多功能智慧路燈設計研究

馮鷹揚

（廣東順德工業設計研究院（廣東順德創新設計研究院））

1 引言

多功能智慧燈桿功能包含了多個范疇，各種功能需要配套對應的模塊和硬件設備，導致多功能智慧燈桿各個系統模塊之間錯綜復雜，燈桿內部需要較大空間，線路布局龐雜。多功能智慧燈桿中的功能并非一成不變，伴隨社會與科技的發展，其功能必然會有相應的增減和升級。因此，文章以多功能模塊化智慧路燈為研究對象，探討其設計思路。

2 多功能智慧路燈現狀與現存問題

2.1 多功能智慧路燈的產品現狀

希臘佩特雷市奧托諾斯-阿馬利亞斯街在原基礎路燈桿上裝配智能照明調控器，能隨著季節和時間的變化實現照明光強度自動調整。佩特雷市與華為使用了羅伊的LED照明系統和Flashnet的智能照明控制器，聯合設計建設智慧路燈，并由德國電信集團的子公司COSMOTE融資，提供技術支持和維護服務，其電力消耗減少約70%。

在國內，華體科技設計了第三代“玉蘭”燈，在智慧路燈上搭載了LED顯示屏、監控攝像頭、WiFi、一鍵報警、應急廣播、智能控制USB充電等7項實用功能，推動“智慧雙流”建設。

2017年全球智慧路燈市場規模達38.4億元，其中我國的市場建設規模為7.9億元。隨著全球智慧城市建設的推進和智慧路燈的普及，預計到2022年，全球智慧路燈市場建設規模將達160億元[1]。

多功能智慧路燈作為智慧城市中的基礎設施，是智慧城市建設過程中關鍵的一步，重點加快智慧燈桿的研究與設計進程勢在必行[2]。

2.2 多功能智慧路燈的現存問題

2.2.1 智慧路燈功能繁雜

智慧路燈已經研發和配備出數十項功能，功能的選擇應與應用場景和實際需求相匹配，絕不能單方面追求功能齊全，功能集成越多，技術越復雜，不僅前期建設投入巨大，還會造成后期故障率及維護成本增多。

2.2.2 桿體內部強弱電設備安裝混亂

目前，大多數智慧燈桿項目強弱電混倉走線，燈桿開啟門處的接線凌亂。智慧燈桿通常在底部開啟門處接線，燈桿內部濕度溫度相對較高，如果防護等級達不到要求，不管是用端子排，還是插接口，久之會失效或生銹發熱。

2.2.3 照明功能嚴重弱化

為了燈桿的美觀性，很多智慧燈桿項目采用燈臂或燈具一體化設計，缺乏對智慧燈桿整體的檢測和認證，不能保證照明配光質量和電氣安全，照明功能被嚴重弱化。

2.2.4 燈桿可擴展性不夠

路燈的使用期限可達20a，對其開放性和可擴展性的預先考慮是未來的必然需求，為了獲取更多利益而一味追求一體化固定式設計，對智慧燈桿加上滿載全功能，對以后更換或新增功能造成困難。

2.2.5 外觀設計缺乏特色

智慧路燈形態各異，但大都缺乏產品的基本屬性，智慧路燈既為科技的象征，也要符合路燈大眾化形態和因地制宜。

3 多功能智慧路燈的意義

多功能智慧路燈應考慮不同地域的場景和范圍，合理裝配所需功能，還能減少智慧路燈智能化設計布局所需時間和周期，并能降低智慧路燈的成本，因此對多功能智慧路燈及其相關智能設備的研究與設計是非常重要的。目前，主要是從模塊化、適用性、安全性、經濟性的角度進行設計開發及優化。

4 多功能智慧路燈的設計原則

4.1 模塊化原則

考慮到多功能智慧路燈在智慧城市的大范圍推廣鋪設，不同的地區根據實際場景對所需的功能也不一樣，各種功能設備需運用模塊化設計，能使用菜單化選擇，根據實際需要進行智慧路燈的智能化設計和規劃布局[3]。

4.2 標準化原則

多功能智慧路燈需重點推進桿體內部結構和外觀造型以及所有智能設備的標準化建設，打破燈桿與功能模塊之間、功能模塊與功能模塊之間的技術壁壘，提高多功能智慧路燈的設計和生產建設效率，降低后期運維的技術難度和成本[4]。

4.3 協同化原則

多功能智慧路燈并非一個純粹的功能集合體，它是對所收集的各種資源信息進行匯集整合的一個微型協同處理器，表現出各個功能之間“1+1＞2”的產品優勢，讓智慧城市中的政府部門和業務條線之間的信息能夠相通聯動。

4.4 適用性原則

多功能智慧路燈的底層：供電設備、網關、路由器、充電樁、多媒體交互、一鍵求助以及檢修門等，安裝高度約為2.5m。中層：道路名牌、小型標志標牌、人行信號燈、攝像頭、公共廣播、LED顯示屏等設施，安裝高度范圍于2.5m到5.5m；機動車信號燈、交通視頻監控、交通標志指示牌、無線局域網等，安裝高度范圍在5.5m～8m；氣象監測、環境監測、智能照明、物聯網基站等設施一般在安裝在8m以上。頂層：智慧路燈頂部設置微基站等移動通信設備。

4.5 安全性原則

多功能智慧路燈的防護等級必須達到IP54以上。其抗震性能需要遵照《建筑抗震設計規范》GB 50011中的相關規定，且抗震設防烈度不低于當地建筑地震烈度設計要求。保證路燈外表的防腐性能在鹽霧濃度不大于5%Nacl的環境中智慧路燈能持續有效地運作。通過有限元分析計算智慧路燈的安全系數是否滿足GB 50009-2001《建筑結構荷載規范》和當地風壓要求。

5 多功能智慧路燈的設計思路

5.1 設計定位

1）模塊化設計

方便裝卸，能實現多場景配置，方便更換燈頭和增減掛載設備。

2）集成程度高

集成多種信息設備、技術創新復合應用。

3）內部結構規整

強弱電設備分倉安裝走線，布局緊湊合理。

4）道路交通信號輔助

給行人和車輛提供交通警示，保障出行安全。

5）外觀符合地方特色

根據地方文化添加圖案，突出特色。

5.2 設計方案

5.2.1 功能設計

①模塊化設計，快速裝配燈頭和掛載設備（見圖1）；

圖1 產品效果圖a

②集成智慧照明、安防及道路智慧監控、微基站、信息發布、應急可視廣播以及一鍵呼救等多種功能（見圖2）；

圖2 產品效果圖b

③道路交通信號輔助燈光，燈桿中段的射燈投射出的光柱輔助遠處行車了解紅綠燈的實施狀況，燈桿底部的燈條給行人提醒和警示作用（見圖3）；

圖3 產品情景圖

④夜間道路氛圍燈，打造繁華智慧城市氛圍效果，照亮美化城市環境。

5.2.2 尺寸設計

根據整桿各部件的布局和內部硬件的大小，整機尺寸設計，桿體總高12m，下段是正八棱桿體，壁厚5mm，中上段由4根方桿組成，頂部有法蘭盤，尺寸為400mm×400mm，用于安裝固定基站，燈桿底部法蘭盤尺寸為600mm×600mm，厚度為18mm，安裝孔距為φ424mm。

5.2.3 造型設計

整桿外觀根據佛山市順德區陳村鎮環鎮東路項目進行設計，產品整體表現出工業科技感，結合蘭花元素，簡約且高品質。產品的模塊化設計符合現代科技風，其頂部基站外罩和燈桿底座表面可通過絲印或噴漆制造出具有當地特色的圖案。

5.2.4 材料工藝

材料采用低碳鋼Q235Q型，通過大型折彎機一次折彎成型。桿體內外壁通過熱鍍鋅防腐工藝處理，桿體表面使用室外用聚酯塑粉噴塑上色。

5.2.5 色彩設計

色彩上，以銀灰色為主色。銀灰色充滿科技感，讓產品的科技智慧得到完美詮釋。銀灰色的燈桿配上RGB可控氛圍射燈，體現出智慧城市的信息快速流通。

6 結語

本文所研究的多功能智慧路燈具備模塊化組裝、多場景適用配置、結構穩定性強、監測系統集成度高等特征。文章通過對多功能智慧路燈進行系統分析，設計出一款貼合城市使用場景、對人們友好的多功能智慧路燈，有望加快我國智慧路燈的普及和智慧城市建設的進程，同時降低制造和維護成本。