臧 鋒，梁 海，李南軒，陳俊羽

(南京市路燈管理處，江蘇 南京 210013)

引言

2020年，我國(guó)首次提出“碳達(dá)峰碳中和”目標(biāo)，并于2021年10月發(fā)布了《關(guān)于完整準(zhǔn)確全面貫徹新發(fā)展理念做好碳達(dá)峰碳中和工作的意見(jiàn)》(以下簡(jiǎn)稱《意見(jiàn)》)。雙碳時(shí)代下，城市照明行業(yè)正處于并將長(zhǎng)期處于重要戰(zhàn)略機(jī)遇期，發(fā)展邏輯發(fā)生深刻變化，如何緊扣重要戰(zhàn)略機(jī)遇新內(nèi)涵、加快產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化升級(jí)、提高綠色發(fā)展質(zhì)量是急需回答的重大問(wèn)題。

面對(duì)“雙碳”大考，避免能耗雙控簡(jiǎn)單化處理和一刀切問(wèn)題，在守住民生為本的前提下提高能源使用效率，對(duì)于城市照明行業(yè)來(lái)說(shuō)是實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵一環(huán)，也是當(dāng)前艱巨和繁重的工作任務(wù)。從這個(gè)意義上說(shuō)，將節(jié)能任務(wù)分解到生產(chǎn)“城市照明服務(wù)”的各個(gè)環(huán)節(jié)尤其重要。

南京市路燈管理處在實(shí)現(xiàn)綠色低碳循環(huán)發(fā)展的道路上，運(yùn)用大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、人工智能等前沿技術(shù)推動(dòng)照明管理理念、管理模式、管理手段創(chuàng)新，著眼“城市照明服務(wù)”生產(chǎn)全流程，通過(guò)劃分“生產(chǎn)前的材料配置、生產(chǎn)中的技術(shù)應(yīng)用以及生產(chǎn)后的運(yùn)營(yíng)維護(hù)”作為節(jié)能降碳的基本單元，努力將節(jié)能任務(wù)分解到規(guī)劃、設(shè)計(jì)、建設(shè)、運(yùn)維各個(gè)環(huán)節(jié)，厘清南京城市照明落實(shí)“雙碳”目標(biāo)的可控和不可控內(nèi)容，進(jìn)一步提升節(jié)能空間，為城市照明行業(yè)開(kāi)展節(jié)能減排、能耗“雙控”工作提供路徑參考。

城市路燈由傳統(tǒng)市政基礎(chǔ)設(shè)施向信息基礎(chǔ)設(shè)施轉(zhuǎn)型，構(gòu)建了一張泛在且細(xì)密的城市感知網(wǎng)，能夠推動(dòng)落實(shí)《意見(jiàn)》中明確提出的“推進(jìn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展全面綠色轉(zhuǎn)型、健全法律法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)和統(tǒng)計(jì)監(jiān)測(cè)體系”等重點(diǎn)任務(wù)。將城市路燈的轉(zhuǎn)型思路推廣到其他傳統(tǒng)市政設(shè)施，可以進(jìn)一步完善城市物聯(lián)感知體系，使得其層次更豐富、顆粒度更細(xì)密，從而動(dòng)態(tài)、全面地刻畫(huà)“城市體征”。南京路燈致力于推動(dòng)南京城市治理，實(shí)現(xiàn)“一屏觀天下、一網(wǎng)管全城”，不斷強(qiáng)化“城市路燈專網(wǎng)”平臺(tái)建設(shè)，通過(guò)實(shí)現(xiàn)五網(wǎng)貫通，加速統(tǒng)籌城市新老基建集約化發(fā)展，從路燈到其他傳統(tǒng)市政設(shè)施再到新型信息基礎(chǔ)設(shè)施，打造“治理要素一張圖”，助力實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)。

1 城市照明領(lǐng)域?qū)Α半p碳”目標(biāo)的認(rèn)識(shí)

1.1 城市是落實(shí)“雙碳”目標(biāo)的重要抓手

實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰和碳中和是黨中央、國(guó)務(wù)院統(tǒng)籌國(guó)際國(guó)內(nèi)兩個(gè)大局做出的重大戰(zhàn)略決策，對(duì)加快促進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)、保障能源安全高效、推動(dòng)經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型升級(jí)、引領(lǐng)應(yīng)對(duì)氣候變化、實(shí)現(xiàn)“兩個(gè)一百年”奮斗目標(biāo)具有重大意義。從發(fā)展實(shí)際來(lái)看，我國(guó)碳排放總量大、能源消費(fèi)需求高，城市作為人類社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)的聚集中心，是能源消耗和碳排放的主要場(chǎng)所，也是控制碳排放的主要戰(zhàn)場(chǎng)。

“雙碳”目標(biāo)已經(jīng)成為城市可持續(xù)發(fā)展的重要命題和挑戰(zhàn)，城市落實(shí)“雙碳”目標(biāo)需要從降低碳排放和增加碳吸收兩方面著手?，F(xiàn)階段來(lái)看，從源頭減少碳排放，推動(dòng)高排放領(lǐng)域節(jié)能減排、提高能效的急迫性更為突出。城市碳排放主要來(lái)源于能源供給端和能源消費(fèi)端，供給端包含電力、熱力等行業(yè)；消費(fèi)端包含建筑、交通、制造業(yè)等。能源消費(fèi)、交通、建筑、制造業(yè)作為國(guó)際公認(rèn)的排放大戶，毫無(wú)疑問(wèn)是城市發(fā)展過(guò)程中迫切需要“碳達(dá)峰”的領(lǐng)域。除此之外，城市的碳排放量還與運(yùn)行管理效率直接相關(guān)。

城市運(yùn)行需要消耗大量資源和能源，其效率高低對(duì)城市“雙碳”目標(biāo)造成直接影響。城市是高度繁雜開(kāi)放的巨大系統(tǒng)，各要素之間組成了多維度、多結(jié)構(gòu)、多層次的關(guān)聯(lián)關(guān)系。在參與角色方面，城市運(yùn)行的參與主體包括政府、企業(yè)和公眾。在運(yùn)行層次方面，城市運(yùn)行包括市級(jí)、區(qū)級(jí)、街道、社區(qū)等多個(gè)層次。在管理職能方面，城市運(yùn)行管理是以服務(wù)城市發(fā)展和市民生活為目標(biāo)而進(jìn)行的管理活動(dòng)，包括市政基礎(chǔ)設(shè)施、公用事業(yè)、交通管理、廢棄物管理、市容景觀管理、生態(tài)環(huán)境管理、應(yīng)急管理等眾多子系統(tǒng)。以城市照明系統(tǒng)為例，傳統(tǒng)管理模式粗放、條塊職責(zé)模糊、專業(yè)分治科學(xué)性不高、工作效能低下，造成大量能源消耗和二氧化碳排放。與城市照明系統(tǒng)類似的其他城市管理系統(tǒng)，如市政設(shè)施和服務(wù)部門(mén)皆有較大的碳減排潛力，城市運(yùn)行管理亟待提升效能、提高應(yīng)急反應(yīng)能力，減少各環(huán)節(jié)的運(yùn)行損耗，從而降低碳排放強(qiáng)度。

1.2 城市照明系統(tǒng)面臨的減碳挑戰(zhàn)

從數(shù)字化要求來(lái)看，2019年爆發(fā)的新冠疫情嚴(yán)重沖擊了全球經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行模式與人們的生活方式，讓數(shù)字化經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)與生活方式成為后疫情時(shí)代的新常態(tài)。在新基建、雙循環(huán)、科技自立自強(qiáng)的戰(zhàn)略驅(qū)動(dòng)下，中國(guó)數(shù)字化進(jìn)程加速，尤其是“十四五”規(guī)劃中明確指出要推動(dòng)數(shù)字經(jīng)濟(jì)和實(shí)體經(jīng)濟(jì)深度融合。城市照明系統(tǒng)加快探索如何將傳統(tǒng)路燈桿件賦能為智慧燈桿，如在新建路燈設(shè)施時(shí)采用合并桿件、同步建設(shè)地下管網(wǎng)，以及對(duì)存量路燈桿件進(jìn)行智慧化改造，致力于將城市照明設(shè)施網(wǎng)由傳統(tǒng)的交通附屬與市政配套轉(zhuǎn)變?yōu)椤懊?xì)血管級(jí)”應(yīng)用前臺(tái)與“神經(jīng)元級(jí)”數(shù)據(jù)樞紐。

從綠色化要求來(lái)看，2020年9月，中國(guó)在第七十五屆聯(lián)合國(guó)大會(huì)上首提“雙碳”目標(biāo)。2021年3月，“碳達(dá)峰、碳中和”被首次寫(xiě)入“兩會(huì)”政府工作報(bào)告。城市照明系統(tǒng)作為城市運(yùn)行管理的重要子系統(tǒng)，存在較大的減碳潛力。著眼城市照明運(yùn)行的全生命周期，“光的生產(chǎn)”可以將照明材料作為抓手，開(kāi)展節(jié)能分析?！肮獾氖褂谩眲t可以通過(guò)控制技術(shù)和信息技術(shù)賦能，推動(dòng)管理模式改革，包括能源管理、作業(yè)管理等。

如何實(shí)現(xiàn)“數(shù)字化”與“綠色化”相協(xié)同，讓數(shù)字技術(shù)與基礎(chǔ)設(shè)施最大化服務(wù)于中國(guó)的碳中和轉(zhuǎn)型，成為城市照明系統(tǒng)關(guān)注的核心問(wèn)題。一方面，數(shù)字技術(shù)與傳統(tǒng)城市照明產(chǎn)業(yè)深度融合將促進(jìn)產(chǎn)業(yè)進(jìn)行全方位全鏈條的升級(jí)改造，減少能源與資源消耗，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)效率與碳效率的雙提；另一方面，傳統(tǒng)路燈賦能為新型基礎(chǔ)設(shè)施后也將帶來(lái)能源需求與碳排放的增長(zhǎng)，尤其是它與云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、5G、人工智能等數(shù)字技術(shù)連續(xù)協(xié)同作用，形成新的數(shù)字產(chǎn)業(yè)體系，迅速擴(kuò)張數(shù)字基礎(chǔ)，減碳挑戰(zhàn)不容忽視。

1.3 城市照明領(lǐng)域助力實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的工作機(jī)理

從城市照明領(lǐng)域自身來(lái)看，碳排放主要集中在光的生產(chǎn)及使用兩個(gè)方面，這是業(yè)內(nèi)的共識(shí)。在“光的生產(chǎn)”環(huán)節(jié)，照明材料是影響碳排放最重要的因素，尤其是燈桿的數(shù)量與質(zhì)量及燈具的光效；在“光的使用”環(huán)節(jié)，管理模式粗放、作業(yè)效能低下、節(jié)能方式科學(xué)性欠缺等問(wèn)題造成大量能源消耗和二氧化碳排放，“光的使用”方面具有較大的碳減排潛力。就此而言，“材料節(jié)能”與“管理節(jié)能”是城市照明領(lǐng)域降低自身碳排放的主要抓手。

城市照明系統(tǒng)開(kāi)展“材料節(jié)能”的主要做法是在燈桿及燈具兩個(gè)方向發(fā)力，進(jìn)而減少“光的生產(chǎn)”耗能。一是開(kāi)展合并桿建設(shè)，在減少燈桿數(shù)量的同時(shí)提高燈桿建設(shè)的質(zhì)量和效率；二是淘汰大功率、高能耗燈具，重置資產(chǎn)，大規(guī)模推廣應(yīng)用LED燈具進(jìn)而提高光效。

相較于在“材料節(jié)能”上的齊步并進(jìn)，各城市在“管理節(jié)能”上的探索快慢不一。管理模式粗放、作業(yè)效能低下、節(jié)能方式科學(xué)性欠缺等問(wèn)題普遍存在。目前大部分城市的節(jié)能手段趨于簡(jiǎn)單化，例如基本關(guān)閉景觀亮化設(shè)施和燈光秀，分區(qū)域、分時(shí)段斷電拉閘等，導(dǎo)致新的矛盾不斷出現(xiàn)：一是景觀亮化設(shè)施長(zhǎng)時(shí)間不開(kāi)，易造成電子元器件和電纜受潮、銹蝕、老化，設(shè)施損壞率增大，運(yùn)行狀態(tài)存在不確定性；二是一刀切的“隔燈亮”或“單邊亮”開(kāi)閉燈模式未充分考慮天氣、樹(shù)木及周邊環(huán)境的影響，也未充分考慮市民夜間出行及晨練等生活需求，不能真正做到“滿足人民日益增長(zhǎng)的美好生活需要”。就此而言，“管理節(jié)能”應(yīng)同時(shí)兼顧城市精細(xì)化管理與碳效率提升的雙重要求，利用數(shù)字技術(shù)對(duì)城市照明系統(tǒng)進(jìn)行全方位全鏈條的升級(jí)改造，一是改革傳統(tǒng)巡修模式，消滅“人巡”投入，精準(zhǔn)監(jiān)測(cè)設(shè)施故障，定點(diǎn)修燈，減少無(wú)效勞動(dòng)的能源浪費(fèi)；二是升級(jí)單燈控制技術(shù)，根據(jù)道路等級(jí)、區(qū)域?qū)傩?、人流車流等因素，建立智慧化調(diào)光模式，并以此為基礎(chǔ)推動(dòng)智能調(diào)光發(fā)展，最終做到按需用光。

從城市路燈專網(wǎng)運(yùn)營(yíng)來(lái)看，照明專網(wǎng)建設(shè)可以助力監(jiān)測(cè)城市各類新型基礎(chǔ)設(shè)施的碳排放。通過(guò)五網(wǎng)貫通從源頭進(jìn)行監(jiān)測(cè)，再利用數(shù)據(jù)中臺(tái)對(duì)各類設(shè)施的碳排放進(jìn)行綜合分析，實(shí)現(xiàn)對(duì)碳足跡的跟蹤、學(xué)習(xí)、模擬等，有效助力城市預(yù)測(cè)和優(yōu)化新型基礎(chǔ)設(shè)施的碳排放活動(dòng)。

2 聚焦城市照明系統(tǒng)運(yùn)行全過(guò)程，探索各階段節(jié)能方法

2.1 照明材料節(jié)能分析

2.1.1 多功能桿分析

城市道路的桿件設(shè)施，如道路照明設(shè)施及其他市政交通設(shè)施等，都是城市不可或缺的基礎(chǔ)設(shè)施，一直以來(lái)“單桿單用”現(xiàn)象比較普遍，這些桿件分別由不同部門(mén)建設(shè)和管理，但各部門(mén)工作又存在重復(fù)和交叉。由此帶來(lái)不少問(wèn)題：一是建設(shè)集約化程度不高，監(jiān)控設(shè)施、交通指示牌和地下管網(wǎng)等重復(fù)建設(shè)嚴(yán)重，且不能互相連通，造成大量浪費(fèi)；二是線桿林立，密度大、數(shù)量多、種類雜、架設(shè)亂，不僅造成“視覺(jué)污染”，而且降低了各類設(shè)施基本功能的辨識(shí)度；三是廢棄的市政桿件不及時(shí)清除，對(duì)城市運(yùn)行產(chǎn)生切實(shí)的安全隱患。對(duì)此，國(guó)家在2016年印發(fā)了《關(guān)于深入推進(jìn)新型城鎮(zhèn)化建設(shè)的若干意見(jiàn)》(國(guó)發(fā)[2018]號(hào))，文件指出要全面推動(dòng)“一桿多用”綜合性服務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)的建設(shè)。“一桿多用”通過(guò)摸清相關(guān)部門(mén)、行業(yè)的需求，經(jīng)過(guò)頂層設(shè)計(jì)，合理搭載布設(shè)一系列便民設(shè)施，完成集約化建設(shè)，實(shí)現(xiàn)共桿、共電和共網(wǎng)，甚至是數(shù)據(jù)共享。就此而言，推動(dòng)多功能桿建設(shè)不僅可以節(jié)約建設(shè)資金、提高設(shè)備利用率、提升城市細(xì)化管理服務(wù)水平、美化街區(qū)整體景觀，而且還可以為節(jié)能減排貢獻(xiàn)力量。尤其是“雙碳”目標(biāo)提出后，在城市化高度發(fā)展的環(huán)境下，推動(dòng)城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)減碳迫在眉睫。以南京為例，自2016年啟動(dòng)多功能合并桿建設(shè)以來(lái)，迅速形成工作機(jī)制，編制發(fā)布了《南京市城市道路桿件設(shè)置技術(shù)導(dǎo)則》和《南京市城市道路桿件設(shè)置管理辦法》，并在不斷優(yōu)化桿、網(wǎng)系統(tǒng)，深入挖掘加載需求的過(guò)程中進(jìn)一步完善相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及要求規(guī)范，例如參與編制了國(guó)家級(jí)《智慧城市 智慧多功能桿 服務(wù)功能與運(yùn)行管理規(guī)范》、《南京市智慧燈桿建設(shè)規(guī)范》、《寧夏多功能桿智能系統(tǒng)技術(shù)與工程建設(shè)規(guī)范》等。五年來(lái)共計(jì)建設(shè)合并桿3922基，節(jié)約城市公共空間約12 942 m2，節(jié)約能耗約3 678.53tCO2。

2.1.2 LED燈具分析

當(dāng)前，全球已經(jīng)進(jìn)入半導(dǎo)體照明時(shí)代，半導(dǎo)體熒光燈(LED)正在逐步代替以高壓鈉燈為代表的氣體放電燈。因?yàn)長(zhǎng)ED燈具的性能具有顯著的優(yōu)越性：一是在節(jié)能方面，與廣泛應(yīng)用于道路功能照明的高壓鈉燈相比，LED路燈的功耗下降了35%以上，節(jié)電效率可達(dá)60%以上；二是在使用壽命方面，高壓鈉燈使用壽命為4 000 h左右，而LED路燈使用壽命為50 000 h以上，正常使用可達(dá)八年以上，損壞率極低；三是在光通亮方面，高壓鈉燈長(zhǎng)時(shí)間使用后，燈罩陳舊對(duì)透光率影響較大，但LED路燈無(wú)此困擾；四是在綠色環(huán)保方面，與傳統(tǒng)的高壓鈉燈不同，LED 為無(wú)汞光源，對(duì)生態(tài)環(huán)境無(wú)污染；五是在光的控制及參數(shù)調(diào)整方面，高壓鈉燈不具備可控性，但LED燈具卻具備高可控性，如果在節(jié)能改造的過(guò)程中引入自動(dòng)控制技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，就能更充分地發(fā)揮出LED照明的優(yōu)勢(shì)，將LED照明的節(jié)能性提升到70%～80%，更好地實(shí)現(xiàn)按需照明。

以南京為例，2009年開(kāi)始試點(diǎn)使用LED燈具，2013年逐漸在新建工程中提高LED燈具的使用比率，2016年起在存量設(shè)施中推進(jìn)實(shí)施LED節(jié)能改造計(jì)劃。如今新建工程已經(jīng)完全淘汰低效率、高能耗的高壓鈉燈，全部采用新型高效的LED燈具。截止2021年，南京市主城區(qū)道路功能照明LED設(shè)施總量達(dá)到了14.2萬(wàn)盞，占比64%。據(jù)第三方統(tǒng)計(jì)，總計(jì)6.2萬(wàn)盞節(jié)能改造設(shè)施的平均能耗下降了 96 W，下降率38%，2017年～2021年總能耗下降了6 000 kW，近三年的減碳量分別達(dá)到2.1萬(wàn)噸、2.9萬(wàn)噸、3.8萬(wàn)噸。

2.2 維護(hù)模式改革節(jié)能分析

2.2.1 維護(hù)模式改革的必要性

21世紀(jì)初期，城市照明運(yùn)維管理尚處于粗放階段，這一階段呈現(xiàn)出明顯的特征：一是政府及市民對(duì)城市照明的品質(zhì)需求相對(duì)單一，主要關(guān)注亮燈情況；二是運(yùn)維部門(mén)主要采用傳統(tǒng)的分包干區(qū)運(yùn)維模式，依靠簡(jiǎn)單的巡修結(jié)合就能夠滿足城市照明保障需要。

隨著社會(huì)的快速發(fā)展，一方面城市管理日趨精細(xì)化，市民需求日趨多元化，評(píng)價(jià)維度不再僅僅局限于亮燈情況，還包括故障修復(fù)的及時(shí)性、設(shè)施外觀的整潔度等；另一方面，城市照明設(shè)施的數(shù)量巨幅增長(zhǎng)，運(yùn)維的人機(jī)成本快速上漲。傳統(tǒng)粗放式運(yùn)維管理陷入困境：從管理效率來(lái)看，資源重復(fù)配置導(dǎo)致成本居高不下；從能源消耗來(lái)看，巡修結(jié)合產(chǎn)生大量人員及機(jī)器的無(wú)效勞動(dòng)；從保供水平來(lái)看，信息封閉導(dǎo)致處于見(jiàn)壞修壞的被動(dòng)狀態(tài)，事后監(jiān)管達(dá)不到城市精細(xì)化管理的要求。改革傳統(tǒng)的城市照明運(yùn)維模式迫在眉睫，恰逢“互聯(lián)網(wǎng)”、“大數(shù)據(jù)”、“云計(jì)算”、“物聯(lián)網(wǎng)”、“5G”等新一代信息技術(shù)快速發(fā)展，城市照明領(lǐng)域內(nèi)的單燈監(jiān)控、信息平臺(tái)等應(yīng)用技術(shù)不斷成熟，為城市照明管理精細(xì)化轉(zhuǎn)型創(chuàng)造了新的條件。

改革傳統(tǒng)的粗放式維護(hù)管理應(yīng)該瞄準(zhǔn)現(xiàn)有弊病，從以下幾個(gè)方面靶向發(fā)力：一是實(shí)行管辦分離，不斷向上移交維護(hù)所的決策功能，強(qiáng)化集控部門(mén)的能力建設(shè)；二是通過(guò)技術(shù)升級(jí)、作業(yè)優(yōu)化以及適度社會(huì)化，漸近式地推進(jìn)巡修分離，最大程度降低“巡”的投入，提高“修”的效率；三是建立大數(shù)據(jù)運(yùn)維管控模型， 高效匹配“人的行為”與“物的狀態(tài)”，實(shí)現(xiàn)“滴滴修燈”，將修燈作業(yè)指令化、標(biāo)準(zhǔn)化、定額化；四是將人員從巡修作業(yè)中釋放出來(lái)，投入到設(shè)施整治中，采用菜單化、項(xiàng)目化模式，“掃街式”集中推進(jìn)片區(qū)設(shè)施精細(xì)化改造，完善一批釋放一批；五是加快作業(yè)隊(duì)伍轉(zhuǎn)型升級(jí)，培養(yǎng)對(duì)多功能桿延伸功能運(yùn)維的承載能力，為城市照明設(shè)施運(yùn)營(yíng)打下隊(duì)伍基礎(chǔ)。

在這個(gè)大思路的指引下，南京從2014年開(kāi)始探索將現(xiàn)有作業(yè)管理、材料管理、設(shè)施管理，從線下搬到線上，建成動(dòng)態(tài)獲得數(shù)據(jù)的信息交互體系[1],并以此為基礎(chǔ)建立標(biāo)準(zhǔn)的分析模型，將數(shù)據(jù)進(jìn)行智能化的加工處理，輸出調(diào)控措施，促進(jìn)城市照明維護(hù)向“高效能、低成本”轉(zhuǎn)型。

2.2.2 維護(hù)模式改革的效益性

維護(hù)模式進(jìn)行全面數(shù)字化升級(jí)改革至少帶來(lái)三方面的效益：一是社會(huì)效益上可以提升設(shè)施管理的精細(xì)化水平。實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)派單，提高修燈效率，消除傳統(tǒng)“巡修”模式下的巡燈投入，將節(jié)省的人力、物力投入到設(shè)施的項(xiàng)目化管理中，建立箱、線、桿、井各類重要設(shè)施的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)，打破以往見(jiàn)壞修壞的被動(dòng)狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)管理從事后向事前轉(zhuǎn)移，達(dá)成精準(zhǔn)運(yùn)維、動(dòng)態(tài)運(yùn)維。以南京為例，南京推行定修模式后亮燈率達(dá)到99%以上，設(shè)施完好率達(dá)到96%以上，是城市照明行業(yè)管理創(chuàng)新的成功示范。二是經(jīng)濟(jì)效益上可以大幅降低維護(hù)成本，提升運(yùn)維效能。目前奧南地區(qū)2萬(wàn)桿設(shè)施采用亮燈“定修”模式，年均減少33%的人工、機(jī)械投入，節(jié)約成本218.32萬(wàn)元。預(yù)計(jì)全市域12萬(wàn)桿/18萬(wàn)盞單燈終端覆蓋、實(shí)施全“定修”模式后，年節(jié)約運(yùn)維成本1 300余萬(wàn)元。三是從節(jié)能減碳上看，除了可以減少無(wú)效的人機(jī)投入，大幅降低能源浪費(fèi)，還可以支撐開(kāi)發(fā)LED單燈調(diào)光功能，大幅節(jié)約電能消耗。以南京奧南地區(qū)為例，實(shí)現(xiàn)一萬(wàn)盞LED路燈調(diào)光功能，年度節(jié)約電費(fèi)106.75萬(wàn)元，年減碳量約1300tCO2e。預(yù)計(jì)全市路燈設(shè)施完成調(diào)光后，年節(jié)約電費(fèi)預(yù)計(jì)超過(guò)1 600萬(wàn)元，年減碳量約19500tCO2e。

2.3 控制系統(tǒng)節(jié)能分析

2.3.1 控制系統(tǒng)的支撐性分析

目前城市照明領(lǐng)域的控制系統(tǒng)基本采用“配電箱遙測(cè)終端”進(jìn)行配電箱回路控制，部分城市開(kāi)始嘗試“單燈控制技術(shù)”試點(diǎn)和推廣?；芈房刂萍夹g(shù)通過(guò)配電箱控制設(shè)施運(yùn)行，故而限制了節(jié)能的操作空間，往往采用的是“全半夜燈”、“隔燈亮”和“單邊亮”等開(kāi)關(guān)燈模式。這種簡(jiǎn)單的開(kāi)關(guān)燈模式雖然實(shí)現(xiàn)了一定的節(jié)能效果，但也犧牲了相當(dāng)?shù)某鞘姓彰髌焚|(zhì)，會(huì)帶來(lái)一系列因城市照明保障不足而造成的交通安全隱患、社會(huì)治安隱患等，有違城市精細(xì)化管理的初衷。

單燈控制技術(shù)的應(yīng)用開(kāi)拓了調(diào)光空間，進(jìn)而打破了回路控制無(wú)法同時(shí)兼顧精細(xì)化管理及節(jié)能要求的困境。作為城市照明領(lǐng)域劃時(shí)代性的控制技術(shù)，單燈控制系統(tǒng)有兩個(gè)組成部分：一是安裝在每桿燈桿內(nèi)的單燈控制器，二是城市照明監(jiān)控中心的單燈監(jiān)控管理平臺(tái)。在全國(guó)范圍內(nèi)推廣單燈控制試點(diǎn)的城市很多，相當(dāng)數(shù)量的城市已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)單燈監(jiān)測(cè)的普及應(yīng)用，但能夠在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)單燈控制的卻少之又少，更遑論再進(jìn)一步升級(jí)實(shí)現(xiàn)單燈調(diào)光。究其原因主要在于單燈監(jiān)控體系統(tǒng)籌兼顧“統(tǒng)一性”、“實(shí)時(shí)性”及“多樣性”的難度大，難以實(shí)現(xiàn)無(wú)限接近100%的設(shè)備在線率、100%的控制響應(yīng)率和多場(chǎng)景的平臺(tái)控制策略。下面從三個(gè)方面簡(jiǎn)單闡述實(shí)現(xiàn)城域級(jí)單燈統(tǒng)一控制的先決條件，分別是硬件、通訊和平臺(tái)。

(1)硬件。單燈設(shè)備的可靠性和穩(wěn)定性是非常重要的硬性指標(biāo)。從各類器件的平均無(wú)故障時(shí)間分析,單燈設(shè)備的平均設(shè)計(jì)壽命應(yīng)當(dāng)在5年左右。為適應(yīng)惡劣的環(huán)境條件,非長(zhǎng)火單燈監(jiān)控終端防護(hù)應(yīng)達(dá)到IP65以上等級(jí)，長(zhǎng)火、景觀單燈終端防護(hù)應(yīng)達(dá)到IP67以上等級(jí)，-20℃～70℃或更寬的寬溫工作能力。

(2)通訊。單燈設(shè)備響應(yīng)的及時(shí)性離不開(kāi)網(wǎng)絡(luò)的支撐。目前主流的無(wú)線通訊方式有ZigBee、NB-IoT和4G ，但全方位覆蓋的穩(wěn)定的信號(hào)接入點(diǎn)和更快的傳輸速率、有效的頻譜利用率、穩(wěn)定的通信質(zhì)量和較低的成本，使4G成為確保單燈設(shè)備的通訊穩(wěn)定與控制即時(shí)性的最優(yōu)之選。

(3)平臺(tái)。一是統(tǒng)一的主站與單燈通訊協(xié)議，科學(xué)定義關(guān)鍵程序語(yǔ)言，以此達(dá)成單燈平臺(tái)建設(shè)最基本要求，其特點(diǎn)為：①覆蓋所有單燈遠(yuǎn)程控制要求。協(xié)議中定義了“單燈開(kāi)關(guān)指令、調(diào)光指令、電流電壓參數(shù)監(jiān)測(cè)指令、故障報(bào)警指令”等各項(xiàng)通訊代碼，搭建了平臺(tái)與單燈終端間的溝通橋梁，確保平臺(tái)的可執(zhí)行力。②作為技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，成為單燈終端與中心之間遵循的通用語(yǔ)言，是同一條道路、不同廠家之間單燈終端可互換安裝與維護(hù)的條件之一。

二是單燈控制組策略。在多類型單燈應(yīng)用場(chǎng)景的加載下，使單燈必須具備相對(duì)應(yīng)的控制方式，其策略規(guī)則有：①運(yùn)行控制策略對(duì)系統(tǒng)內(nèi)自動(dòng)運(yùn)行模式下運(yùn)行的單燈進(jìn)行人工干預(yù)操作。同時(shí)針對(duì)下達(dá)批量操作指令時(shí)，因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)、網(wǎng)關(guān)、信號(hào)等因素導(dǎo)致的指令下達(dá)失敗情況，系統(tǒng)自動(dòng)對(duì)指令進(jìn)行重復(fù)下達(dá)，以減少各種因素干擾導(dǎo)致的控制失敗，保證指令下達(dá)的精準(zhǔn)性。②應(yīng)用場(chǎng)景策略對(duì)系統(tǒng)內(nèi)各類開(kāi)關(guān)燈控制場(chǎng)景進(jìn)行統(tǒng)一配置和管理，能夠?qū)⒍鄠€(gè)場(chǎng)景應(yīng)用設(shè)置為一個(gè)策略組，實(shí)現(xiàn)不同需求下、不同開(kāi)燈方式策略組的控制和調(diào)節(jié)。③數(shù)據(jù)分級(jí)策略對(duì)系統(tǒng)內(nèi)不同保障級(jí)別設(shè)備進(jìn)行管理、劃分。通過(guò)通信服務(wù)分級(jí)、緩存數(shù)據(jù)庫(kù)分級(jí)、存儲(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)分級(jí)、監(jiān)控管理系統(tǒng)分級(jí)，保障重要場(chǎng)景的單燈設(shè)備運(yùn)行、控制、監(jiān)測(cè)互不干擾。

2.3.2 單燈調(diào)光的可行性分析

當(dāng)單燈系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一、實(shí)時(shí)的城域級(jí)單燈控制后，將具備調(diào)光功能的LED燈具和單燈控制器相結(jié)合，就能實(shí)現(xiàn)單燈調(diào)光控制[2]。而城域級(jí)的精細(xì)化單燈調(diào)光控制，需要強(qiáng)大的信息化平臺(tái)支撐，收集大量的應(yīng)用數(shù)據(jù)，從每桿燈的信息、每套單燈設(shè)備的標(biāo)簽、每段路的照度數(shù)據(jù)和調(diào)光參數(shù)，到各時(shí)間段的控制策略下達(dá)、設(shè)施運(yùn)行情況反饋和故障智能甄別等。就此而言，實(shí)現(xiàn)設(shè)施數(shù)字化的GIS管理平臺(tái)、完成作業(yè)信息化的維護(hù)管理平臺(tái)、以及具備數(shù)據(jù)智能分析的單燈管理平臺(tái)，都是城域級(jí)調(diào)光控制的必備條件。南京目前已經(jīng)成功運(yùn)用單燈控制系統(tǒng)開(kāi)發(fā)了兩種城域級(jí)調(diào)光模式，分別是“零點(diǎn)調(diào)光”和“場(chǎng)景調(diào)光”，即在特定時(shí)間段，按實(shí)測(cè)量照度參數(shù)，對(duì)標(biāo)調(diào)光系數(shù)對(duì)各路段統(tǒng)一下發(fā)控制指令，讓不同類型路段在同一時(shí)間區(qū)間照度趨于一致，既滿足城市照明需求，也有效降低功能照明的電能損耗。具體措施如下：

(1)標(biāo)準(zhǔn)制定

在符合強(qiáng)標(biāo)要求下，同時(shí)考慮維護(hù)系數(shù)，在《城市道路照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》(CJJ45—2015)最低道路照明標(biāo)準(zhǔn)要求基礎(chǔ)上上浮20%。

(2)制定方案

規(guī)劃階段，根據(jù)燈具功率、實(shí)測(cè)照度、季節(jié)、環(huán)境等相應(yīng)的場(chǎng)景，制定調(diào)光解決方案。

實(shí)施階段，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)照度測(cè)試及實(shí)時(shí)能耗監(jiān)測(cè)、控制，實(shí)現(xiàn)單燈無(wú)極調(diào)光下多場(chǎng)景應(yīng)用調(diào)光等核心功能。

分析階段，形成各路段的調(diào)光閾值、能耗統(tǒng)計(jì)分析及綠色照明數(shù)字化的減碳方案。

(3)調(diào)光模式

對(duì)不同道路，根據(jù)路幅(道路等級(jí))確定調(diào)光最低值，再結(jié)合路段所在區(qū)域、車流人流等情況，自全負(fù)荷至最低照度分級(jí)調(diào)光。

①零點(diǎn)調(diào)光：以凌晨零點(diǎn)為分界，分上半夜下半夜調(diào)光，上半夜全負(fù)荷運(yùn)行，下半夜按路段允許的最低照度調(diào)光。

②場(chǎng)景定制化調(diào)光：如表1所示，根據(jù)車流量、人流量、區(qū)域位置、環(huán)境光等因素，按10%一檔分級(jí)調(diào)光(重大節(jié)日活動(dòng)除外)。

表1 場(chǎng)景定制化調(diào)光方案

(4)調(diào)光成果

以南京為例，目前已經(jīng)實(shí)現(xiàn)3萬(wàn)盞單燈的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、3千盞的單燈控制同步開(kāi)關(guān)燈和3110盞的遠(yuǎn)程調(diào)光。在不調(diào)光時(shí)，3110盞燈12 h能耗6 715.08 kW/h,“零點(diǎn)調(diào)光”能耗4 920.58 kW/h，單日節(jié)約能耗1 794.50 kW/h。全年節(jié)約能耗654 993.96 kW/h，節(jié)能26.72%。據(jù)測(cè)算，采用“場(chǎng)景調(diào)光”模式可以進(jìn)一步節(jié)約5%～8% 的能耗。

2.3.3 智慧用光的發(fā)展

城域級(jí)單燈調(diào)光的現(xiàn)實(shí)應(yīng)用無(wú)法避免供給側(cè)節(jié)能調(diào)控經(jīng)驗(yàn)值預(yù)設(shè)的問(wèn)題，但城市公共照明的需求側(cè)卻存在不均衡、不穩(wěn)定的特點(diǎn)，這導(dǎo)致了用光需求存在偶然性、不可預(yù)估性，比如季節(jié)天氣的變化、人流車流的潮汐等。為了同時(shí)兼顧非標(biāo)準(zhǔn)模式下的用光需求與照明運(yùn)行的節(jié)能要求，城市照明領(lǐng)域內(nèi)大力推動(dòng)“智慧用光”發(fā)展，即按照道路用光的實(shí)際需求實(shí)時(shí)匹配城市照明服務(wù)供給，這既是城市精細(xì)化管理的重要工作，也是城市照明領(lǐng)域開(kāi)展節(jié)能工作的重大難點(diǎn)[3]。

“智慧用光”通過(guò)前端計(jì)算、人工智能、大數(shù)據(jù)技術(shù)的有機(jī)整合，突破傳統(tǒng)單燈調(diào)光“數(shù)值預(yù)設(shè)，人為干預(yù)”的模式，實(shí)現(xiàn)“機(jī)器人前端自治”，完成前端基礎(chǔ)設(shè)施“自主識(shí)別、自主判斷、自主處置”，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)按需用光。其工作原理類似于2019年南京推出的“服務(wù)城市精細(xì)化治理及城市安防、交通管理的智慧路燈機(jī)器人”項(xiàng)目。通過(guò)云邊協(xié)同技術(shù)，賦能智慧燈桿，使之可感知、會(huì)判斷、有動(dòng)作，進(jìn)而可以全時(shí)段、高精度地服務(wù)于第一時(shí)間、第一現(xiàn)場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)從“智能輔助人”，到“智能替代人”的關(guān)鍵跨越。在此基礎(chǔ)上，可以進(jìn)一步豐富智慧路燈機(jī)器人的總體構(gòu)想，通過(guò)不斷的數(shù)據(jù)積累和機(jī)器學(xué)習(xí)，開(kāi)發(fā)、迭代路側(cè)單元實(shí)時(shí)調(diào)光算法，建立一個(gè)智能調(diào)光模型，形成一個(gè)更有彈性的節(jié)光節(jié)能系統(tǒng)，根據(jù)周圍環(huán)境照度、人、車等因素自動(dòng)調(diào)節(jié)亮度。南京目前已經(jīng)進(jìn)入課題研發(fā)及算法開(kāi)發(fā)階段，下一步將盡快推廣試點(diǎn)應(yīng)用。

3 擴(kuò)展照明設(shè)施功能視野，支撐城市公共空間統(tǒng)籌集約化發(fā)展

在“雙碳”目標(biāo)及新基建、雙循環(huán)、科技自立自強(qiáng)的戰(zhàn)略驅(qū)動(dòng)下，中國(guó)數(shù)字化進(jìn)程加速，尤其是《“十四五”信息通信行業(yè)發(fā)展規(guī)劃》指出，要“加快推進(jìn)運(yùn)行管理服務(wù)平臺(tái)建設(shè)，實(shí)施智能化市政基礎(chǔ)設(shè)施改造，提升設(shè)施運(yùn)行效率和安全性能”。在這樣的發(fā)展浪潮中，城市公共基礎(chǔ)設(shè)施正在普遍走向信息化，城市路燈由傳統(tǒng)市政基礎(chǔ)設(shè)施向信息基礎(chǔ)設(shè)施轉(zhuǎn)型的路徑可以作為樣本復(fù)制推廣，進(jìn)一步完善城市物聯(lián)感知體系，使得其層次更豐富、顆粒度更細(xì)密，從而動(dòng)態(tài)、全面地刻畫(huà)“城市體征”。就此而言，城市路燈加速統(tǒng)籌新、老基礎(chǔ)設(shè)施，實(shí)現(xiàn)“一屏可觀、一網(wǎng)統(tǒng)管、一鍵控制”更是核心所在[4]。

考慮到城市新、舊基礎(chǔ)設(shè)施廣泛地散布在城市道路兩側(cè)，路燈無(wú)疑是統(tǒng)籌它們的最佳載體，這源于城市路燈專網(wǎng)的天然優(yōu)勢(shì)，“五網(wǎng)合一”的基本架構(gòu)可以承載所有路側(cè)單元的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。建設(shè)城市路燈專網(wǎng)，扎口“一張網(wǎng)、一個(gè)閘、一個(gè)表”，是城市路燈統(tǒng)籌新、老基礎(chǔ)設(shè)施的重心所在。一是優(yōu)化桿件網(wǎng)，以多功能桿為載荷，確立穩(wěn)定的桿體介質(zhì)，遍布城市大街小巷，形成毛細(xì)血管級(jí)的精細(xì)化感知網(wǎng)格；二是搭建無(wú)線網(wǎng)，采取運(yùn)營(yíng)商直接委托與自投自建相結(jié)合的方式，設(shè)立5G基站，并以此為組件，鏈組泛在的通訊路由；三是貫通有線網(wǎng)，以地下光纖為骨架，搭建穩(wěn)定的傳輸通道；四是布局能源網(wǎng)，以長(zhǎng)火線路為前提，提供可靠的供電保障，實(shí)行輕量化、綠色化升級(jí)；五是設(shè)計(jì)邊緣算力分布網(wǎng)，以云邊協(xié)同為目標(biāo)，開(kāi)發(fā)初級(jí)的智能替代，充分應(yīng)對(duì)未來(lái)新基建各個(gè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)的同時(shí)并發(fā)、相互聯(lián)動(dòng)及多元管理。

就落實(shí)“雙碳”目標(biāo)而言，城市路燈專網(wǎng)通過(guò)推動(dòng)城市配用電系統(tǒng)向“毛細(xì)血管”級(jí)深入發(fā)展，支撐城市各類新、老基礎(chǔ)設(shè)施。不僅可以從頂層設(shè)計(jì)出發(fā)，科學(xué)合理地統(tǒng)籌利用地上地下空間資源，實(shí)現(xiàn)城市中低壓配電體系的集約化、網(wǎng)格化建設(shè)和管理，減少各類城市公用設(shè)施建設(shè)施工的成本和過(guò)程碳排放；而且可以通過(guò)建立統(tǒng)一的云端后臺(tái)，結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)各類基礎(chǔ)設(shè)施用電體系的智慧化、數(shù)字化、輕量化管理，促進(jìn)形成城市供電側(cè)和用戶側(cè)的雙向互動(dòng)格局，加強(qiáng)城市配電網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，大大減少城市照明與其它城市公用基礎(chǔ)設(shè)施的運(yùn)行維護(hù)成本。

4 結(jié)語(yǔ)

構(gòu)建貫通全生命周期的城市照明減碳工作體系，不僅是助力落實(shí)“雙碳”目標(biāo)的關(guān)鍵一招，也是城市照明領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)高質(zhì)量可持續(xù)發(fā)展的必然路徑。

從城市照明領(lǐng)域來(lái)看，照明服務(wù)運(yùn)營(yíng)體系應(yīng)積極轉(zhuǎn)變工作觀念，以綠色供給實(shí)現(xiàn)市場(chǎng)需求，將節(jié)能減碳的挑戰(zhàn)化作轉(zhuǎn)型升級(jí)的機(jī)遇，以碳減排為抓手，讓綠色低碳理念貫穿于“光的生產(chǎn)”及“光的使用”過(guò)程，堅(jiān)持全領(lǐng)域一盤(pán)棋發(fā)展節(jié)能減碳技術(shù)，各主體單位根據(jù)自身發(fā)展特點(diǎn)選擇性承接國(guó)家課題、落實(shí)國(guó)家項(xiàng)目，共同推進(jìn)城市照明領(lǐng)域節(jié)碳工作體系的搭建，齊心研究合理的節(jié)碳路徑規(guī)劃，修訂行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、完善綠色評(píng)價(jià)體系，先立后破，糾正“運(yùn)動(dòng)式”減碳。

從照明設(shè)施統(tǒng)籌城市公共空間來(lái)看，“城市路燈專網(wǎng)”建設(shè)應(yīng)該被不斷強(qiáng)化，通過(guò)實(shí)現(xiàn)五網(wǎng)貫通，加速城市新老基建集約化發(fā)展。從路燈到其他傳統(tǒng)市政設(shè)施再到新型信息基礎(chǔ)設(shè)施，打造城市治理“一張圖”，進(jìn)而建立可視化監(jiān)測(cè)與分析示范平臺(tái)以及低碳評(píng)估指數(shù)體系作為應(yīng)用出口，為我國(guó)新老基建綠色低碳發(fā)展提供技術(shù)支撐。

風(fēng)物長(zhǎng)宜放眼量。城市照明綠色發(fā)展除了要在城市運(yùn)行管理領(lǐng)域爭(zhēng)做碳減排的“主力軍”以外，同時(shí)還要爭(zhēng)取在國(guó)家數(shù)字經(jīng)濟(jì)發(fā)展中成為拉動(dòng)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的“新引擎”。以“雙碳”目標(biāo)為引領(lǐng)，大踏步走上以碳減排驅(qū)動(dòng)技術(shù)革新、產(chǎn)業(yè)壯大的低碳發(fā)展之路，為共建清潔美麗的中國(guó)貢獻(xiàn)更多照明力量。