智慧城市背景下智慧照明灯具的设计探讨

（北京工业大学城市照明规划设计研究所，北京 100022）

智慧城市的概念自从提出一直被看作是城市发展的未来，智慧照明是智慧城市的重要组成部分，也是智慧应用领域的热点之一，随着科学技术的进步，智慧照明被赋予了更多的内涵[1]。从智慧照明发展的角度来看，迫切需要对现有照明系统改造升级，以实现节能减排的目标。

1 智慧灯具的相关概念

智慧照明作为智慧城市的重要组成部分，它是应用城市传感网、电力载波技术等将城市中路灯联系起来，形成“物联网”，并利用信息处理技术对海量感知信息进行处理和分析，对包括民生、环境、公共安全等在内的各种需求做出智能化响应和智能化决策支持，使得城市生活照明达到“智慧”状态。对于智慧照明，载体的设计非常重要，这不仅代表着城市发展的脚步和进程，也有利于实现最新物联网体系的完善和进步，本文研究的智慧灯具指的是为智慧城市服务的照明设计需求的灯具。

2 智慧灯具的设计痛点

目前智慧灯具的应用主要是在于智慧灯杆的设计应用，这几年随着智慧照明的兴起，许多智慧灯杆企业应运而生，从而也带来了不少灯杆落地面临的实际问题。在硬件技术设计方面，目前流行的一体化固定式设计方式就存在很多技术痛点，本文主要探讨搭载功能设备的排布规划问题。与传统路灯杆设计相比，智慧灯杆的设计主要区别在于功能设备的多样化，而目前灯杆在硬件方面仍存在一种功能堆砌的处理方式，缺乏一个宏观系统的科学设计方法。笔者作为一名建筑专业出身的研究者，试图从建筑学的角度对智慧路灯杆设计方式的研究提供一些启发。

3 建筑设计对灯具设计的启发

3.1 建筑和灯具的可参考性

建筑和灯具都是对于立体空间的设计，具体联系可以从设计思维和设计元素两方面分析。

其一，建筑很重要的一个设计前提就是建立系统的设计思维，因为建筑设计本身就是一个大系统，它包含环境、功能、形式、技术等各个子系统，而这些子系统又分别由更小的分系统组成[2]。设计者在设计智慧灯具时，同建筑一样，可运用系统论的方法思考问题，辩证地处理灯具与使用环境、功能与结构、结构与技术等之间的关系。其二，创新性思维，建筑设计是一种创作活动，为此，设计者必须善于运用创造性思维方法，谋求发现建筑创造性思维活动的某些规律和方法，从而促成设计者创造潜能的发挥，灯具设计亦是如此。笔者试着对灯具和建筑的部分设计元素进行比较（表1）。

表1 灯具元素与建筑元素的比较

通过表1，不难发现灯具与建筑诸元素之间存在惊人的相似性，几乎可以一一对应。综合以上几点，可以基本判断，建筑一贯综合系统的设计方法可以为智慧路灯杆的功能整合问题提供一些解决思路。

3.2 解决思路

针对前文提出的痛点，本文将从建筑设计理论出发，结合智慧灯具的设备参数需求，分3步寻求对应的解决思路。

（1）空间分类。为了借助建筑设计理论解决灯具设计问题，首先在空间上将灯具用建筑的逻辑[3]分成三大类：功能设备空间、辅助设备空间和设备连接空间。其中，功能设备空间对应建筑的职能型功能空间，是建筑的主体功能最直接的作用场所；辅助设备空间对应建筑的辅助型功能空间，指那些基本不直接参与建筑主体功能的实现的空间；设备连接空间对应建筑的公共型功能空间，主要是指在建筑中起交通集散作用的空间。

（2）设备分类和组合方式。智慧灯具设备的排布规划问题，对应建筑指的是不同功能空间的布局问题。因此，参考建筑的划分依据，按照重要程度将灯具设备分为主要功能设备（智能照明、监控摄像机、通信基站、信息发布屏）和辅助功能设备（集成传感器、无线局域网、RFID识别设备、充电桩），为下一步的具体排布方式奠定基础。其中关于设备重要程度的划分依据主要参考《深圳市多功能杆智能系统技术与工程建设规范》中多功能杆应用场景及可配置功能的相关内容。

参照建筑平面的不同组合方式可以对灯具的功能设备进行进一步的区分。建筑平面的组合方式主要分为6种，走廊式组合、套间式组合、大厅式组合、单元式组合、庭院式组合、混合式组合。根据灯具功能设备的特点可参考建筑平面单元式组合方式，将功能设备分为不同的模块处理，主要分6个模块：照明模块、监控模块、通信模块、传感模块、信息模块和新能源模块。优点在于：①能提高设备标准化，节省设计工作量，简化施工；②功能设备分区明确，布置紧凑，单元与单元之间相对独立，互不干扰；③布局灵活，能适应不同的配置要求，形成多种不同组合形式。

（3）功能设备的排布。依照前文对智慧灯具的功能设备进行不同等级的分类之后，设计师还需要结合每项具体功能设备的硬件参数要求设计（表2）。

表2 功能设备参数要求（体积为参考值）

本文由于篇幅原因没有对每项功能设备进行深入讨论，但在设计过程中设计师还应当同时考虑每项设备的相关规范要求和布设要求。

另外，于2019年10月13日正式实施的《多功能路灯技术规范》中，明确表明杆高尺寸通常划分为4、6、8、10、12、15、20 m等。因此，对于高度条件较低的4～6 m高灯杆（通常布设在商业步行街、公园、小区、人行道等道路），模块的排布高度问题应按照高度限制进行逻辑性的对应下调，其中主要分歧模块集中在照明模块和通信基站的建设。

4 结语

近年来，我国城镇化进程不断推进，国家对城镇化建设的投入也在继续加大，作为城市公共市政建设的一部分，城市道路照明等基础设施建设将持续投入。智慧照明的未来发展空间巨大，现有路灯的智能化改造势在必行，智慧照明还将推出新的建设模式和技术方式。本文以建筑设计理论为研究基础，针对目前智慧灯具一体化设计方式出现的设计痛点进行了研究分析，得出了智慧灯具功能设备排布方法的设计思路，以期为行业工作者的设计提供一定的参考和帮助。