城市全域功能照明規(guī)劃研究

杜鵬程

(上海城市交通設(shè)計(jì)院有限公司，上海 200092)

引言

城市照明是保障城市夜間安全、展現(xiàn)夜間魅力、推動(dòng)城市發(fā)展的重要方式之一，全國(guó)各地城市(區(qū))相繼開展照明專項(xiàng)規(guī)劃編制，但多數(shù)以針對(duì)城區(qū)范圍為主，更多側(cè)重景觀照明的塑造[1，2]。隨著城鄉(xiāng)一體化進(jìn)程的不斷推進(jìn)，人的出行日益頻繁，城市近郊地區(qū)、村莊核心區(qū)等夜間活動(dòng)也較為密集，照明供需矛盾日益突顯。因此，編制城市全域范圍的功能照明專項(xiàng)規(guī)劃越發(fā)顯現(xiàn)其迫切性，也為未來(lái)城市照明發(fā)展和建設(shè)提供方向。

1 照明設(shè)施現(xiàn)狀評(píng)估

功能照明規(guī)劃編制是建立在對(duì)既有照明設(shè)施的全面評(píng)估基礎(chǔ)上的，以問題為導(dǎo)向，制定規(guī)劃目標(biāo)與規(guī)劃指引。在整個(gè)規(guī)劃編制伊始，需要進(jìn)行大量的實(shí)地踏勘，召開市、區(qū)、街鎮(zhèn)、相關(guān)委辦等有關(guān)部門的座談和研討會(huì)，開展設(shè)施普查、現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)量實(shí)測(cè)等工作。進(jìn)而對(duì)照明設(shè)施的數(shù)量、結(jié)構(gòu)、質(zhì)量、節(jié)能、監(jiān)控等方面進(jìn)行深度剖析。

1.1 照明設(shè)施摸底

1.1.1 調(diào)查方法

照明設(shè)施從管理權(quán)屬上通常分為市管、區(qū)管以及街鎮(zhèn)、開發(fā)區(qū)等自管照明設(shè)施；從種類上分為燈盞、燈桿、控制箱等。對(duì)于市、區(qū)管照明設(shè)施，一般相關(guān)管理部門有統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，開展查缺補(bǔ)漏工作即可；但對(duì)于街鎮(zhèn)自管設(shè)施，由于部分街鎮(zhèn)或開發(fā)區(qū)相關(guān)專業(yè)人員較少，技術(shù)力量相對(duì)薄弱，可能存在數(shù)據(jù)完整性較差問題，則需開展照明設(shè)施專項(xiàng)普查。設(shè)施量摸底也方便后續(xù)照明設(shè)施的編碼、落圖等信息化工作開展，為全域照明設(shè)施智慧化管理奠定基礎(chǔ)。

1.1.2 設(shè)施分析

照明設(shè)施分析內(nèi)容包括區(qū)域分布、光源類型、裝燈率、燈桿材質(zhì)、燈桿高度、燈具老舊情況、控制箱老舊情況等，掌握現(xiàn)狀照明設(shè)施結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，分析存在主要問題，有利于針對(duì)性地制定規(guī)劃目標(biāo)和指引。

以松江區(qū)為例，全區(qū)行政面積604.6 km2，常住人口176.2萬(wàn)。全區(qū)城市道路裝燈率平均約為94%，公路(除高速公路)裝燈率平均約為79%(如圖1、圖2所示)；光源以高壓鈉燈為主，占88.2%；燈桿材質(zhì)以鋼桿為主，約占88.8%；燈桿高度以常規(guī)照明為主，占97.8%；部分超規(guī)范使用年限(4.4%燈具超過20年，16.2%控制箱超過16年)的老舊照明設(shè)施仍在使用(如圖3所示)，未完全做到“到期即改”。

圖1 松江區(qū)各街鎮(zhèn)裝燈率(左)與各等級(jí)道路裝燈率(右)Fig.1 Lighting rate of street and town in songjiang district (left)and lighting rate of road by grade (right)

圖2 松江區(qū)現(xiàn)狀道路裝燈情況示意圖Fig.2 Songjiang district current road lighting situation diagram

圖3 松江區(qū)老舊照明設(shè)施分布圖Fig.3 Distribution map of old lighting facilities in Songjiang district

1.2 照明運(yùn)行情況

1.2.1 指標(biāo)選取

照明運(yùn)行評(píng)估主要通過抽樣調(diào)查方法對(duì)轄區(qū)內(nèi)照明設(shè)施進(jìn)行實(shí)測(cè)。駕駛員行車作業(yè)時(shí)，眼睛直接感受到的是路面亮度，平均亮度值越高，人對(duì)路上障礙物的辨識(shí)速度越快，道路能見度與平均亮度成正比[1]，而照度值則會(huì)受到路面材質(zhì)等方面的影響。因此，建議實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)選取亮度值(包括路面平均亮度、路面亮度總均勻度、路面亮度縱向均勻度)，同時(shí)可根據(jù)實(shí)際需求選取部分照度值(包括路面平均照度、路面照度均勻度)作為補(bǔ)充評(píng)價(jià)指標(biāo)，節(jié)能指標(biāo)選取照明功率密度值[5，6]。

抽樣樣本選取應(yīng)達(dá)到一定的樣本量，并具備代表性，并結(jié)合城市總體規(guī)劃和道路交通規(guī)劃等，盡量覆蓋不同城市功能分區(qū)和不同等級(jí)城市道路和公路。

1.2.2 質(zhì)量評(píng)估

以松江區(qū)為例，共計(jì)選取100條道路進(jìn)行照明質(zhì)量現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)，檢測(cè)樣本基本覆蓋了居住區(qū)、商業(yè)商務(wù)區(qū)、工業(yè)倉(cāng)儲(chǔ)區(qū)、風(fēng)貌保護(hù)區(qū)和農(nóng)村地區(qū)，涉及全區(qū)17個(gè)街鎮(zhèn)。從亮度檢測(cè)結(jié)果來(lái)看，整體亮度達(dá)標(biāo)率不高，僅為30%(見表1)。

表1 照明亮度實(shí)測(cè)達(dá)標(biāo)情況統(tǒng)計(jì)表Table 1 Statistical table of the actual standard of illumination brightness

1.3 現(xiàn)狀評(píng)估

1.3.1 照明設(shè)施問題

(1)道路照明設(shè)施不足?！坝新窡o(wú)燈”現(xiàn)象仍存在，影響城市治安和交通安全。城市道路未裝燈路段主要為建設(shè)未達(dá)標(biāo)的支路、尚未辟通的斷頭路等；公路照明建設(shè)則未跟上城市建設(shè)和發(fā)展的步伐，一些村莊主要對(duì)外通道未裝燈現(xiàn)象普遍存在(如圖4所示)。

圖4 照明設(shè)施不足示例Fig.4 Examples of insufficient lighting

(2)照明設(shè)施部分老舊。照明設(shè)施老舊、維護(hù)保養(yǎng)不及時(shí)，普遍存在亮度水平不足的情況，同時(shí)也不利于節(jié)能環(huán)保。道路照明設(shè)施未嚴(yán)格參照“到期即改”的原則，不利于照明設(shè)施正常運(yùn)行，老舊問題同樣反映出照明管養(yǎng)維護(hù)力度不夠、政府財(cái)政資金投入不足等問題。

(3)節(jié)能光源使用率低。由于之前缺乏LED道路照明的相應(yīng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，而且LED新光源技術(shù)也在逐漸的發(fā)展完善中，因此道路照明本著“功能優(yōu)先，安全第一”的原則，并沒有進(jìn)行大規(guī)模的推廣。隨著LED等其他新型節(jié)能光源技術(shù)的不斷發(fā)展，以及道路LED照明應(yīng)用技術(shù)相關(guān)規(guī)范的發(fā)布，未來(lái)應(yīng)積極推進(jìn)LED等新型節(jié)能光源的應(yīng)用。

1.3.2 照明運(yùn)行問題

(1)照明質(zhì)量不夠理想。在老城區(qū)、歷史保護(hù)街區(qū)，由于綠化遮擋，燈具配光設(shè)計(jì)不佳、設(shè)施維護(hù)周期過長(zhǎng)等原因，導(dǎo)致斑馬線效應(yīng)嚴(yán)重，均勻度達(dá)標(biāo)率很低(如圖5所示)。還有一些道路由于改擴(kuò)建、水泥合桿或者設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)過低等因素，導(dǎo)致照明設(shè)施與道路規(guī)模不匹配，進(jìn)而照明質(zhì)量不達(dá)標(biāo)。

圖5 亮度不達(dá)標(biāo)(左)與能耗超標(biāo)(右)示例Fig.5 Examples of substandard brightness (left)and excessive energy consumption (right)

(2)照明設(shè)施能耗超標(biāo)。道路照明建設(shè)無(wú)規(guī)劃或管理不到位，以及設(shè)計(jì)不合理，是導(dǎo)致功率密度超標(biāo)的主要原因。部分道路亮度水平很高，超出了道路使用者的真正需要，造成了資源浪費(fèi)和一定的光污染。光源方面，雖然低效高耗產(chǎn)品的應(yīng)用極少，但節(jié)能新光源、新技術(shù)應(yīng)用推廣力度仍需加強(qiáng)，與國(guó)家和上海市制定的節(jié)能要求仍存在一定的差距。

(3)智能監(jiān)控水平不高。就地監(jiān)控造成了管理難度大、安全系數(shù)低、工作量大，不能應(yīng)對(duì)季節(jié)和天氣的變化，極易造成極大的能源浪費(fèi)，增加了財(cái)政負(fù)擔(dān)。同時(shí)，道路照明運(yùn)行狀況主要采用人工巡查模式，不僅工作量大，還浪費(fèi)人力、物力、財(cái)力。故障判別缺乏主動(dòng)性、及時(shí)性和可靠性，不能實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確、全面地監(jiān)控全城的道路照明運(yùn)行狀況，缺乏有效的故障預(yù)警機(jī)制。

2 發(fā)展趨勢(shì)與規(guī)劃目標(biāo)

2.1 功能照明發(fā)展趨勢(shì)

1)以功能照明為基礎(chǔ)，彰顯城市人文和風(fēng)貌特色。照明規(guī)劃編制應(yīng)順應(yīng)城市的總體發(fā)展方向，重點(diǎn)解決道路功能照明需求的同時(shí)，兼顧城市人文和風(fēng)貌，有效突出城市性格和特點(diǎn)，并對(duì)照明規(guī)劃的實(shí)施有較為可行和完備的體系和制度保障。

2)注重節(jié)能環(huán)保，大力發(fā)展綠色照明。功能照明既要保證夜間行車和行人安全，又要嚴(yán)防光污染，避免造成資源浪費(fèi)。高能效、高品質(zhì)光源是打造綠色、舒適照明環(huán)境的關(guān)鍵[3]，未來(lái)將持續(xù)加大推進(jìn)新型節(jié)能光源以及其他高效照明器材的應(yīng)用力度。

3)加大科技創(chuàng)新投入，注重智慧照明建設(shè)。以上海、北京為代表的各大城市相繼提出智慧城市的建設(shè)目標(biāo)，智慧照明已然成為城市照明的發(fā)展趨勢(shì)，其含義不僅僅包括對(duì)照明的調(diào)光控制，更重要的是智能化監(jiān)控，是替代傳統(tǒng)人工管理方式的重要技術(shù)手段?；诰?xì)化管理理念以及智慧道路、智慧城市概念，對(duì)于路燈桿的綜合利用也需要重點(diǎn)考慮[4]。

2.2 規(guī)劃目標(biāo)

2.2.1 規(guī)劃愿景

通過功能照明規(guī)劃，推動(dòng)綠色舒適、現(xiàn)代科技、體現(xiàn)個(gè)性的城市夜間環(huán)境的塑造，構(gòu)建“安全、和諧、智慧”的道路和公共區(qū)域照明體系。

2.2.2 指標(biāo)體系

照明規(guī)劃指標(biāo)體系可從城市亮化水平、智能監(jiān)控水平、綠色照明水平、管理維護(hù)水平四個(gè)維度構(gòu)建，形成4大類12小項(xiàng)指標(biāo)體系，具體指標(biāo)量化可結(jié)合各城市(區(qū)縣)現(xiàn)狀水平及城市總體規(guī)劃目標(biāo)，制定近中遠(yuǎn)期目標(biāo)值(見表2)。

表2 照明規(guī)劃指標(biāo)體系表Table 2 Lighting planning index system

12小項(xiàng)指標(biāo)中裝燈率指標(biāo)用于指導(dǎo)實(shí)際照明建設(shè)較難參照，特別是對(duì)低等級(jí)公路，應(yīng)當(dāng)裝燈的范圍較難界定。為了更好地指導(dǎo)城市道路照明設(shè)施建設(shè)，將規(guī)劃指標(biāo)落到實(shí)處，宜進(jìn)一步結(jié)合規(guī)劃區(qū)域空間布局和土地使用規(guī)劃、村莊布點(diǎn)規(guī)劃等[7]，從“人的活動(dòng)空間”角度，對(duì)裝燈率指標(biāo)進(jìn)行適應(yīng)性優(yōu)化與改進(jìn)，具體給出需設(shè)置路燈道路的規(guī)劃范圍：

1)高速公路入城段；

2)一級(jí)、二級(jí)公路；

3)城市開發(fā)邊界內(nèi)以及外圍200 m范圍內(nèi)路段；

4)小區(qū)出入口200 m范圍、街坊里弄出入口、轉(zhuǎn)彎處；

5)村莊集中居住及外圍200 m范圍內(nèi)，村莊對(duì)外主要通道。

松江區(qū)需裝燈規(guī)劃范圍如圖6所示。

圖6 裝燈區(qū)域布局示意圖Fig.6 Layout diagram of lighting area

2.3 規(guī)劃原則

(1)科學(xué)規(guī)劃，突出特色。道路照明要與城市經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展相適應(yīng)，要與城市總體規(guī)劃緊密結(jié)合，抓住城市重要特征，進(jìn)行重點(diǎn)規(guī)劃。照明設(shè)計(jì)應(yīng)符合照明規(guī)劃的要求，充分體現(xiàn)城市人文和風(fēng)貌特色。

(2)以人為本，功能優(yōu)先。優(yōu)先保障道路功能照明，做到“路通燈亮”。不斷提高道路照明設(shè)施水平、運(yùn)行水平、維護(hù)水平，保障道路照明的安全性和舒適性。

(3)智慧城市，智能照明。與智慧城市建設(shè)相適應(yīng)，加快道路照明智能監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)，提高道路照明信息化水平，智能監(jiān)控減少人工巡檢，加大照明設(shè)施綜合利用。

(4)節(jié)能降耗，控制污染。把“綠色照明”的理念放在十分重要的位置，積極應(yīng)用高效節(jié)能產(chǎn)品及技術(shù)，加快照明節(jié)能改造步伐。嚴(yán)格控制光污染，達(dá)到保護(hù)環(huán)境的目的。

3 規(guī)劃指引

3.1 道路照明

道路照明除需滿足國(guó)家及地方道路照明工程相關(guān)規(guī)范要求外，同時(shí)要實(shí)行分區(qū)指引，各有側(cè)重[8]。

(1)居住區(qū)：以保障行車及慢行的舒適性為主，宜采用和暖色光源，盡量減少對(duì)道路兩側(cè)居民的影響，提高宜居性。

(2)商業(yè)區(qū)：以體現(xiàn)照明的多功能為主，可適當(dāng)調(diào)高亮度，考慮照明設(shè)施的多功能、集約化、智慧化，彰顯城市活力。

(3)風(fēng)貌及風(fēng)景區(qū)：以展現(xiàn)照明的景觀性為主，燈桿燈具樣式與周邊景觀協(xié)調(diào)一致，體現(xiàn)區(qū)域特色。

(4)工業(yè)區(qū)：主要考慮因素是節(jié)能性，宜采用節(jié)能光源和節(jié)能控制方式，加強(qiáng)綠色生態(tài)。

(5)農(nóng)村地區(qū)：應(yīng)該注重設(shè)施的便于維護(hù)性，重點(diǎn)考慮完善照明設(shè)施，易于后期管理維護(hù)，宜采用新型能源，注重生態(tài)與安全性。

3.2 公共區(qū)域照明

公共區(qū)域的照明應(yīng)強(qiáng)調(diào)公共活動(dòng)聚集場(chǎng)所的安全感，旨在消滅城市照明盲區(qū)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)照明與場(chǎng)景和諧交融。

(1)公共廣場(chǎng)：在滿足功能性照明的基礎(chǔ)上，應(yīng)注重與周邊環(huán)境相協(xié)調(diào)，同時(shí)嚴(yán)防光污染和光干擾。亮度或照度水平、照明方式、光源的顯色性以及燈具造型應(yīng)體現(xiàn)廣場(chǎng)的功能要求和景觀特征。

(2)街坊里弄：交通性街道應(yīng)為車行提供良好的照明環(huán)境；生活性街道滿足面部識(shí)別亮度的同時(shí)減少對(duì)臨街居民的干擾。

(3)濱水地區(qū)：活動(dòng)區(qū)域整體以功能照明為主，允許局部設(shè)置景觀照明，親水區(qū)域應(yīng)注重指示性照明，例如安全提示類型的照明燈具，以防止意外發(fā)生。

(4)公園綠地：應(yīng)提供功能性照明和指示性照明，營(yíng)造靜謐、自然的夜間景觀效果。在滿足城市人行道照明標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，還應(yīng)考慮所在路徑的生態(tài)環(huán)境要求以確定是否應(yīng)用公共照明及最低亮度(照度)值要求。

3.3 特色照明

功能照明的特色并非形成“一路一景”，而是綜合考慮管理和建設(shè)要求，秉承“傳承與創(chuàng)新”原則，整體在延續(xù)現(xiàn)有路燈風(fēng)格的基礎(chǔ)上，在城市特色區(qū)域，結(jié)合周邊景觀創(chuàng)新路燈風(fēng)格，以展現(xiàn)地區(qū)歷史、人文、景觀特色。路燈風(fēng)格樣式歸納為現(xiàn)代簡(jiǎn)約、歐洲古典、中式仿古、特色元素以及鄉(xiāng)村風(fēng)格五大類(見圖7)。

圖7 路燈風(fēng)格分類Fig.7 Street lamp style classification

以松江區(qū)為例，一般地區(qū)道路新建路燈宜采用現(xiàn)代簡(jiǎn)約風(fēng)，方便后續(xù)管理、維護(hù)；風(fēng)貌區(qū)等特色區(qū)域可結(jié)合周邊景觀特點(diǎn)，采用歐洲古典風(fēng)、中式仿古風(fēng)和特色元素類路燈[9],例如廣富林遺址、泗涇下塘、泰晤士小鎮(zhèn)、佘山等地區(qū)；一些特色村莊，可結(jié)合江南水鄉(xiāng)特色采用鄉(xiāng)村風(fēng)格特色路燈，例如浦南地區(qū)“美麗鄉(xiāng)村示范村”等。

3.4 照明信息化及綜合利用

以物聯(lián)網(wǎng)、可視化等技術(shù)為依托，通過采用網(wǎng)絡(luò)通信、信息共享、動(dòng)態(tài)工作流、智能照明等技術(shù)組建一個(gè)全方位的道路照明管理信息的綜合匯聚空間，為各層次照明管理機(jī)構(gòu)各項(xiàng)業(yè)務(wù)的實(shí)施提供全面的技術(shù)支撐[10]。規(guī)劃構(gòu)建“1+n”形式的管理架構(gòu)，由1個(gè)管理中心加若干個(gè)分中心構(gòu)成，在技術(shù)上由管理信息平臺(tái)、信息傳輸、照明控制終端等三部分組成。

1個(gè)管理中心主要為市(區(qū))級(jí)照明管理部門和機(jī)構(gòu)服務(wù)，n個(gè)分中心主要為區(qū)(街鎮(zhèn))級(jí)照明管理部門和機(jī)構(gòu)服務(wù)，可不建立實(shí)體分中心，通過管理中心的權(quán)限配置，共享照明管理中心的資源。照明監(jiān)控系統(tǒng)主要功能包括設(shè)施管理、集成控制、建設(shè)管理、能耗管理、運(yùn)維管理、應(yīng)急指揮等。

目前上海、北京等各大城市正積極開展綜合桿建設(shè)，以路燈桿作為載體，歸并整合道路照明、交通標(biāo)志標(biāo)牌、信號(hào)燈、監(jiān)控、路名牌、公共服務(wù)設(shè)施指示標(biāo)志牌等設(shè)施[11]。桿體要求具備靈活接入各功能模塊的接口；要求附有清晰、易讀的標(biāo)號(hào)與信息化標(biāo)識(shí)；桿體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)穩(wěn)固、安全，同時(shí)支持強(qiáng)電、弱電線路安裝。

綜合桿優(yōu)先在城區(qū)主要交通干道、商業(yè)商務(wù)中心、行政辦公中心、重點(diǎn)公共建筑等重要地區(qū)建設(shè)，近期可試點(diǎn)智能感知功能、移動(dòng)通訊、公共wifi等應(yīng)用，未來(lái)隨著自動(dòng)駕駛、智慧道路等智慧場(chǎng)景的應(yīng)用，通過桿體預(yù)留借口、數(shù)據(jù)共享等，支持道路照明設(shè)施與車內(nèi)設(shè)施聯(lián)動(dòng)，融入車路協(xié)同系統(tǒng)。

4 結(jié)語(yǔ)

城市功能照明規(guī)劃編制應(yīng)順應(yīng)城鄉(xiāng)發(fā)展和人的夜間活動(dòng)需求，對(duì)于照明設(shè)施風(fēng)格既不能千篇一律，又不能百花齊放，綜合考慮現(xiàn)有城市路燈風(fēng)格、后續(xù)設(shè)施管理維護(hù)便利性，同時(shí)展現(xiàn)城市自然、人文景觀特色，總體秉持“傳承與創(chuàng)新”理念，打造賦有自身地區(qū)特色的功能照明規(guī)劃。

城市全域功能照明規(guī)劃是對(duì)城市總體規(guī)劃的補(bǔ)充完善，能夠有效協(xié)調(diào)和應(yīng)對(duì)由于城市不斷快速發(fā)展給道路和公共區(qū)域照明帶來(lái)的諸多復(fù)雜問題，能夠科學(xué)、有序、系統(tǒng)地指導(dǎo)全市道路和公共區(qū)域照明各個(gè)環(huán)節(jié)工作的開展，使照明建設(shè)和管理更具有前瞻性、規(guī)范性和系統(tǒng)性。目前大多數(shù)城市照明管理信息化程度不高，照明設(shè)施綜合利用仍處于起步階段，未來(lái)結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)、5G、自動(dòng)駕駛、車路協(xié)同等新技術(shù)，重點(diǎn)開展照明實(shí)時(shí)監(jiān)控、信息交互與智慧感知等方面的研究。