城市道路智慧灯杆系统的设计

熊艳霞

（中国城市建设研究院有限公司，武汉 430040）

1 引言

随着城市化进程的加快，道路杆件设施的数量日益增加，其中暴露的问题也日渐突出，为了规范城市道路各类杆件及标识设置，集约利用城市公共空间资源，提升城市的品质，推进城市精细化管理，本文对城市道路中智慧灯杆系统的设计进行简要阐述。

2 概述

智慧灯杆是以道路照明灯杆为载体，整合道路上的公安监控杆、通信杆、交通信号杆、交通标识牌等为一体的综合杆。同时，根据工程需要，还可以拓展WiFi基站、视频监控、LED展示屏、环境监测、紧急呼叫、一键报警、充电插口、充电桩等应用。智慧灯杆通过运营管理后台系统进行远程监测、控制、管理等网络通信和信息化服务的多功能道路灯杆。

武汉某大街亮点片区综合整治工程子项主要工程内容包括新建智慧灯杆系统、整合和更新交管、公安设施，本工程道路全长3 km。

本工程智慧灯杆系统设计主要包括：智慧灯杆杆体、综合机箱、综合机房、供电系统、通信系统、信息采集系统以及配套管道等。

3 智慧灯杆系统设计

进行本工程设计时与业主沟通，工程智慧灯杆挂载设备及设施包括道路照明、交通标志、路名牌、智能交通、视频采集、导向牌、指示牌、电子警察、充电桩、LED信息发布屏、预留5G接口等，杆挂载设备沿智慧灯杆杆体竖向分层布置（见图1）。

图1 智慧灯杆竖向布置

3.1 智慧灯杆杆体

智慧灯杆杆体由基础、杆身、灯杆悬臂等组成，作为挂载设备的安装载体。

本工程智慧灯杆杆体材料采用Q345及以上强度的低合金高强度结构钢，智慧灯杆各类绝缘件必须能够耐潮、耐污、耐热，覆盖、支承或包裹导电部分或带电部分的绝缘件不得由于受热等影响致使其安全性降低。智慧灯杆由于功能扩展需要预留接口处须采取可靠的防雨水进入杆体的措施。智慧灯杆设计时除考虑现有挂载设备荷载外，还需考虑终期可能挂载的设备荷载。

本工程根据挂载的设备及设施设计了3种类型的智慧灯杆。智慧灯杆分类如下：

1）A型智慧灯杆：挂载道路照明、视频监控、交通组合牌、小型交通标识牌、杆体一体化充电桩、智慧灯杆。适用于城市道路沿线。

2）B型智慧灯杆：挂载道路照明、双悬臂标志牌的智慧灯杆。适用于道路十字路口、道路节点处。

3）C型智慧灯杆：挂载道路照明、8~15 m臂长的电子警察及视频监控的智慧灯杆。适用于大型道路十字路口处。

3.2 智慧灯杆造型设计

由于本工程为景观大道，对智慧灯杆有造型设计的需求，灯杆、灯臂的颜色以及造型需由业主方、路灯局、设计方和灯杆制造厂家联合确定。

3.3 智慧灯杆及照明灯具布设

智慧灯杆布设需根据道路照明灯具安装间距和市政设施点位（如交通信号灯和电子警察等）综合考虑来设计。

智慧灯杆的布设按照先路口区域，再路段区域的顺序整体设计。在道路路口搭载有照明和电子警察等设施的智慧灯杆需沿停止线往后25~30 m布设。

本工程道路级别为城市主干路，常规路段机动车道的照明功率密度限值须满足CJJ 45—2015《城市道路照明设计标准》相关规定。照明按照城市主干路标准设计，机动车道平均照度不低于30 lx（维持值），照度均匀度不小于0.4；常规段机动车道照明功率密度值不大于1.0 W/m2[1]。照明灯杆杆距原则上为30 m。

道路照明标准横断面图如图2所示。

图2 道路照明标准横断面图（1∶100）

照明采用双臂路灯双侧对称布置，间距30 m，智慧灯杆设于绿化带；机动车道光源功率为LED灯300W，灯臂长2.5 m，安装高度12 m，非机动车道及人行道光源功率为LED灯150 W，灯臂长2.5 m，安装高度12 m。

交叉口处照明较正常路段应相应提高，增设交叉口中杆灯作为补充照明，路灯杆设置于人行道内，与主干路及次干路相交时，中杆灯采用LED 3×400 W灯具为投光灯具，灯具安装高度13 m；与支路相交，采用LED 3×250 W，灯具为投光灯具，灯具安装高度13 m。

3.4 LED信息屏

本工程设计每根智慧灯杆上均配置一块P4户外全彩LED显示屏，LED显示屏尺寸为宽0.8 m、高1.6 m。LED信息屏具有同步接收、同步播放的特点，具有道路指引、路况实时播报、信息发布等功能。LED屏安装高度可根据供应商路灯造型适当微调，但LED屏底边不低于5 m。LED屏防护等级不低于IP65。当LED显示屏在路口与视频监控、电子警察安装高度有冲突时，可取消此处LED屏。

3.5 充电桩

本工程根据业主需求，在国土资源规划局和人民政府政务服务中心之间的4根智慧灯杆上挂载交流充电桩，交流充电桩集成于智慧灯杆一体化底座式综合机箱内。充电桩采用单相交流充电桩，额定输入功率为7 kW，额定输入电压为AC220 V。交流充电桩具有阻燃功能；交流充电桩设置急停开关，可通过远方通信或手动的方式紧急停止充电；交流充电桩输出侧设置短路保护、过流、漏电保护功能。箱变至充电桩的电缆采用铜芯交联聚乙烯绝缘聚氯乙烯护套电力电缆。

3.6 移动通信基站

本工程设计不包括5G微基站，只在智慧灯杆上预留5G微基站安装位。

3.7 综合机箱

本工程设计在挂载有视频监控、电子警察智慧灯杆上配置综合机箱。金属综合机箱以及相关金属构件必须可靠接地。综合机箱使用寿命应不小于20年，防护等级不低于IP55。

根据各部门对设备管理的不同要求，综合机箱采用分仓设计。综合机箱采用智能门锁，可以实现远程开关门、监测门锁状态、开关门记录追踪等功能。

综合机箱箱顶设计时要求有斜度，箱顶不应有积水的沟槽。所有箱门、顶盖、壁板为双层结构，层间敷设保温隔热材料，具有阻隔阳光辐射热的作用。箱体应进行防粘贴处理，防粘贴层采用无色透明材料。

3.8 综合机房

本工程设置一处综合机房，综合机房的设计不在本工程范围内。

综合机房的面积要求不小于20 m2，机房净高不小于2.8 m，室内外装修须满足二级耐火等级要求。

综合机房内放置服务器机柜、UPS电源、计算机、操作桌椅、各业务需求的接入设备、光缆交接设备、网络数字硬盘录像机等。

3.9 通信系统

本工程采用单模多芯光缆作为智慧灯杆杆体至室外弱电箱、综合机房接入段的光缆线路，为智慧灯杆挂载设备提供上联网络的光纤传输线路。

3.10 弱电箱

本工程设计多个弱电箱，弱电箱内设置ODF单元、汇聚交换机。弱电箱布置于室外，防护等级不低于IP55等级。原则上24根智慧灯杆设置一个弱电箱，具体可视现场具体情况调整安装位置，由于本工程景观要求高，箱体外观需做美化处理，与周围环境相协调。

3.11 供电系统

本设计按三级负荷供电，系采用10 kV市政公用电源环网供电及0.4/0.23 kV配电方式，为本次道路及相交道路提供路灯电源，供电半径不大于800 m。10 kV路灯高压外线工程由建设单位单独向供电部门申报，以路灯箱变10 kV进线电缆终端头作为设计分界。

3.12 配线选型和敷设

智慧灯杆系统的电力、通信线缆采用穿PE管埋地敷设方式。在绿化带、人行道下敷设8根φ110 mmPE管，其中4根为弱电管道，4根为强电管道。

电力电缆采用交联聚乙烯铜芯电力电缆YJV-0.6/1 kV，通信线缆采用单模多芯光缆。强弱电管线分别单独穿管敷设，电缆管敷设净距须满足规范要求。

照明供电方式采用三相四线制，灯具按ABC相别顺序接线，力求三相平衡。

电力、通信线缆敷设于人行道下不应小于0.7 m，车行道或绿化带下不应小于0.8 m，局部地段可视具体情况作相应调整。人行道及绿化带位置敷设时穿PE管，过街敷设部分、穿越慢车道部分穿镀锌钢管埋深0.8 m，在街道两侧分别设置1座检修井，便于穿线，并至少备用1根。所有智慧灯杆旁均设手孔接线井，电缆、光纤分支接线在接线手孔井内实施完成。

3.13 防雷接地保护

配电系统选用TT接地制式，智慧灯杆电气设备及可触及的金属部分均须采取防雷接地安全保护。每根智慧灯杆的杆体、悬臂、底座等所有裸露金属部件与接地装置之间有可靠的电气连接，要求其系统接地电阻R≤4Ω，施工后实测，若无法满足要求，补打人工接地极或增设纵向连接扁钢。

智慧灯杆各单相回路应单独进行控制和保护，各类设备应设有单独保护装置。单灯均需装设带30 mA剩余电流保护断路器。

4 运营管理平台

本工程对智慧灯杆系统建立统一的运营管理平台，将智慧灯杆上挂载的各类设备集成到综合机房设置的统一总平台中。本工程设置智慧路灯平台、路灯单灯控制平台及智慧路灯系统平台。本工程运营管理平台包含系统管理、告警监控、资源管理、移动端App、统计分析、管理等功能。

5 信息安全

智慧灯杆系统的信息安全等级保护的要求不低于二级。在数据传输过程中，须采用加密实现数据存储的保密性，须监测数据完整性的功能。对于LED信息发布屏采用断网离线式操作，发布的内容须经过相关主管部门的审批。

6 智能网关

本工程每根智慧灯杆配置一个智能网关，智能网关具备监控信息和汇聚业务信息的功能。监控业务包含架空智慧灯杆杆体、电源、网络、运行状态等信息。业务信息包括非裸纤传输接入的挂载设备的业务数据信息。智能网关通过光纤上联至弱电箱的汇聚交换机，再通过弱电箱上传至综合机房的核心交换机。

7 结语

本文以一条主干道智慧灯杆系统为例，描述热智慧灯杆系统设计中内容和部分注意事项，为类似项目智慧灯杆系统设计提供了参考和借鉴。