基于形態仿生理論的地域性智慧路燈設計

摘要：為了地域性智慧路燈更加符合用戶使用心理，增加產品辨識度，增強地域風貌。使用形態仿生理論下的地域性智慧路燈設計應用，是將形態仿生理論運用于路燈的設計之中，將設計出更具識別性、地域性與裝飾性的智慧路燈。近些年，隨著智慧城市的不斷發展，在智慧城市背景下智慧路燈的發展也是突飛猛進，5G技術、物聯網、工業互聯網的大力發展背景下，智慧路燈已成為智慧城市建設的重要組成部分。充分考慮到城市之間的差異性與地域性，從而設計出符合城市地域風貌的創意性智慧路燈產品，增加產品競爭力。運用形態仿生設計手法設計智慧路燈，體現城市精神文明風貌，彰顯城市地域風貌，強化智慧城市治理效率、加快智慧城市建設的步伐。

關鍵詞：智慧路燈；產品語意；形態仿生；地域性；路燈設計

中圖分類號：TB472 文獻標識碼：A

文章編號：1003-0069（2024）13-0111-03

引言

智慧路燈是城市發展與建設過程中至關重要的一環，在形態仿生理論下進行設計，再根據地域之間的差異進行設計，智慧路燈是城市公共設施的重要體現。城市形象在智慧城市的整體建設當中有著重要作用，發展城市公共形象是符合智慧城市建設需要。那么，智慧路燈是集多種功能于一身，其重要程度不言而喻，同時也被賦予了更多的城市公共事務管理的功能。增強城市文化的辨識度與城市的整體風貌的同時，也促進了用戶與城市情境共融。提高智慧城市建設與管理效率，更好地服務社會與大眾。在智慧城市的整體建設當中，智慧路燈解決了諸多城市治理的問題，智慧路燈展現了城市的精神文化風貌，將地域的文化特色充分合理地展現。在智慧城市建設的背景下，以智慧路燈為設計載體，結合實例進行地域文化元素的應用與設計方法的研究，地域文化在智慧路燈中合理地運用。運用形態仿生的設計手法，將仿生設計方法應用于路燈設計，使燈具更具情趣性、裝飾性，使燈具更加滿足不同的使用場景。運用形態仿生進行設計，將地域間的文化、風俗、地理風貌等不同元素進行有機整合，再將智慧路燈作為設計切入點，將二者有機結合，從而達到城市智慧路燈與地域間文化特征的有機體現，促進智慧城市與智慧路燈的有效發展。

一、相關理論概述

（一）形態仿生理論

仿生設計涵蓋的學科領域廣泛，綜合了工程學、生態學、設計學、仿生學、心理學等相關學科的概念和研究成果[1]。形態仿生設計主要研究的是生物體和自然界物質存在的外部形態及其象征寓意，通過相應的藝術處理手法將之應用于設計之中[2]。產品形態仿生是將模仿對象個性與特征融入產品的外觀造型當中，是指在自然界中客觀存在的事物，其中包括動物植物、自然風貌、山川河流等。通過分析模仿外觀形態和語意象征，運用簡化、歸納、夸張、概括、隱喻等設計手段將其特征融入產品外觀造型當中。通過產品與仿生模仿的對象進行形象關聯，在外觀造型與產品內涵上進行內外關聯。形態仿生設計一方面要注重產品外觀形態，另一方面更要注重產品語意內涵，利用形態仿生設計手法將產品設計到形神兼備、內外統一的程度。

隨著人們的消費觀趨于個性化、定制化和高端化，仿生設計可以讓產品更易于情感聯結，激發設計師想象力，豐富產品寓意，增強產品感染力[3]。在設計過程中形態仿生不是簡單地進行外觀的模仿與復制，而是進行再加工。設計師通過對自然界的感受與領悟，充分感受到自然界萬物眾生的精神特征與生命內涵，通過設計師的有機轉化和合理創造，從而設計出滿足用戶需求與符合市場情況的形態仿生產品。

（二）地域性理論相關概述

地域文化是中華民族的寶貴財富，從人類學意義上講，地域文化主要指在一定空間范圍內特定人群的行為模式和思維模式的總和[4]。地域文化是一個地區文化的綜合體現，組成地域文化的因數有很多，包括人物、環境、人文歷史、又或者是經濟、政治、文化等因素。地域性設計是基于敘事理論的角度來衍生出來，通過對地域的語境語意、敘事理論、地域性研究得以總結得出。地域之間存在的文化、人文、思想匯聚成為此地區較為獨特的風貌。通過對語意與敘事角度出發，將該城市的人物故事情節緊緊聯合在一起。將故事、情節都融入該產品的設計過程當中，對故事情節進行有機結合。

二、智慧路燈相關概述

（一）智慧路燈組成部分

智慧路燈是集照明燈桿、交通監控、安防監控、通信基站、智能充電、信息發布等多種功能的設施，在智慧城市建設中智慧路燈是其信息互聯互通的重要接入口，如圖1 所示。提高了整體資源的利用效率、減少不必要的城市建設。智慧路燈通過融合多種城市設施功能，實現了資源的高效使用、降低了城市建設的成本，加快了城市綜合治理的效率，促進了城市的發展。智能路燈是我國城市智能化建設中的一項重要內容。

智慧燈桿的投入實現了道路整治的多桿合一，可節省投資維護成本，美化城市環境，提高市政管理部門的效率，在統一市政管理平臺上，對智慧路燈、平安城市、智慧停車、信息發布、環境監測、充電樁等功能實行統一管理[5]。在智慧城市的建設當中，智慧路燈是智慧城市建設成果的重要體現之一，也是其在建設過程當中重要的成果之一。智慧城市與智慧路燈二者相輔相成，智慧路燈是智慧城市發展的重要載體，智慧城市發展的同時，也要求著智慧路燈需要不斷發展，如圖1。

（二）智慧路燈發展歷程

自從1993 年起，智慧城市的理念開始興起，在智慧城市背景下智慧路燈得以發展。直至2015 年，智慧路燈在真正意義上出現是在美國。在我國智慧城市的理念始于2016 年，智慧路燈開始落地使用。智慧路燈技術在2017 ～ 2018 年發展慢慢成熟。由于在管理、運營、盈利、服務等模式不完善，在實際使用過程中受到了一定的影響。隨著5G 商用時代的到來，智慧路燈也有了迅速的發展。在此基礎下，智慧路燈成為智慧城市的重要一環，智慧路燈搭載小型基站、邊緣計算機網關、充電樁、監控設備、LED 顯示屏等多種設備，具備云計算、人工智能、物聯網等多種技術。同時，路燈也被賦予了景觀性、藝術性，不少成為城市文化名片之一。綜上所述，智慧路燈的發展歷程是一個從照明功能逐步發展為智慧城市入口的過程，也是技術和城市發展相互促進的結果。

（三）智慧路燈理念現狀

智慧路燈中的綠色環保技術具體包括，節能綠色照明、可再生能源供電、環保材料。首先，傳統路燈耗能大、壽命短，而智慧路燈桿采用LED 綠色光源，具有能效高、壽命長等優點。相比傳統路燈，智慧路燈桿可以降低大約40% 以上的能源消耗。其次，智慧路燈桿采用了本地可再生能源供電，如太陽能供電系統，減少對傳統能源的依賴。最后，智慧路燈桿采用了可降解材料和可回收材料來制造，降低了對環境的影響。這些措施使得智慧路燈桿成為建設綠色城市的重要一環，為城市的可持續發展做出了突出貢獻。同時，智慧路燈的綠色環保特點主要體現在可再生能源供電、環保材料、節能照明技術和智能控制系統等多個方面，為城市的可持續發展做出了積極貢獻。

（四）智慧路燈技術構成

智慧路燈的技術構成主要包括，智能停車、智慧照明、智慧安防、無線通訊技術、智慧環保、智能充電、WIFI 網絡等方面。1. 智慧路燈單燈節能管理系統，可實現遠程檢測、在線管理、自動開關燈等功能。2. 智能停車運營管理系統，提供智能化停車服務。3.5G 微基站覆蓋，為智慧路燈提供高效的無線通信解決方案。4. 智慧路燈的攝像頭可實現一鍵報警、可視彈窗等功能，提高公共安全水平。5. 智慧路燈可搭載智能垃圾桶，促進垃圾分類和環保意識的普及。6. 智慧路燈可提供無線網絡，為市民提供便捷的上網服務。7. 智慧路燈可搭載汽車充電樁，助力新能源汽車基礎設施建設。總的來說，智慧路燈的技術相互融合，共同構成了智慧路燈這一綜合性解決方案。

（五）智慧路燈設計意義

在智慧城市建設的背景下，以智慧路燈為設計載體，結合實例進行地域文化元素的應用與設計方法的研究，希望可以提高人們對地域文化元素傳承、應用、發展的重視，同時希望可以完善智慧城市中智慧路燈的設計[6]。在智慧城市的整體建設當中，智慧路燈解決了諸多城市治理的問題，智慧路燈展現了城市的精神文化風貌，將地域的文化特色充分合理地展現。通過分析智慧路燈的形態語意，將智慧路燈外觀仿生形態與城市精神文化內核進行有機結合，有效地增強了城市文化辨識度與整體風貌。針對受眾群體對于審美因素的需求，將道路產品設計出極具地域特色與設計美感的產品是必不可少的體現。通過對傳統題材與當地地域文化結合設計出具有地域特征的智慧路燈，通過對道路燈具的形態語義分析將其個性化極大地體現出來。力求將智慧路燈成為智慧城市建設中重要的部分之一，將智慧路燈作為魅力城市的窗口來進行設計，促進了用戶與城市情境共融。將城市地域文化特點提煉轉化，將該地區的文化元素融入路燈與智慧路燈的設計當中，將城市缺少與用戶溝通的問題，用智慧路燈作為溝通的橋梁。

三、地域性智慧路燈設計存在問題

（一）智慧路燈與城市風貌關聯缺失

智慧路燈存在的問題是設計風貌與同一城市的精神文化相割裂，從而導致了該城市的精神風貌與其他城市的智慧路燈大相徑庭。整體城市的風貌與語意不相契合，導致了在智慧城市建設中，缺少協調整體與局部間的關系，出現了各自為政的狀態。將智慧路燈設計出不但具有地域性形態，而且契合該城市的智慧城市建設的一款路燈十分重要。在城市精神風貌的體現過程中智慧路燈的布局與設計是十分重要的，在城市運作與生產生活中晝夜的區分，城市24 小時的進展當中對于晝夜的區分，城市路燈都扮演著十分重要的角色，在功能上分析，白天當中路燈不在用作照明角色時，其外觀造型與智慧組件都是要彰顯一個城市精神風貌的過程，當夜晚來臨之時，路燈最重要的功能之一照明部分就體現出來了，所以說一個城市路燈不單單是一個簡單功能體那么簡單，同時也是一個城市重要的精神風貌體現。

（二）城市地域性特征凸顯不足

地域文化是一定地域范圍內所有地域特征、風土人情及歷史積淀形成的文化總稱[7]。在實際調研中發現智慧路燈問題是千篇一律的常規形態，智慧路燈大部分缺失形態創意研究，導致精神內涵難以體現。把智慧路燈設計提煉出具有豐富精神內涵的產品，在根據產品地域產品、形態造型、色彩、材質及功能性語意指向性設計出具備該城市精神文化內核的產品，也應該處處彰顯出獨特的設計美學，在具有獨特的地域風貌元素融入其中，將功能性與美感度深度結合。在整體和韻律之間需要全局把控，控制智慧路燈間隔數目與排列數目，根據不同車道進行不同排列形式。兼顧智慧路燈的功能形態與產品語境，設計出具有設計美感的智慧路燈產品。在整體節奏與韻律之間進行把控，把握整體產品調性、局部和整體、主角和配角、對稱和均衡之間的關系。

（三）智慧路燈地域性特征模糊

地域文化對于分析地域人群的生活秩序、了解中華文化的精神實質、民族風俗的傳承、中華文化的復興具有重要意義[8]。將地域文化特色與智慧路燈之間充分融合，智慧路燈會根據道路情況來設定具體的放置安排，根據道路屬性來進行不同規格的智慧路燈規格放置，根據人流量及車流量來安排具體道路的路燈排布。當下傳統路燈劣勢是在智能化方面的不配套，缺失了重要的智能化、信息化的智能組件，這明顯與智能時代信息化時代嚴重的脫節，推行與智慧城市所配套的智慧路燈勢在必行。現有常規道路燈具的規格形態不統一，整體缺乏統一的設計語言，在道路與道路之間銜接不暢，功能較少且單一、形態缺失也是現有路燈的主要問題。

四、形態仿生理論下地域性智慧路燈的設計方案

（一）設計定位

基于形態仿生理論下的地域性智慧路燈設計，該項目背景為湖南省桃江縣智慧路燈設計。湖南省桃江縣位于湖南中部偏北，資水中下游，總面積2068 平方公里。該縣于1951 年7 月從益陽縣析置而來，下轄13 個鎮、1 個鄉、1 個民族鄉。2022 年，桃江縣的總人口達到85.65 萬人，其中常住人口為67.52 萬人。近些年來，桃江縣將竹子作為媒介，打造國家級非物質文化遺產基地，該基地名為“小郁竹藝”。同時，還建立了湖南省第一座以“竹子”為主題的中國（桃江）竹文化博覽館，創建了相關景區，如桃花江竹海、安寧竹谷。

根據形態仿生理論，將桃江縣具有特色的地域文化元素形態提煉簡化，運用形態仿生的設計手法將其概括化、抽象化。湖南省桃江縣智慧路燈設計伊始，通過客戶提供的桃江縣相關資料素材，此款智慧路燈為12 米道路燈具，需要設計制作出單臂、雙臂、高低臂智慧路燈。湖南省桃江縣在智慧城市建設過程中，智慧路燈方案要求設計一款道路路燈，燈高為12 米智慧路燈燈型。需要將桃花與竹子主題融入設計方案當中，設計出符合客戶需求且符合實際道路燈具的產品出來。在滿足產品的基本功能和產品的基本外觀上，設計師還應考慮產品自身帶給用戶的情感體驗，將情感與產品項目相融合能夠賦予產品新的內涵，使產品不僅僅是商品，用戶能夠在使用以及心理感受上都得到極大滿足[9]。

（二）設計思路

1. 仿生形態的造型提煉

對桃江縣的桃花與竹子的局部特征做出提煉、抽象與簡化，并最終形成產品的造型，同時運用移情、聯想、組合等方式進行抽象化提煉與處理。將提煉過的桃花竹子元素應用于該款智慧路燈當中。這種設計手法可以使得用戶產生情感共融，與用戶心理與生理上產生情感呼應，從而實現該款智慧路燈的設計意義。經過對前期的設計分析，湖南省桃江縣的“竹子”與“桃花”的分析歸納，在控制開發成本的前提下，將桃花與竹子進行扁平化處理，高度概括出其平面的造型。采取竹子最具備特征的一部分，通過分析竹節、竹葉、竹筍等特征，選取一部分竹節和兩片竹葉作為此次形態造型的特點部位進行設計。桃花的單葉是互生的，形狀為橢圓狀披針形，先端長尖，邊緣有粗鋸齒。桃花的花序是單生的，花色有白、粉紅、紅等，也有重瓣或半重瓣之分。將桃花形態造型高度歸納提煉，將二者進行有機的結合，生成出該款智慧路燈的外觀形態，如圖2。

對于形態方式是將自然界的生物與動物形象進行模仿，使得產品與自然界的生物動物形態上相似，使得產品在外觀造型上與自然界生物動物相似。將桃江縣特色文化元素“竹子”“桃花”進行提煉歸納，將原本復雜的自然形態元素進行人為的有機提煉簡化。在保證其必要的功能形態下，智慧路燈上還要體現除功能模塊以外的文化功能載體。通過對傳統題材與當地地域文化結合，設計出具有地域特征的智慧路燈。設計要求將桃花和竹子與智慧路燈進行有機結合。在保證路燈功能形態的同時，還要保證當地特色文化元素桃花與竹子得以體現。通過分析桃花與竹子的仿生形態，將傳統桃花花瓣形象高度概括，將復雜的花瓣形態高度凝練意象成5 朵花瓣的形象，將竹子的竹節、竹葉特征提煉出具備路燈功能形態的部件。將智慧路燈支臂設計成具備竹子形態與桃花形態，主光源燈臂為伸展的曲線形態，燈臂與燈桿連接處用桃花作為連接，通過以上分析設計出一款智慧路燈產品，如圖3。

2. 仿生形態的設計方案

對于形態方式是研究自然界生物與動物外觀形體與形態語意，通過設計師將其藝術化處理，設計成造型干練抽象簡單的符號元素。該款路燈采用型材類型作為制作原料，使用型材類型材料使得該款路燈開發成本較低，保證了路燈開發用料成本，也滿足了設計需求。設計方案將3朵桃花作為主要視覺中心，以中間一朵桃花作為主體放大，左右兩端小桃花順延一條支臂連接到主體燈頭部分。燈頭整體態勢呈現出曲線美感，將3 朵桃花中間作為輔助燈，其輔助燈造型為部分竹節效果。整體外觀效果簡練大方，符合主題路燈設計需求的同時又滿足了制作成本的需求，通過以上分析設計出一款主題類型智慧路燈產品，如圖4。

3. 仿生形態的設計制作

智慧路燈的制作過程包括以下步驟：設計規劃、準備材料設備、基礎施工、電纜布線、設備安裝、調試測試、運維管理。庭院燈的安裝工藝步驟：基座澆筑、燈具安裝、配接引下線、試燈。通過金屬切割、拼焊等制作工藝制作出智慧路燈產品，如圖5。

4. 仿生形態的設計評價

在傳統題材與自然題材的背景下，如何將傳統題材煥發生機是此次設計的重要議題。在對于智慧路燈的功能部分與形態語意分析，對于地域性路燈而言，主要針對不同地域區域之間的分析對比，再根據不同設計要求來分析對比，從而設計出針對地域特征的符合城市氣質的城市路燈產品。將地域文化元素以一種全新的方式展現給大眾，借鑒西方后現代主義設計手法。后現代主義設計就是對生活表現出強烈的熱愛，不僅在藝術體制方面思考問題，還上升到人類的歷史、政治、種族文化等方面，以地域文化結合現代科學技術進行創新，將文化傳統換一種面貌繼續發揚光大。[10] 桃江縣主題智慧路燈的設計與開發，是運用形態仿生的手法進行設計制作，在保證功能與外觀的美觀程度上，將地域文化元素進行有機結合，從而使該款智慧路燈得以符合其地域風貌，在有機結合下煥發新生。

結語

燈具作為人們日常生活中不可或缺的照明工具，不僅只有照明功能這一個物質需求的體現，而且有越來越多的審美性趣味性服務性等情感化需求的體現[11]。將地域文化特征彰顯出來，通過智慧路燈作為媒介將地域文化得以承載。通過智慧路燈產品將地域文化進行宣傳，發揮出智慧路燈的文化傳播作用。在注重節能、環保、綠色、高效的方面要積極合理地融入現代技術與用戶的切身需求，做到真正地滿足城市發展與用戶需求的產品。在外觀上，形態仿生創意貫穿始終，在精神上力求與用戶主體產生共情。將城市風貌高度展現，將城市形象極力弘揚。充分調節好智慧路燈的整體與局部，將細節之處用設計的手法充分體現推敲完善，在保障路燈的整體設計的情況下，需要為生產、為生活帶來實際便利。在合理規劃智慧路燈的實際價值之后，彰顯出地域文化特征之后，更需要滿足城市的發展，使得用戶幸福感不斷提升，助力智慧城市的高效發展。

基金項目：昆明理工大學2024年研究生課程思政案例建設項目（109920240107），昆明理工大學校人培項目（KKZ3202155008）

參考文獻

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