智慧路灯设计案例和建设方式的研究

张亦弛

（中通服咨询设计研究院有限公司，南京 210019）

1 方案设计

1.1 整体概述

路灯作为公园的基础设施，是公园的重要组成部分，智慧灯杆利用物联网、云计算等前端技术，将广泛分布的路灯进行连通，成为覆盖公园广大区域的路灯物联网，对提升公园智能化、信息化和管理精细化水平，降低运维成本等方面有着显著的作用。智慧灯杆系统由感知交互层、通信传输层、协议控制层和业务应用层组成，系统架构如图1所示：

图1 智慧灯杆系统架构图

本次智慧路灯方案各选取W公园东、西片区内的一段道路进行智慧路灯的设计，其中东片区道路总长约322.1米；西片区道路总长约402.5米，承担着园区内重要的交通和景观作用。

图2 智慧路灯分布图

1.2 点位布局

根据相关规范，以25米为间距单侧布放灯杆，共设置30根7米灯杆。本次智慧灯杆系统共实现智能照明、Wi-Fi网络等6项主要功能，共83个模块。各功能模块需求与设计布放间距如表1所示：

表1 智慧灯杆各功能模块布放要求

结合各功能模块的部署点位，得出12类不同集成功能的智慧灯杆，相应集成模块组合和编号如表2所示：

表2 智慧灯杆模块配置表

图3 智慧灯杆点位分布图（左：西区，右：东区）

1.3 投资规模

本次W公园智慧灯杆系统共设计30根7米智慧灯杆，共83个功能模块，经过厂家询价，智慧灯杆系统中各部分价格如下：

表3 智慧灯杆系统投资规模表

据估计，W公园智慧灯杆系统总投资约为141.2万元。

2 效益分析

2.1 经济效益

2.1.1 支出分析

考虑材料、运输、施工等方面，公园所在地区传统7米路灯杆的综合造价约为5000元/根，智慧路灯杆内部集成了各功能模块的接口与电路，复杂度较高，因此成本较传统路灯有一定的增长。经过市场调研，本次智慧路灯的单杆平均综合造价约为4.70万元，可得相较传统路灯多投入126.2万元。

2.1.2 节约分析

通过对路灯的智能化、智慧化改造，园区管理方会在以下方面降低运营的成本：

（1）电费节约：以250W钠灯为例，升级智慧路灯（LED60W）后，单盏灯每天亮12小时，每天晚上6点至10点全亮，通过智能照明模块将10点至12点功率降至70%，凌晨12点至6点功率降至30%。按照1元/千瓦时费用计算，每年每盏灯可以节约费用约937.32元，每年共节约费用2.81万元。

（2）运营节约：智慧灯杆的建设提升了园区信息化管理水平，灯杆、模组的状态能够在后台感知，减少了对数据采集、路灯巡检等方面人力物力的投入。按替园区节省1名工作人员估计，参考2018年B市人均薪资10712元，则平均每年节省约1.6万元人力成本。

2.1.3 收益分析

智慧灯杆的部署除了为园区的管理运营方节流成本之外，还能凭借自身各功能模块产生一定的收益：

（1）视频联网：公安联网监控可通过租赁智慧灯杆上的视频监控，对公园场所内的治安动态情况进行实时监控，每个监控点参考收入约为1000元/点/月，现有10个智慧路灯杆提供监控服务，年收入约为12万元。

（2）Wi-Fi推送：智慧路灯加装Wi-Fi设备，通过Wi-Fi植入多条广告的方式盈利。用户在免费使用Wi-Fi时，首先看到广告，参考B市地铁广告投放价格为1000元/条/月，以每月植入三条广告为例，则每年收益3.6万元。

（3）屏幕广告：智慧路灯加装的多媒体显示屏，既可以发布公园宣传信息，也可以与商家联动，取得广告收益。以5个显示屏广告为一组，一个发布期（10天）按4万元计算，每月收入为12万元，全年收入为144万元，假设投放广告时间按20%预估，同一发布期按播放2组广告考虑，则每年收益57.6万元。

（4）微基站：公园是人员聚集的场所，也是通信需求集中的场所，电力传输到位、高度合适的智慧灯杆无疑为运营商建设无线基站提供了良好的基础。铁塔公司提供的市场基站租金单价约为2万元/年，本项目东西园区中两段道路各实装1个微站考虑，则微站的年租金为4万元。

2.1.4 投资回收期

综合考虑智慧灯杆系统的投入与收益，可得：

表4 公园智慧灯杆系统投资回收期测算表

经以上测算，W公园智慧灯杆系统的静态投资期为1.55年。

2.2 社会效益

（1）打造园区亮点。智慧灯杆作为一项新鲜事物，它的建设立足于园区管理方和游客的信息化需求，通过各类功能的部署支撑游客观光和园区管理，提升感知，让游客和园区管理方切实体验到区别传统公园的方便。同时，智慧灯杆的优美造型将融入公园的环境，成为公园景观的一部分，它营造出的科技感、未来感将对提升公园形象有着积极的作用。

（2）提升信息化水平。智慧灯杆具备高度集成的特点，可以有效地支撑各类应用，充分发挥出自身多系统多业务承载的优势，提升园区内信息化的水平，减轻人员管理、巡检的负担，减少相关运维成本，提升管理效率。

（3）支持功能扩展。智慧路灯物的建设作为园区内综合感知基础平台的组成部分，有着重要的前瞻性和实用性，也为其他园区的智能化建设提供了宝贵的案例和经验，促进智慧产品在公园行业的规模化应用，具有巨大社会价值。智慧灯杆上的接口也为后期充电桩、环境监测等其他功能的上线做出了预留，减少后期项目的实施时间和投入成本，避免信息基础支撑环境的重复建设。

（4）促进新技术应用。随着无线通信频段的升高，5G站点的基站密度将进一步增加，“点多面广”的智慧灯杆与5G微基站的站间距完美契合，为未来5G网络的部署提供了良好的平台，方便、安全的引电、传输条件让微基站的快速实施成为了可能。同时随着物联网技术的不断发展，智慧灯杆上各类传感器、通信模块日益丰富，功能得到不断扩展，智慧灯杆的物联感知、综合集成能力为物联网的应用提供了很好的载体，物联网技术以此为基点，使人更加“透明”，物更加“智能”。

3 实施方式

本次智慧灯杆系统选取720米的公园主干道路，共涉及30根灯杆、83个独立功能模块，各功能模块可通过在原有普通灯杆上自行集成或者直接购买已集成好各模块的智慧灯杆两种方式进行建设。

3.1 自行集成

自行集成指从不同厂家独立采购各功能模块，在裸灯杆上各自集成，各模块独立布线、安装施工，参考《B市建设工程预算定额》提供的信息，通过测算，采用自行集成方式的施工费用如表5：

表5 “自行集成”模式施工费用预估表

因此，采用“自行集成”方式的施工费用为11.1万元。

3.2 一体化采购

智慧灯杆厂家提供已集成所需各功能模块的智慧灯杆，可采用直接采购满足功能的智慧灯杆进行安装，且智慧灯杆内已集成排线、分接箱，灯杆上各功能模块的数据可由统一的传输线路进行回传。通过询价，采用一体化采购方式的施工费用如表6：

表6 “一体化采购”模式施工费用预估表

因此，采用“自行集成”方式的施工费用为10.8万元。

3.3 方式比选

从前节可得，“自行集成”和“一体化采购”两种方式的单根灯杆综合造价分别为11.1万元和10.8万元，费用接近。但除项目投资成本外，还应评估建设方式的可行性和可操作性，重点考虑以下几个方面：

（1）议价能力。“一体化采购”方式未将整个系统拆分，仍保有一定的规模，因此议价能力较高，仍有一定的下探空间，并且若将智慧路灯上采用的Wi-Fi设备和园区的Wi-Fi系统一并整合，无疑又成为一枚有力的议价筹码。

“自行集成”方式将各功能模块拆分后，对各厂家采购的规模大多为十套以内，无法获得大规模集采的优惠价格，加之项目地点位于B市，集成厂家安装、调试的人力成本也较高，各集成厂家的报价已不具有优势。

（2）集成度。“一体化采购”方式为智慧灯杆的生产厂家统一设计、生产和安装，集成度高，不会出现部分功能模块与灯杆接口不匹配、后台管理平台与模块不兼容的问题。

“自行集成”方式需将各模块采购之后发给灯杆生产厂家，可能出现设备预留空间与实际设备不对应，安装不上，或者需要灯杆厂家修改接口、固定件设计的情况，增加潜在成本甚至导致无法集成。

（3）安装效果。“一体化采购”的灯杆为厂家自己集成，各类模块的颜色、形状统一，与灯杆的造型也较为和谐，不存在突兀感。

“自行集成”的灯杆属于“万国装备”，各模块的颜色、外观难以统一，甚至形态各异，可能与灯杆造型不协调，影响美观。

（4）后期维护。“一体化采购”方式对智慧灯杆整体提供服务和质保，出现问题后直接对接灯杆厂家，实现问题的“一站式”解决。

“自行集成”涉及的厂家产品较多，可能出现模块间的干扰、不兼容，增加了许多潜在风险，出现问题后因为分工界面不清晰、责任不明确，可能出现“找不到问题”“无人来管”的尴尬局面。

（5）组织协调。“一体化采购”只对接一个厂家，方案实施过程沟通方便，对组织协调的要求不高，因此管理效率高。“自行集成”方式中，沟通协调将成为一大挑战，因厂家较多，各厂家的询价、订货、供货等各环节上的工作量将成倍增加，而出现问题之后的还可能出现扯皮、推诿的情况。

4 结束语

本文以B市W公园一段道路为基础，提供了30根智慧灯杆共84个模块的设计方案，实现智能照明、Wi-Fi网络、信息发布、公共广播、视频监控和紧急求助六大功能，为公园场景下智慧灯杆各模块的布放间距、部署数量提供了参考。

本文以W公园的智慧灯杆为案例，分析了智慧灯杆系统给公园带来的经济和社会效益，并讨论了智慧灯杆部署时“自行集成”和“一体化集成”两种方式，在投资相近的情况下，优选“一体化采购”的实施方式。