多功能智慧路灯设计研究

冯鹰扬

（广东顺德工业设计研究院（广东顺德创新设计研究院））

1 引言

多功能智慧灯杆功能包含了多个范畴，各种功能需要配套对应的模块和硬件设备，导致多功能智慧灯杆各个系统模块之间错综复杂，灯杆内部需要较大空间，线路布局庞杂。多功能智慧灯杆中的功能并非一成不变，伴随社会与科技的发展，其功能必然会有相应的增减和升级。因此，文章以多功能模块化智慧路灯为研究对象，探讨其设计思路。

2 多功能智慧路灯现状与现存问题

2.1 多功能智慧路灯的产品现状

希腊佩特雷市奥托诺斯-阿马利亚斯街在原基础路灯杆上装配智能照明调控器，能随着季节和时间的变化实现照明光强度自动调整。佩特雷市与华为使用了罗伊的LED照明系统和Flashnet的智能照明控制器，联合设计建设智慧路灯，并由德国电信集团的子公司COSMOTE融资，提供技术支持和维护服务，其电力消耗减少约70%。

在国内，华体科技设计了第三代“玉兰”灯，在智慧路灯上搭载了LED显示屏、监控摄像头、WiFi、一键报警、应急广播、智能控制USB充电等7项实用功能，推动“智慧双流”建设。

2017年全球智慧路灯市场规模达38.4亿元，其中我国的市场建设规模为7.9亿元。随着全球智慧城市建设的推进和智慧路灯的普及，预计到2022年，全球智慧路灯市场建设规模将达160亿元[1]。

多功能智慧路灯作为智慧城市中的基础设施，是智慧城市建设过程中关键的一步，重点加快智慧灯杆的研究与设计进程势在必行[2]。

2.2 多功能智慧路灯的现存问题

2.2.1 智慧路灯功能繁杂

智慧路灯已经研发和配备出数十项功能，功能的选择应与应用场景和实际需求相匹配，绝不能单方面追求功能齐全，功能集成越多，技术越复杂，不仅前期建设投入巨大，还会造成后期故障率及维护成本增多。

2.2.2 杆体内部强弱电设备安装混乱

目前，大多数智慧灯杆项目强弱电混仓走线，灯杆开启门处的接线凌乱。智慧灯杆通常在底部开启门处接线，灯杆内部湿度温度相对较高，如果防护等级达不到要求，不管是用端子排，还是插接口，久之会失效或生锈发热。

2.2.3 照明功能严重弱化

为了灯杆的美观性，很多智慧灯杆项目采用灯臂或灯具一体化设计，缺乏对智慧灯杆整体的检测和认证，不能保证照明配光质量和电气安全，照明功能被严重弱化。

2.2.4 灯杆可扩展性不够

路灯的使用期限可达20a，对其开放性和可扩展性的预先考虑是未来的必然需求，为了获取更多利益而一味追求一体化固定式设计，对智慧灯杆加上满载全功能，对以后更换或新增功能造成困难。

2.2.5 外观设计缺乏特色

智慧路灯形态各异，但大都缺乏产品的基本属性，智慧路灯既为科技的象征，也要符合路灯大众化形态和因地制宜。

3 多功能智慧路灯的意义

多功能智慧路灯应考虑不同地域的场景和范围，合理装配所需功能，还能减少智慧路灯智能化设计布局所需时间和周期，并能降低智慧路灯的成本，因此对多功能智慧路灯及其相关智能设备的研究与设计是非常重要的。目前，主要是从模块化、适用性、安全性、经济性的角度进行设计开发及优化。

4 多功能智慧路灯的设计原则

4.1 模块化原则

考虑到多功能智慧路灯在智慧城市的大范围推广铺设，不同的地区根据实际场景对所需的功能也不一样，各种功能设备需运用模块化设计，能使用菜单化选择，根据实际需要进行智慧路灯的智能化设计和规划布局[3]。

4.2 标准化原则

多功能智慧路灯需重点推进杆体内部结构和外观造型以及所有智能设备的标准化建设，打破灯杆与功能模块之间、功能模块与功能模块之间的技术壁垒，提高多功能智慧路灯的设计和生产建设效率，降低后期运维的技术难度和成本[4]。

4.3 协同化原则

多功能智慧路灯并非一个纯粹的功能集合体，它是对所收集的各种资源信息进行汇集整合的一个微型协同处理器，表现出各个功能之间“1+1＞2”的产品优势，让智慧城市中的政府部门和业务条线之间的信息能够相通联动。

4.4 适用性原则

多功能智慧路灯的底层：供电设备、网关、路由器、充电桩、多媒体交互、一键求助以及检修门等，安装高度约为2.5m。中层：道路名牌、小型标志标牌、人行信号灯、摄像头、公共广播、LED显示屏等设施，安装高度范围于2.5m到5.5m；机动车信号灯、交通视频监控、交通标志指示牌、无线局域网等，安装高度范围在5.5m～8m；气象监测、环境监测、智能照明、物联网基站等设施一般在安装在8m以上。顶层：智慧路灯顶部设置微基站等移动通信设备。

4.5 安全性原则

多功能智慧路灯的防护等级必须达到IP54以上。其抗震性能需要遵照《建筑抗震设计规范》GB 50011中的相关规定，且抗震设防烈度不低于当地建筑地震烈度设计要求。保证路灯外表的防腐性能在盐雾浓度不大于5%Nacl的环境中智慧路灯能持续有效地运作。通过有限元分析计算智慧路灯的安全系数是否满足GB 50009-2001《建筑结构荷载规范》和当地风压要求。

5 多功能智慧路灯的设计思路

5.1 设计定位

1）模块化设计

方便装卸，能实现多场景配置，方便更换灯头和增减挂载设备。

2）集成程度高

集成多种信息设备、技术创新复合应用。

3）内部结构规整

强弱电设备分仓安装走线，布局紧凑合理。

4）道路交通信号辅助

给行人和车辆提供交通警示，保障出行安全。

5）外观符合地方特色

根据地方文化添加图案，突出特色。

5.2 设计方案

5.2.1 功能设计

①模块化设计，快速装配灯头和挂载设备（见图1）；

图1 产品效果图a

②集成智慧照明、安防及道路智慧监控、微基站、信息发布、应急可视广播以及一键呼救等多种功能（见图2）；

图2 产品效果图b

③道路交通信号辅助灯光，灯杆中段的射灯投射出的光柱辅助远处行车了解红绿灯的实施状况，灯杆底部的灯条给行人提醒和警示作用（见图3）；

图3 产品情景图

④夜间道路氛围灯，打造繁华智慧城市氛围效果，照亮美化城市环境。

5.2.2 尺寸设计

根据整杆各部件的布局和内部硬件的大小，整机尺寸设计，杆体总高12m，下段是正八棱杆体，壁厚5mm，中上段由4根方杆组成，顶部有法兰盘，尺寸为400mm×400mm，用于安装固定基站，灯杆底部法兰盘尺寸为600mm×600mm，厚度为18mm，安装孔距为φ424mm。

5.2.3 造型设计

整杆外观根据佛山市顺德区陈村镇环镇东路项目进行设计，产品整体表现出工业科技感，结合兰花元素，简约且高品质。产品的模块化设计符合现代科技风，其顶部基站外罩和灯杆底座表面可通过丝印或喷漆制造出具有当地特色的图案。

5.2.4 材料工艺

材料采用低碳钢Q235Q型，通过大型折弯机一次折弯成型。杆体内外壁通过热镀锌防腐工艺处理，杆体表面使用室外用聚酯塑粉喷塑上色。

5.2.5 色彩设计

色彩上，以银灰色为主色。银灰色充满科技感，让产品的科技智慧得到完美诠释。银灰色的灯杆配上RGB可控氛围射灯，体现出智慧城市的信息快速流通。

6 结语

本文所研究的多功能智慧路灯具备模块化组装、多场景适用配置、结构稳定性强、监测系统集成度高等特征。文章通过对多功能智慧路灯进行系统分析，设计出一款贴合城市使用场景、对人们友好的多功能智慧路灯，有望加快我国智慧路灯的普及和智慧城市建设的进程，同时降低制造和维护成本。