馮鷹揚(yáng)

（廣東順德工業(yè)設(shè)計(jì)研究院（廣東順德創(chuàng)新設(shè)計(jì)研究院））

1 引言

多功能智慧燈桿功能包含了多個(gè)范疇，各種功能需要配套對(duì)應(yīng)的模塊和硬件設(shè)備，導(dǎo)致多功能智慧燈桿各個(gè)系統(tǒng)模塊之間錯(cuò)綜復(fù)雜，燈桿內(nèi)部需要較大空間，線路布局龐雜。多功能智慧燈桿中的功能并非一成不變，伴隨社會(huì)與科技的發(fā)展，其功能必然會(huì)有相應(yīng)的增減和升級(jí)。因此，文章以多功能模塊化智慧路燈為研究對(duì)象，探討其設(shè)計(jì)思路。

2 多功能智慧路燈現(xiàn)狀與現(xiàn)存問題

2.1 多功能智慧路燈的產(chǎn)品現(xiàn)狀

希臘佩特雷市奧托諾斯-阿馬利亞斯街在原基礎(chǔ)路燈桿上裝配智能照明調(diào)控器，能隨著季節(jié)和時(shí)間的變化實(shí)現(xiàn)照明光強(qiáng)度自動(dòng)調(diào)整。佩特雷市與華為使用了羅伊的LED照明系統(tǒng)和Flashnet的智能照明控制器，聯(lián)合設(shè)計(jì)建設(shè)智慧路燈，并由德國電信集團(tuán)的子公司COSMOTE融資，提供技術(shù)支持和維護(hù)服務(wù)，其電力消耗減少約70%。

在國內(nèi)，華體科技設(shè)計(jì)了第三代“玉蘭”燈，在智慧路燈上搭載了LED顯示屏、監(jiān)控?cái)z像頭、WiFi、一鍵報(bào)警、應(yīng)急廣播、智能控制USB充電等7項(xiàng)實(shí)用功能，推動(dòng)“智慧雙流”建設(shè)。

2017年全球智慧路燈市場(chǎng)規(guī)模達(dá)38.4億元，其中我國的市場(chǎng)建設(shè)規(guī)模為7.9億元。隨著全球智慧城市建設(shè)的推進(jìn)和智慧路燈的普及，預(yù)計(jì)到2022年，全球智慧路燈市場(chǎng)建設(shè)規(guī)模將達(dá)160億元[1]。

多功能智慧路燈作為智慧城市中的基礎(chǔ)設(shè)施，是智慧城市建設(shè)過程中關(guān)鍵的一步，重點(diǎn)加快智慧燈桿的研究與設(shè)計(jì)進(jìn)程勢(shì)在必行[2]。

2.2 多功能智慧路燈的現(xiàn)存問題

2.2.1 智慧路燈功能繁雜

智慧路燈已經(jīng)研發(fā)和配備出數(shù)十項(xiàng)功能，功能的選擇應(yīng)與應(yīng)用場(chǎng)景和實(shí)際需求相匹配，絕不能單方面追求功能齊全，功能集成越多，技術(shù)越復(fù)雜，不僅前期建設(shè)投入巨大，還會(huì)造成后期故障率及維護(hù)成本增多。

2.2.2 桿體內(nèi)部強(qiáng)弱電設(shè)備安裝混亂

目前，大多數(shù)智慧燈桿項(xiàng)目強(qiáng)弱電混倉走線，燈桿開啟門處的接線凌亂。智慧燈桿通常在底部開啟門處接線，燈桿內(nèi)部濕度溫度相對(duì)較高，如果防護(hù)等級(jí)達(dá)不到要求，不管是用端子排，還是插接口，久之會(huì)失效或生銹發(fā)熱。

2.2.3 照明功能嚴(yán)重弱化

為了燈桿的美觀性，很多智慧燈桿項(xiàng)目采用燈臂或燈具一體化設(shè)計(jì)，缺乏對(duì)智慧燈桿整體的檢測(cè)和認(rèn)證，不能保證照明配光質(zhì)量和電氣安全，照明功能被嚴(yán)重弱化。

2.2.4 燈桿可擴(kuò)展性不夠

路燈的使用期限可達(dá)20a，對(duì)其開放性和可擴(kuò)展性的預(yù)先考慮是未來的必然需求，為了獲取更多利益而一味追求一體化固定式設(shè)計(jì)，對(duì)智慧燈桿加上滿載全功能，對(duì)以后更換或新增功能造成困難。

2.2.5 外觀設(shè)計(jì)缺乏特色

智慧路燈形態(tài)各異，但大都缺乏產(chǎn)品的基本屬性，智慧路燈既為科技的象征，也要符合路燈大眾化形態(tài)和因地制宜。

3 多功能智慧路燈的意義

多功能智慧路燈應(yīng)考慮不同地域的場(chǎng)景和范圍，合理裝配所需功能，還能減少智慧路燈智能化設(shè)計(jì)布局所需時(shí)間和周期，并能降低智慧路燈的成本，因此對(duì)多功能智慧路燈及其相關(guān)智能設(shè)備的研究與設(shè)計(jì)是非常重要的。目前，主要是從模塊化、適用性、安全性、經(jīng)濟(jì)性的角度進(jìn)行設(shè)計(jì)開發(fā)及優(yōu)化。

4 多功能智慧路燈的設(shè)計(jì)原則

4.1 模塊化原則

考慮到多功能智慧路燈在智慧城市的大范圍推廣鋪設(shè)，不同的地區(qū)根據(jù)實(shí)際場(chǎng)景對(duì)所需的功能也不一樣，各種功能設(shè)備需運(yùn)用模塊化設(shè)計(jì)，能使用菜單化選擇，根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行智慧路燈的智能化設(shè)計(jì)和規(guī)劃布局[3]。

4.2 標(biāo)準(zhǔn)化原則

多功能智慧路燈需重點(diǎn)推進(jìn)桿體內(nèi)部結(jié)構(gòu)和外觀造型以及所有智能設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)，打破燈桿與功能模塊之間、功能模塊與功能模塊之間的技術(shù)壁壘，提高多功能智慧路燈的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)建設(shè)效率，降低后期運(yùn)維的技術(shù)難度和成本[4]。

4.3 協(xié)同化原則

多功能智慧路燈并非一個(gè)純粹的功能集合體，它是對(duì)所收集的各種資源信息進(jìn)行匯集整合的一個(gè)微型協(xié)同處理器，表現(xiàn)出各個(gè)功能之間“1+1＞2”的產(chǎn)品優(yōu)勢(shì)，讓智慧城市中的政府部門和業(yè)務(wù)條線之間的信息能夠相通聯(lián)動(dòng)。

4.4 適用性原則

多功能智慧路燈的底層：供電設(shè)備、網(wǎng)關(guān)、路由器、充電樁、多媒體交互、一鍵求助以及檢修門等，安裝高度約為2.5m。中層：道路名牌、小型標(biāo)志標(biāo)牌、人行信號(hào)燈、攝像頭、公共廣播、LED顯示屏等設(shè)施，安裝高度范圍于2.5m到5.5m；機(jī)動(dòng)車信號(hào)燈、交通視頻監(jiān)控、交通標(biāo)志指示牌、無線局域網(wǎng)等，安裝高度范圍在5.5m～8m；氣象監(jiān)測(cè)、環(huán)境監(jiān)測(cè)、智能照明、物聯(lián)網(wǎng)基站等設(shè)施一般在安裝在8m以上。頂層：智慧路燈頂部設(shè)置微基站等移動(dòng)通信設(shè)備。

4.5 安全性原則

多功能智慧路燈的防護(hù)等級(jí)必須達(dá)到IP54以上。其抗震性能需要遵照《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》GB 50011中的相關(guān)規(guī)定，且抗震設(shè)防烈度不低于當(dāng)?shù)亟ㄖ卣鹆叶仍O(shè)計(jì)要求。保證路燈外表的防腐性能在鹽霧濃度不大于5%Nacl的環(huán)境中智慧路燈能持續(xù)有效地運(yùn)作。通過有限元分析計(jì)算智慧路燈的安全系數(shù)是否滿足GB 50009-2001《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》和當(dāng)?shù)仫L(fēng)壓要求。

5 多功能智慧路燈的設(shè)計(jì)思路

5.1 設(shè)計(jì)定位

1）模塊化設(shè)計(jì)

方便裝卸，能實(shí)現(xiàn)多場(chǎng)景配置，方便更換燈頭和增減掛載設(shè)備。

2）集成程度高

集成多種信息設(shè)備、技術(shù)創(chuàng)新復(fù)合應(yīng)用。

3）內(nèi)部結(jié)構(gòu)規(guī)整

強(qiáng)弱電設(shè)備分倉安裝走線，布局緊湊合理。

4）道路交通信號(hào)輔助

給行人和車輛提供交通警示，保障出行安全。

5）外觀符合地方特色

根據(jù)地方文化添加圖案，突出特色。

5.2 設(shè)計(jì)方案

5.2.1 功能設(shè)計(jì)

①模塊化設(shè)計(jì)，快速裝配燈頭和掛載設(shè)備（見圖1）；

圖1 產(chǎn)品效果圖a

②集成智慧照明、安防及道路智慧監(jiān)控、微基站、信息發(fā)布、應(yīng)急可視廣播以及一鍵呼救等多種功能（見圖2）；

圖2 產(chǎn)品效果圖b

③道路交通信號(hào)輔助燈光，燈桿中段的射燈投射出的光柱輔助遠(yuǎn)處行車了解紅綠燈的實(shí)施狀況，燈桿底部的燈條給行人提醒和警示作用（見圖3）；

圖3 產(chǎn)品情景圖

④夜間道路氛圍燈，打造繁華智慧城市氛圍效果，照亮美化城市環(huán)境。

5.2.2 尺寸設(shè)計(jì)

根據(jù)整桿各部件的布局和內(nèi)部硬件的大小，整機(jī)尺寸設(shè)計(jì)，桿體總高12m，下段是正八棱桿體，壁厚5mm，中上段由4根方桿組成，頂部有法蘭盤，尺寸為400mm×400mm，用于安裝固定基站，燈桿底部法蘭盤尺寸為600mm×600mm，厚度為18mm，安裝孔距為φ424mm。

5.2.3 造型設(shè)計(jì)

整桿外觀根據(jù)佛山市順德區(qū)陳村鎮(zhèn)環(huán)鎮(zhèn)東路項(xiàng)目進(jìn)行設(shè)計(jì)，產(chǎn)品整體表現(xiàn)出工業(yè)科技感，結(jié)合蘭花元素，簡(jiǎn)約且高品質(zhì)。產(chǎn)品的模塊化設(shè)計(jì)符合現(xiàn)代科技風(fēng)，其頂部基站外罩和燈桿底座表面可通過絲印或噴漆制造出具有當(dāng)?shù)靥厣膱D案。

5.2.4 材料工藝

材料采用低碳鋼Q235Q型，通過大型折彎機(jī)一次折彎成型。桿體內(nèi)外壁通過熱鍍鋅防腐工藝處理，桿體表面使用室外用聚酯塑粉噴塑上色。

5.2.5 色彩設(shè)計(jì)

色彩上，以銀灰色為主色。銀灰色充滿科技感，讓產(chǎn)品的科技智慧得到完美詮釋。銀灰色的燈桿配上RGB可控氛圍射燈，體現(xiàn)出智慧城市的信息快速流通。

6 結(jié)語

本文所研究的多功能智慧路燈具備模塊化組裝、多場(chǎng)景適用配置、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性強(qiáng)、監(jiān)測(cè)系統(tǒng)集成度高等特征。文章通過對(duì)多功能智慧路燈進(jìn)行系統(tǒng)分析，設(shè)計(jì)出一款貼合城市使用場(chǎng)景、對(duì)人們友好的多功能智慧路燈，有望加快我國智慧路燈的普及和智慧城市建設(shè)的進(jìn)程，同時(shí)降低制造和維護(hù)成本。