智慧路灯设计探讨

      智慧路灯也可称为多功能智慧灯杆，是物联网技术和传统路灯相结合的产物。近年来，随着物联网及5G技术的逐步成熟，智慧路灯成为研究的热点，其被视为城市物联网的最佳接口及5G微基站的最佳载体。目前智慧路灯的设计面临不少难题，如设计规范和设计经验缺乏、可供选择的智慧路灯产品较少、智慧路灯前端与后台衔接相关问题等。文章仅从技术层面探讨智慧路灯设计中的一些关键问题。
1、智慧路灯相关规范
      截至目前（2020年2月），智慧路灯还没有国家和行业技术标准，只有少数地方标准。广东省地标《智慧灯杆技术规范》（DBJ/T15-164-2019）于2019年10月1日实施，主要内容包括总则、术语、基本规定、系统规划、系统设计、施工、检测与验收、运行和维护等，该规范内容全面，对智慧路灯建设全过程都做了相关规定。
       深圳市地标《多功能智能杆系统设计与工程建设规范》(DB4403/T30-2019)于2019年10月1日实施，该规范针对多功能智能杆的结构功能、性能指标、施工验收、运行管理与维护等方面制订了详细的规定，率先明确多种类型智慧灯杆的典型应用场景及各类智能设备功能及技术要求是该规范的两大亮点。
       《江苏省城市照明智慧灯杆建设指南》于2019年12月17日正式发布实施，该指南涵盖了城市照明智慧灯杆建设所涉及的规划、立项、设计、施工、验收、运维全过程，在广泛调研和借鉴的基础上，形成了规定详细、技术指标明确、操作性强的特点。
       湖南省标准图集《智能灯杆》（湘2017D102）和贵州《智能灯杆标准设计图集》（黔2019/T120）均提供了丰富的智慧路灯杆型、基础及主要构件的大样图。
       深圳市地标《多功能智能杆系统设计与工程建设规范》和《江苏省城市照明智慧灯杆建设指南》内容详细且具体，对各种智慧路灯应用场景给出了建议，对智慧路灯的硬件软件性能指标提出了要求，对智慧路灯供电与通信管线敷设也提供了方案，可作为当地智慧路灯设计的核心依据，也可作为其他地区智慧路灯设计的重要参考。
2、智能设备的选择
       智慧灯杆的“智慧”来源于灯杆上挂载的各种智能设备，如视频摄像机、交通指示设备、交通监控设备、环境传感器、气象传感器、5G基站、车路协同路侧单元、LED显示屏、网络音柱、无线WiFi、一键呼叫设备、信息触摸屏、充电桩等。
       深圳市地标《多功能智能杆系统设计与工程建设规范》给出的智慧路灯典型应用场景参考示例如表1所示。           《江苏省城市照明智慧灯杆建设指南》中也有类似表格。从表1可以看出：(1)视频采集与移动通信是基本功能，在各种场景中均建议配置，这与近年来城市交通治安管理的不断升级和SG的蓬勃发展相呼应；(2)公共WLAN、公共广播、一键呼叫功能，主要为行人提供服务，多用于商业步行街、景观休闲道等场景；(3)交通信号灯、交通流监测、交通执法、信息发布屏属于交通类服务功能，主要用于各种等级道路；(4)信息发布屏（广告）为可选功能，再经过评估，可产生一定效益的场景下选择该功能；(5)电动汽车充电功能为可选功能，应谨慎选择，在充电需求、停车位置及充电电源来源等条件均具备时，才可发挥充电作用。
       智慧路灯智慧功能设计或智能设备选择时，应因地制宜，因需而设，适当超前，不可贪多求全，盲目选择，造成不必要的浪费。
3、智慧路灯杆杆体及基础设计
       智慧路灯项目中，虽然最终采购的杆体样式通常由甲方确定，但仍然需要重视杆体设计。智慧路灯杆体设计，主要表达灯杆高度、臂型（单臂或双臂）、臂长、灯杆挂载智能设备种类及安装高度等重要信息。上述前三点与普通路灯灯杆设计相同。智能设备的安装高度与其功能、设备间的相互影响有关，同时兼顾美观。通常移动通信设备（如5G微基站）、气象环境监测设备安装于灯杆顶部，公共WLAN设备、交警或治安摄像头、交通信号灯、信息发布屏、公共广播安装于灯杆中部，多媒体交互终端、一键呼叫、充电设备安装于灯杆底部。特别要注意，采用支架安装的智能设备，如果朝向机动车道，不应进入道路建筑限界，如果朝向人行道，需要保持适当的高度，以防行人意外碰撞，信息发布屏还应考虑视距及树木遮挡问题。
       智慧路灯杆体结构一般需要提出荷载、抗风、防腐等关键要求，杆体材质、杆径、壁厚一般不作硬性规定，由供货方经过校核后确定。杆体载荷除集成现有功能设备荷载外，还应适当增加冗余荷载设计。
       智慧路灯杆体设计有两个细节需要注意：(1)为保持杆体整洁美观，杆体建议具备防粘贴功能，防粘贴区域不低于2.5m；(2)重要道路两侧杆体通常需预留挂载国旗、灯笼等装饰物的挂件，采用何种形式可与使用单位协商。
       智慧灯杆基础不能盲目采用同等高度普通路灯基础，需要考虑挂载智能设备所增加的荷载，经结构专业计算后确定。
4、智慧路灯供电设计
      在市政电力来源方便时，智慧路灯供电首选市  由表2可知，智能设备中交流充电桩、通信基站、信息发布屏功率较大，智慧路灯供电设计与这些大功率负荷关系密切。
      (1)交流充电桩和通信基站在目前设计中多为预留，未来需要时安装设备，若考虑供电设施一次建成，将预留的交流充电桩和通信基站的计算负荷纳入变压器的总负荷，将导致近期变压器负荷率较低，不节能，并且一旦将来交流充电桩和通信基站需求变化，还将造成投资浪费。上述情况下的供电设施方案可采用分期建设方案，近期按目前使用智能设备的需要并稍做预留设置变压器，远期根据实际增加智能设备的需要新增变压器或更换变压器。
      (2)通信基站供电设计需征求运营商意见。
通常，5G宏基站由直流不间断电源供电，引自运营商通信机柜（房）；5G微基站可由安装在智慧路灯设备舱内的模块化电源直接供电。
      (3)交流充电桩与通信基站建议独立计量用电量。
      (4)不同类型信息发布屏（像素点规格、单双面等）的功率差别较大，计算前，需与使用单位做较详细的沟通，大致确定信息发布屏的规格。
5、管线敷设
       智慧路灯需要电力和通信两种线缆，应分别穿管敷设。电力电缆涉及灯具（全夜灯、半夜灯）供政电力，通常采用路灯箱变供电。智慧路灯挂载的智能设备与灯具在供电控制、维护管理上具有明显的差别，因此智能设备与灯具建议采用不同供电回路。智慧路灯灯具的供电与常规路灯一致，无须赘叙，一般采用电源模块统一向各类智能设备供电。智能设备的供电负荷计算应根据具体的配置情况并作适当预留。       电电缆、智能设备供电电缆，通信线缆涉及各运营商移动通信线缆、其他智能设备信息传输线缆，因此强弱电管数量不应小于6根，如考虑道路交通监控备或交通诱导设备的电缆保护管随智慧路灯的管道一起敷设，通常一共敷设8根管道。管道材料通常选PVC-U管或DHPE管，车行道下管顶敷土应不小于0.7m，人行道或绿化带下管顶敷土应不小于0.5m。每根智慧路灯旁应设置接线孔井，电缆分支接线应在接线井内实施完成，手井与杆体底座之间连通的弯管宜不小于4根。
6、结语
      在大力建设智慧城市的当下，智慧路灯具有较大发展潜力。市政设计人员作为智慧路灯蓝图的勾勒者，应该做出应有的贡献。笔者结合深圳智慧路灯设计的实际经验，探讨智慧路灯设计中的一些关键问题，希望对智慧路灯设计者有所帮助。