智能互聯系統在城市道路照明管理中的應用

樊月波 上海市嘉定區市政公用設施管理事務中心，上海201800

0 前言

隨著國家經濟水平的提高，城鎮化建設和城市規模擴大的進程在持續進行，城市道路里程和路燈的數量在不斷增長。近15年來，LED進入道路照明領域又帶來路燈改造這一增量市場，路燈的建設量和維護管理數量增速持續高企。這一規模持續增加、新技術不斷涌現的進程，給道路照明管理帶了新的挑戰，也帶來了新的機遇。

1 城市道路照明的趨勢

1.1 道路照明LED化

我國LED道路照明自2005年從小區庭院、城市支路的應用開始，快速成長為城市道路照明的主力。產品功率、光效和配光性能等不斷完善和成熟，已經能滿足城市各種功能性道路照明的需求，也催生了EMC、PPP、EPC等各種新的商業模式。很多新的路燈在合同期內并不移交給原來的照明管理部門，而是對非專業運維企業提出了運維管理路燈的要求。

1.2 道路照明智能互聯化

照明是傳統行業，但隨著互聯網時代的到來，在“物聯網”思維影響下，照明變得越來越智能化。近5年來，隨著低成本新通信技術NB-IoT的出現和運營商完成網絡的廣覆蓋，智能互聯照明從以前的基于無線或有線控制的室內應用逐步走向基于公共運營商網絡的室外應用，而直接對單燈進行管理的智能互聯系統也刺激建設部門和管理部門積極導入新的智能互聯道路照明系統。同時，智能互聯道路照明也是智慧城市的重要部分，在單燈控制管理的智慧道路照明以外，通過血管式分布的道路照明燈桿，為智慧城市其他子系統的設備提供物理平臺和電源供給，推動智慧城市的發展和逐步完善。

1.3 道路照明合桿化

自國家發改委等8部委于2014年聯合發布《關于促進智慧城市健康發展的指導意見》以來，已有3批共290個城市納入智慧城市建設試點。智慧城市的建設需要強化政府各部門的協作，建設底層數據流通、外部硬件整合的大平臺，因此，遍布城市交通脈絡且具備供電條件的路燈桿成為先天有利的重要載體。5G微基站、視頻監控、公共WIFI、信息發布屏、交通信號燈、道路指示牌、甚至充電樁等都可以集中安裝在路燈桿上（如圖1所示）[1]，而各功能模塊的控制裝置則與路燈配電柜整合成智慧城市控制箱。路燈桿和控制箱不再只是路燈管理部門的資產，路燈的運維技術性空前提高。這些新技術的發展趨勢，對道路照明管理提出了新的挑戰。

2 城市道路照明管理的常見問題

2.1 維護管理無規可循

在城市照明這一領域，工程建設相關的設計、施工和驗收規范比較完整，而且會根據行業技術的發展定期更新。這些規范既有國家建設部門編制的，也有地方性的，還包括行業協會的。比如，設計方面的《城市道路照明設計標準》CJJ 45，建設和驗收方面的《城市道路照明工程施工及驗收規范》CJJ89，地方性規范如上海的《道路照明工程建設技術規程》DG/TJ08-2214，行業的如市政工程協會城市照明專業委員會的《LED道路照明應用技術導則》T/CMEA 001，等等。從業的建設人員，無論是業主、設計人員還是施工驗收隊伍，均有據可依。[2]

然而，城市道路照明的維護管理方面至今沒有標準或規范可依循，管理人員的工作目標、工作方法和工作成果沒有可統一衡量的依據，各地管理水平差別很大。連維護管理部門最核心的兩個指標亮燈率和節能率，管理單位和上級對此的考評歷來都是一筆糊涂賬。

圖1 合桿（智慧燈桿）示意圖

2.2 運維企業的資質不齊

隨著城市路燈規模不斷擴大，照明產品品類不斷增加，越來越多的城市景觀照明也納入城市照明管理范疇，路燈照明管理的挑戰性超越以往任何時候。由于管理部門人手不足，越來越多的工作需要外包給社會上的企業。然而，目前城市照明相關的企業資質認證更多聚焦在設計和施工承包方面，對運維則缺少成熟的資質認證，故而有些地方的路燈維護實際執行人只是一些并無成熟運維經驗的施工隊，不懂照明應用，不懂照明產品，不懂分析故障原因，也不懂現場維修，發現燈具不亮不能現場解決問題，要么只能尋求產品供應方的幫助，要么就是進行整燈的更換，這導致維護效率低下，成本高企。

2.3 設施移交和接管不清

隨著城市基礎設施項目向建管分離方向推動，通常，城市路燈建設管理單位和工程驗收后城市路燈管理維護單位往往不是同一個單位。在低價競標策略的招投標制度下，建設承包方有時會犧牲一些工程質量來追求自身利益，在產品的選擇上質量把控不嚴，犧牲可靠性和照明效果，最大限度地追求低成本。

此類做法會給之后的設施移交和接管工作帶來很大的障礙，如維護管理部門不愿意接收。如果被迫接收，就會對后期的維護管理工作帶來很大的挑戰，維護工作量大，運維成本高，照明質量無法保證。上海在LED路燈的市場準入方面做了一些有益的探索，完善了對產品供應商和施工承包方的資質和供應質量管控，保障了建設工程的質量，這為后期的道路照明設施移交和高效管理創造了有利條件。

2.4 運營維護質量評價與質量管理體系缺乏

由于缺少行業規范，各地的維護管理單位都是根據自己的理解制定本單位的維護管理制度。這些制度多數都很粗放，缺少細化的、可執行的、系統的考核目標和考核手段。日常的路燈巡檢流程和維護操作不統一不具體、缺乏完善的管理機制，總體工作低效。現代企業的特點就是具備成熟的質量管理體系，可實現精細化管理，而這些在路燈的運維中都沒有體現。往往運維外包企業缺少企業內部質量評價和質量管理體系，政府管理部門對運維外包企業工作的質量評價有時候會出現目標不清晰、執行不及時、主觀評價多、客觀評價少等現象，缺乏系統的指導，以促進運維企業的工作管理水平。

在運維質量的幾個重要指標里，各方最重視的是生產安全[3]，而對各級道路照明質量、亮燈率則缺乏簡明可靠的手段進行評價，缺少照明質量檢測計劃和執行。如對亮燈率的檢查僅靠抽查，故障發現僅通過人工巡查和社會投訴，手段原始，質量評價粗糙。

運維成本也是運維質量的一個重要考量因素。由于運維工人的技術水平并不滿足新產品和新技術應用的需求，針對可現場維修的故障，他們會通過簡單化整燈更換的方式解決；針對不能現場定義故障原因的，他們會通過多次出動維護班組解決同一個問題。這樣做會使成本非常高，且隨著LED路燈的大量應用會愈發嚴重。

2.5 智能互聯照明等信息化技術應用與管理有待提升

通信技術和LED調光控制的發展，催生了智能照明的需求，越來越多的信息化技術走進城市照明領域。

城市智能照明管理系統可實現功能比早期的“三遙”、“五遙”系統更強大，運維水平比之前更高的目標[4]。對智能照明管理系統功能的挖掘和充分利用，需要管理人員對照明應用有更多的理解。這不能僅僅停留在按時開關燈，而應該針對每條路的照明水平標準和所采用燈具的光衰特性，利用管理系統進行擬合，據此達到更大的節能效果，實現燈具維修更換的提前計劃。系統在現場配電柜和燈具內多了調光控制器和調光信號線，對運維工人的技術水平要求較高，需要了解不同控制器和調光信號的工作原理，才能執行現場故障的分析和處理。

因此，對管理人員和運維工人的技能培訓成為必不可少的常態工作內容，理應培訓考核合格才能上崗，但這并沒有成為很多管理和運維單位的質量控制手段。

3 智能互聯照明是提高城市照明管理水平的重要手段

在智慧城市的全景中，智慧照明，特別是公共領域基礎設施領域的智能路燈，是其中重要的1個組成部分，合桿和智慧燈桿的趨勢更是提升了智能路燈的重要性。過去幾年中，越來越多的城市開始建設和應用智能照明管理系統，以提升城市道路照明的管理水平，如圖2所示。

圖2 智慧城市管理平臺示意

早先的城市照明“三遙”、“五遙”管理系統只能管理到路燈配電柜，執行簡單的開關燈和線路電流監測無法滿足精細化管理需求。智能照明管理系統可實現到每個燈具的管控，給運維和管理提供了更多可能。

3.1 照明控制功能

智能互聯照明管理系統具有對所管轄的LED照明燈具進行開關和調光等管理控制功能，可執行上一級系統查詢、控制和參數設置指令、控制器初始化、自檢自恢復、軟件遠程下載和升級等命令。如此，就可以實現針對每條路、不同區域的按需照明。城市照明的標準是基于交通流量來制定的，如果某條道路或某個區域（比如工業區、純住宅區、商業區）在不同時段交通流量有很大差別，就可以據此制定不同時段的照明調光控制，納入系統的調光時間表，在不犧牲照明質量、保證交通安全的前提下，自動實現更大程度的節能效果。[5]

3.2 資產管理功能

智能互聯照明管理系統能夠對燈具參數、終端控制器參數、控制器通信參數、告警參數，地理位置參數等進行設置，這為照明資產管理提供了更全面和準確的輸入、更完善的數據庫。相比以前的臺賬而言，資產的精確度更高，及時根據更新改造工作的進度調整資產記賬的時效性更強。每月、每季或每年進行定周期的照明資產分析，可幫助指導后期的運維計劃，制定較準確的預算。

3.3 照明告警功能

智能互聯照明管理系統具有燈具工作狀態監控、燈具亮燈時間統計、控制器工作狀態監控、根據設定的報警條件主動向上一級系統報警、本地狀態指示、電壓異常時自動保護等功能。這些功能可代替往常的人工巡查，直接得到故障原因分析結果，自動派工給外場的運維班組。此外，根據燈具的工作狀態可知現場的照明水平是否達標，亮燈時間統計結合燈具的設計壽命可預先制定更換計劃。

3.4 數據采集功能

數據采集具有采集電壓、電流、有功功率、功率因數和當前故障信息等數據的能力，無需去現場即可完成現場調查，而且更全面、更快速。這些數據在系統內能夠自動生成逐日、逐時的圖表，從而對管理范圍內所有燈具、配電柜、供電線路的供電質量等主要相關參數有全面而準確的了解，統計節能量和亮燈率時也有充分的依據。

3.5 安全功能

安全功能可實現分級管理接入管理平臺、燈具和照明管理平臺之間的數據進行加密傳輸等功能。當系統與燈具失去通訊或系統發生故障時，不影響照明燈具的運行；當斷電時可提供數據保護。安全功能是智能照明管理系統應用的首要條件，其中的分級管理對提高管理水平也有助益。不同崗位的系統使用者有不同層級的權限，比如現場運維工人只可進行燈具和控制器狀態的查詢和資產的輸入，管理人員可調用照明資產表和用電量、亮燈率等各類管理數據圖表，而系統管理員則可獲得全部權限。不同崗位人員均可從同一系統獲得崗位工作所需的信息，減少很多溝通時間，大幅提高工作效率，減少溝通中產生的差錯。

4 總結

城市道路照明管理自從道路照明產生以來已經存在了一個多世紀，管理的主要目標一直是保證亮燈，而管理的水平和方法在一百多年里并沒有質的提升。一方面是重視程度不夠，至今未有城市照明管理規范，另一方面是技術手段和管理人才培養的不足，還有一些是機制問題，因而造成管理質量始終不高。隨著智能照明管理系統的出現和應用，精細管理有了技術基礎，國家相關部門也在著手制定城市道路照明管理規范，相信可以幫助管理部門大幅度提高道路照明的管理水平。