設備分類和組合方式。智慧燈具設備的排布規劃問題，對應建筑指的是不同功能空間的布局問題。因此，參考建筑的劃分依據，按照重要程度將燈具設備分為主要功能設備（智能照明、監控攝像機、通信基站、信息發布屏）和輔助功能設備（集成傳感器、無線局域網、RFID識別設備、充電樁），為下一步的具體排布方式奠定基礎。其中關于設備重要程度的劃分依據主要參考《深圳市多功能桿智能系統技術與工程建設規范》中多功能桿應用場景及可配置功能的相關內容。

參照建筑平面的不同組合方式可以對燈具的功能設備進行進一步的區分。建筑平面的組合方式主要分為6種，走廊式組合、套間式組合、大廳式組合、單元式組合、庭院式組合、混合式組合。根據燈具功能設備的特點可參考建筑平面單元式組合方式，將功能設備分為不同的模塊處理，主要分6個模塊：照明模塊、監控模塊、通信模塊、傳感模塊、信息模塊和新能源模塊。優點在于：①能提高設備標準化，節省設計工作量，簡化施工；②功能設備分區明確，布置緊湊，單元與單元之間相對獨立，互不干擾；③布局靈活，能適應不同的配置要求，形成多種不同組合形式。

（3）功能設備的排布。依照前文對智慧燈具的功能設備進行不同等級的分類之后，設計師還需要結合每項具體功能設備的硬件參數要求設計（表2）。

表2 功能設備參數要求（體積為參考值）

本文由于篇幅原因沒有對每項功能設備進行深入討論，但在設計過程中設計師還應當同時考慮每項設備的相關規范要求和布設要求。

另外，于2019年10月13日正式實施的《多功能路燈技術規范》中，明確表明桿高尺寸通常劃分為4、6、8、10、12、15、20 m等。因此，對于高度條件較低的4～6 m高燈桿（通常布設在商業步行街、公園、小區、人行道等道路），模塊的排布高度問題應按照高度限制進行邏輯性的對應下調，其中主要分歧模塊集中在照明模塊和通信基站的建設。

4 結語

近年來，我國城鎮化進程不斷推進，國家對城鎮化建設的投入也在繼續加大，作為城市公共市政建設的一部分，城市道路照明等基礎設施建設將持續投入。智慧照明的未來發展空間巨大，現有路燈的智能化改造勢在必行，智慧照明還將推出新的建設模式和技術方式。本文以建筑設計理論為研究基礎，針對目前智慧燈具一體化設計方式出現的設計痛點進行了研究分析，得出了智慧燈具功能設備排布方法的設計思路，以期為行業工作者的設計提供一定的參考和幫助。