楊 洋，楊艷梅，駱玉潔，劉 毅，梁 崢

(中國城市規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院 城市照明規(guī)劃設(shè)計(jì)研究中心，廣東 深圳 518000)

引言

隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速發(fā)展，城市照明作為展示城市夜間形象的重要手段，受到廣泛重視。然而，城市照明建設(shè)和管理存在粗放化、無序化形勢，夜間光污染、光干擾情況日益突出，并已成為全國城市較為普遍的問題[1，2]。其重要原因之一是照明規(guī)劃未充分發(fā)揮引領(lǐng)和控制作用，對綠色節(jié)能重視不足、規(guī)劃內(nèi)容難以落地、評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)不明確，或存在片面化管控情況，亟需對綠色照明規(guī)劃內(nèi)容進(jìn)行科學(xué)規(guī)范，進(jìn)而因城施策。

綠色照明是夜間生態(tài)文明的集中表現(xiàn)。目前國內(nèi)已有學(xué)者從綠色照明規(guī)劃評估體系[3]、照明環(huán)境影響評價(jià)[4]、道路照明綠色節(jié)能[5]、綠色照明工程實(shí)施[6]、建筑室內(nèi)綠色照明評價(jià)方法[7，8]等方面展開研究，但較少有對城市綠色照明規(guī)劃內(nèi)涵的深入研究。本文結(jié)合部分市(區(qū))照明規(guī)劃項(xiàng)目，對總體規(guī)劃層面的城市綠色照明規(guī)劃進(jìn)行研究和總結(jié)，挖掘綠色照明規(guī)劃內(nèi)涵，指導(dǎo)規(guī)劃的實(shí)踐。

1 研究框架

基于“安全、舒適、節(jié)能、環(huán)保、經(jīng)濟(jì)”的理念，我們從科學(xué)管控和創(chuàng)新技術(shù)兩個(gè)方面提出綠色照明控制原則和落實(shí)措施等，最終形成合理的指標(biāo)體系，實(shí)現(xiàn)綠色照明動(dòng)態(tài)跟蹤評價(jià)。

科學(xué)管控包括功能照明控制和景觀照明指引，主要從照明質(zhì)量、照明模式、安全環(huán)保、經(jīng)濟(jì)性等角度出發(fā)，根據(jù)城市實(shí)際情況，確定功能照明剛性控制要求和景觀照明推薦控制指引。創(chuàng)新技術(shù)包括清潔能源應(yīng)用、智能照明應(yīng)用和智慧照明應(yīng)用，主要從新能源和新技術(shù)等角度出發(fā)，提升城市照明自動(dòng)化水平、主動(dòng)節(jié)能能力和管理精細(xì)性。

圖1 技術(shù)路線Fig.1 Technical route

2 科學(xué)管控

2.1 功能照明控制

1)亮(照)度控制。應(yīng)針對不同等級道路，提出亮(照)度維持值、均勻度維持值、亮燈率等照明質(zhì)量控制指標(biāo)。道路照明的重要目的是保障行人和駕駛員的夜間安全，等級越高的道路平均車速快、通行能力更強(qiáng)、駕駛員的視距更長，照明質(zhì)量要求應(yīng)越高。

亮(照)度維持值在需求和節(jié)能的約束下合理選取，避免亮度過高，突破功率密度的上限值。均勻度維持在合理值，不至引發(fā)過度視覺疲勞。由于部分燈具壞損、眩光或光衰嚴(yán)重，駕駛員因此忽視路面障礙物，易引發(fā)嚴(yán)重的交通事故，所以道路亮燈率也是重要的剛性控制指標(biāo)，故障燈具可結(jié)合智能照明控制系統(tǒng)集中統(tǒng)計(jì)，并自動(dòng)分配計(jì)劃維修。

2)眩光控制。應(yīng)針對機(jī)動(dòng)車道、非機(jī)動(dòng)車道、人行道和公共活動(dòng)空間照明，提出眩光控制措施。機(jī)動(dòng)車道應(yīng)控制眩光干擾，隨著道路等級提升，眩光控制要求應(yīng)提高，城市快速路和主干路必須采用截光型燈具，其余等級道路根據(jù)車流情況，明確眩光控制措施和指標(biāo)。非機(jī)動(dòng)車道、人行道和公共活動(dòng)空間中行人和車輛行駛速度較慢，結(jié)合場所及周邊環(huán)境氛圍合理確定眩光控制措施和指標(biāo)，盡量避免光源直射人眼和向天空漫射。

3)功率密度控制。城市照明應(yīng)執(zhí)行嚴(yán)格的功率密度控制，必須提出機(jī)動(dòng)車道功能照明功率密度標(biāo)準(zhǔn)。《城市道路照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》[9]對機(jī)動(dòng)車道功率密度有詳細(xì)的規(guī)定。規(guī)劃結(jié)合照明光源選擇、車道數(shù)量確定功率密度控制值，如廣泛采用發(fā)光二極管(LED)光源照明可適當(dāng)降低功率密度控制取值，但不得高于國標(biāo)中的限值。

2.2 景觀照明指引

1)亮度指引。應(yīng)結(jié)合城市空間結(jié)構(gòu)、用地性質(zhì)和功能分區(qū)，形成城市景觀照明亮度分區(qū)，并提出不同分區(qū)的建、構(gòu)筑物泛光照明亮度平均控制值。

建、構(gòu)筑物泛光照明亮度標(biāo)準(zhǔn)值可根據(jù)城市規(guī)模、亮度分區(qū)和建、構(gòu)筑物飾面材料等綜合選取。總體規(guī)劃層面控制的重點(diǎn)是識(shí)別城市山體、防護(hù)綠地等生態(tài)區(qū)域，限制生態(tài)區(qū)景觀照明建設(shè)，明確負(fù)面底線。對于城市商業(yè)商務(wù)區(qū)、核心區(qū)等夜間高亮度區(qū)域，考慮到地標(biāo)夜景集中塑造，預(yù)留適度彈性空間。

圖2 珠海景觀照明亮度分區(qū)圖Fig.2 Landscape lighting brightness partition of Zhuhai

《珠海市夜景景觀規(guī)劃》對珠海市景觀照明亮度分五區(qū)控制，充分平衡城市夜間活力營造與天然暗環(huán)境保護(hù)。一區(qū)為暗夜保護(hù)區(qū)，主要為山體、水體等非建設(shè)用地，禁止景觀照明，以天空光、月光和星光構(gòu)成夜景基底；二區(qū)為低環(huán)境亮度區(qū)，主要為村莊、農(nóng)林用地和濕地，平均亮度控制在10 cd/m2以內(nèi)，以自然光為基底，點(diǎn)綴人工光；三區(qū)和四區(qū)為中環(huán)境亮度區(qū)；五區(qū)為高環(huán)境亮度區(qū)，主要為商業(yè)商務(wù)等城市核心建設(shè)區(qū)(如橫琴等)，平均亮度控制在25 cd/m2以內(nèi)。

2)照明模式指引。宜根據(jù)城市(區(qū))定位、歷史文化資源等情況，對景觀照明載體進(jìn)行分類分級，并提出不同時(shí)段的照明模式指引。景觀照明模式控制可通過城市景觀智能照明控制系統(tǒng)中的分回路控制實(shí)現(xiàn)，重要景觀載體照明宜納入政府集中控制，建筑景觀照明宜設(shè)置節(jié)能模式。

《南京南部新城照明專項(xiàng)規(guī)劃》將主要照明載體分為高度地標(biāo)、文化地標(biāo)、一般載體和其他載體四類，并分別提出照明模式控制策略(如表1所示)。

3)LED顯示屏、標(biāo)識(shí)照明指引。應(yīng)根據(jù)城市不同區(qū)域用地性質(zhì)、人流量和活躍度，對LED顯示屏和廣告標(biāo)識(shí)設(shè)置進(jìn)行分區(qū)指引，提出設(shè)置形式、亮度和開關(guān)時(shí)間控制指引，明確禁止設(shè)置區(qū)。

LED顯示屏是城市照明高度敏感的設(shè)施，其設(shè)置區(qū)域、位置、朝向、亮度和動(dòng)態(tài)等必須受到嚴(yán)格控制，應(yīng)與建筑物照明統(tǒng)一，做到主次分明、整體協(xié)調(diào)，避免無序、泛濫設(shè)置。根據(jù)城市景觀照明亮度分區(qū)，確定不同環(huán)境區(qū)域、不同面積廣告標(biāo)識(shí)照明的平均亮度最大允許值，應(yīng)嚴(yán)格控制眩光和上射光通比，不宜采用裸露或直接投射的燈具。樓宇和指示標(biāo)識(shí)宜采用暖白或暖黃光，慎用紅光。除城市中心區(qū)、商業(yè)商務(wù)和文化娛樂區(qū)外，不應(yīng)設(shè)置劇烈動(dòng)態(tài)的廣告標(biāo)識(shí)照明。

《南京南部新城照明專項(xiàng)規(guī)劃》將城區(qū)分為LED顯示屏普通設(shè)置區(qū)、限制設(shè)置區(qū)和禁止設(shè)置區(qū)。普通設(shè)置區(qū)是機(jī)場跑道周邊商業(yè)商務(wù)等城市核心區(qū)，夜間背景環(huán)境亮度高，LED顯示屏能與周邊光環(huán)境較好協(xié)調(diào)。禁止設(shè)置區(qū)包括朝向居住、公共服務(wù)設(shè)施和生態(tài)的區(qū)域，LED顯示屏易對市民夜間休息和動(dòng)物棲息造成不良影響(如圖3、圖4、表2所示)。

圖3 南京南部新城LED顯示屏設(shè)置控制圖Fig.3 LED display settings control of Nanjing Southern District

圖4 南京南部新城夜景效果圖Fig.4 Nightscape presentation of Nanjing Southern District

4)重大光敏感區(qū)照明指引。應(yīng)確定城市重大光敏感區(qū)范圍和照明策略、光污染的控制范圍和標(biāo)準(zhǔn)，提出光污染的控制指引。

重大光敏感區(qū)包括自然保護(hù)區(qū)、生態(tài)涵養(yǎng)區(qū)、天文臺(tái)等，應(yīng)明確照明亮度、光色、動(dòng)態(tài)光、開關(guān)時(shí)間、上射光比例和亮度平衡[10]等，嚴(yán)格控制對生態(tài)環(huán)境的影響。規(guī)劃應(yīng)識(shí)別城市可能存在的重大光污染源，如大功率探照燈、大型媒體立面和激光燈等，從開關(guān)時(shí)間、亮度、聲音、眩光控制水平、光源閃爍度等方面提出管理措施，降低對居民和生態(tài)環(huán)境的不良影響。

表1 南京南部新城景觀照明模式控制策略Table 1 Landscape lighting mode control strategy of Nanjing Southern District

表2 南京南部新城LED顯示屏設(shè)置控制策略Table 2 LED display settings control strategy of Nanjing Southern District

《南澳街道照明規(guī)劃》對深圳西涌天文臺(tái)周邊照明提出控制指引(圖5)。西涌天文臺(tái)屬深圳市重大光敏感區(qū)，位于政策區(qū)劃規(guī)定禁止照明建設(shè)區(qū)內(nèi)。目前，西涌天文臺(tái)光干擾主要來自東西涌區(qū)域景觀照明和南面的漁船作業(yè)燈光，規(guī)劃西涌天文臺(tái)1 km半徑范圍功能照明維持低亮度，必須采用截光型燈具，禁止景觀照明建設(shè)。2 km半徑范圍功能照明必須采用截光或半截光燈具，允許商業(yè)區(qū)適度的景觀照明建設(shè)，禁止動(dòng)態(tài)光，燈具上射光通比不得超過5%。南澳街道禁止建設(shè)探照燈，規(guī)劃提出相應(yīng)的整改計(jì)劃。

圖5 深圳西涌天文臺(tái)周邊照明控制Fig.5 Lighting control around Shenzhen Sai Chung Observatory

3 創(chuàng)新技術(shù)

3.1 清潔能源應(yīng)用

應(yīng)結(jié)合城市能源規(guī)劃，分析各類清潔能源稟賦，針對城市不同區(qū)域功能屬性和環(huán)境條件，劃定清潔能源開發(fā)強(qiáng)度，明確清潔能源的應(yīng)用策略和途徑，因地制宜地推進(jìn)分布式能源和微網(wǎng)在城市照明中的應(yīng)用。

能夠直接支持城市照明的清潔能源主要包括太陽能、風(fēng)能和生物質(zhì)能等。由于光伏和風(fēng)電受天氣影響明顯，普遍存在波動(dòng)性，其應(yīng)用范圍應(yīng)結(jié)合城市(區(qū))具體條件確定，對穩(wěn)定性要求高的場所照明不采用，可采用多能互補(bǔ)或與市電互補(bǔ)方式。

對于太陽能資源稟賦優(yōu)良的區(qū)域，鼓勵(lì)構(gòu)建涵蓋LED照明、電動(dòng)汽車充電樁、儲(chǔ)能設(shè)施、小型光伏發(fā)電的街區(qū)尺度交流或交直流混合微網(wǎng)，建設(shè)具備能源雙向流動(dòng)能力的微循環(huán)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)清潔能源自發(fā)自用、余電上網(wǎng)、就近消納。

《坪山中心區(qū)城市照明詳細(xì)規(guī)劃》結(jié)合深圳市光伏資源條件，確定太陽能適度開發(fā)的基本策略，彰顯中心區(qū)深圳東北門戶、智造新城的特質(zhì)，提出坪山半月環(huán)公園“太陽能屋頂計(jì)劃”，公園內(nèi)售貨亭、公共廁所、景觀小品、文化展廊和停車棚頂部宜建設(shè)太陽能薄膜發(fā)電系統(tǒng)，因地制宜建設(shè)太陽能庭院燈和太陽能草坪燈，構(gòu)建交直流混合微網(wǎng)，發(fā)電用于公園照明及電動(dòng)汽車充電等需求(圖6)。

圖6 深圳坪山半月環(huán)公園微網(wǎng)結(jié)構(gòu)示意圖Fig.6 Schematic drawing of Shenzhen Pingshan half-moon park microgrid

3.2 智能照明應(yīng)用

宜建立城市級智能照明管理中心和區(qū)級控制分中心，明確智能照明系統(tǒng)的組成、功能，提出分區(qū)、分級和分時(shí)的節(jié)能控制策略。

隨著大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、窄寬帶物聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展，根據(jù)城市實(shí)際情況，確定智能照明管理平臺(tái)建設(shè)的必要性，劃定市、區(qū)級智能照明管理中心的功能。從功能和景觀照明角度出發(fā)，明確智能照明系統(tǒng)的組成和控制功能，針對城市不同區(qū)域的路燈、景觀燈等提出分級分時(shí)、單燈(或回路)可控、功率可調(diào)的控制策略，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)性節(jié)能降耗。相關(guān)研究成果預(yù)測，在全國范圍內(nèi)擴(kuò)大道路照明智能化控制，每年能帶來2.35%的節(jié)電率[11]。

《前海燈光環(huán)境專項(xiàng)規(guī)劃》秉承世界標(biāo)準(zhǔn)、前海特色，提出建設(shè)區(qū)級智能照明控制管理中心。在平臺(tái)建設(shè)前期，及時(shí)將已建、新建照明的控制端納入進(jìn)來，同時(shí)預(yù)留未來的控制接口。整合城市信息模型(CIM)和智能照明控制系統(tǒng)，形成新型智能照明管理控制平臺(tái)，具備城市夜景全景仿真展示和實(shí)時(shí)控制功能。具體而言，在功能照明方面，將具備經(jīng)緯時(shí)控、智能調(diào)控、全景演示、遠(yuǎn)程管理、故障檢測、主動(dòng)告警、運(yùn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析、能耗監(jiān)測、維護(hù)任務(wù)調(diào)度及資產(chǎn)管理規(guī)劃等功能。在景觀照明方面，將具備模式控制、分回路控制、分時(shí)控制、全景展示、故障診斷和報(bào)警、能耗監(jiān)測、維護(hù)任務(wù)調(diào)度及資產(chǎn)管理規(guī)劃等功能。

3.3 智慧照明應(yīng)用

宜結(jié)合城市戰(zhàn)略定位、規(guī)模和空間布局，識(shí)別智慧照明適建區(qū)，確定不同區(qū)域智慧路燈的功能、服務(wù)半徑和建設(shè)形式，提出智慧照明和其他智慧城市系統(tǒng)的聯(lián)動(dòng)功能。

智慧照明近些年來發(fā)展迅速，已成為智慧城市重要的組成部分，是提升城市照明品質(zhì)、轉(zhuǎn)變發(fā)展方式的重要抓手，在各地有大量的建設(shè)實(shí)踐[12]。智慧照明建設(shè)應(yīng)因城施策，功能切忌貪多求全，適建區(qū)選擇應(yīng)科學(xué)合理，兼顧經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性。由于城市不同區(qū)域的功能需求和智慧路燈服務(wù)半徑存在差異，規(guī)劃宜因地制宜分析，得出智慧照明建設(shè)指引。

《深圳前海燈光環(huán)境專項(xiàng)規(guī)劃》提出前海合作區(qū)智慧路燈全面覆蓋，并采用分區(qū)策略模式。智慧路燈將在智能路燈的基礎(chǔ)上，增設(shè)無線局域網(wǎng)覆蓋、信息發(fā)布、集成電動(dòng)汽車充電、安防監(jiān)控、市政設(shè)備巡檢等功能?？紤]第五代移動(dòng)通信技術(shù)(5G)的到來，移動(dòng)站址平均布置半徑大幅減小，縮短至200～300 m，智慧路燈未來將成為搭載微基站的重要載體。規(guī)劃要求前海示范區(qū)內(nèi)的8 m以上高度的燈桿均應(yīng)預(yù)留基站安裝位置，高桿燈(高度≥15 m)掛載微基站。智慧路燈是城市信息采集和反饋發(fā)布的重要載體，與其他智慧系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)能發(fā)揮智慧城市整體功能。規(guī)劃探討智慧照明與環(huán)境監(jiān)測、市政設(shè)施、安全消防等聯(lián)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)環(huán)境信息采集和發(fā)布、窨井蓋監(jiān)測、人流量監(jiān)測和危險(xiǎn)源預(yù)警功能等(如圖7、表3所示)。

表3 深圳前海合作區(qū)智慧照明分區(qū)策略模式Table 3 Intelligent lighting strategy in every district of Shenzhen Qianhai Area

4 指標(biāo)體系

應(yīng)從照明質(zhì)量、節(jié)能與能源利用、節(jié)材與材料資源利用、安全、環(huán)境保護(hù)和運(yùn)營管理等方面[13]構(gòu)建綠色照明評價(jià)指標(biāo)體系，宜包括約束性和指引性指標(biāo)。

城市綠色照明是動(dòng)態(tài)發(fā)展的過程，應(yīng)建立科學(xué)的城市綠色照明指標(biāo)體系，實(shí)現(xiàn)滾動(dòng)評價(jià)和階段性總結(jié)。結(jié)合城市定位、發(fā)展規(guī)模、發(fā)展階段、區(qū)位等合理確定指標(biāo)體系，體現(xiàn)地域特色性和前瞻性，引領(lǐng)綠色照明持續(xù)健康發(fā)展。強(qiáng)制性指標(biāo)是指在國家和地方標(biāo)準(zhǔn)約束下，在城市(區(qū))照明規(guī)劃設(shè)計(jì)、實(shí)施和運(yùn)維過程中應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格遵循的指標(biāo)，必須嚴(yán)格把關(guān)。指導(dǎo)性指標(biāo)是突出城市(區(qū))特色和定位的指標(biāo)，不強(qiáng)制實(shí)施，但具備示范性意義。

《南京南部新城照明專項(xiàng)規(guī)劃》提出適合南部新城人文綠都、智慧典范定位的綠色照明評價(jià)指標(biāo)體系，并對重要性進(jìn)行分類，對推進(jìn)當(dāng)?shù)鼐G色照明實(shí)踐和引領(lǐng)江蘇省綠色照明發(fā)展具有指導(dǎo)意義(如表4所示)。

表4 南京南部新城綠色照明指標(biāo)評價(jià)體系Table 4 Green lighting evaluation index system of Nanjing Southern District

5 結(jié)束語

綠色照明規(guī)劃是一項(xiàng)系統(tǒng)性、多維度工作，不能陷入片面思維和理解，應(yīng)從全局和前瞻性角度，提出城市照明規(guī)劃設(shè)計(jì)、建設(shè)和運(yùn)維等全生命周期的管控原則，因地制宜地利用清潔能源，積極融合科技發(fā)展，建設(shè)“互聯(lián)網(wǎng)+城市照明”系統(tǒng)，在提供高質(zhì)量、舒適性夜間光環(huán)境的前提下，實(shí)現(xiàn)城市照明低碳、安全、環(huán)保和經(jīng)濟(jì)。綠色照明規(guī)劃體系為規(guī)劃編制提供了技術(shù)性支撐，各城市(區(qū))綠色照明規(guī)劃在堅(jiān)守剛性約束的前提下，應(yīng)根據(jù)自身定位和條件突出特色。