智慧校园照明控制综述

徐 华，郭红艳，刘力红

(清华大学建筑设计研究院有限公司，北京 100084)

智慧校园照明控制综述

徐 华，郭红艳，刘力红

(清华大学建筑设计研究院有限公司，北京 100084)

本文结合智慧校园的发展，对校园典型建筑如教学楼、图书馆及校园园区照明控制与传统照明控制进行了对比，总结了在智慧校园中照明控制的趋势。

智慧校园；照明控制；教育信息化

引言

智慧校园是为师生提供人与人、人与校园、人与物、物与物的和谐共处、节约高效的泛在网络和管理智慧。它运用云计算、大数据、物联网、移动计算、应用集成等前沿信息技术手段，把学校里分散的、各自为政的信息化系统和资源整合为一个具有高度感知能力、协同能力和服务能力的有机整体，对学校的科教运作、校园管理和公众服务提供强有力的智能支撑。智慧校园能够提供无处不在的网络教学环境、方便周到的校园生活、丰富多彩的校园文化、融合创新的网络科研、透明高效的校务治理。智慧校园建设促进了信息技术与教育教学的深度融合，也改变了教学模式，而教学模式的创新，对信息技术又提出了更高的要求，校园建设逐步从智能化到智慧化的转变已得到大家的共识[1-4]。

在智慧校园建设中，照明关系到教学环境、校园生活的舒适，照明光环境也与师生的视力和心理生理健康密切相关，是智慧校园建设的一个重要方面，随着照明技术的发展，照明控制在照明光环境方面起着举足轻重的作用[5]。

校园牵涉的建筑类型很多，包括校园内的教学楼、图书馆、实验楼、风雨操场(体育场馆)、会堂、办公楼、学生宿舍、食堂及附属设施等供教育教学活动所使用的建筑物及生活用房等，智慧校园照明中最具特点的是教学楼和图书馆以及校园园区照明。以下综述教学楼、图书馆和校园园区的照明控制。

1 教学楼照明控制

1.1教室照明控制

教学楼照明中最主要的是教室照明，教室照明控制要适应不同的演示和教学情景，并考虑自然光的影响。

传统教室只为讲课而设计，灵活性很差，师生的交流被空间及桌椅所束缚，学生的活动范围受限，没有考虑进行教与学的教师和学生的诉求，未能充分支持协作学习，被动的抄笔记式设计，而不是常见的交流模式。现在的教室存在阻碍学习的问题，无法满足学生及教师的互动性需求。传统的教室照明控制基本采用面板开关控制，黑板照明开关设在黑板处，教室照明控制分组控制，分组不仅要考虑采光的影响，还要考虑对投影的影响，例如：图1中的分组是把教室内的灯具，按距离采光侧窗的远近分为5组，装设5个开关。对1～5组中的每组灯具均可单独控制，以实现上述的人工照明对天然采光变化的恒定调节功能。

图1 单侧采光照明控制分组示意Fig.1 Assignment of unilateral daylighting control

图1中，如果考虑对投影幕的影响，把4、5两组的灯具再前后分组控制，更为合理，这样除黑板照明外，还需要7个开关控制，其灵活性仍然不足。

智慧教室是把学校的传统教室解放为移动的开放的教室形态，把老师从固定的讲台位置解放出来，把老师从传统的“粉笔+黑板”或者是“PPT+幕布”的形态中解放出来，充分实现教与学的互动。学生在课堂上能听、能看，更能参与体验，整个课堂气氛活跃，让知识易于理解。

智慧教室模型的构成的基本要素可以采用“4+1”模式，即物理空间下的空间陈设、物理环境、技术支持、资源加上一个虚拟学习空间。现代信息技术应用包括多媒体技术、云计算技术、物联网技术、大数据分析技术、图像识别分析技术。智慧教室模型要素见图2，智慧教室模型见图3。

图2 智慧教室模型要素Fig.2 Elements of smart classroom model

图3 智慧教室模型Fig.3 Smart classroom model

从上述教室模型的变化可看出，课桌是经常变化的，照明不仅要满足学生看书、写字、绘画等要求，保证视觉目标水平和垂直照度要求，还要满足学生之间面对面交流的要求。智慧教室照明控制可以采用智能控制方式，可以采用人员感应、照度补偿、调光或分组控制，条件允许时，可以采用单灯单控方式。目前，LED用于教室照明已经较为成熟，控制方式更为灵活多样。图4为总线回路控制示意。

图4 总线回路控制示意Fig.4 Bus loop control

LED照明的低压、直流特点，使得照明采用以太网供电POE(Power Over Ethernet)成为可能，这种利用现存标准以太网传输电缆同时传送数据和电功率的方式，不仅提高了照明的安全性，还为照明的智能控制提供了极大的便利，做到单灯控制。图5为POE供电的照明控制示意，每间教室特别适合直流供电，网络化控制，与智慧校园网络相融合。

图5 POE供电的照明控制示意Fig.5 Lighting control powered by POE

1.2公共区域的照明控制

公共区域照明控制，适合采用人员探测加光照补偿，目前，已有走廊型人员感应探测器，一个探头可探测宽3 m长20 m的矩形区域，为长走廊的自动控制提供了便利。

2 图书馆的照明控制

图书馆照明的重点是做好阅览室和书库的照明。图书馆内的公用照明与工作(办公)区照明宜分开配电和控制。图书馆内大空间区域较多，采用智能集中控制既方便，又有利于节能，一般采用总线回路控制方式。

书库书架之间的行道照明应采用专用灯具，并设单独开关控制。开架书库设有研究厢时，应在研究厢处增设局部照明及就地控制。

现代化的图书馆，书库与阅览越来越趋向在一个空间内，取书自助服务。一般在建筑靠外墙有窗的部位设置阅览桌，阅览部分还可充分利用自然光，在建筑中心部位设置书库，书库与阅览的照明要求和照度值是不同的，而为了建筑空间的美观，又希望顶棚布灯要整齐，照明设计要充分与建筑师协商，在书架部分和阅览部分采用不同数量的光源和不同配光的灯具，而外形上可以相似。为节能，书架部分宜采用图6所示的照明及控制方式，可以在书架端控制，也可以采用人员感应探测控制，阅览桌可增加局部照明，就地控制。图7是书库与阅览混合形式，顶部基础照明可以选取较低的照度水平，阅览和书库基础照明应分回路配电和集中控制，书架灯具人员感应控制，阅览桌照明就地控制。

图6 书库书架照明及控制Fig.6 Stack bookshelf lighting and control

图7 书库与阅览混合形式Fig.7 The mixing way of library and reading room

3 校园园区的照明控制

智慧路灯、庭院灯在校园内的应用优势明显，灯杆可以综合安防摄像、报警、广播、显示、wifi等功能， LED路灯系统通过集成与拓展应用，组成了校园的“天然”传感与传输网络系统-智慧灯联网，是智慧校园需要一个信息采集、信息发布、信息传输的载体。智慧路灯使得智慧校园有线和无线网络全覆盖更易实现。图8是智慧庭院灯的基本功能示意，图9是典型智慧庭院灯网络结构示意。

图8 智慧庭院灯的基本功能Fig.8 Basic function of smart courtyard lamp

图9 典型智慧庭院灯网络结构示意Fig.9 Network construction of typical smart courtyard lamp

4 结语

“智慧校园”是校园管理和教学水平逐步提升的体现，是教育现代化发展的必然趋势。建设“智慧校园”的重要目的，是通过利用物联网、云计算和虚拟化等新技术，改变学校、学生、家长和校园资源相互交互方式。 将学校的安全、教务、校园资源和感知应用系统有效整合，以提高应用交互的明确性、灵活性和响应速度，智慧照明在智慧校园建设中是一个重要载体，从建筑公共区域、教室、图书馆阅览室、书库等室内场所，到校园路灯、庭院灯，照明控制的网络化是一个必然趋势。

[1] 教育信息化十年发展规划(2011—2020年).教育部，2012.

[2] 教育信息化“十三五”规划.教育部，2016.

[3] 教育建筑电气设计规范：JGJ 310—2013.

[4] 智能建筑设计标准：GB 50314—2015.

[5] 照明设计手册.第三版.北京：中国电力出版社，2016.

OverviewofSmartCampusLightingControl

XU Hua, GUO Hongyan, LIU Lihong
(ArchitecturalDesign&ResearchInstituteofTsinghuaUniversityCo.,LTD,Beijing100084，China)

Combining with the development of smart campus, the lighting control and the traditional lighting control in the campus typical buildings including teaching building, library and campus was compared in the paper. Then, the trend of lighting control in the smart campus was presented.

smart campus; lighting control; education information

TM923

A

10.3969j.issn.1004-440X.2017.05.001