智慧路燈設計案例和建設方式的研究

張亦弛

（中通服咨詢設計研究院有限公司，南京 210019）

1 方案設計

1.1 整體概述

路燈作為公園的基礎設施，是公園的重要組成部分，智慧燈桿利用物聯(lián)網(wǎng)、云計算等前端技術，將廣泛分布的路燈進行連通，成為覆蓋公園廣大區(qū)域的路燈物聯(lián)網(wǎng)，對提升公園智能化、信息化和管理精細化水平，降低運維成本等方面有著顯著的作用。智慧燈桿系統(tǒng)由感知交互層、通信傳輸層、協(xié)議控制層和業(yè)務應用層組成，系統(tǒng)架構如圖1所示：

圖1 智慧燈桿系統(tǒng)架構圖

本次智慧路燈方案各選取W公園東、西片區(qū)內(nèi)的一段道路進行智慧路燈的設計，其中東片區(qū)道路總長約322.1米；西片區(qū)道路總長約402.5米，承擔著園區(qū)內(nèi)重要的交通和景觀作用。

圖2 智慧路燈分布圖

1.2 點位布局

根據(jù)相關規(guī)范，以25米為間距單側布放燈桿，共設置30根7米燈桿。本次智慧燈桿系統(tǒng)共實現(xiàn)智能照明、Wi-Fi網(wǎng)絡等6項主要功能，共83個模塊。各功能模塊需求與設計布放間距如表1所示：

表1 智慧燈桿各功能模塊布放要求

結合各功能模塊的部署點位，得出12類不同集成功能的智慧燈桿，相應集成模塊組合和編號如表2所示：

表2 智慧燈桿模塊配置表

圖3 智慧燈桿點位分布圖（左：西區(qū)，右：東區(qū)）

1.3 投資規(guī)模

本次W公園智慧燈桿系統(tǒng)共設計30根7米智慧燈桿，共83個功能模塊，經(jīng)過廠家詢價，智慧燈桿系統(tǒng)中各部分價格如下：

表3 智慧燈桿系統(tǒng)投資規(guī)模表

據(jù)估計，W公園智慧燈桿系統(tǒng)總投資約為141.2萬元。

2 效益分析

2.1 經(jīng)濟效益

2.1.1 支出分析

考慮材料、運輸、施工等方面，公園所在地區(qū)傳統(tǒng)7米路燈桿的綜合造價約為5000元/根，智慧路燈桿內(nèi)部集成了各功能模塊的接口與電路，復雜度較高，因此成本較傳統(tǒng)路燈有一定的增長。經(jīng)過市場調(diào)研，本次智慧路燈的單桿平均綜合造價約為4.70萬元，可得相較傳統(tǒng)路燈多投入126.2萬元。

2.1.2 節(jié)約分析

通過對路燈的智能化、智慧化改造，園區(qū)管理方會在以下方面降低運營的成本：

（1）電費節(jié)約：以250W鈉燈為例，升級智慧路燈（LED60W）后，單盞燈每天亮12小時，每天晚上6點至10點全亮，通過智能照明模塊將10點至12點功率降至70%，凌晨12點至6點功率降至30%。按照1元/千瓦時費用計算，每年每盞燈可以節(jié)約費用約937.32元，每年共節(jié)約費用2.81萬元。

（2）運營節(jié)約：智慧燈桿的建設提升了園區(qū)信息化管理水平，燈桿、模組的狀態(tài)能夠在后臺感知，減少了對數(shù)據(jù)采集、路燈巡檢等方面人力物力的投入。按替園區(qū)節(jié)省1名工作人員估計，參考2018年B市人均薪資10712元，則平均每年節(jié)省約1.6萬元人力成本。

2.1.3 收益分析

智慧燈桿的部署除了為園區(qū)的管理運營方節(jié)流成本之外，還能憑借自身各功能模塊產(chǎn)生一定的收益：

（1）視頻聯(lián)網(wǎng)：公安聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控可通過租賃智慧燈桿上的視頻監(jiān)控，對公園場所內(nèi)的治安動態(tài)情況進行實時監(jiān)控，每個監(jiān)控點參考收入約為1000元/點/月，現(xiàn)有10個智慧路燈桿提供監(jiān)控服務，年收入約為12萬元。

（2）Wi-Fi推送：智慧路燈加裝Wi-Fi設備，通過Wi-Fi植入多條廣告的方式盈利。用戶在免費使用Wi-Fi時，首先看到廣告，參考B市地鐵廣告投放價格為1000元/條/月，以每月植入三條廣告為例，則每年收益3.6萬元。

（3）屏幕廣告：智慧路燈加裝的多媒體顯示屏，既可以發(fā)布公園宣傳信息，也可以與商家聯(lián)動，取得廣告收益。以5個顯示屏廣告為一組，一個發(fā)布期（10天）按4萬元計算，每月收入為12萬元，全年收入為144萬元，假設投放廣告時間按20%預估，同一發(fā)布期按播放2組廣告考慮，則每年收益57.6萬元。

（4）微基站：公園是人員聚集的場所，也是通信需求集中的場所，電力傳輸?shù)轿?、高度合適的智慧燈桿無疑為運營商建設無線基站提供了良好的基礎。鐵塔公司提供的市場基站租金單價約為2萬元/年，本項目東西園區(qū)中兩段道路各實裝1個微站考慮，則微站的年租金為4萬元。

2.1.4 投資回收期

綜合考慮智慧燈桿系統(tǒng)的投入與收益，可得：

表4 公園智慧燈桿系統(tǒng)投資回收期測算表

經(jīng)以上測算，W公園智慧燈桿系統(tǒng)的靜態(tài)投資期為1.55年。

2.2 社會效益

（1）打造園區(qū)亮點。智慧燈桿作為一項新鮮事物，它的建設立足于園區(qū)管理方和游客的信息化需求，通過各類功能的部署支撐游客觀光和園區(qū)管理，提升感知，讓游客和園區(qū)管理方切實體驗到區(qū)別傳統(tǒng)公園的方便。同時，智慧燈桿的優(yōu)美造型將融入公園的環(huán)境，成為公園景觀的一部分，它營造出的科技感、未來感將對提升公園形象有著積極的作用。

（2）提升信息化水平。智慧燈桿具備高度集成的特點，可以有效地支撐各類應用，充分發(fā)揮出自身多系統(tǒng)多業(yè)務承載的優(yōu)勢，提升園區(qū)內(nèi)信息化的水平，減輕人員管理、巡檢的負擔，減少相關運維成本，提升管理效率。

（3）支持功能擴展。智慧路燈物的建設作為園區(qū)內(nèi)綜合感知基礎平臺的組成部分，有著重要的前瞻性和實用性，也為其他園區(qū)的智能化建設提供了寶貴的案例和經(jīng)驗，促進智慧產(chǎn)品在公園行業(yè)的規(guī)模化應用，具有巨大社會價值。智慧燈桿上的接口也為后期充電樁、環(huán)境監(jiān)測等其他功能的上線做出了預留，減少后期項目的實施時間和投入成本，避免信息基礎支撐環(huán)境的重復建設。

（4）促進新技術應用。隨著無線通信頻段的升高，5G站點的基站密度將進一步增加，“點多面廣”的智慧燈桿與5G微基站的站間距完美契合，為未來5G網(wǎng)絡的部署提供了良好的平臺，方便、安全的引電、傳輸條件讓微基站的快速實施成為了可能。同時隨著物聯(lián)網(wǎng)技術的不斷發(fā)展，智慧燈桿上各類傳感器、通信模塊日益豐富，功能得到不斷擴展，智慧燈桿的物聯(lián)感知、綜合集成能力為物聯(lián)網(wǎng)的應用提供了很好的載體，物聯(lián)網(wǎng)技術以此為基點，使人更加“透明”，物更加“智能”。

3 實施方式

本次智慧燈桿系統(tǒng)選取720米的公園主干道路，共涉及30根燈桿、83個獨立功能模塊，各功能模塊可通過在原有普通燈桿上自行集成或者直接購買已集成好各模塊的智慧燈桿兩種方式進行建設。

3.1 自行集成

自行集成指從不同廠家獨立采購各功能模塊，在裸燈桿上各自集成，各模塊獨立布線、安裝施工，參考《B市建設工程預算定額》提供的信息，通過測算，采用自行集成方式的施工費用如表5：

表5 “自行集成”模式施工費用預估表

因此，采用“自行集成”方式的施工費用為11.1萬元。

3.2 一體化采購

智慧燈桿廠家提供已集成所需各功能模塊的智慧燈桿，可采用直接采購滿足功能的智慧燈桿進行安裝，且智慧燈桿內(nèi)已集成排線、分接箱，燈桿上各功能模塊的數(shù)據(jù)可由統(tǒng)一的傳輸線路進行回傳。通過詢價，采用一體化采購方式的施工費用如表6：

表6 “一體化采購”模式施工費用預估表

因此，采用“自行集成”方式的施工費用為10.8萬元。

3.3 方式比選

從前節(jié)可得，“自行集成”和“一體化采購”兩種方式的單根燈桿綜合造價分別為11.1萬元和10.8萬元，費用接近。但除項目投資成本外，還應評估建設方式的可行性和可操作性，重點考慮以下幾個方面：

（1）議價能力?！耙惑w化采購”方式未將整個系統(tǒng)拆分，仍保有一定的規(guī)模，因此議價能力較高，仍有一定的下探空間，并且若將智慧路燈上采用的Wi-Fi設備和園區(qū)的Wi-Fi系統(tǒng)一并整合，無疑又成為一枚有力的議價籌碼。

“自行集成”方式將各功能模塊拆分后，對各廠家采購的規(guī)模大多為十套以內(nèi)，無法獲得大規(guī)模集采的優(yōu)惠價格，加之項目地點位于B市，集成廠家安裝、調(diào)試的人力成本也較高，各集成廠家的報價已不具有優(yōu)勢。

（2）集成度?！耙惑w化采購”方式為智慧燈桿的生產(chǎn)廠家統(tǒng)一設計、生產(chǎn)和安裝，集成度高，不會出現(xiàn)部分功能模塊與燈桿接口不匹配、后臺管理平臺與模塊不兼容的問題。

“自行集成”方式需將各模塊采購之后發(fā)給燈桿生產(chǎn)廠家，可能出現(xiàn)設備預留空間與實際設備不對應，安裝不上，或者需要燈桿廠家修改接口、固定件設計的情況，增加潛在成本甚至導致無法集成。

（3）安裝效果?！耙惑w化采購”的燈桿為廠家自己集成，各類模塊的顏色、形狀統(tǒng)一，與燈桿的造型也較為和諧，不存在突兀感。

“自行集成”的燈桿屬于“萬國裝備”，各模塊的顏色、外觀難以統(tǒng)一，甚至形態(tài)各異，可能與燈桿造型不協(xié)調(diào)，影響美觀。

（4）后期維護?！耙惑w化采購”方式對智慧燈桿整體提供服務和質(zhì)保，出現(xiàn)問題后直接對接燈桿廠家，實現(xiàn)問題的“一站式”解決。

“自行集成”涉及的廠家產(chǎn)品較多，可能出現(xiàn)模塊間的干擾、不兼容，增加了許多潛在風險，出現(xiàn)問題后因為分工界面不清晰、責任不明確，可能出現(xiàn)“找不到問題”“無人來管”的尷尬局面。

（5）組織協(xié)調(diào)?！耙惑w化采購”只對接一個廠家，方案實施過程溝通方便，對組織協(xié)調(diào)的要求不高，因此管理效率高?！白孕屑伞狈绞街?，溝通協(xié)調(diào)將成為一大挑戰(zhàn)，因廠家較多，各廠家的詢價、訂貨、供貨等各環(huán)節(jié)上的工作量將成倍增加，而出現(xiàn)問題之后的還可能出現(xiàn)扯皮、推諉的情況。

4 結束語

本文以B市W公園一段道路為基礎，提供了30根智慧燈桿共84個模塊的設計方案，實現(xiàn)智能照明、Wi-Fi網(wǎng)絡、信息發(fā)布、公共廣播、視頻監(jiān)控和緊急求助六大功能，為公園場景下智慧燈桿各模塊的布放間距、部署數(shù)量提供了參考。

本文以W公園的智慧燈桿為案例，分析了智慧燈桿系統(tǒng)給公園帶來的經(jīng)濟和社會效益，并討論了智慧燈桿部署時“自行集成”和“一體化集成”兩種方式，在投資相近的情況下，優(yōu)選“一體化采購”的實施方式。