引言
       為了提高城市生活質量，近年來各大城市開始著力于建設智慧城市。智慧路燈作為基礎設施的重要部分，具有分布廣、布點勻等特點，是各種硬件設備和信息流的理想基站，將助力城市的智慧化建設。為了降低從生產到應用的各項成本，智慧路燈需要具備應用場景廣泛、壽命長等特點，同時適應復雜的自然環(huán)境和社會環(huán)境。
       智慧路燈的壽命通常能夠達到20年以上，隨著技術發(fā)展，以智慧路燈為載體的硬件更加多樣。然而目前大多數(shù)的路燈沒有足夠的功能擴展接口，使其適應社會環(huán)境的能力大大降低，因此燈桿的功能可擴展性以及各硬件的易拆裝性應當?shù)玫街匾?。此外，為了適應惡劣的自然環(huán)境和多樣的社會環(huán)境，智慧路燈應當具有結構穩(wěn)定性，表面耐腐蝕性．適應社會的外觀風格等特點。 1、智慧路燈的構成
       各大城市大力推廣智慧城市的概念，開展了許多路燈改造工程，目前大多數(shù)城市采用升級舊燈的方案，建設全新的智慧路燈的實踐案例較少，因此對智慧路燈工業(yè)設計的研究有較好的實際意義。為了滿足城市道路中的各種需求，目前智慧路燈主要包含了照明應用、智能控制，安防監(jiān)控等12種構成組件。
       1）照明應用。智慧路燈的燈頭有單燈頭、雙燈頭和多燈頭的設計，發(fā)光方式以直下式照明為主。根據(jù)不同的道路類型，雙燈頭設計還可以分為安裝機非分隔帶和中央分隔帶兩種，前者采用一高一低燈頭設計，后者采用對稱燈頭設計。此外，燈頭的造型設計需與城市規(guī)劃理念相呼應，常見的設計風格有模仿動物、花卉的仿生設計、現(xiàn)代簡約風格、中式風格、或與當?shù)匚幕卣飨嗳诤?。除了造型設計外，還可以定制RGB氛圍光，豐富燈光效果，美化城市。
       2）智能控制。智能控制技術包含傳感器調光（如人體紅外感應開關燈、根據(jù)日出日落時間調光等），還可以通過系統(tǒng)控制可以對任意一盞、一路或自定義的一組路燈進行遠程開關控制，可隨時查詢路燈的開關狀態(tài)、亮度、電流、電壓、功率、壽命、使用障礙等數(shù)據(jù)。智能控制技術能夠幫助城市提高照明質量、節(jié)約電能。
       3）安防監(jiān)控。每到上班高峰期的時候，交通擁擠已經成為常態(tài)，在智慧路燈上裝設攝像頭可以對車人流進行監(jiān)控，即時生成各時段的車人流狀態(tài)，規(guī)劃適當路線緩解道路壓力。此外，還可以配合安防檢查，對行人臉部進行識別，追蹤定位，降低犯罪率；對特殊人群監(jiān)控、提供安全幫助；根據(jù)行為模式分析進行治安防范或警告（如占道經營、井蓋監(jiān)控、圍欄跨越等）、偵測違規(guī)停車、提供影像紀錄等。
       4）環(huán)境監(jiān)測。智慧燈桿上搭配氣象或環(huán)境監(jiān)測組件，可以對城市的環(huán)境狀況進行數(shù)據(jù)搜集，包括積水情況、空氣質量、土壤濕度、噪音污染、氣壓、PM2.5、光照強度，判斷風速、風向等，幫助打造綠色、安全宜居的城市。
       5）緊急呼叫。智慧路燈還可集成緊急呼救系統(tǒng)：遇到緊急事件時，市民可使用應急警報和可視對講系統(tǒng)，通過一鍵求助功能，能夠快速接通安全管理部門，給人們提供更好更安全的信息及保障。
       6）便民服務。智慧路燈還可以為市民提供自助導航、停車位查詢、公共交通精準查詢、天氣查看／播報、共享單車位置查詢等，方便市民出行；還為清潔人員發(fā)送垃圾清理提醒，提高工作效率。在多個方面提供便民服務，打造科技城市，提升綜合競爭力。
       7）共享服務。智慧路燈可以提供共享服務，如集成城市信息顯示屏和新能源汽車充電接口。隨著節(jié)能減排的提倡，新能源共享汽車越來越多，怎么解決充電難的問題困擾著很多用戶。利用智慧路燈燈桿位置與自供電的特點，實現(xiàn)電動汽車充電樁的部署，很好地解決了充電難的問題。
       8）信息發(fā)布。智慧路燈還可以集成多媒體屏幕、公共廣播等模塊，可以發(fā)布時政和公益新聞、尋人啟事等，也可為商戶提供廣告位；還可以集成內置音箱，播放城市廣播、消防廣播、天氣情況等。多媒體屏幕優(yōu)勢在于可以替換傳統(tǒng)旗桿公益性及商業(yè)性廣告海報，實時遠程控制、便于發(fā)布和管理。
       9）設備維護。智慧路燈的管理系統(tǒng)可以檢測故障設備，改變了過去只能靠人工現(xiàn)場調控和巡檢查故障的方式，大大節(jié)約了人力和維修成本，有助于安排工作人員精準維修，提高檢修效率。
       10）5G微基站。5G時代即將到來，微基站將會扮演著不可或缺的角色，遍布于城市每個角落的智慧路燈，成為安裝微基站的最佳公共設施，透過密布于路燈設備上的基站，未來不論是5G網絡、物聯(lián)網的使用或是提供給市民的Wi-Fi熱點都會成為相當便利的增值服務，實現(xiàn)網絡全覆蓋，帶動區(qū)域經濟。
       11）交通指示設備。智慧路燈能夠集成交通燈、路標、路牌、信號燈等交通指示設備，用以管理交通、指示行車方向以保證道路暢通與行車安全，無需重新立桿安裝。
       12）城市裝飾美化。智慧路燈燈桿還可以搭配其他裝飾掛件，例如盆景、座椅、節(jié)日裝飾品等掛件，渲染城市氛圍，美化城市。
       智慧路燈的推廣與應用無疑能夠為城市管理者、市民帶來許多便利，其模塊化設計的特點能夠適應多種應用環(huán)境。
2、智慧路燈工業(yè)設計要點
       2.1外觀風格
       1)文化特征。為了適應不同城市的地方特色、人文、歷史等，設計師需要對當?shù)匚幕卣鬟M行提煉，融入到智慧路燈的設計上，在創(chuàng)新與傳統(tǒng)間尋找新平衡點，把城市的特色美傳達給人們。智慧路燈外觀設計風格多樣，可以分為中式傳統(tǒng)風格、中式現(xiàn)代風格、仿生風格、現(xiàn)代簡約風格。
       中式傳統(tǒng)風格主要以傳統(tǒng)建筑園林、傳統(tǒng)吉祥紋樣設計元素為靈感來源，如提取屋頂、小雕飾、門窗、瓦當、榫卯或斗拱結構的特征線條作為路燈的裝飾元素，外觀色彩方面常采用紅木色、正紅色。中式傳統(tǒng)風格的智慧路燈多用于居民區(qū)、景區(qū)、公園、廣場等場所。
       中式現(xiàn)代風格的設計手法是以傳統(tǒng)元素為基礎，抽象其造型線條，在細節(jié)處保留設計特征，采用更加有現(xiàn)代感的銀色、黑色。這類智慧路燈多用于城市干道、綠道、景觀大道、支路等場所。
       設計師還可以從大自然的花卉草木、動物中獲得靈感，造型較具象，裝飾效果好，如羊角、花枝、花瓣、海豚、蝴蝶和神話動物等。這類智慧路燈多用于庭院、旅游景區(qū)、公園、廣場、城市綠道等場所。
       現(xiàn)代簡約風格在造型線條上較為簡潔流暢，整體沒有多余的裝飾性元素，且多數(shù)產品的色彩為黑白灰，能夠與城市融為一體。其中也不乏彩色的表面處理，顯得城市更加活力。
       2)城市景觀規(guī)劃的理念呼應。氛圍光為城市商業(yè)區(qū)烘托氣氛。圖l是日本銀座的一款路燈設計，其在材料與工藝方面有大突破——采用雙光源設計，燈頭作為主光源為路面提供足夠的照度，而燈桿的四面由玻璃組成，燈桿內部藏有光源，發(fā)光時整個燈具就像生物熒光一樣散發(fā)出柔和的氛圍光。
       2.2結構與材料工藝
       1)結構穩(wěn)定性。燈頭與燈桿的銜接要穩(wěn)固。現(xiàn)場吊裝時，主要受力點在燈頭和燈桿連接部位，燈桿頂部不受力的話，容易變形。若燈頭是異形造型，做燈桿和燈頭銜接時需要加固受力部件，否則燈頭的重心偏外，燈臂過長，將導致燈臂受力過大容易變形。
       為了便于后期維護，建議智能模塊盡量安裝在主桿上和主桿偏下的位置，并且在設計階段預留出智能模塊的接線。
       2)表面處理工藝。智慧路燈長期在戶外風吹日曬，其耐候性、防護等級方面需要重點關注，材質要保證硬度、強度，支撐整燈重量，抗風，采用耐磨、耐磕碰的表面處理工藝。在材料方面，燈桿通常用高強度鋼與高強度鋁合金型材，在城市安裝使用的智慧路燈可以考慮用鋁材但鋁材具有不抗撞的缺點，會導致在運輸過程中造成損壞?？癸L設計對燈頭和燈桿的設計要求可參考下表。
       2.3功能模塊
       智慧路燈的應用場景多樣，如小區(qū)道路、廠區(qū)道路、廣場、公園、公路等，每個場景對路燈的需求都不盡相同，因此我們需要區(qū)分不同場景的用光需求和功能需求。
       在照明方面，最基礎的功能是要按照國家標準設計主光源，提供路面照明，需要有足夠的亮度，色溫不高于5000K，防眩效果好；其次可以根據(jù)社區(qū)、城市管理者的需求，為路燈設計輔助光源作為氛圍照明。氛圍照明多數(shù)采用RGB光源，RGB三種色彩利用編程技術可以由單一到兩種組合及三種全亮可以實現(xiàn)多種色彩變化。氛圍照明能夠幫助營造節(jié)日氛圍，特別是新春佳節(jié)和國慶黃金周，城市道路、公園都會進行燈光裝飾，屆時智慧路燈可以搭配城市裝飾燈光裝置，成為一道風景線。
3、智慧路燈設計實踐
       中關村西區(qū)廣場燈光改造項目背景：中關村大街是海淀區(qū)創(chuàng)新發(fā)展主縱軸，是中關村的起源地。目前，正按照“科技風、創(chuàng)新路、國際范”的定位要求進行升級改造，突出科技研發(fā)、科技服務、國際交流、創(chuàng)新展示等核心功能，建設最具活力的宜居宜業(yè)的全球科技創(chuàng)新街區(qū)。此次設計實踐主要包含外觀風格、材料工藝和結構設計方面的創(chuàng)新，使除了照明模塊以外，建議將其他硬件設備整合在智慧路燈上，可以采用模塊化設計，將不同的智能模塊按需安裝，例如，安防監(jiān)控攝像頭、信息播報揚聲器，應急報警器、共享充電樁、WiFi共享、廣告宣傳模塊、氣象監(jiān)測等功能。在小區(qū)道路、園區(qū)道路甚至可以加入更多傳感器模塊，如垃圾桶檢測，停車位引導等功能，為人們出行、生活提供便利。
       而在廣場、公園、公路等人流較為密集的公共場所，則建議加入人流監(jiān)控、交通監(jiān)控功能。圖2所示的城市干道案例，在智慧路燈上集成了攝像頭、交通信號燈、路牌、道路標志牌和信息顯示屏，這些模塊化硬件即插即用、按需加裝、無時限擴展，搭建出一個智慧管理平臺。智慧路燈在項目背景下對自然和社會環(huán)境具有更廣泛的適應力。        3.1外觀風格
       在草圖階段，為了符合“科技風、創(chuàng)新路、國際范”的定位，我們將設計主題定位“時光隧道”，并選用現(xiàn)代極簡設計風格，盡量減弱燈桿上的裝飾元素，最大程度地突出光的品質和效果。我們在燈頭上做了一個特殊的設計，在燈頭上增加一個輔助光源，能夠在水平方向發(fā)出一束激光（如圖4），與對面的燈桿相對而立，再加上燈桿通體發(fā)出柔和的氛圍光，讓人感覺通過這段道路時仿佛進入了時光隧道，踏進科技時代。        在這個項目中，我們對智慧路燈既要求外觀上有一定的隱蔽性，能夠與環(huán)境融合，不過于突兀，又要求它能夠契合中關村的科技創(chuàng)新街區(qū)的定位。
       因此在構思方案時，我們堅持采用現(xiàn)代極簡風格，不為設計而設計，整體形態(tài)和出光效果都始終貫穿一橫一豎的線型感（圖5），通過主光源加氛圍光的雙光源設計充分地表達出最初的設計概念——時光隧道。
       3.2材料工藝
       在材料與工藝方面，我們利用鋁合金本身的防腐性能好，質量輕便于運輸，使用壽命長，材料本身可回收節(jié)能減排的特點，使用鋁合金作為燈桿的材料。我們對鋁材燈桿表面做噴油處理，啞光細砂的光澤更凸顯出產品的質感和科技含量。
       3.3結構設計
       在結構設計方面，一橫為燈頭，一豎為燈桿，模組化的設計可以實現(xiàn)在現(xiàn)場用螺絲銜接。燈桿與燈頭的連接部件如圖7中燈頭連接部件所示，燈頭與燈桿連接處的組合外觀如圖8所示；其細長的方形截面更合適整體的打包裝箱進行運輸，減少了異形造型模塊在運輸過程中由于包裝空隙導致?lián)u晃和磕碰，最終導致到現(xiàn)場出現(xiàn)產品缺陷問題。
       為了增強燈桿的擴展功能，燈桿采用U形包裹的形態(tài)半包燈頭，燈桿與智能模塊之間的連接結構則是在燈桿背后開槽固定（圖9）。燈桿整體裝有4段側蓋，需要在側面裝配時，拆下蓋板，拆下后可裝配輔助智慧模塊。這樣可以根據(jù)不同場景選配不同的智慧模塊進行安裝，安裝更人性化，更能符合城市規(guī)劃的道路系統(tǒng)的需求。
4、結語
       智慧路燈作為智慧城市的重要部分，隨著智慧城市智慧照明等概念的推廣和人工智能、5G通信等技術的發(fā)展，其需求將增大，應用場景也將更加豐富。智慧路燈的創(chuàng)新和設計可以從外觀風格、結構設計以及表面處理等重點方面進行，提高智慧路燈面對自然和社會環(huán)境的適應性以及在功能擴展方面的規(guī)范化，降低生產到應用的各環(huán)節(jié)成本，為智慧城市建設提供有力支持。