基于形态仿生理论的地域性智慧路灯设计

摘要：为了地域性智慧路灯更加符合用户使用心理，增加产品辨识度，增强地域风貌。使用形态仿生理论下的地域性智慧路灯设计应用，是将形态仿生理论运用于路灯的设计之中，将设计出更具识别性、地域性与装饰性的智慧路灯。近些年，随着智慧城市的不断发展，在智慧城市背景下智慧路灯的发展也是突飞猛进，5G技术、物联网、工业互联网的大力发展背景下，智慧路灯已成为智慧城市建设的重要组成部分。充分考虑到城市之间的差异性与地域性，从而设计出符合城市地域风貌的创意性智慧路灯产品，增加产品竞争力。运用形态仿生设计手法设计智慧路灯，体现城市精神文明风貌，彰显城市地域风貌，强化智慧城市治理效率、加快智慧城市建设的步伐。

关键词：智慧路灯；产品语意；形态仿生；地域性；路灯设计

中图分类号：TB472 文献标识码：A

文章编号：1003-0069（2024）13-0111-03

引言

智慧路灯是城市发展与建设过程中至关重要的一环，在形态仿生理论下进行设计，再根据地域之间的差异进行设计，智慧路灯是城市公共设施的重要体现。城市形象在智慧城市的整体建设当中有着重要作用，发展城市公共形象是符合智慧城市建设需要。那么，智慧路灯是集多种功能于一身，其重要程度不言而喻，同时也被赋予了更多的城市公共事务管理的功能。增强城市文化的辨识度与城市的整体风貌的同时，也促进了用户与城市情境共融。提高智慧城市建设与管理效率，更好地服务社会与大众。在智慧城市的整体建设当中，智慧路灯解决了诸多城市治理的问题，智慧路灯展现了城市的精神文化风貌，将地域的文化特色充分合理地展现。在智慧城市建设的背景下，以智慧路灯为设计载体，结合实例进行地域文化元素的应用与设计方法的研究，地域文化在智慧路灯中合理地运用。运用形态仿生的设计手法，将仿生设计方法应用于路灯设计，使灯具更具情趣性、装饰性，使灯具更加满足不同的使用场景。运用形态仿生进行设计，将地域间的文化、风俗、地理风貌等不同元素进行有机整合，再将智慧路灯作为设计切入点，将二者有机结合，从而达到城市智慧路灯与地域间文化特征的有机体现，促进智慧城市与智慧路灯的有效发展。

一、相关理论概述

（一）形态仿生理论

仿生设计涵盖的学科领域广泛，综合了工程学、生态学、设计学、仿生学、心理学等相关学科的概念和研究成果[1]。形态仿生设计主要研究的是生物体和自然界物质存在的外部形态及其象征寓意，通过相应的艺术处理手法将之应用于设计之中[2]。产品形态仿生是将模仿对象个性与特征融入产品的外观造型当中，是指在自然界中客观存在的事物，其中包括动物植物、自然风貌、山川河流等。通过分析模仿外观形态和语意象征，运用简化、归纳、夸张、概括、隐喻等设计手段将其特征融入产品外观造型当中。通过产品与仿生模仿的对象进行形象关联，在外观造型与产品内涵上进行内外关联。形态仿生设计一方面要注重产品外观形态，另一方面更要注重产品语意内涵，利用形态仿生设计手法将产品设计到形神兼备、内外统一的程度。

随着人们的消费观趋于个性化、定制化和高端化，仿生设计可以让产品更易于情感联结，激发设计师想象力，丰富产品寓意，增强产品感染力[3]。在设计过程中形态仿生不是简单地进行外观的模仿与复制，而是进行再加工。设计师通过对自然界的感受与领悟，充分感受到自然界万物众生的精神特征与生命内涵，通过设计师的有机转化和合理创造，从而设计出满足用户需求与符合市场情况的形态仿生产品。

（二）地域性理论相关概述

地域文化是中华民族的宝贵财富，从人类学意义上讲，地域文化主要指在一定空间范围内特定人群的行为模式和思维模式的总和[4]。地域文化是一个地区文化的综合体现，组成地域文化的因数有很多，包括人物、环境、人文历史、又或者是经济、政治、文化等因素。地域性设计是基于叙事理论的角度来衍生出来，通过对地域的语境语意、叙事理论、地域性研究得以总结得出。地域之间存在的文化、人文、思想汇聚成为此地区较为独特的风貌。通过对语意与叙事角度出发，将该城市的人物故事情节紧紧联合在一起。将故事、情节都融入该产品的设计过程当中，对故事情节进行有机结合。

二、智慧路灯相关概述

（一）智慧路灯组成部分

智慧路灯是集照明灯杆、交通监控、安防监控、通信基站、智能充电、信息发布等多种功能的设施，在智慧城市建设中智慧路灯是其信息互联互通的重要接入口，如图1 所示。提高了整体资源的利用效率、减少不必要的城市建设。智慧路灯通过融合多种城市设施功能，实现了资源的高效使用、降低了城市建设的成本，加快了城市综合治理的效率，促进了城市的发展。智能路灯是我国城市智能化建设中的一项重要内容。

智慧灯杆的投入实现了道路整治的多杆合一，可节省投资维护成本，美化城市环境，提高市政管理部门的效率，在统一市政管理平台上，对智慧路灯、平安城市、智慧停车、信息发布、环境监测、充电桩等功能实行统一管理[5]。在智慧城市的建设当中，智慧路灯是智慧城市建设成果的重要体现之一，也是其在建设过程当中重要的成果之一。智慧城市与智慧路灯二者相辅相成，智慧路灯是智慧城市发展的重要载体，智慧城市发展的同时，也要求着智慧路灯需要不断发展，如图1。

（二）智慧路灯发展历程

自从1993 年起，智慧城市的理念开始兴起，在智慧城市背景下智慧路灯得以发展。直至2015 年，智慧路灯在真正意义上出现是在美国。在我国智慧城市的理念始于2016 年，智慧路灯开始落地使用。智慧路灯技术在2017 ～ 2018 年发展慢慢成熟。由于在管理、运营、盈利、服务等模式不完善，在实际使用过程中受到了一定的影响。随着5G 商用时代的到来，智慧路灯也有了迅速的发展。在此基础下，智慧路灯成为智慧城市的重要一环，智慧路灯搭载小型基站、边缘计算机网关、充电桩、监控设备、LED 显示屏等多种设备，具备云计算、人工智能、物联网等多种技术。同时，路灯也被赋予了景观性、艺术性，不少成为城市文化名片之一。综上所述，智慧路灯的发展历程是一个从照明功能逐步发展为智慧城市入口的过程，也是技术和城市发展相互促进的结果。

（三）智慧路灯理念现状

智慧路灯中的绿色环保技术具体包括，节能绿色照明、可再生能源供电、环保材料。首先，传统路灯耗能大、寿命短，而智慧路灯杆采用LED 绿色光源，具有能效高、寿命长等优点。相比传统路灯，智慧路灯杆可以降低大约40% 以上的能源消耗。其次，智慧路灯杆采用了本地可再生能源供电，如太阳能供电系统，减少对传统能源的依赖。最后，智慧路灯杆采用了可降解材料和可回收材料来制造，降低了对环境的影响。这些措施使得智慧路灯杆成为建设绿色城市的重要一环，为城市的可持续发展做出了突出贡献。同时，智慧路灯的绿色环保特点主要体现在可再生能源供电、环保材料、节能照明技术和智能控制系统等多个方面，为城市的可持续发展做出了积极贡献。

（四）智慧路灯技术构成

智慧路灯的技术构成主要包括，智能停车、智慧照明、智慧安防、无线通讯技术、智慧环保、智能充电、WIFI 网络等方面。1. 智慧路灯单灯节能管理系统，可实现远程检测、在线管理、自动开关灯等功能。2. 智能停车运营管理系统，提供智能化停车服务。3.5G 微基站覆盖，为智慧路灯提供高效的无线通信解决方案。4. 智慧路灯的摄像头可实现一键报警、可视弹窗等功能，提高公共安全水平。5. 智慧路灯可搭载智能垃圾桶，促进垃圾分类和环保意识的普及。6. 智慧路灯可提供无线网络，为市民提供便捷的上网服务。7. 智慧路灯可搭载汽车充电桩，助力新能源汽车基础设施建设。总的来说，智慧路灯的技术相互融合，共同构成了智慧路灯这一综合性解决方案。

（五）智慧路灯设计意义

在智慧城市建设的背景下，以智慧路灯为设计载体，结合实例进行地域文化元素的应用与设计方法的研究，希望可以提高人们对地域文化元素传承、应用、发展的重视，同时希望可以完善智慧城市中智慧路灯的设计[6]。在智慧城市的整体建设当中，智慧路灯解决了诸多城市治理的问题，智慧路灯展现了城市的精神文化风貌，将地域的文化特色充分合理地展现。通过分析智慧路灯的形态语意，将智慧路灯外观仿生形态与城市精神文化内核进行有机结合，有效地增强了城市文化辨识度与整体风貌。针对受众群体对于审美因素的需求，将道路产品设计出极具地域特色与设计美感的产品是必不可少的体现。通过对传统题材与当地地域文化结合设计出具有地域特征的智慧路灯，通过对道路灯具的形态语义分析将其个性化极大地体现出来。力求将智慧路灯成为智慧城市建设中重要的部分之一，将智慧路灯作为魅力城市的窗口来进行设计，促进了用户与城市情境共融。将城市地域文化特点提炼转化，将该地区的文化元素融入路灯与智慧路灯的设计当中，将城市缺少与用户沟通的问题，用智慧路灯作为沟通的桥梁。

三、地域性智慧路灯设计存在问题

（一）智慧路灯与城市风貌关联缺失

智慧路灯存在的问题是设计风貌与同一城市的精神文化相割裂，从而导致了该城市的精神风貌与其他城市的智慧路灯大相径庭。整体城市的风貌与语意不相契合，导致了在智慧城市建设中，缺少协调整体与局部间的关系，出现了各自为政的状态。将智慧路灯设计出不但具有地域性形态，而且契合该城市的智慧城市建设的一款路灯十分重要。在城市精神风貌的体现过程中智慧路灯的布局与设计是十分重要的，在城市运作与生产生活中昼夜的区分，城市24 小时的进展当中对于昼夜的区分，城市路灯都扮演着十分重要的角色，在功能上分析，白天当中路灯不在用作照明角色时，其外观造型与智慧组件都是要彰显一个城市精神风貌的过程，当夜晚来临之时，路灯最重要的功能之一照明部分就体现出来了，所以说一个城市路灯不单单是一个简单功能体那么简单，同时也是一个城市重要的精神风貌体现。

（二）城市地域性特征凸显不足

地域文化是一定地域范围内所有地域特征、风土人情及历史积淀形成的文化总称[7]。在实际调研中发现智慧路灯问题是千篇一律的常规形态，智慧路灯大部分缺失形态创意研究，导致精神内涵难以体现。把智慧路灯设计提炼出具有丰富精神内涵的产品，在根据产品地域产品、形态造型、色彩、材质及功能性语意指向性设计出具备该城市精神文化内核的产品，也应该处处彰显出独特的设计美学，在具有独特的地域风貌元素融入其中，将功能性与美感度深度结合。在整体和韵律之间需要全局把控，控制智慧路灯间隔数目与排列数目，根据不同车道进行不同排列形式。兼顾智慧路灯的功能形态与产品语境，设计出具有设计美感的智慧路灯产品。在整体节奏与韵律之间进行把控，把握整体产品调性、局部和整体、主角和配角、对称和均衡之间的关系。

（三）智慧路灯地域性特征模糊

地域文化对于分析地域人群的生活秩序、了解中华文化的精神实质、民族风俗的传承、中华文化的复兴具有重要意义[8]。将地域文化特色与智慧路灯之间充分融合，智慧路灯会根据道路情况来设定具体的放置安排，根据道路属性来进行不同规格的智慧路灯规格放置，根据人流量及车流量来安排具体道路的路灯排布。当下传统路灯劣势是在智能化方面的不配套，缺失了重要的智能化、信息化的智能组件，这明显与智能时代信息化时代严重的脱节，推行与智慧城市所配套的智慧路灯势在必行。现有常规道路灯具的规格形态不统一，整体缺乏统一的设计语言，在道路与道路之间衔接不畅，功能较少且单一、形态缺失也是现有路灯的主要问题。

四、形态仿生理论下地域性智慧路灯的设计方案

（一）设计定位

基于形态仿生理论下的地域性智慧路灯设计，该项目背景为湖南省桃江县智慧路灯设计。湖南省桃江县位于湖南中部偏北，资水中下游，总面积2068 平方公里。该县于1951 年7 月从益阳县析置而来，下辖13 个镇、1 个乡、1 个民族乡。2022 年，桃江县的总人口达到85.65 万人，其中常住人口为67.52 万人。近些年来，桃江县将竹子作为媒介，打造国家级非物质文化遗产基地，该基地名为“小郁竹艺”。同时，还建立了湖南省第一座以“竹子”为主题的中国（桃江）竹文化博览馆，创建了相关景区，如桃花江竹海、安宁竹谷。

根据形态仿生理论，将桃江县具有特色的地域文化元素形态提炼简化，运用形态仿生的设计手法将其概括化、抽象化。湖南省桃江县智慧路灯设计伊始，通过客户提供的桃江县相关资料素材，此款智慧路灯为12 米道路灯具，需要设计制作出单臂、双臂、高低臂智慧路灯。湖南省桃江县在智慧城市建设过程中，智慧路灯方案要求设计一款道路路灯，灯高为12 米智慧路灯灯型。需要将桃花与竹子主题融入设计方案当中，设计出符合客户需求且符合实际道路灯具的产品出来。在满足产品的基本功能和产品的基本外观上，设计师还应考虑产品自身带给用户的情感体验，将情感与产品项目相融合能够赋予产品新的内涵，使产品不仅仅是商品，用户能够在使用以及心理感受上都得到极大满足[9]。

（二）设计思路

1. 仿生形态的造型提炼

对桃江县的桃花与竹子的局部特征做出提炼、抽象与简化，并最终形成产品的造型，同时运用移情、联想、组合等方式进行抽象化提炼与处理。将提炼过的桃花竹子元素应用于该款智慧路灯当中。这种设计手法可以使得用户产生情感共融，与用户心理与生理上产生情感呼应，从而实现该款智慧路灯的设计意义。经过对前期的设计分析，湖南省桃江县的“竹子”与“桃花”的分析归纳，在控制开发成本的前提下，将桃花与竹子进行扁平化处理，高度概括出其平面的造型。采取竹子最具备特征的一部分，通过分析竹节、竹叶、竹笋等特征，选取一部分竹节和两片竹叶作为此次形态造型的特点部位进行设计。桃花的单叶是互生的，形状为椭圆状披针形，先端长尖，边缘有粗锯齿。桃花的花序是单生的，花色有白、粉红、红等，也有重瓣或半重瓣之分。将桃花形态造型高度归纳提炼，将二者进行有机的结合，生成出该款智慧路灯的外观形态，如图2。

对于形态方式是将自然界的生物与动物形象进行模仿，使得产品与自然界的生物动物形态上相似，使得产品在外观造型上与自然界生物动物相似。将桃江县特色文化元素“竹子”“桃花”进行提炼归纳，将原本复杂的自然形态元素进行人为的有机提炼简化。在保证其必要的功能形态下，智慧路灯上还要体现除功能模块以外的文化功能载体。通过对传统题材与当地地域文化结合，设计出具有地域特征的智慧路灯。设计要求将桃花和竹子与智慧路灯进行有机结合。在保证路灯功能形态的同时，还要保证当地特色文化元素桃花与竹子得以体现。通过分析桃花与竹子的仿生形态，将传统桃花花瓣形象高度概括，将复杂的花瓣形态高度凝练意象成5 朵花瓣的形象，将竹子的竹节、竹叶特征提炼出具备路灯功能形态的部件。将智慧路灯支臂设计成具备竹子形态与桃花形态，主光源灯臂为伸展的曲线形态，灯臂与灯杆连接处用桃花作为连接，通过以上分析设计出一款智慧路灯产品，如图3。

2. 仿生形态的设计方案

对于形态方式是研究自然界生物与动物外观形体与形态语意，通过设计师将其艺术化处理，设计成造型干练抽象简单的符号元素。该款路灯采用型材类型作为制作原料，使用型材类型材料使得该款路灯开发成本较低，保证了路灯开发用料成本，也满足了设计需求。设计方案将3朵桃花作为主要视觉中心，以中间一朵桃花作为主体放大，左右两端小桃花顺延一条支臂连接到主体灯头部分。灯头整体态势呈现出曲线美感，将3 朵桃花中间作为辅助灯，其辅助灯造型为部分竹节效果。整体外观效果简练大方，符合主题路灯设计需求的同时又满足了制作成本的需求，通过以上分析设计出一款主题类型智慧路灯产品，如图4。

3. 仿生形态的设计制作

智慧路灯的制作过程包括以下步骤：设计规划、准备材料设备、基础施工、电缆布线、设备安装、调试测试、运维管理。庭院灯的安装工艺步骤：基座浇筑、灯具安装、配接引下线、试灯。通过金属切割、拼焊等制作工艺制作出智慧路灯产品，如图5。

4. 仿生形态的设计评价

在传统题材与自然题材的背景下，如何将传统题材焕发生机是此次设计的重要议题。在对于智慧路灯的功能部分与形态语意分析，对于地域性路灯而言，主要针对不同地域区域之间的分析对比，再根据不同设计要求来分析对比，从而设计出针对地域特征的符合城市气质的城市路灯产品。将地域文化元素以一种全新的方式展现给大众，借鉴西方后现代主义设计手法。后现代主义设计就是对生活表现出强烈的热爱，不仅在艺术体制方面思考问题，还上升到人类的历史、政治、种族文化等方面，以地域文化结合现代科学技术进行创新，将文化传统换一种面貌继续发扬光大。[10] 桃江县主题智慧路灯的设计与开发，是运用形态仿生的手法进行设计制作，在保证功能与外观的美观程度上，将地域文化元素进行有机结合，从而使该款智慧路灯得以符合其地域风貌，在有机结合下焕发新生。

结语

灯具作为人们日常生活中不可或缺的照明工具，不仅只有照明功能这一个物质需求的体现，而且有越来越多的审美性趣味性服务性等情感化需求的体现[11]。将地域文化特征彰显出来，通过智慧路灯作为媒介将地域文化得以承载。通过智慧路灯产品将地域文化进行宣传，发挥出智慧路灯的文化传播作用。在注重节能、环保、绿色、高效的方面要积极合理地融入现代技术与用户的切身需求，做到真正地满足城市发展与用户需求的产品。在外观上，形态仿生创意贯穿始终，在精神上力求与用户主体产生共情。将城市风貌高度展现，将城市形象极力弘扬。充分调节好智慧路灯的整体与局部，将细节之处用设计的手法充分体现推敲完善，在保障路灯的整体设计的情况下，需要为生产、为生活带来实际便利。在合理规划智慧路灯的实际价值之后，彰显出地域文化特征之后，更需要满足城市的发展，使得用户幸福感不断提升，助力智慧城市的高效发展。

基金项目：昆明理工大学2024年研究生课程思政案例建设项目（109920240107），昆明理工大学校人培项目（KKZ3202155008）

参考文献

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