建筑物夜景照明电气设计

王 统

（福建省新广厦工程设计研究院有限公司，福州 350014）

建筑物夜景照明在城市景观设计中扮演着重要的角色，不仅提供了城市夜间的美丽景观，还为人们创造了安全、舒适的夜间环境。夜景照明的电气设计是实现建筑物夜景效果的关键要素之一，涉及照明设备的选择、布局和控制等方面，直接影响到夜景照明效果的质量和节能性能。夜景照明电气设计是确保照明系统高效、安全和可持续运行的关键因素之一[1]。

目前，建筑物夜景照明电气设计领域已经取得了一些重要的研究成果和进展。研究人员对夜景照明的光学特性、照明设备的性能和控制系统的优化等方面进行了深入研究。一些新兴的技术和方法，如LED照明、智能控制系统和光污染控制等，已经被应用于建筑物夜景照明电气设计中，取得了显著效果。然而，当前的研究还存在一些挑战和问题。例如，如何在保证夜景照明效果的同时实现节能减排，如何解决光污染和视觉疲劳等问题，如何提高照明设备的可靠性和寿命等。因此，进一步的研究仍然是必要的，以完善建筑物夜景照明电气设计的理论和实践。

建筑物夜景照明电气设计包括线缆选型与布局、控制系统设计、传感器集成、云连接和远程管理、智能场景模式以及故障诊断和报警系统[2]。通过正确的线缆选型、智能化的控制系统和传感器技术的巧妙应用，可以实现夜景照明系统的高度自适应性，以满足不同环境条件和需求。此外，云连接和远程管理使系统维护更加便捷，故障诊断和报警系统有助于确保系统稳定运行[3]。因此，将详细介绍每个方面的设计原理和最佳实践，同时结合实际项目案例，展示建筑物夜景照明电气设计在现代城市照明中的关键作用。

1 夜景照明系统线缆选型与布局

1.1 线缆选型

夜景照明工程采用的线缆线型应尽量保持与原主体电气专业选用的非消防线缆线型一致[4]。不应刻意降低线缆耐火阻燃及燃烧性能要求。因为夜景照明工程中照明箱、驱动电源、配电线路等大都敷设在建筑物内部，个别敷设在建筑物外立面上[5]。其整个配电系统仍属于建筑物内的配电系统，不能按照室外敷设情况来选择线缆。

1.2 夜景照明配电箱至驱动电源的线缆截面选择

此段线缆截面取决于两个因素，一是应与前端保护开关整定值相匹配，二是应满足驱动的输入端压降要求。常见的夜景照明配电系统图如图1所示。

图1 夜景照明配电系统图

图1中每回路所接电源驱动的个数决定了前端小型C曲线断路器的整定电流大小。由于LED灯具的驱动电源中存在滤波电容，电容器充放电存在瞬时尖峰电流，故一般考虑启动电流为额定电流的10～12倍[6]。故应满足

式中：In为断路器整定电流，Ic为开关驱动电源的额定电流。

简单计算可知，5个350 W的驱动电源应配置至少C20的小型断路器。而小型断路器C曲线20 A整定电流决定了线缆的最小截面积为4 mm2。

2 夜景照明控制系统设计

2.1 多传感器集成

建筑物夜景照明智能自动化系统中的传感器起着至关重要的作用，充当了系统的“感知器官”，通过监测环境因素，如光强、温度、运动、声音等数据，智能控制系统的自适应功能，自动调整照明效果。

1）运动感应器（PIR传感器）。通过被动红外感应技术，PIR传感器可以检测到周围环境中的热量变化，特别是人体运动。这些传感器在建筑物周围的关键位置安装，以便检测到人员的活动。一旦运动被检测到，系统会根据预定的策略和场景自动调整照明亮度和颜色。

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2）光敏感应器（光敏电阻器或光敏二极管）。光敏感应器能感知周围环境的光强度。这些传感器用于调整照明系统的亮度水平，以确保在光线足够的情况下照明保持最低程度。在夜间或光线较暗的时候，系统会增加照明强度，以满足安全和舒适性的要求。

3）温度传感器。温度传感器用于监测环境温度。传感器可以在温度变化较大时调整照明系统，以提供更舒适的照明环境。例如，在天气较冷时，系统可以增加照明亮度来提供额外的热量。

4）环境光传感器。环境光传感器测量周围环境中的光强度和光谱分布。这些数据可用于实现自适应照明，根据日出、日落和自然光变化来调整照明效果，最大程度地模仿自然光。

传感器在建筑物夜景照明电气设计中起着重要的作用。通过集成传感器，建筑物夜景照明系统可以根据实时环境条件和需求进行智能调整，提供更高效、舒适和节能的照明效果。传感器数据可以与控制系统相结合，实现自动化调节，提升夜景照明的质量和用户体验。

2.2 控制器设计

建筑物夜景照明智能自动化系统的控制器设计包括以下关键组成部分。

1）微控制单元（MCU）。系统的核心控制单元是一款高性能的微控制器，负责接收和处理来自各种传感器的数据，实时监测环境参数，如光强、温度、运动、声音等。MCU使用嵌入式程序对系统进行决策，并生成相应的控制信号。

2）通信模块。控制器配备通信模块，通常采用Ethernet、Wi-Fi或者其他无线通信协议，以实现与云平台和远程监控的连接。应用通信模块，管理员可以远程访问系统，监控性能、更新设置并接收警报通知。

3）时钟和日历模块。为实现按时间调整照明效果的功能，系统集成了精确的时钟和日历模块，以跟踪时间、日期和季节。因此，系统可以根据日出、日落时间自动切换照明场景。

2.3 云连接和远程管理

1）云连接。云连接是建筑物夜景照明系统与云服务器实时通信的关键部分，允许管理员和系统运维人员从任何具有互联网连接的位置监控照明系统。云连接包括以下几方面：

传感器数据采集。系统中的传感器不断采集环境参数数据；数据传输。采集的数据通过本地控制器处理，并通过安全的通信协议（通常是HTTPS或MQTT）加密传输到云服务器；云服务器。云服务器位于远程数据中心，负责接收、存储和处理来自建筑物夜景照明系统的数据。

2）远程管理。云连接为远程管理提供了平台，管理员和系统运维人员可以通过Web界面或专用应用程序执行以下操作：远程监控。实时监测照明系统的性能，包括亮度、颜色、能源消耗等。这可以通过数据可视化图表、实时仪表盘和警报通知实现；远程控制。远程调整照明设置，包括亮度、颜色和场景模式。管理员可以根据需要灵活地改变照明效果；定时和计划。设置定时任务和计划，以自动调整照明，例如，根据日出和日落时间自动切换场景，或在特定时间关闭照明以节省能源；警报和故障管理。接收实时警报通知，以便及时处理故障、灯具损坏或异常情况；安全性。云连接和远程管理的关键方面之一是确保数据安全和隐私。这可以通过使用加密通信、身份验证和授权机制来实现，以确保只有授权人员能访问和控制照明系统。

2.4 智能场景模式

研究设计的建筑物夜景照明智能系统主要有4种模式：

1）正常工作模式。正常工作模式是建筑物夜景照明系统的默认模式，自动根据日出和日落时间来调整照明设置。在这种模式下，系统根据自然光线的变化智能地调整LED灯具的亮度和色温，以维持室内环境的舒适度和能源效率。这意味着在白天照明较亮的时候，系统会降低亮度和色温，而在夜晚或昏暗的环境中，会增加亮度和改变色温，以确保最佳的视觉体验。

2）活动模式。活动模式是一种手动或根据特殊活动的时间表激活的模式。在这个模式下，系统提供特殊的照明效果，如颜色的变化、闪烁、渐变等，以增强活动的氛围和吸引力。这可以用于特殊场合，如派对、庆典或演出，以创造令人难忘的照明效果。

3）安全模式。安全模式是一种手动或根据安全警报激活的模式。当安全模式激活时，系统会突出显示关键区域的照明，如紧急出口、安全通道等，以提高建筑物的安全性。这个模式可用于紧急情况或需要额外安全措施的情况，确保人员的安全。

4）节能模式。节能模式是一种手动或根据时间表激活的模式，旨在最小化照明亮度和能源消耗。在这个模式下，系统会关闭不必要的灯具，降低亮度，节省电能。

2.5 故障诊断和报警

建筑物夜景照明智能系统的故障诊断和报警通过多种传感器监测环境和设备参数。传感器采集数据，经过分析和比对，如果发现异常或超出设定范围的情况，系统将诊断潜在故障并触发报警。报警可以通过多种方式通知管理员，包括声音、灯光、电子邮件或短信。故障诊断和报警系统是保障夜景照明系统稳定运行的重要保障。智能系统中故障诊断的数据流图如图2所示。

图2 智能系统中故障诊断的数据流图

这一夜景照明控制系统方案综合运用了多传感器集成，包括运动感应器、光敏感应器、温度传感器和环境光传感器，以实现智能照明调整。控制器设计以微控制单元（MCU）为核心，具备通信模块和时钟日历模块，支持云连接和远程管理，以实现实时监控、远程控制和节能调整。此外，智能场景模式包括正常工作、活动、安全和节能模式，可根据需求自动切换照明效果。系统还提供故障诊断和报警功能，通过多传感器监测和多种通知方式，确保系统稳定性。这一综合方案旨在提供高效、舒适、安全和节能的夜景照明体验。

3 案例研究

城市文化中心夜景照明升级项目为一个典型的实际案例，展示了建筑物夜景照明电气智能系统的设计和应用。控制器设计方面，该系统采用了先进的控制器，具备亮度和颜色调节功能，通过生成PWM信号来精确控制LED灯具的亮度，并根据RGB LED的色彩模型生成各种颜色效果，可以根据不同活动的需求创造出多彩多样的照明效果。系统还配备了故障诊断和报警功能，传感器定期监测设备状态和环境条件，如果发现异常情况，系统将立即触发报警，并通过电子邮件通知维护团队，有助于快速解决问题，保证文化中心的正常运营。同时，该系统还支持云连接和远程管理，管理员可以通过智能手机或计算机远程监控和管理照明系统。其智能系统如图3所示。

图3 城市文化中心夜景照明智能系统

夜景照明电气智能系统的设计和升级，在城市文化中心建设中取得了显著成效，不仅改善了夜景效果，还提高了能源效率和系统管理的便捷性。夜间活动的吸引力得到了提升，不仅提高了市民和游客的体验，还吸引了更多的文化活动和演出，同时也节约了20%的能源开支，有助于减少环境影响。

4 结论

文章深入探讨了建筑物夜景照明电气设计的多个关键方面，强调了其在现代城市和建筑设计中的重要性。控制系统的设计和传感器集成使照明系统能更智能地适应环境和需求变化，提高了用户体验和能源利用效率。云连接和远程管理的引入为系统的监控和维护带来了更大的便利，同时故障诊断和报警系统提高了系统的可靠性和可用性。城市文化中心的成功案例展示了电气智能系统在提高夜景效果、能源效率和系统管理便捷性方面的作用，为城市的文化和艺术活动增色不少。