上海现代建筑装饰环境设计研究院有限公司

杨贇  周娜

众盒智能科技（上海）有限公司  李军云

关键词：城市照明  大数据思维  智能互联  交互体验

　　随着夜游经济、文旅产业建设的不断发展与扩容，区域性景观照明建设项目的数量、规模持续攀升。大数据、物联网等信息技术的发展日新月异，为此类规模化城市景观照明在设计方法、应用技术、管控模式等多个环节提供了更多的可能性及更科学有效的技术支持。本文拟从下列三个案例的实践探讨智能互联的信息技术在景观照明设计实践中的应用。

　　· 大数据思维在景观照明建规划分析过程中的应用

　　· 物联网技术在景观照明智能控制系统中的应用

　　· 交互式景观照明效果的创新设计实践

　　对于建设量大的城市景观照明项目，如何在诸多的载体、界面中更加科学高效地进行主次、强弱的层次规划，是涉及到规划成果是否具有足够的针对性、合理性的关键问题。在大数据技术的支撑下，通过相关数据分析是可以为这个问题提供更加客观科学的指导和依据。

　　在上海延安路高架（浦西段）两侧景观照明方案设计中，对于长达近14公里、涉及沿线楼宇照明超过300栋的大规模的照明载体的选择与层次划分，工作量浩大复杂。在设计过程中，通过有效利用交通信息大数据的采集分析，为最终的设计决策及成果的准确性提供了强有力的支撑。

　　首先，在设计伊始通过视线分析，确定了以高架桥上的车行视角作为该项目最为主要的视看行为开展研究。为了更好地了解车行视角对于沿线景观的感知状态，设计团队对于交通行驶速度与司机水平动态视野的相互关系进行了定性研究：在时速为80km/h（高桥路上的通行时速上限）的情况下，司机水平动态视野一般为60°，随着速度降低，司机水平动态视野越来越大。这就意味着，在发生交通拥堵、车速较慢的路段和时段，司机可视角度变大，能感知并观看更多的沿途景致；在交通路况通畅、车速较快的路段和时段，司机可视视野收窄，对沿途景致的感知能力下降。车速与水平动态视野的关系如表1所示。

表1  车速与水平动态视野的关系^[1]

　　根据以上分析，高架上固定路段内，每晚在时间、空间上的拥堵分布状况，决定了具体行驶过程中，车内人员对于沿途夜景感知能力的强弱。设计团队收集整理了该路段高架上连续14个日历日每天18:00－22:00（目前上海城市景观照明开启时段）的交通拥堵数据，分工作日、双休日两类进行时间上、空间上的多维度分析，得到了全路段双向通行时间、交通拥堵路段及节点、重点拥堵路段通行时间等若干关键信息结果（图1、图2）。这一系列的分析结果，清晰地反映出了工作日、双休日每晚晚的拥堵时段集中在6:00－7:30之间，这一时段内的照明场景的呈现应考虑低速慢行状态下的视看效果。

图1  单向通行时间统计表

图2  交通拥堵节点的时段与路段统计

　　同时，对于工作日、双休日的常规拥堵路段，比较规律性地集中在若干路段及交通节点，那么高架沿线应进行重点设计的区域和对象也就应运而生。

　　大数据思维在该项目的设计过程中提供了实时客观、有理有据的数据支撑，避免规划设计过于依仗经验、空间分析等常规手法带来的针对性弱的不足，依据交通信息数据形成了景观照明架构、控制场景时序规划以及对重点区域选择等结论，并结合车速变化规律等数据制定相应的设计策略，更具科学合理性，是大数据思维在城市照明设计中应用的积极有效的探索与尝试，如表2所示。

表2  交通数据分析与规划设计成果的影响

　　随着城市景观照明建设项目规模的不断扩大，以及城市照明集中控制管理需求的显著增加，使得城市照明管控体系在灵活性、兼容性、智能化方面的性能要求越来越高。夜景照明与新一代信息技术的结合，将综合利用传感器、地理信息、网络通讯技术、计算机算法、互联网等多专业领域的最新技术，来实现更集成、更节能、更人性化以及更智能的城市景观控制和管理^[2]。在上海是虹口北外滩一期和二期景观照照明提升项目中，正是将互联网+物联网技术、新一代通讯技术、大数据分析技术、AI人工智能、云端数据分析等新技术的整合应用，实现了对大规模景观照明灯具进行更为智能化、集成化、精细化的管理和控制，构建高效、安全、智能、创新、资源可持续发展的城市级智慧照明管理平台。

　　虹口北外滩景观照明提升区域属于黄浦江滨水景观照明系统中非常关键和重要的区段之一，涵盖了沿黄浦江2.5km岸线的景观照明和滨江天际线重要建筑照明的优化提升。该项目要对沿线40余栋的建筑照明实现统一集中控制，同时还要将沿线滨水绿化照明灯具、堤岸装饰灯具、表演性景观灯具同时纳控，能够对多类别的照明设备进行灵活、及时、分级的控制管理，按场景需要进行不同效果的展示和联动表演^[3]。

　　对于这样一个城市照明的更新提升项目，要达到上述要求，面临多项技术挑战，主要有（1）纳控的设备数量多；（2）整个纳控区域战线狭长，照明设备散布在长度近2.5km的岸线上，首尾距离远；（3）现有各楼宇的建筑照明控制系统不统一，控制协议种类多达10余种，彼此兼容性差，部分建筑照明系统老旧且改造困难，给联动表演的连贯性、统一性带来诸多难题。

　　针对上述控制管理上的痛点、难点，最终基于物联网+互联网相结合的技术方案，构建了由4个层级组成的创新型智能控制系统架构，即云（服务应用层）、管（传输网络层）、边（边缘网关）、端（设备感知层）四层级架构体系。具体内容见表3。

表3  北外滩智能照明控制系统架构层级表

　　该系统架构成功解决了多种设备和协议的兼容性问题，能同时将景观照明强弱电控制、音频设备、视频设备、舞美灯光、环境监测等应用进行集中管控，同时兼容多种接口协议及其变异协议（如：Art-NET、Modbus、C-BUS、KNX、DMX512、RDM、RS485、RS232、NBIOT、Rola等），并能为日后项目的扩展及升级改造提供技术支撑，降低项目的投资成本，提高经济性。

　　通过该系统的应用，使得整个北外滩照明系统的管控性能得到了质的飞跃，主要体现在以下几个方面：

　　（1）高效智能。系统设计中通过多个便于后期运维的功能模块以提升运营管理的效率和智能化，使得管理更加及时省力。能实现的功能如：权限管理、GSI设备位置信息管理功能、资产管理功能、环境监测功能、设备异常报警功能、4K高清视频流媒体功能以及建筑BIM管理功能等。

　　（2）经济节能。控制系统建设过程中摒弃了光纤和专线传输，而是采用4G组网方式，结合节点边缘控制技术，并依托强大的云端处理能力，以确保场景的演绎和间切换的可靠性和实时性，为前期建设节省了大量的经济投入，为后期运维节省了大量的能耗及工程维修量。

　　（3）精益管理。系统利用大数据统计和分析，能将每个控制节点的能耗、工作状态、照明设备的设备信息、使用时间、故障反馈按照预设定的时间周期自动生成报表并以数据可视化的界面为照明管理者提供管理决策信息。作为智慧城市的有机组成部分，为城市运营管理者提供及时、灵活、高效、全面的信息及决策依据，实现了资产的精细化管理。

　　（4）管控便利。系统能对灯光效果数据进行存储，并可根据需要进行任意组合或者定时切换，以满足复杂、多变的光影秀效果的调试和表演需要。在重大节假日光影秀表演时，智慧照明管理平台通过先进的算法与表演时间轴相结合的技术，解决了4G网络下灯光秀表演的延时问题，确保了灯光表演的及时性，真正实现强弱电“一键式”联动表演，操作方便快捷。

　　随着物联网技术的发展，根据环境参数的变化进行交互式设计成为一种营造创新体验的途径和方向，这种以环境参数为依据进行效果变化的理念，在景观照明设计中同样可以得到应用并取得新颖独特的效果。

　　在虹口北外滩景观照明提升设计中，针对地标性的楼宇—白玉兰广场，方案提出了“人与自然——可视化的城市晴雨表”的创意构思，即利用该建筑屋顶现有的照明设备，通过优化提升控制系统，打造以温度为参数的、对应色彩变化为都市气象信息可视化元素的交互性地标夜景效果，如图3所示。

图3  屋顶颜色与气温的对应关系

　　从视觉上通过屋顶照明设备预设的若干光色来对应一定的气温区间，每晚根据第二天天气温度的预测值，屋顶的光彩也会随之进行调整。对于生活在周边的市民而言，如白玉兰花绽放的屋顶就像是夜间的城市晴雨表，通过色彩就能大致解读第二天的冷暖，实现了“自然—夜景—人居”的交互呈现与体验。

　　在技术实现上，是将白玉兰广场整体的照明系统纳入基于物联网技术搭建的由4个层级（即服务应用层、传输网络层、边缘网关、设备感知层）组成的创新型智能控制系统。这个系统具有高度兼容性、扩展性和灵活性，不但能对照明信号进行常规的传输与管理，更是能通过设备感知层将第三方的信息数据（如温度、风力、分贝、湿度、重力等）进行采集和分析，并和照明效果通过编程建立起具有规律性的对应和呈现。

　　温度这一变化的参数成为可视化夜景效果是关键，这一参数既是比较容易获取的（温感设备或采纳第三方数据），同时又是和城市生活息息相关的，以光色作为对应信息的表达元素，是考虑到彩色光具有更高的诱目性，同时也能充分利用原有照明设备。

　　这一交互性景观照明效果是以物联网控制系统平台为基础，利用项目自身地标性的特殊景观低位，将环境参数进行可视化呈现，从而提醒和强化“人与自然”这一永恒主题的有益实践。

　　从上述设计实践的分析可以看出，无论是从加强规划设计决策的科学合理性、激发设计效果及体验的创新性、还是提升运营维护阶段的智能化与高效性，信息技术的发展使得智能互联的设计理念与应用技术在城市照明建设中大有用武之地。智慧照明体系作为数字化城市基础建设的重要一环，不仅和人居生活密切相关，更是赋能城市智慧建设、实现可持续发展的有力手段与举措。

参考文献

[1] 张殿业.驾驶员动态视野与行车安全可靠度[J].西南交通大学学报,2000(3):319-321.

[2] 包瑞,王明辉,马卫国,等.基于物联网技术的城市级夜景照明系统研究[J].智能建筑电气技术,2019,13(05):9-13.

[3] 杨贇.枫红碧染映浦江——上海虹口北外滩景观照明提升工程设计.照明设计,2019.