城市道路智慧燈桿系統(tǒng)的設(shè)計

熊艷霞

（中國城市建設(shè)研究院有限公司，武漢 430040）

1 引言

隨著城市化進(jìn)程的加快，道路桿件設(shè)施的數(shù)量日益增加，其中暴露的問題也日漸突出，為了規(guī)范城市道路各類桿件及標(biāo)識設(shè)置，集約利用城市公共空間資源，提升城市的品質(zhì)，推進(jìn)城市精細(xì)化管理，本文對城市道路中智慧燈桿系統(tǒng)的設(shè)計進(jìn)行簡要闡述。

2 概述

智慧燈桿是以道路照明燈桿為載體，整合道路上的公安監(jiān)控桿、通信桿、交通信號桿、交通標(biāo)識牌等為一體的綜合桿。同時，根據(jù)工程需要，還可以拓展WiFi基站、視頻監(jiān)控、LED展示屏、環(huán)境監(jiān)測、緊急呼叫、一鍵報警、充電插口、充電樁等應(yīng)用。智慧燈桿通過運營管理后臺系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)測、控制、管理等網(wǎng)絡(luò)通信和信息化服務(wù)的多功能道路燈桿。

武漢某大街亮點片區(qū)綜合整治工程子項主要工程內(nèi)容包括新建智慧燈桿系統(tǒng)、整合和更新交管、公安設(shè)施，本工程道路全長3 km。

本工程智慧燈桿系統(tǒng)設(shè)計主要包括：智慧燈桿桿體、綜合機(jī)箱、綜合機(jī)房、供電系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、信息采集系統(tǒng)以及配套管道等。

3 智慧燈桿系統(tǒng)設(shè)計

進(jìn)行本工程設(shè)計時與業(yè)主溝通，工程智慧燈桿掛載設(shè)備及設(shè)施包括道路照明、交通標(biāo)志、路名牌、智能交通、視頻采集、導(dǎo)向牌、指示牌、電子警察、充電樁、LED信息發(fā)布屏、預(yù)留5G接口等，桿掛載設(shè)備沿智慧燈桿桿體豎向分層布置（見圖1）。

圖1 智慧燈桿豎向布置

3.1 智慧燈桿桿體

智慧燈桿桿體由基礎(chǔ)、桿身、燈桿懸臂等組成，作為掛載設(shè)備的安裝載體。

本工程智慧燈桿桿體材料采用Q345及以上強度的低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼，智慧燈桿各類絕緣件必須能夠耐潮、耐污、耐熱，覆蓋、支承或包裹導(dǎo)電部分或帶電部分的絕緣件不得由于受熱等影響致使其安全性降低。智慧燈桿由于功能擴(kuò)展需要預(yù)留接口處須采取可靠的防雨水進(jìn)入桿體的措施。智慧燈桿設(shè)計時除考慮現(xiàn)有掛載設(shè)備荷載外，還需考慮終期可能掛載的設(shè)備荷載。

本工程根據(jù)掛載的設(shè)備及設(shè)施設(shè)計了3種類型的智慧燈桿。智慧燈桿分類如下：

1）A型智慧燈桿：掛載道路照明、視頻監(jiān)控、交通組合牌、小型交通標(biāo)識牌、桿體一體化充電樁、智慧燈桿。適用于城市道路沿線。

2）B型智慧燈桿：掛載道路照明、雙懸臂標(biāo)志牌的智慧燈桿。適用于道路十字路口、道路節(jié)點處。

3）C型智慧燈桿：掛載道路照明、8~15 m臂長的電子警察及視頻監(jiān)控的智慧燈桿。適用于大型道路十字路口處。

3.2 智慧燈桿造型設(shè)計

由于本工程為景觀大道，對智慧燈桿有造型設(shè)計的需求，燈桿、燈臂的顏色以及造型需由業(yè)主方、路燈局、設(shè)計方和燈桿制造廠家聯(lián)合確定。

3.3 智慧燈桿及照明燈具布設(shè)

智慧燈桿布設(shè)需根據(jù)道路照明燈具安裝間距和市政設(shè)施點位（如交通信號燈和電子警察等）綜合考慮來設(shè)計。

智慧燈桿的布設(shè)按照先路口區(qū)域，再路段區(qū)域的順序整體設(shè)計。在道路路口搭載有照明和電子警察等設(shè)施的智慧燈桿需沿停止線往后25~30 m布設(shè)。

本工程道路級別為城市主干路，常規(guī)路段機(jī)動車道的照明功率密度限值須滿足CJJ 45—2015《城市道路照明設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》相關(guān)規(guī)定。照明按照城市主干路標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計，機(jī)動車道平均照度不低于30 lx（維持值），照度均勻度不小于0.4；常規(guī)段機(jī)動車道照明功率密度值不大于1.0 W/m2[1]。照明燈桿桿距原則上為30 m。

道路照明標(biāo)準(zhǔn)橫斷面圖如圖2所示。

圖2 道路照明標(biāo)準(zhǔn)橫斷面圖（1∶100）

照明采用雙臂路燈雙側(cè)對稱布置，間距30 m，智慧燈桿設(shè)于綠化帶；機(jī)動車道光源功率為LED燈300W，燈臂長2.5 m，安裝高度12 m，非機(jī)動車道及人行道光源功率為LED燈150 W，燈臂長2.5 m，安裝高度12 m。

交叉口處照明較正常路段應(yīng)相應(yīng)提高，增設(shè)交叉口中桿燈作為補充照明，路燈桿設(shè)置于人行道內(nèi)，與主干路及次干路相交時，中桿燈采用LED 3×400 W燈具為投光燈具，燈具安裝高度13 m；與支路相交，采用LED 3×250 W，燈具為投光燈具，燈具安裝高度13 m。

3.4 LED信息屏

本工程設(shè)計每根智慧燈桿上均配置一塊P4戶外全彩LED顯示屏，LED顯示屏尺寸為寬0.8 m、高1.6 m。LED信息屏具有同步接收、同步播放的特點，具有道路指引、路況實時播報、信息發(fā)布等功能。LED屏安裝高度可根據(jù)供應(yīng)商路燈造型適當(dāng)微調(diào)，但LED屏底邊不低于5 m。LED屏防護(hù)等級不低于IP65。當(dāng)LED顯示屏在路口與視頻監(jiān)控、電子警察安裝高度有沖突時，可取消此處LED屏。

3.5 充電樁

本工程根據(jù)業(yè)主需求，在國土資源規(guī)劃局和人民政府政務(wù)服務(wù)中心之間的4根智慧燈桿上掛載交流充電樁，交流充電樁集成于智慧燈桿一體化底座式綜合機(jī)箱內(nèi)。充電樁采用單相交流充電樁，額定輸入功率為7 kW，額定輸入電壓為AC220 V。交流充電樁具有阻燃功能；交流充電樁設(shè)置急停開關(guān)，可通過遠(yuǎn)方通信或手動的方式緊急停止充電；交流充電樁輸出側(cè)設(shè)置短路保護(hù)、過流、漏電保護(hù)功能。箱變至充電樁的電纜采用銅芯交聯(lián)聚乙烯絕緣聚氯乙烯護(hù)套電力電纜。

3.6 移動通信基站

本工程設(shè)計不包括5G微基站，只在智慧燈桿上預(yù)留5G微基站安裝位。

3.7 綜合機(jī)箱

本工程設(shè)計在掛載有視頻監(jiān)控、電子警察智慧燈桿上配置綜合機(jī)箱。金屬綜合機(jī)箱以及相關(guān)金屬構(gòu)件必須可靠接地。綜合機(jī)箱使用壽命應(yīng)不小于20年，防護(hù)等級不低于IP55。

根據(jù)各部門對設(shè)備管理的不同要求，綜合機(jī)箱采用分倉設(shè)計。綜合機(jī)箱采用智能門鎖，可以實現(xiàn)遠(yuǎn)程開關(guān)門、監(jiān)測門鎖狀態(tài)、開關(guān)門記錄追蹤等功能。

綜合機(jī)箱箱頂設(shè)計時要求有斜度，箱頂不應(yīng)有積水的溝槽。所有箱門、頂蓋、壁板為雙層結(jié)構(gòu)，層間敷設(shè)保溫隔熱材料，具有阻隔陽光輻射熱的作用。箱體應(yīng)進(jìn)行防粘貼處理，防粘貼層采用無色透明材料。

3.8 綜合機(jī)房

本工程設(shè)置一處綜合機(jī)房，綜合機(jī)房的設(shè)計不在本工程范圍內(nèi)。

綜合機(jī)房的面積要求不小于20 m2，機(jī)房凈高不小于2.8 m，室內(nèi)外裝修須滿足二級耐火等級要求。

綜合機(jī)房內(nèi)放置服務(wù)器機(jī)柜、UPS電源、計算機(jī)、操作桌椅、各業(yè)務(wù)需求的接入設(shè)備、光纜交接設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)數(shù)字硬盤錄像機(jī)等。

3.9 通信系統(tǒng)

本工程采用單模多芯光纜作為智慧燈桿桿體至室外弱電箱、綜合機(jī)房接入段的光纜線路，為智慧燈桿掛載設(shè)備提供上聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的光纖傳輸線路。

3.10 弱電箱

本工程設(shè)計多個弱電箱，弱電箱內(nèi)設(shè)置ODF單元、匯聚交換機(jī)。弱電箱布置于室外，防護(hù)等級不低于IP55等級。原則上24根智慧燈桿設(shè)置一個弱電箱，具體可視現(xiàn)場具體情況調(diào)整安裝位置，由于本工程景觀要求高，箱體外觀需做美化處理，與周圍環(huán)境相協(xié)調(diào)。

3.11 供電系統(tǒng)

本設(shè)計按三級負(fù)荷供電，系采用10 kV市政公用電源環(huán)網(wǎng)供電及0.4/0.23 kV配電方式，為本次道路及相交道路提供路燈電源，供電半徑不大于800 m。10 kV路燈高壓外線工程由建設(shè)單位單獨向供電部門申報，以路燈箱變10 kV進(jìn)線電纜終端頭作為設(shè)計分界。

3.12 配線選型和敷設(shè)

智慧燈桿系統(tǒng)的電力、通信線纜采用穿PE管埋地敷設(shè)方式。在綠化帶、人行道下敷設(shè)8根φ110 mmPE管，其中4根為弱電管道，4根為強電管道。

電力電纜采用交聯(lián)聚乙烯銅芯電力電纜YJV-0.6/1 kV，通信線纜采用單模多芯光纜。強弱電管線分別單獨穿管敷設(shè)，電纜管敷設(shè)凈距須滿足規(guī)范要求。

照明供電方式采用三相四線制，燈具按ABC相別順序接線，力求三相平衡。

電力、通信線纜敷設(shè)于人行道下不應(yīng)小于0.7 m，車行道或綠化帶下不應(yīng)小于0.8 m，局部地段可視具體情況作相應(yīng)調(diào)整。人行道及綠化帶位置敷設(shè)時穿PE管，過街敷設(shè)部分、穿越慢車道部分穿鍍鋅鋼管埋深0.8 m，在街道兩側(cè)分別設(shè)置1座檢修井，便于穿線，并至少備用1根。所有智慧燈桿旁均設(shè)手孔接線井，電纜、光纖分支接線在接線手孔井內(nèi)實施完成。

3.13 防雷接地保護(hù)

配電系統(tǒng)選用TT接地制式，智慧燈桿電氣設(shè)備及可觸及的金屬部分均須采取防雷接地安全保護(hù)。每根智慧燈桿的桿體、懸臂、底座等所有裸露金屬部件與接地裝置之間有可靠的電氣連接，要求其系統(tǒng)接地電阻R≤4Ω，施工后實測，若無法滿足要求，補打人工接地極或增設(shè)縱向連接扁鋼。

智慧燈桿各單相回路應(yīng)單獨進(jìn)行控制和保護(hù)，各類設(shè)備應(yīng)設(shè)有單獨保護(hù)裝置。單燈均需裝設(shè)帶30 mA剩余電流保護(hù)斷路器。

4 運營管理平臺

本工程對智慧燈桿系統(tǒng)建立統(tǒng)一的運營管理平臺，將智慧燈桿上掛載的各類設(shè)備集成到綜合機(jī)房設(shè)置的統(tǒng)一總平臺中。本工程設(shè)置智慧路燈平臺、路燈單燈控制平臺及智慧路燈系統(tǒng)平臺。本工程運營管理平臺包含系統(tǒng)管理、告警監(jiān)控、資源管理、移動端App、統(tǒng)計分析、管理等功能。

5 信息安全

智慧燈桿系統(tǒng)的信息安全等級保護(hù)的要求不低于二級。在數(shù)據(jù)傳輸過程中，須采用加密實現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲的保密性，須監(jiān)測數(shù)據(jù)完整性的功能。對于LED信息發(fā)布屏采用斷網(wǎng)離線式操作，發(fā)布的內(nèi)容須經(jīng)過相關(guān)主管部門的審批。

6 智能網(wǎng)關(guān)

本工程每根智慧燈桿配置一個智能網(wǎng)關(guān)，智能網(wǎng)關(guān)具備監(jiān)控信息和匯聚業(yè)務(wù)信息的功能。監(jiān)控業(yè)務(wù)包含架空智慧燈桿桿體、電源、網(wǎng)絡(luò)、運行狀態(tài)等信息。業(yè)務(wù)信息包括非裸纖傳輸接入的掛載設(shè)備的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)信息。智能網(wǎng)關(guān)通過光纖上聯(lián)至弱電箱的匯聚交換機(jī)，再通過弱電箱上傳至綜合機(jī)房的核心交換機(jī)。

7 結(jié)語

本文以一條主干道智慧燈桿系統(tǒng)為例，描述熱智慧燈桿系統(tǒng)設(shè)計中內(nèi)容和部分注意事項，為類似項目智慧燈桿系統(tǒng)設(shè)計提供了參考和借鑒。