臧 鋒，梁 海，李南軒，陳俊羽

(南京市路燈管理處，江蘇 南京 210013)

引言

2020年，我國首次提出“碳達峰碳中和”目標(biāo)，并于2021年10月發(fā)布了《關(guān)于完整準(zhǔn)確全面貫徹新發(fā)展理念做好碳達峰碳中和工作的意見》(以下簡稱《意見》)。雙碳時代下，城市照明行業(yè)正處于并將長期處于重要戰(zhàn)略機遇期，發(fā)展邏輯發(fā)生深刻變化，如何緊扣重要戰(zhàn)略機遇新內(nèi)涵、加快產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化升級、提高綠色發(fā)展質(zhì)量是急需回答的重大問題。

面對“雙碳”大考，避免能耗雙控簡單化處理和一刀切問題，在守住民生為本的前提下提高能源使用效率，對于城市照明行業(yè)來說是實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵一環(huán)，也是當(dāng)前艱巨和繁重的工作任務(wù)。從這個意義上說，將節(jié)能任務(wù)分解到生產(chǎn)“城市照明服務(wù)”的各個環(huán)節(jié)尤其重要。

南京市路燈管理處在實現(xiàn)綠色低碳循環(huán)發(fā)展的道路上，運用大數(shù)據(jù)、云計算、人工智能等前沿技術(shù)推動照明管理理念、管理模式、管理手段創(chuàng)新，著眼“城市照明服務(wù)”生產(chǎn)全流程，通過劃分“生產(chǎn)前的材料配置、生產(chǎn)中的技術(shù)應(yīng)用以及生產(chǎn)后的運營維護”作為節(jié)能降碳的基本單元，努力將節(jié)能任務(wù)分解到規(guī)劃、設(shè)計、建設(shè)、運維各個環(huán)節(jié)，厘清南京城市照明落實“雙碳”目標(biāo)的可控和不可控內(nèi)容，進一步提升節(jié)能空間，為城市照明行業(yè)開展節(jié)能減排、能耗“雙控”工作提供路徑參考。

城市路燈由傳統(tǒng)市政基礎(chǔ)設(shè)施向信息基礎(chǔ)設(shè)施轉(zhuǎn)型，構(gòu)建了一張泛在且細密的城市感知網(wǎng)，能夠推動落實《意見》中明確提出的“推進經(jīng)濟社會發(fā)展全面綠色轉(zhuǎn)型、健全法律法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)和統(tǒng)計監(jiān)測體系”等重點任務(wù)。將城市路燈的轉(zhuǎn)型思路推廣到其他傳統(tǒng)市政設(shè)施，可以進一步完善城市物聯(lián)感知體系，使得其層次更豐富、顆粒度更細密，從而動態(tài)、全面地刻畫“城市體征”。南京路燈致力于推動南京城市治理，實現(xiàn)“一屏觀天下、一網(wǎng)管全城”，不斷強化“城市路燈專網(wǎng)”平臺建設(shè)，通過實現(xiàn)五網(wǎng)貫通，加速統(tǒng)籌城市新老基建集約化發(fā)展，從路燈到其他傳統(tǒng)市政設(shè)施再到新型信息基礎(chǔ)設(shè)施，打造“治理要素一張圖”，助力實現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)。

1 城市照明領(lǐng)域?qū)Α半p碳”目標(biāo)的認識

1.1 城市是落實“雙碳”目標(biāo)的重要抓手

實現(xiàn)碳達峰和碳中和是黨中央、國務(wù)院統(tǒng)籌國際國內(nèi)兩個大局做出的重大戰(zhàn)略決策，對加快促進生態(tài)文明建設(shè)、保障能源安全高效、推動經(jīng)濟轉(zhuǎn)型升級、引領(lǐng)應(yīng)對氣候變化、實現(xiàn)“兩個一百年”奮斗目標(biāo)具有重大意義。從發(fā)展實際來看，我國碳排放總量大、能源消費需求高，城市作為人類社會經(jīng)濟活動的聚集中心，是能源消耗和碳排放的主要場所，也是控制碳排放的主要戰(zhàn)場。

“雙碳”目標(biāo)已經(jīng)成為城市可持續(xù)發(fā)展的重要命題和挑戰(zhàn)，城市落實“雙碳”目標(biāo)需要從降低碳排放和增加碳吸收兩方面著手?，F(xiàn)階段來看，從源頭減少碳排放，推動高排放領(lǐng)域節(jié)能減排、提高能效的急迫性更為突出。城市碳排放主要來源于能源供給端和能源消費端，供給端包含電力、熱力等行業(yè)；消費端包含建筑、交通、制造業(yè)等。能源消費、交通、建筑、制造業(yè)作為國際公認的排放大戶，毫無疑問是城市發(fā)展過程中迫切需要“碳達峰”的領(lǐng)域。除此之外，城市的碳排放量還與運行管理效率直接相關(guān)。

城市運行需要消耗大量資源和能源，其效率高低對城市“雙碳”目標(biāo)造成直接影響。城市是高度繁雜開放的巨大系統(tǒng)，各要素之間組成了多維度、多結(jié)構(gòu)、多層次的關(guān)聯(lián)關(guān)系。在參與角色方面，城市運行的參與主體包括政府、企業(yè)和公眾。在運行層次方面，城市運行包括市級、區(qū)級、街道、社區(qū)等多個層次。在管理職能方面，城市運行管理是以服務(wù)城市發(fā)展和市民生活為目標(biāo)而進行的管理活動，包括市政基礎(chǔ)設(shè)施、公用事業(yè)、交通管理、廢棄物管理、市容景觀管理、生態(tài)環(huán)境管理、應(yīng)急管理等眾多子系統(tǒng)。以城市照明系統(tǒng)為例，傳統(tǒng)管理模式粗放、條塊職責(zé)模糊、專業(yè)分治科學(xué)性不高、工作效能低下，造成大量能源消耗和二氧化碳排放。與城市照明系統(tǒng)類似的其他城市管理系統(tǒng)，如市政設(shè)施和服務(wù)部門皆有較大的碳減排潛力，城市運行管理亟待提升效能、提高應(yīng)急反應(yīng)能力，減少各環(huán)節(jié)的運行損耗，從而降低碳排放強度。

1.2 城市照明系統(tǒng)面臨的減碳挑戰(zhàn)

從數(shù)字化要求來看，2019年爆發(fā)的新冠疫情嚴(yán)重沖擊了全球經(jīng)濟的運行模式與人們的生活方式，讓數(shù)字化經(jīng)濟生產(chǎn)與生活方式成為后疫情時代的新常態(tài)。在新基建、雙循環(huán)、科技自立自強的戰(zhàn)略驅(qū)動下，中國數(shù)字化進程加速，尤其是“十四五”規(guī)劃中明確指出要推動數(shù)字經(jīng)濟和實體經(jīng)濟深度融合。城市照明系統(tǒng)加快探索如何將傳統(tǒng)路燈桿件賦能為智慧燈桿，如在新建路燈設(shè)施時采用合并桿件、同步建設(shè)地下管網(wǎng)，以及對存量路燈桿件進行智慧化改造，致力于將城市照明設(shè)施網(wǎng)由傳統(tǒng)的交通附屬與市政配套轉(zhuǎn)變?yōu)椤懊氀芗墶睉?yīng)用前臺與“神經(jīng)元級”數(shù)據(jù)樞紐。

從綠色化要求來看，2020年9月，中國在第七十五屆聯(lián)合國大會上首提“雙碳”目標(biāo)。2021年3月，“碳達峰、碳中和”被首次寫入“兩會”政府工作報告。城市照明系統(tǒng)作為城市運行管理的重要子系統(tǒng)，存在較大的減碳潛力。著眼城市照明運行的全生命周期，“光的生產(chǎn)”可以將照明材料作為抓手，開展節(jié)能分析。“光的使用”則可以通過控制技術(shù)和信息技術(shù)賦能，推動管理模式改革，包括能源管理、作業(yè)管理等。

如何實現(xiàn)“數(shù)字化”與“綠色化”相協(xié)同，讓數(shù)字技術(shù)與基礎(chǔ)設(shè)施最大化服務(wù)于中國的碳中和轉(zhuǎn)型，成為城市照明系統(tǒng)關(guān)注的核心問題。一方面，數(shù)字技術(shù)與傳統(tǒng)城市照明產(chǎn)業(yè)深度融合將促進產(chǎn)業(yè)進行全方位全鏈條的升級改造，減少能源與資源消耗，實現(xiàn)生產(chǎn)效率與碳效率的雙提；另一方面，傳統(tǒng)路燈賦能為新型基礎(chǔ)設(shè)施后也將帶來能源需求與碳排放的增長，尤其是它與云計算、大數(shù)據(jù)、5G、人工智能等數(shù)字技術(shù)連續(xù)協(xié)同作用，形成新的數(shù)字產(chǎn)業(yè)體系，迅速擴張數(shù)字基礎(chǔ)，減碳挑戰(zhàn)不容忽視。

1.3 城市照明領(lǐng)域助力實現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的工作機理

從城市照明領(lǐng)域自身來看，碳排放主要集中在光的生產(chǎn)及使用兩個方面，這是業(yè)內(nèi)的共識。在“光的生產(chǎn)”環(huán)節(jié)，照明材料是影響碳排放最重要的因素，尤其是燈桿的數(shù)量與質(zhì)量及燈具的光效；在“光的使用”環(huán)節(jié)，管理模式粗放、作業(yè)效能低下、節(jié)能方式科學(xué)性欠缺等問題造成大量能源消耗和二氧化碳排放，“光的使用”方面具有較大的碳減排潛力。就此而言，“材料節(jié)能”與“管理節(jié)能”是城市照明領(lǐng)域降低自身碳排放的主要抓手。

城市照明系統(tǒng)開展“材料節(jié)能”的主要做法是在燈桿及燈具兩個方向發(fā)力，進而減少“光的生產(chǎn)”耗能。一是開展合并桿建設(shè)，在減少燈桿數(shù)量的同時提高燈桿建設(shè)的質(zhì)量和效率；二是淘汰大功率、高能耗燈具，重置資產(chǎn)，大規(guī)模推廣應(yīng)用LED燈具進而提高光效。

相較于在“材料節(jié)能”上的齊步并進，各城市在“管理節(jié)能”上的探索快慢不一。管理模式粗放、作業(yè)效能低下、節(jié)能方式科學(xué)性欠缺等問題普遍存在。目前大部分城市的節(jié)能手段趨于簡單化，例如基本關(guān)閉景觀亮化設(shè)施和燈光秀，分區(qū)域、分時段斷電拉閘等，導(dǎo)致新的矛盾不斷出現(xiàn)：一是景觀亮化設(shè)施長時間不開，易造成電子元器件和電纜受潮、銹蝕、老化，設(shè)施損壞率增大，運行狀態(tài)存在不確定性；二是一刀切的“隔燈亮”或“單邊亮”開閉燈模式未充分考慮天氣、樹木及周邊環(huán)境的影響，也未充分考慮市民夜間出行及晨練等生活需求，不能真正做到“滿足人民日益增長的美好生活需要”。就此而言，“管理節(jié)能”應(yīng)同時兼顧城市精細化管理與碳效率提升的雙重要求，利用數(shù)字技術(shù)對城市照明系統(tǒng)進行全方位全鏈條的升級改造，一是改革傳統(tǒng)巡修模式，消滅“人巡”投入，精準(zhǔn)監(jiān)測設(shè)施故障，定點修燈，減少無效勞動的能源浪費；二是升級單燈控制技術(shù)，根據(jù)道路等級、區(qū)域?qū)傩?、人流車流等因素，建立智慧化調(diào)光模式，并以此為基礎(chǔ)推動智能調(diào)光發(fā)展，最終做到按需用光。

從城市路燈專網(wǎng)運營來看，照明專網(wǎng)建設(shè)可以助力監(jiān)測城市各類新型基礎(chǔ)設(shè)施的碳排放。通過五網(wǎng)貫通從源頭進行監(jiān)測，再利用數(shù)據(jù)中臺對各類設(shè)施的碳排放進行綜合分析，實現(xiàn)對碳足跡的跟蹤、學(xué)習(xí)、模擬等，有效助力城市預(yù)測和優(yōu)化新型基礎(chǔ)設(shè)施的碳排放活動。

2 聚焦城市照明系統(tǒng)運行全過程，探索各階段節(jié)能方法

2.1 照明材料節(jié)能分析

2.1.1 多功能桿分析

城市道路的桿件設(shè)施，如道路照明設(shè)施及其他市政交通設(shè)施等，都是城市不可或缺的基礎(chǔ)設(shè)施，一直以來“單桿單用”現(xiàn)象比較普遍，這些桿件分別由不同部門建設(shè)和管理，但各部門工作又存在重復(fù)和交叉。由此帶來不少問題：一是建設(shè)集約化程度不高，監(jiān)控設(shè)施、交通指示牌和地下管網(wǎng)等重復(fù)建設(shè)嚴(yán)重，且不能互相連通，造成大量浪費；二是線桿林立，密度大、數(shù)量多、種類雜、架設(shè)亂，不僅造成“視覺污染”，而且降低了各類設(shè)施基本功能的辨識度；三是廢棄的市政桿件不及時清除，對城市運行產(chǎn)生切實的安全隱患。對此，國家在2016年印發(fā)了《關(guān)于深入推進新型城鎮(zhèn)化建設(shè)的若干意見》(國發(fā)[2018]號)，文件指出要全面推動“一桿多用”綜合性服務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)的建設(shè)?！耙粭U多用”通過摸清相關(guān)部門、行業(yè)的需求，經(jīng)過頂層設(shè)計，合理搭載布設(shè)一系列便民設(shè)施，完成集約化建設(shè)，實現(xiàn)共桿、共電和共網(wǎng)，甚至是數(shù)據(jù)共享。就此而言，推動多功能桿建設(shè)不僅可以節(jié)約建設(shè)資金、提高設(shè)備利用率、提升城市細化管理服務(wù)水平、美化街區(qū)整體景觀，而且還可以為節(jié)能減排貢獻力量。尤其是“雙碳”目標(biāo)提出后，在城市化高度發(fā)展的環(huán)境下，推動城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)減碳迫在眉睫。以南京為例，自2016年啟動多功能合并桿建設(shè)以來，迅速形成工作機制，編制發(fā)布了《南京市城市道路桿件設(shè)置技術(shù)導(dǎo)則》和《南京市城市道路桿件設(shè)置管理辦法》，并在不斷優(yōu)化桿、網(wǎng)系統(tǒng)，深入挖掘加載需求的過程中進一步完善相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及要求規(guī)范，例如參與編制了國家級《智慧城市 智慧多功能桿 服務(wù)功能與運行管理規(guī)范》、《南京市智慧燈桿建設(shè)規(guī)范》、《寧夏多功能桿智能系統(tǒng)技術(shù)與工程建設(shè)規(guī)范》等。五年來共計建設(shè)合并桿3922基，節(jié)約城市公共空間約12 942 m2，節(jié)約能耗約3 678.53tCO2。

2.1.2 LED燈具分析

當(dāng)前，全球已經(jīng)進入半導(dǎo)體照明時代，半導(dǎo)體熒光燈(LED)正在逐步代替以高壓鈉燈為代表的氣體放電燈。因為LED燈具的性能具有顯著的優(yōu)越性：一是在節(jié)能方面，與廣泛應(yīng)用于道路功能照明的高壓鈉燈相比，LED路燈的功耗下降了35%以上，節(jié)電效率可達60%以上；二是在使用壽命方面，高壓鈉燈使用壽命為4 000 h左右，而LED路燈使用壽命為50 000 h以上，正常使用可達八年以上，損壞率極低；三是在光通亮方面，高壓鈉燈長時間使用后，燈罩陳舊對透光率影響較大，但LED路燈無此困擾；四是在綠色環(huán)保方面，與傳統(tǒng)的高壓鈉燈不同，LED 為無汞光源，對生態(tài)環(huán)境無污染；五是在光的控制及參數(shù)調(diào)整方面，高壓鈉燈不具備可控性，但LED燈具卻具備高可控性，如果在節(jié)能改造的過程中引入自動控制技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，就能更充分地發(fā)揮出LED照明的優(yōu)勢，將LED照明的節(jié)能性提升到70%～80%，更好地實現(xiàn)按需照明。

以南京為例，2009年開始試點使用LED燈具，2013年逐漸在新建工程中提高LED燈具的使用比率，2016年起在存量設(shè)施中推進實施LED節(jié)能改造計劃。如今新建工程已經(jīng)完全淘汰低效率、高能耗的高壓鈉燈，全部采用新型高效的LED燈具。截止2021年，南京市主城區(qū)道路功能照明LED設(shè)施總量達到了14.2萬盞，占比64%。據(jù)第三方統(tǒng)計，總計6.2萬盞節(jié)能改造設(shè)施的平均能耗下降了 96 W，下降率38%，2017年～2021年總能耗下降了6 000 kW，近三年的減碳量分別達到2.1萬噸、2.9萬噸、3.8萬噸。

2.2 維護模式改革節(jié)能分析

2.2.1 維護模式改革的必要性

21世紀(jì)初期，城市照明運維管理尚處于粗放階段，這一階段呈現(xiàn)出明顯的特征：一是政府及市民對城市照明的品質(zhì)需求相對單一，主要關(guān)注亮燈情況；二是運維部門主要采用傳統(tǒng)的分包干區(qū)運維模式，依靠簡單的巡修結(jié)合就能夠滿足城市照明保障需要。

隨著社會的快速發(fā)展，一方面城市管理日趨精細化，市民需求日趨多元化，評價維度不再僅僅局限于亮燈情況，還包括故障修復(fù)的及時性、設(shè)施外觀的整潔度等；另一方面，城市照明設(shè)施的數(shù)量巨幅增長，運維的人機成本快速上漲。傳統(tǒng)粗放式運維管理陷入困境：從管理效率來看，資源重復(fù)配置導(dǎo)致成本居高不下；從能源消耗來看，巡修結(jié)合產(chǎn)生大量人員及機器的無效勞動；從保供水平來看，信息封閉導(dǎo)致處于見壞修壞的被動狀態(tài)，事后監(jiān)管達不到城市精細化管理的要求。改革傳統(tǒng)的城市照明運維模式迫在眉睫，恰逢“互聯(lián)網(wǎng)”、“大數(shù)據(jù)”、“云計算”、“物聯(lián)網(wǎng)”、“5G”等新一代信息技術(shù)快速發(fā)展，城市照明領(lǐng)域內(nèi)的單燈監(jiān)控、信息平臺等應(yīng)用技術(shù)不斷成熟，為城市照明管理精細化轉(zhuǎn)型創(chuàng)造了新的條件。

改革傳統(tǒng)的粗放式維護管理應(yīng)該瞄準(zhǔn)現(xiàn)有弊病，從以下幾個方面靶向發(fā)力：一是實行管辦分離，不斷向上移交維護所的決策功能，強化集控部門的能力建設(shè)；二是通過技術(shù)升級、作業(yè)優(yōu)化以及適度社會化，漸近式地推進巡修分離，最大程度降低“巡”的投入，提高“修”的效率；三是建立大數(shù)據(jù)運維管控模型， 高效匹配“人的行為”與“物的狀態(tài)”，實現(xiàn)“滴滴修燈”，將修燈作業(yè)指令化、標(biāo)準(zhǔn)化、定額化；四是將人員從巡修作業(yè)中釋放出來，投入到設(shè)施整治中，采用菜單化、項目化模式，“掃街式”集中推進片區(qū)設(shè)施精細化改造，完善一批釋放一批；五是加快作業(yè)隊伍轉(zhuǎn)型升級，培養(yǎng)對多功能桿延伸功能運維的承載能力，為城市照明設(shè)施運營打下隊伍基礎(chǔ)。

在這個大思路的指引下，南京從2014年開始探索將現(xiàn)有作業(yè)管理、材料管理、設(shè)施管理，從線下搬到線上，建成動態(tài)獲得數(shù)據(jù)的信息交互體系[1],并以此為基礎(chǔ)建立標(biāo)準(zhǔn)的分析模型，將數(shù)據(jù)進行智能化的加工處理，輸出調(diào)控措施，促進城市照明維護向“高效能、低成本”轉(zhuǎn)型。

2.2.2 維護模式改革的效益性

維護模式進行全面數(shù)字化升級改革至少帶來三方面的效益：一是社會效益上可以提升設(shè)施管理的精細化水平。實現(xiàn)精準(zhǔn)派單，提高修燈效率，消除傳統(tǒng)“巡修”模式下的巡燈投入，將節(jié)省的人力、物力投入到設(shè)施的項目化管理中，建立箱、線、桿、井各類重要設(shè)施的動態(tài)數(shù)據(jù)庫，打破以往見壞修壞的被動狀態(tài)，實現(xiàn)管理從事后向事前轉(zhuǎn)移，達成精準(zhǔn)運維、動態(tài)運維。以南京為例，南京推行定修模式后亮燈率達到99%以上，設(shè)施完好率達到96%以上，是城市照明行業(yè)管理創(chuàng)新的成功示范。二是經(jīng)濟效益上可以大幅降低維護成本，提升運維效能。目前奧南地區(qū)2萬桿設(shè)施采用亮燈“定修”模式，年均減少33%的人工、機械投入，節(jié)約成本218.32萬元。預(yù)計全市域12萬桿/18萬盞單燈終端覆蓋、實施全“定修”模式后，年節(jié)約運維成本1 300余萬元。三是從節(jié)能減碳上看，除了可以減少無效的人機投入，大幅降低能源浪費，還可以支撐開發(fā)LED單燈調(diào)光功能，大幅節(jié)約電能消耗。以南京奧南地區(qū)為例，實現(xiàn)一萬盞LED路燈調(diào)光功能，年度節(jié)約電費106.75萬元，年減碳量約1300tCO2e。預(yù)計全市路燈設(shè)施完成調(diào)光后，年節(jié)約電費預(yù)計超過1 600萬元，年減碳量約19500tCO2e。

2.3 控制系統(tǒng)節(jié)能分析

2.3.1 控制系統(tǒng)的支撐性分析

目前城市照明領(lǐng)域的控制系統(tǒng)基本采用“配電箱遙測終端”進行配電箱回路控制，部分城市開始嘗試“單燈控制技術(shù)”試點和推廣?；芈房刂萍夹g(shù)通過配電箱控制設(shè)施運行，故而限制了節(jié)能的操作空間，往往采用的是“全半夜燈”、“隔燈亮”和“單邊亮”等開關(guān)燈模式。這種簡單的開關(guān)燈模式雖然實現(xiàn)了一定的節(jié)能效果，但也犧牲了相當(dāng)?shù)某鞘姓彰髌焚|(zhì)，會帶來一系列因城市照明保障不足而造成的交通安全隱患、社會治安隱患等，有違城市精細化管理的初衷。

單燈控制技術(shù)的應(yīng)用開拓了調(diào)光空間，進而打破了回路控制無法同時兼顧精細化管理及節(jié)能要求的困境。作為城市照明領(lǐng)域劃時代性的控制技術(shù)，單燈控制系統(tǒng)有兩個組成部分：一是安裝在每桿燈桿內(nèi)的單燈控制器，二是城市照明監(jiān)控中心的單燈監(jiān)控管理平臺。在全國范圍內(nèi)推廣單燈控制試點的城市很多，相當(dāng)數(shù)量的城市已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)單燈監(jiān)測的普及應(yīng)用，但能夠在此基礎(chǔ)上進一步實現(xiàn)單燈控制的卻少之又少，更遑論再進一步升級實現(xiàn)單燈調(diào)光。究其原因主要在于單燈監(jiān)控體系統(tǒng)籌兼顧“統(tǒng)一性”、“實時性”及“多樣性”的難度大，難以實現(xiàn)無限接近100%的設(shè)備在線率、100%的控制響應(yīng)率和多場景的平臺控制策略。下面從三個方面簡單闡述實現(xiàn)城域級單燈統(tǒng)一控制的先決條件，分別是硬件、通訊和平臺。

(1)硬件。單燈設(shè)備的可靠性和穩(wěn)定性是非常重要的硬性指標(biāo)。從各類器件的平均無故障時間分析,單燈設(shè)備的平均設(shè)計壽命應(yīng)當(dāng)在5年左右。為適應(yīng)惡劣的環(huán)境條件,非長火單燈監(jiān)控終端防護應(yīng)達到IP65以上等級，長火、景觀單燈終端防護應(yīng)達到IP67以上等級，-20℃～70℃或更寬的寬溫工作能力。

(2)通訊。單燈設(shè)備響應(yīng)的及時性離不開網(wǎng)絡(luò)的支撐。目前主流的無線通訊方式有ZigBee、NB-IoT和4G ，但全方位覆蓋的穩(wěn)定的信號接入點和更快的傳輸速率、有效的頻譜利用率、穩(wěn)定的通信質(zhì)量和較低的成本，使4G成為確保單燈設(shè)備的通訊穩(wěn)定與控制即時性的最優(yōu)之選。

(3)平臺。一是統(tǒng)一的主站與單燈通訊協(xié)議，科學(xué)定義關(guān)鍵程序語言，以此達成單燈平臺建設(shè)最基本要求，其特點為：①覆蓋所有單燈遠程控制要求。協(xié)議中定義了“單燈開關(guān)指令、調(diào)光指令、電流電壓參數(shù)監(jiān)測指令、故障報警指令”等各項通訊代碼，搭建了平臺與單燈終端間的溝通橋梁，確保平臺的可執(zhí)行力。②作為技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，成為單燈終端與中心之間遵循的通用語言，是同一條道路、不同廠家之間單燈終端可互換安裝與維護的條件之一。

二是單燈控制組策略。在多類型單燈應(yīng)用場景的加載下，使單燈必須具備相對應(yīng)的控制方式，其策略規(guī)則有：①運行控制策略對系統(tǒng)內(nèi)自動運行模式下運行的單燈進行人工干預(yù)操作。同時針對下達批量操作指令時，因為網(wǎng)絡(luò)、網(wǎng)關(guān)、信號等因素導(dǎo)致的指令下達失敗情況，系統(tǒng)自動對指令進行重復(fù)下達，以減少各種因素干擾導(dǎo)致的控制失敗，保證指令下達的精準(zhǔn)性。②應(yīng)用場景策略對系統(tǒng)內(nèi)各類開關(guān)燈控制場景進行統(tǒng)一配置和管理，能夠?qū)⒍鄠€場景應(yīng)用設(shè)置為一個策略組，實現(xiàn)不同需求下、不同開燈方式策略組的控制和調(diào)節(jié)。③數(shù)據(jù)分級策略對系統(tǒng)內(nèi)不同保障級別設(shè)備進行管理、劃分。通過通信服務(wù)分級、緩存數(shù)據(jù)庫分級、存儲數(shù)據(jù)庫分級、監(jiān)控管理系統(tǒng)分級，保障重要場景的單燈設(shè)備運行、控制、監(jiān)測互不干擾。

2.3.2 單燈調(diào)光的可行性分析

當(dāng)單燈系統(tǒng)實現(xiàn)統(tǒng)一、實時的城域級單燈控制后，將具備調(diào)光功能的LED燈具和單燈控制器相結(jié)合，就能實現(xiàn)單燈調(diào)光控制[2]。而城域級的精細化單燈調(diào)光控制，需要強大的信息化平臺支撐，收集大量的應(yīng)用數(shù)據(jù)，從每桿燈的信息、每套單燈設(shè)備的標(biāo)簽、每段路的照度數(shù)據(jù)和調(diào)光參數(shù)，到各時間段的控制策略下達、設(shè)施運行情況反饋和故障智能甄別等。就此而言，實現(xiàn)設(shè)施數(shù)字化的GIS管理平臺、完成作業(yè)信息化的維護管理平臺、以及具備數(shù)據(jù)智能分析的單燈管理平臺，都是城域級調(diào)光控制的必備條件。南京目前已經(jīng)成功運用單燈控制系統(tǒng)開發(fā)了兩種城域級調(diào)光模式，分別是“零點調(diào)光”和“場景調(diào)光”，即在特定時間段，按實測量照度參數(shù)，對標(biāo)調(diào)光系數(shù)對各路段統(tǒng)一下發(fā)控制指令，讓不同類型路段在同一時間區(qū)間照度趨于一致，既滿足城市照明需求，也有效降低功能照明的電能損耗。具體措施如下：

(1)標(biāo)準(zhǔn)制定

在符合強標(biāo)要求下，同時考慮維護系數(shù)，在《城市道路照明設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》(CJJ45—2015)最低道路照明標(biāo)準(zhǔn)要求基礎(chǔ)上上浮20%。

(2)制定方案

規(guī)劃階段，根據(jù)燈具功率、實測照度、季節(jié)、環(huán)境等相應(yīng)的場景，制定調(diào)光解決方案。

實施階段，通過現(xiàn)場照度測試及實時能耗監(jiān)測、控制，實現(xiàn)單燈無極調(diào)光下多場景應(yīng)用調(diào)光等核心功能。

分析階段，形成各路段的調(diào)光閾值、能耗統(tǒng)計分析及綠色照明數(shù)字化的減碳方案。

(3)調(diào)光模式

對不同道路，根據(jù)路幅(道路等級)確定調(diào)光最低值，再結(jié)合路段所在區(qū)域、車流人流等情況，自全負荷至最低照度分級調(diào)光。

①零點調(diào)光：以凌晨零點為分界，分上半夜下半夜調(diào)光，上半夜全負荷運行，下半夜按路段允許的最低照度調(diào)光。

②場景定制化調(diào)光：如表1所示，根據(jù)車流量、人流量、區(qū)域位置、環(huán)境光等因素，按10%一檔分級調(diào)光(重大節(jié)日活動除外)。

表1 場景定制化調(diào)光方案

(4)調(diào)光成果

以南京為例，目前已經(jīng)實現(xiàn)3萬盞單燈的實時監(jiān)測、3千盞的單燈控制同步開關(guān)燈和3110盞的遠程調(diào)光。在不調(diào)光時，3110盞燈12 h能耗6 715.08 kW/h,“零點調(diào)光”能耗4 920.58 kW/h，單日節(jié)約能耗1 794.50 kW/h。全年節(jié)約能耗654 993.96 kW/h，節(jié)能26.72%。據(jù)測算，采用“場景調(diào)光”模式可以進一步節(jié)約5%～8% 的能耗。

2.3.3 智慧用光的發(fā)展

城域級單燈調(diào)光的現(xiàn)實應(yīng)用無法避免供給側(cè)節(jié)能調(diào)控經(jīng)驗值預(yù)設(shè)的問題，但城市公共照明的需求側(cè)卻存在不均衡、不穩(wěn)定的特點，這導(dǎo)致了用光需求存在偶然性、不可預(yù)估性，比如季節(jié)天氣的變化、人流車流的潮汐等。為了同時兼顧非標(biāo)準(zhǔn)模式下的用光需求與照明運行的節(jié)能要求，城市照明領(lǐng)域內(nèi)大力推動“智慧用光”發(fā)展，即按照道路用光的實際需求實時匹配城市照明服務(wù)供給，這既是城市精細化管理的重要工作，也是城市照明領(lǐng)域開展節(jié)能工作的重大難點[3]。

“智慧用光”通過前端計算、人工智能、大數(shù)據(jù)技術(shù)的有機整合，突破傳統(tǒng)單燈調(diào)光“數(shù)值預(yù)設(shè)，人為干預(yù)”的模式，實現(xiàn)“機器人前端自治”，完成前端基礎(chǔ)設(shè)施“自主識別、自主判斷、自主處置”，進而實現(xiàn)按需用光。其工作原理類似于2019年南京推出的“服務(wù)城市精細化治理及城市安防、交通管理的智慧路燈機器人”項目。通過云邊協(xié)同技術(shù)，賦能智慧燈桿，使之可感知、會判斷、有動作，進而可以全時段、高精度地服務(wù)于第一時間、第一現(xiàn)場，實現(xiàn)從“智能輔助人”，到“智能替代人”的關(guān)鍵跨越。在此基礎(chǔ)上，可以進一步豐富智慧路燈機器人的總體構(gòu)想，通過不斷的數(shù)據(jù)積累和機器學(xué)習(xí)，開發(fā)、迭代路側(cè)單元實時調(diào)光算法，建立一個智能調(diào)光模型，形成一個更有彈性的節(jié)光節(jié)能系統(tǒng)，根據(jù)周圍環(huán)境照度、人、車等因素自動調(diào)節(jié)亮度。南京目前已經(jīng)進入課題研發(fā)及算法開發(fā)階段，下一步將盡快推廣試點應(yīng)用。

3 擴展照明設(shè)施功能視野，支撐城市公共空間統(tǒng)籌集約化發(fā)展

在“雙碳”目標(biāo)及新基建、雙循環(huán)、科技自立自強的戰(zhàn)略驅(qū)動下，中國數(shù)字化進程加速，尤其是《“十四五”信息通信行業(yè)發(fā)展規(guī)劃》指出，要“加快推進運行管理服務(wù)平臺建設(shè)，實施智能化市政基礎(chǔ)設(shè)施改造，提升設(shè)施運行效率和安全性能”。在這樣的發(fā)展浪潮中，城市公共基礎(chǔ)設(shè)施正在普遍走向信息化，城市路燈由傳統(tǒng)市政基礎(chǔ)設(shè)施向信息基礎(chǔ)設(shè)施轉(zhuǎn)型的路徑可以作為樣本復(fù)制推廣，進一步完善城市物聯(lián)感知體系，使得其層次更豐富、顆粒度更細密，從而動態(tài)、全面地刻畫“城市體征”。就此而言，城市路燈加速統(tǒng)籌新、老基礎(chǔ)設(shè)施，實現(xiàn)“一屏可觀、一網(wǎng)統(tǒng)管、一鍵控制”更是核心所在[4]。

考慮到城市新、舊基礎(chǔ)設(shè)施廣泛地散布在城市道路兩側(cè)，路燈無疑是統(tǒng)籌它們的最佳載體，這源于城市路燈專網(wǎng)的天然優(yōu)勢，“五網(wǎng)合一”的基本架構(gòu)可以承載所有路側(cè)單元的正常運轉(zhuǎn)。建設(shè)城市路燈專網(wǎng)，扎口“一張網(wǎng)、一個閘、一個表”，是城市路燈統(tǒng)籌新、老基礎(chǔ)設(shè)施的重心所在。一是優(yōu)化桿件網(wǎng)，以多功能桿為載荷，確立穩(wěn)定的桿體介質(zhì)，遍布城市大街小巷，形成毛細血管級的精細化感知網(wǎng)格；二是搭建無線網(wǎng)，采取運營商直接委托與自投自建相結(jié)合的方式，設(shè)立5G基站，并以此為組件，鏈組泛在的通訊路由；三是貫通有線網(wǎng)，以地下光纖為骨架，搭建穩(wěn)定的傳輸通道；四是布局能源網(wǎng)，以長火線路為前提，提供可靠的供電保障，實行輕量化、綠色化升級；五是設(shè)計邊緣算力分布網(wǎng)，以云邊協(xié)同為目標(biāo)，開發(fā)初級的智能替代，充分應(yīng)對未來新基建各個系統(tǒng)數(shù)據(jù)的同時并發(fā)、相互聯(lián)動及多元管理。

就落實“雙碳”目標(biāo)而言，城市路燈專網(wǎng)通過推動城市配用電系統(tǒng)向“毛細血管”級深入發(fā)展，支撐城市各類新、老基礎(chǔ)設(shè)施。不僅可以從頂層設(shè)計出發(fā)，科學(xué)合理地統(tǒng)籌利用地上地下空間資源，實現(xiàn)城市中低壓配電體系的集約化、網(wǎng)格化建設(shè)和管理，減少各類城市公用設(shè)施建設(shè)施工的成本和過程碳排放；而且可以通過建立統(tǒng)一的云端后臺，結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等技術(shù)，實現(xiàn)各類基礎(chǔ)設(shè)施用電體系的智慧化、數(shù)字化、輕量化管理，促進形成城市供電側(cè)和用戶側(cè)的雙向互動格局，加強城市配電網(wǎng)運行的穩(wěn)定性，大大減少城市照明與其它城市公用基礎(chǔ)設(shè)施的運行維護成本。

4 結(jié)語

構(gòu)建貫通全生命周期的城市照明減碳工作體系，不僅是助力落實“雙碳”目標(biāo)的關(guān)鍵一招，也是城市照明領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)高質(zhì)量可持續(xù)發(fā)展的必然路徑。

從城市照明領(lǐng)域來看，照明服務(wù)運營體系應(yīng)積極轉(zhuǎn)變工作觀念，以綠色供給實現(xiàn)市場需求，將節(jié)能減碳的挑戰(zhàn)化作轉(zhuǎn)型升級的機遇，以碳減排為抓手，讓綠色低碳理念貫穿于“光的生產(chǎn)”及“光的使用”過程，堅持全領(lǐng)域一盤棋發(fā)展節(jié)能減碳技術(shù)，各主體單位根據(jù)自身發(fā)展特點選擇性承接國家課題、落實國家項目，共同推進城市照明領(lǐng)域節(jié)碳工作體系的搭建，齊心研究合理的節(jié)碳路徑規(guī)劃，修訂行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、完善綠色評價體系，先立后破，糾正“運動式”減碳。

從照明設(shè)施統(tǒng)籌城市公共空間來看，“城市路燈專網(wǎng)”建設(shè)應(yīng)該被不斷強化，通過實現(xiàn)五網(wǎng)貫通，加速城市新老基建集約化發(fā)展。從路燈到其他傳統(tǒng)市政設(shè)施再到新型信息基礎(chǔ)設(shè)施，打造城市治理“一張圖”，進而建立可視化監(jiān)測與分析示范平臺以及低碳評估指數(shù)體系作為應(yīng)用出口，為我國新老基建綠色低碳發(fā)展提供技術(shù)支撐。

風(fēng)物長宜放眼量。城市照明綠色發(fā)展除了要在城市運行管理領(lǐng)域爭做碳減排的“主力軍”以外，同時還要爭取在國家數(shù)字經(jīng)濟發(fā)展中成為拉動經(jīng)濟增長的“新引擎”。以“雙碳”目標(biāo)為引領(lǐng)，大踏步走上以碳減排驅(qū)動技術(shù)革新、產(chǎn)業(yè)壯大的低碳發(fā)展之路，為共建清潔美麗的中國貢獻更多照明力量。