綠色照明規(guī)劃的內涵研究

楊 洋，楊艷梅，駱玉潔，劉 毅，梁 崢

(中國城市規(guī)劃設計研究院 城市照明規(guī)劃設計研究中心，廣東 深圳 518000)

引言

隨著經濟社會的快速發(fā)展，城市照明作為展示城市夜間形象的重要手段，受到廣泛重視。然而，城市照明建設和管理存在粗放化、無序化形勢，夜間光污染、光干擾情況日益突出，并已成為全國城市較為普遍的問題[1，2]。其重要原因之一是照明規(guī)劃未充分發(fā)揮引領和控制作用，對綠色節(jié)能重視不足、規(guī)劃內容難以落地、評價標準不明確，或存在片面化管控情況，亟需對綠色照明規(guī)劃內容進行科學規(guī)范，進而因城施策。

綠色照明是夜間生態(tài)文明的集中表現。目前國內已有學者從綠色照明規(guī)劃評估體系[3]、照明環(huán)境影響評價[4]、道路照明綠色節(jié)能[5]、綠色照明工程實施[6]、建筑室內綠色照明評價方法[7，8]等方面展開研究，但較少有對城市綠色照明規(guī)劃內涵的深入研究。本文結合部分市(區(qū))照明規(guī)劃項目，對總體規(guī)劃層面的城市綠色照明規(guī)劃進行研究和總結，挖掘綠色照明規(guī)劃內涵，指導規(guī)劃的實踐。

1 研究框架

基于“安全、舒適、節(jié)能、環(huán)保、經濟”的理念，我們從科學管控和創(chuàng)新技術兩個方面提出綠色照明控制原則和落實措施等，最終形成合理的指標體系，實現綠色照明動態(tài)跟蹤評價。

科學管控包括功能照明控制和景觀照明指引，主要從照明質量、照明模式、安全環(huán)保、經濟性等角度出發(fā)，根據城市實際情況，確定功能照明剛性控制要求和景觀照明推薦控制指引。創(chuàng)新技術包括清潔能源應用、智能照明應用和智慧照明應用，主要從新能源和新技術等角度出發(fā)，提升城市照明自動化水平、主動節(jié)能能力和管理精細性。

圖1 技術路線Fig.1 Technical route

2 科學管控

2.1 功能照明控制

1)亮(照)度控制。應針對不同等級道路，提出亮(照)度維持值、均勻度維持值、亮燈率等照明質量控制指標。道路照明的重要目的是保障行人和駕駛員的夜間安全，等級越高的道路平均車速快、通行能力更強、駕駛員的視距更長，照明質量要求應越高。

亮(照)度維持值在需求和節(jié)能的約束下合理選取，避免亮度過高，突破功率密度的上限值。均勻度維持在合理值，不至引發(fā)過度視覺疲勞。由于部分燈具壞損、眩光或光衰嚴重，駕駛員因此忽視路面障礙物，易引發(fā)嚴重的交通事故，所以道路亮燈率也是重要的剛性控制指標，故障燈具可結合智能照明控制系統集中統計，并自動分配計劃維修。

2)眩光控制。應針對機動車道、非機動車道、人行道和公共活動空間照明，提出眩光控制措施。機動車道應控制眩光干擾，隨著道路等級提升，眩光控制要求應提高，城市快速路和主干路必須采用截光型燈具，其余等級道路根據車流情況，明確眩光控制措施和指標。非機動車道、人行道和公共活動空間中行人和車輛行駛速度較慢，結合場所及周邊環(huán)境氛圍合理確定眩光控制措施和指標，盡量避免光源直射人眼和向天空漫射。

3)功率密度控制。城市照明應執(zhí)行嚴格的功率密度控制，必須提出機動車道功能照明功率密度標準。《城市道路照明設計標準》[9]對機動車道功率密度有詳細的規(guī)定。規(guī)劃結合照明光源選擇、車道數量確定功率密度控制值，如廣泛采用發(fā)光二極管(LED)光源照明可適當降低功率密度控制取值，但不得高于國標中的限值。

2.2 景觀照明指引

1)亮度指引。應結合城市空間結構、用地性質和功能分區(qū)，形成城市景觀照明亮度分區(qū)，并提出不同分區(qū)的建、構筑物泛光照明亮度平均控制值。

建、構筑物泛光照明亮度標準值可根據城市規(guī)模、亮度分區(qū)和建、構筑物飾面材料等綜合選取。總體規(guī)劃層面控制的重點是識別城市山體、防護綠地等生態(tài)區(qū)域，限制生態(tài)區(qū)景觀照明建設，明確負面底線。對于城市商業(yè)商務區(qū)、核心區(qū)等夜間高亮度區(qū)域，考慮到地標夜景集中塑造，預留適度彈性空間。

圖2 珠海景觀照明亮度分區(qū)圖Fig.2 Landscape lighting brightness partition of Zhuhai

《珠海市夜景景觀規(guī)劃》對珠海市景觀照明亮度分五區(qū)控制，充分平衡城市夜間活力營造與天然暗環(huán)境保護。一區(qū)為暗夜保護區(qū)，主要為山體、水體等非建設用地，禁止景觀照明，以天空光、月光和星光構成夜景基底；二區(qū)為低環(huán)境亮度區(qū)，主要為村莊、農林用地和濕地，平均亮度控制在10 cd/m2以內，以自然光為基底，點綴人工光；三區(qū)和四區(qū)為中環(huán)境亮度區(qū)；五區(qū)為高環(huán)境亮度區(qū)，主要為商業(yè)商務等城市核心建設區(qū)(如橫琴等)，平均亮度控制在25 cd/m2以內。

2)照明模式指引。宜根據城市(區(qū))定位、歷史文化資源等情況，對景觀照明載體進行分類分級，并提出不同時段的照明模式指引。景觀照明模式控制可通過城市景觀智能照明控制系統中的分回路控制實現，重要景觀載體照明宜納入政府集中控制，建筑景觀照明宜設置節(jié)能模式。

《南京南部新城照明專項規(guī)劃》將主要照明載體分為高度地標、文化地標、一般載體和其他載體四類，并分別提出照明模式控制策略(如表1所示)。

3)LED顯示屏、標識照明指引。應根據城市不同區(qū)域用地性質、人流量和活躍度，對LED顯示屏和廣告標識設置進行分區(qū)指引，提出設置形式、亮度和開關時間控制指引，明確禁止設置區(qū)。

LED顯示屏是城市照明高度敏感的設施，其設置區(qū)域、位置、朝向、亮度和動態(tài)等必須受到嚴格控制，應與建筑物照明統一，做到主次分明、整體協調，避免無序、泛濫設置。根據城市景觀照明亮度分區(qū)，確定不同環(huán)境區(qū)域、不同面積廣告標識照明的平均亮度最大允許值，應嚴格控制眩光和上射光通比，不宜采用裸露或直接投射的燈具。樓宇和指示標識宜采用暖白或暖黃光，慎用紅光。除城市中心區(qū)、商業(yè)商務和文化娛樂區(qū)外，不應設置劇烈動態(tài)的廣告標識照明。

《南京南部新城照明專項規(guī)劃》將城區(qū)分為LED顯示屏普通設置區(qū)、限制設置區(qū)和禁止設置區(qū)。普通設置區(qū)是機場跑道周邊商業(yè)商務等城市核心區(qū)，夜間背景環(huán)境亮度高，LED顯示屏能與周邊光環(huán)境較好協調。禁止設置區(qū)包括朝向居住、公共服務設施和生態(tài)的區(qū)域，LED顯示屏易對市民夜間休息和動物棲息造成不良影響(如圖3、圖4、表2所示)。

圖3 南京南部新城LED顯示屏設置控制圖Fig.3 LED display settings control of Nanjing Southern District

圖4 南京南部新城夜景效果圖Fig.4 Nightscape presentation of Nanjing Southern District

4)重大光敏感區(qū)照明指引。應確定城市重大光敏感區(qū)范圍和照明策略、光污染的控制范圍和標準，提出光污染的控制指引。

重大光敏感區(qū)包括自然保護區(qū)、生態(tài)涵養(yǎng)區(qū)、天文臺等，應明確照明亮度、光色、動態(tài)光、開關時間、上射光比例和亮度平衡[10]等，嚴格控制對生態(tài)環(huán)境的影響。規(guī)劃應識別城市可能存在的重大光污染源，如大功率探照燈、大型媒體立面和激光燈等，從開關時間、亮度、聲音、眩光控制水平、光源閃爍度等方面提出管理措施，降低對居民和生態(tài)環(huán)境的不良影響。

表1 南京南部新城景觀照明模式控制策略Table 1 Landscape lighting mode control strategy of Nanjing Southern District

表2 南京南部新城LED顯示屏設置控制策略Table 2 LED display settings control strategy of Nanjing Southern District

《南澳街道照明規(guī)劃》對深圳西涌天文臺周邊照明提出控制指引(圖5)。西涌天文臺屬深圳市重大光敏感區(qū)，位于政策區(qū)劃規(guī)定禁止照明建設區(qū)內。目前，西涌天文臺光干擾主要來自東西涌區(qū)域景觀照明和南面的漁船作業(yè)燈光，規(guī)劃西涌天文臺1 km半徑范圍功能照明維持低亮度，必須采用截光型燈具，禁止景觀照明建設。2 km半徑范圍功能照明必須采用截光或半截光燈具，允許商業(yè)區(qū)適度的景觀照明建設，禁止動態(tài)光，燈具上射光通比不得超過5%。南澳街道禁止建設探照燈，規(guī)劃提出相應的整改計劃。

圖5 深圳西涌天文臺周邊照明控制Fig.5 Lighting control around Shenzhen Sai Chung Observatory

3 創(chuàng)新技術

3.1 清潔能源應用

應結合城市能源規(guī)劃，分析各類清潔能源稟賦，針對城市不同區(qū)域功能屬性和環(huán)境條件，劃定清潔能源開發(fā)強度，明確清潔能源的應用策略和途徑，因地制宜地推進分布式能源和微網在城市照明中的應用。

能夠直接支持城市照明的清潔能源主要包括太陽能、風能和生物質能等。由于光伏和風電受天氣影響明顯，普遍存在波動性，其應用范圍應結合城市(區(qū))具體條件確定，對穩(wěn)定性要求高的場所照明不采用，可采用多能互補或與市電互補方式。

對于太陽能資源稟賦優(yōu)良的區(qū)域，鼓勵構建涵蓋LED照明、電動汽車充電樁、儲能設施、小型光伏發(fā)電的街區(qū)尺度交流或交直流混合微網，建設具備能源雙向流動能力的微循環(huán)系統，實現清潔能源自發(fā)自用、余電上網、就近消納。

《坪山中心區(qū)城市照明詳細規(guī)劃》結合深圳市光伏資源條件，確定太陽能適度開發(fā)的基本策略，彰顯中心區(qū)深圳東北門戶、智造新城的特質，提出坪山半月環(huán)公園“太陽能屋頂計劃”，公園內售貨亭、公共廁所、景觀小品、文化展廊和停車棚頂部宜建設太陽能薄膜發(fā)電系統，因地制宜建設太陽能庭院燈和太陽能草坪燈，構建交直流混合微網，發(fā)電用于公園照明及電動汽車充電等需求(圖6)。

圖6 深圳坪山半月環(huán)公園微網結構示意圖Fig.6 Schematic drawing of Shenzhen Pingshan half-moon park microgrid

3.2 智能照明應用

宜建立城市級智能照明管理中心和區(qū)級控制分中心，明確智能照明系統的組成、功能，提出分區(qū)、分級和分時的節(jié)能控制策略。

隨著大數據、云計算、窄寬帶物聯網、移動互聯網技術的快速發(fā)展，根據城市實際情況，確定智能照明管理平臺建設的必要性，劃定市、區(qū)級智能照明管理中心的功能。從功能和景觀照明角度出發(fā)，明確智能照明系統的組成和控制功能，針對城市不同區(qū)域的路燈、景觀燈等提出分級分時、單燈(或回路)可控、功率可調的控制策略，實現系統性節(jié)能降耗。相關研究成果預測，在全國范圍內擴大道路照明智能化控制，每年能帶來2.35%的節(jié)電率[11]。

《前海燈光環(huán)境專項規(guī)劃》秉承世界標準、前海特色，提出建設區(qū)級智能照明控制管理中心。在平臺建設前期，及時將已建、新建照明的控制端納入進來，同時預留未來的控制接口。整合城市信息模型(CIM)和智能照明控制系統，形成新型智能照明管理控制平臺，具備城市夜景全景仿真展示和實時控制功能。具體而言，在功能照明方面，將具備經緯時控、智能調控、全景演示、遠程管理、故障檢測、主動告警、運行數據統計分析、能耗監(jiān)測、維護任務調度及資產管理規(guī)劃等功能。在景觀照明方面，將具備模式控制、分回路控制、分時控制、全景展示、故障診斷和報警、能耗監(jiān)測、維護任務調度及資產管理規(guī)劃等功能。

3.3 智慧照明應用

宜結合城市戰(zhàn)略定位、規(guī)模和空間布局，識別智慧照明適建區(qū)，確定不同區(qū)域智慧路燈的功能、服務半徑和建設形式，提出智慧照明和其他智慧城市系統的聯動功能。

智慧照明近些年來發(fā)展迅速，已成為智慧城市重要的組成部分，是提升城市照明品質、轉變發(fā)展方式的重要抓手，在各地有大量的建設實踐[12]。智慧照明建設應因城施策，功能切忌貪多求全，適建區(qū)選擇應科學合理，兼顧經濟性和實用性。由于城市不同區(qū)域的功能需求和智慧路燈服務半徑存在差異，規(guī)劃宜因地制宜分析，得出智慧照明建設指引。

《深圳前海燈光環(huán)境專項規(guī)劃》提出前海合作區(qū)智慧路燈全面覆蓋，并采用分區(qū)策略模式。智慧路燈將在智能路燈的基礎上，增設無線局域網覆蓋、信息發(fā)布、集成電動汽車充電、安防監(jiān)控、市政設備巡檢等功能。考慮第五代移動通信技術(5G)的到來，移動站址平均布置半徑大幅減小，縮短至200～300 m，智慧路燈未來將成為搭載微基站的重要載體。規(guī)劃要求前海示范區(qū)內的8 m以上高度的燈桿均應預留基站安裝位置，高桿燈(高度≥15 m)掛載微基站。智慧路燈是城市信息采集和反饋發(fā)布的重要載體，與其他智慧系統聯動能發(fā)揮智慧城市整體功能。規(guī)劃探討智慧照明與環(huán)境監(jiān)測、市政設施、安全消防等聯動，實現環(huán)境信息采集和發(fā)布、窨井蓋監(jiān)測、人流量監(jiān)測和危險源預警功能等(如圖7、表3所示)。

表3 深圳前海合作區(qū)智慧照明分區(qū)策略模式Table 3 Intelligent lighting strategy in every district of Shenzhen Qianhai Area

4 指標體系

應從照明質量、節(jié)能與能源利用、節(jié)材與材料資源利用、安全、環(huán)境保護和運營管理等方面[13]構建綠色照明評價指標體系，宜包括約束性和指引性指標。

城市綠色照明是動態(tài)發(fā)展的過程，應建立科學的城市綠色照明指標體系，實現滾動評價和階段性總結。結合城市定位、發(fā)展規(guī)模、發(fā)展階段、區(qū)位等合理確定指標體系，體現地域特色性和前瞻性，引領綠色照明持續(xù)健康發(fā)展。強制性指標是指在國家和地方標準約束下，在城市(區(qū))照明規(guī)劃設計、實施和運維過程中應當嚴格遵循的指標，必須嚴格把關。指導性指標是突出城市(區(qū))特色和定位的指標，不強制實施，但具備示范性意義。

《南京南部新城照明專項規(guī)劃》提出適合南部新城人文綠都、智慧典范定位的綠色照明評價指標體系，并對重要性進行分類，對推進當地綠色照明實踐和引領江蘇省綠色照明發(fā)展具有指導意義(如表4所示)。

表4 南京南部新城綠色照明指標評價體系Table 4 Green lighting evaluation index system of Nanjing Southern District

5 結束語

綠色照明規(guī)劃是一項系統性、多維度工作，不能陷入片面思維和理解，應從全局和前瞻性角度，提出城市照明規(guī)劃設計、建設和運維等全生命周期的管控原則，因地制宜地利用清潔能源，積極融合科技發(fā)展，建設“互聯網+城市照明”系統，在提供高質量、舒適性夜間光環(huán)境的前提下，實現城市照明低碳、安全、環(huán)保和經濟。綠色照明規(guī)劃體系為規(guī)劃編制提供了技術性支撐，各城市(區(qū))綠色照明規(guī)劃在堅守剛性約束的前提下，應根據自身定位和條件突出特色。