城市照明迭代升级下，智慧城市产业生态体系如何构建？

随着第五代通信技术正式投入商用，智慧城市建设进入了提速期，全国各地都在加快推进5G智慧城市基础设施建设和应用场景落地，以期通过“智联万物”，引领和驱动城市创新发展，实现城市综合服务治理水平和生产发展能力的迭代升级，以及人民生活幸福感、获得感的提升。

　　智慧城市“智联万物”承托网络的主要特点包括：作为安装介质，可以提供稳定的加载结构;作为能源网络，可以提供可靠的供电保障;作为传输通道，可以提供通畅的泛在通讯路由;作为数据入口，可以提供便利的采集汇聚方式;能够为新型智慧城市在室外公共空间中的数据采集、边缘计算、5G基站建设等各类应用的加载提供基础设施服务。

　　基于城市照明设施的综合属性与“智联万物”承托网络的上述特点天然匹配，通过对传统路灯杆件赋能为智慧灯杆，在新建路灯设施时采用合并杆件、同步建设地下管网，以及对存量路灯杆件进行智慧化改造[1-6]。赋能后的路灯(城市照明设施网)，基本功能与价值属性由交通附属、市政配套转为“毛细血管级”应用前台、“神经元级”数据枢纽。鉴于此，城市照明体系将作为智慧城市时代组网的首选。

　　一、城市照明主业迭代升级路径的分析

　　1)信息化思维促进城市照明产业新布局。随着城市照明行业市场化进程加快，城市照明设施量的增长以及服务政府、服务市民的需求的不断提高，各地传统照明企业和部门均面临着前所未有的挑战。信息时代的到来，为照明行业带来了千载难逢的发展机遇。

　　以南京市路灯管理处(以下简称南京路灯)为例，自2003年被列为改制单位以来，南京路灯不断尝试企业化运行之路。2013年，在智慧城市试点之初，南京路灯便开始立足路灯之本，心怀发展之光，不断探索与尝试，确定了“信息路灯、智慧路灯、价值路灯”三步走发展战略，分步制定了三个三年规划目标，分别对应信息路灯、智慧路灯、价值路灯三个发展阶段，目前基本实现了信息路灯(2014—2016)、智慧路灯(2017—2019)两个三年规划目标，初步构建了一个总部、一个设施运营中心、四个子公司的组织架构;打造了低成本、高耐受、高品质、高效能的智慧路灯运维管养体系;形成了5G+智慧路灯面向存量设施改造的南京方案;布局了新建设施地下管线网络等。

　　2)效能提升成为城市照明管理的必然趋势。单灯监控、地理信息、大数据分析、设施全生命周期管理，形成了信息时代城市照明管理的全新要素和现代化工具。这不仅是工具的改变，更将带来传统照明管理的转型。

　　以南京为例，信息时代照明管理迭代的核心路径起源于用监控系统动态感知现场设施运行状态，用信息平台管理人的行为，建立故障与运维资源的精准配对、迅速配对;实践于传统模式的调整，2019年5月开始的南京市奥南地区全单灯定修模式;拓展至全维护体系的巡、修分离;延伸于组织机构的调整，达成一线班组的白班、晚班作业时间的调整;聚焦于效能提升的目标，达成修灯自作定额化、设施整治项目化。目前，晚班情况下，平均修灯量达到15盏/天，修灯量提升100%，提升30%效率;白班情况下，2019年节能改造量增长2.7倍。效能的升级也为承载智慧城市新基础设施的管理提供了必备条件。

　　以上即城市照明“0—1”的角色转变。2020年，随着南京“四新”行动计划和数字经济发展三年行动计划的发布，5G+智慧城市建设全面提速，南京路灯的第三个三年规划(2020—2022)“围绕服务应用落地，聚焦智慧新光，全面实现产业转型升级”正式启动。

　　二、基于城市照明的新基础设施建设路径分析

　　通过信息化途径，将传统的灯赋能成为智慧的灯，用智慧的灯点亮智慧的城，是目前形成共识的必由之路。通过政策、资金、应用三种模式驱动，按照“先地下、后地上，先净化、后赋能，先基础、后应用”的原则，通过“共管、共网、共廊、共杆、共平台”，实现“统一规划设计、统一建设赋能、统一运营管理”，智慧城市的发展路径殊途同归。

　　2.1亟需解决的最后一百米的问题

　　路灯和智慧的结合已经是当前的最优方案。但供给侧缺少应用场景和需求侧缺乏实施路径的矛盾，让路灯和智慧的结合出现了亟需解决的最后一百米的问题。

　　1)成本投入问题。

　　从经济成本上看，新建智慧杆的单体造价各个城市基本相近，平均单杆造价在15～20万元，以一个普通地级市15万杆灯杆而言计算，最低需要225亿元，分三年实施，每年需要75亿元。这仅是直接建设成本，还不包含其他间接成本。存量设施因现有的路灯体系需要改造赋能才能满足应用加载需求，难以直接提供稳定的供电保障和可靠的通讯路由。除了南京外，其他城市均是以新建的方式来推进，投资巨大，实施困难。

　　从时间成本上看，以普通地级市为例，除非新建一座城市，否则城市全部路灯设施在三年内重建是一件不太现实的事情，而且数十年乃至上百年形成的城市格局及公共基础设施功能分布早已交融。以南京主城区而言，所有功能照明设施更新一轮的科学周期需要10年甚至更长时间。而4G到5G的迭代仅仅用了6年，智慧城市功能应用端的产品和技术更新迭代的速度则更快，可以说技术和产品应用等不起一个完整的基建合理周期。

　　2)推进实施问题。

　　其一是缺少统一的承载主体，现有资产无法有效发挥杠杆效用，存量资源与建设资金不能形成良性循环，影响城市建设的发展步伐。其二是路灯资产权属分散，经营管理权条块分割，影响智慧城市的协同建设;其三是维护单位各自为政，水平参差不齐，缺乏技术标准，无法形成高效协同、统筹规划的运维管理平台。

　　3)运营变现问题。

　　智慧杆建设需要从顶层规划做起，同步规划、同步设计、同步实施、同步交付使用，虽然能够形成较好的展示面和应用点，但也因此受制于城市的建设步伐，推进节奏相对缓慢;并且新建设施多在新城区，商业发展人员集聚需要时间，智慧杆的功能应用远离实际场景;再者当前如治安监控、环境监测等功能的集成，多是服务于城市治理服务水平的提升，属于政府职能或社会公益，无法产生直接的经济回报;而诸如无人驾驶、远程医疗等商业价值的变现，不仅需要满足更多的要素，还需要立法层面的支撑，等待的周期更为漫长。

　　4)数据共享问题。

　　其一是多部门协同困难，需要同步整合实现多种诉求;其二是数据共享通道未能有效打通，不能支撑新型智慧城市“六个一”的核心要素。

　　2.2基于城市照明新基础设施建设的南京模式

　　自2013年开始，深化改革、自我革命已经成为南京路灯第一个三年规划的主标题。在这样“物竞天择”的环境中，南京路灯充分发挥主观能动性产生内生动力，形成了服务智慧城市建设、解决最后一百米问题的南京模式，加速实现“用智慧的灯，点亮智慧的城”，即基于城市照明推行的智慧城市“1—N”的增长过程。

　　1)初步形成了稳定的协同机制。

　　南京主城的路灯建设养护体系一直相对稳定，均由南京路灯管理处进行统筹，尤其是2016年合并杆工作开展以来，路灯处牵头公安、交管等多个杆件功能使用部门，进行了整体的设计实施，形成了良好的协同机制，这给智慧杆的集中推广带来了极好的条件，这种条件也是其他城市目前在纷纷营造和追求的。在其他城市规划统一管理的同时，南京已然具备了这种优势条件，实施主体明确、市场稳定统一、多部门联动体系成熟。

　　2)基本实现了载体可靠。

　　“合并杆”建设为智慧杆发展提供实现载体。合并杆作为智慧杆的基础版本，是灯杆智能化的先决条件。2016年南京开始启动共杆建设，三年来综合杆件建设总数达116条，总地理长度约200 km，新建改造杆件数量7679杆，综合杆件数量2257杆，新建规模在全国处于领先地位。合并杆建设工作满足了智慧杆基础设施系统对安装介质、能源网络、传输通道的要求，为智慧杆产业发展提供了实现载体。

　　3)验证了“合并杆-智慧杆”的建设成效。

　　据统计，从2016年实施合并杆工作起，南京主城区每年城市功能照明(含综合杆)建设投入资金约为5000万元至1亿6000万元，升级改造费用投入约占建设费用的60%。改造升级所花费的资金缺口，由路灯处通过运维效能升级后成本下降节余、节能改造电费节余、工程建设的合理利润进行反哺来维持。这不增加财政负担，不向政府及社会公益服务收费，同时遵循现有的合并杆建设体系。通过南京夫子庙大石坝街智慧路灯项目，南京路灯已经摸索出了统一规划、统一设计、统一实施的实践路径，成功助力5G+智慧夫子庙建设，起到了良好的展示应用效果。

　　4)创造性地实现了存量设施智慧化方案。

　　目前全国布局智慧杆建设有两种思路——“增量新建”与“存量改造”。相对“增量新建”，“存量改造”更被业内关注，因为存量设施所属区域内人员活跃度高，并且具备实际应用场景。但大多数城市因为自身灯杆基础设施建设落后，无法提供稳定的供电保障和可靠的通信路由，就只能以新建的方式来推进存量改造，投资巨大且实施困难。南京依托自身照明设施的可靠、照明线路的纯净，创造性地升级控制技术，以单灯控制手段调整运维模式，高效构建三网贯通平台，快速响应智慧化落地需求。以低投入、高响应、短时间、少协调的“封闭”运作在1.7 km2的南京青奥示范区投资了约200万元，历经40天左右，成功验证了存量设施改造的可行性，实现了智慧城市应用最便捷、最集约的落地。

　　5)基本具备数据对接便利的基础。

　　路灯管理信息化改革为智慧杆发展奠定应用基础。2013年路灯管理信息化建设工作开始启动，目前南京路灯已经建设完成了两个现代化信息系统，即城市照明信息化综合运营系统和单灯监控与调度系统。路灯管理的信息化提升工作满足了智慧杆基础设施建设对数据入口的要求，为智慧杆产业发展奠定了应用基础。

　　6)提前筹划实现企业化运作。

　　南京路灯2017年投资组建全资子公司“江苏未来城市公共空间开发运营有限公司”。该城市与多个新型研发机构密切合作，研发了单灯控制器、储电供电管理设备、集多种功能一体的多功能灯杆等产品，申请各类专利达28项;开发了未来城市照明云平台，杆件设备管理系统等，服务智慧杆的建设管理运营;三年来结合合并杆建设自主投资完成300 km地下管道布设，并进行了主要道路交会区智慧杆改造，形成了良好的智慧应用基础。

　　三、基于城市照明的智慧城市产业生态发展路径

　　信息技术及场景应用服务城市治理水平和城市功能的提升，服务人的生活、教育、经济、环境等城市能力的增长。而“以人为中心”才是智慧城市智联万物、慧及未来的根本所在，这就涉及智慧城市“N—∞”无限生长的过程。从实现城市现状的数字孪生;进而到在历史数据中分析、识别城市问题，并总结、挖掘城市运行规则的学习孪生;再到模拟不同环境背景和决策下的发展情景，供决策参考的模拟孪生;最终实现通过实时数据接入，由人工智能自动决策及控制的自主孪生。

　　1)以智慧路灯为构网蓝本，构建泛在的、颗粒度更细腻的、层次更多元的城市物联感知体系。

　　路灯在智慧城市中的功能本质是一张网，智慧路灯所构筑的网络是智慧城市应用场景落地实现的现实所在。应用场景作为需求端存在着无限的想象空间，这样的想象对城市物联网提出了极高的要求，它不仅需要是泛在的，而且需要颗粒度极其细腻，所以构建这张城市感知网的节点不应该只有路灯。

　　城市路灯由传统市政基础设施向信息基础设施转型的思路，对公用设施、交通设施、市容环境设施、园林绿化设施以及河堤护栏、文物古迹等其他设施同样适用。一方面，通过5G智能化方式和物联网技术对传统基础设施赋能，使其本身效能更高、品质更好、成本更低;另一方面，赋能后的传统基础设施，作为组网的一部分，使得城市物联感知体系更泛在、更多元、层次更丰富、颗粒度更细密，也可以使公益性传统基础设施具备经营的基因和造血功能。

　　半径为35 m的智慧灯杆，连接半径为500 m的公共电话亭、阅报栏，连接半径为1000 m的公厕，连接半径为3000 m的垃圾中转站以及更多的、散布的传统基础设施，可以共同支撑起分布式边缘云架构，打通“神经网络、神经元、神经末梢”，最终形成“以人为中心”的沉浸式智慧城市服务体验。

　　2)以智慧路灯平台发起专业应用的互联，为其他城市依托智慧杆建设5G智慧城市提供南京经验。

　　智慧城市建设到了当前阶段，路灯的价值日益凸显，然而传统的路灯管理单位却日益边缘。以智慧路灯平台发起专业应用的互联，为其他城市依托智慧杆建设5G智慧城市提供南京经验。

　　为了表现智慧路灯作为智慧城市新型公共基础设施的现实涵义，南京路灯通过“增量新建”与“存量改造”并举的方式，实现了自我定义——路灯即是网。这张网联通着技术与应用两头，融贯着新型智慧城市建设的通讯技术端、云技术端 、产品设备应用端及边缘计算能力，支撑着“智联万物”城市界面的应用落地。

　　3)以智慧路灯为内核，串联“云”与“端”，联系“客户”与“应用”，形成贯穿上下游全产业链的产业集群。

　　(a)应用方面，基于智慧路灯的智慧城市建设，近期首先是服务于5G基站建设，通过构建泛在的新网络，实现如雪亮工程、智慧交通，充电桩、环保监测、信息发布、导航增强等更多单项应用落地;中期借助整合数据、优化算法、功能集成等，架构应用新场景，实现如智慧停车、智慧清扫、车路协同、智慧安防等城管、市政、交通、公安等多个领域管理效能提升。远期可以期待智联万物的以人为中心的智能空间。

　　(b)产业方面，智慧路灯应该成为智慧产业的培养皿、智慧园区的孵化器。政府可以通过政策引导，深化政企协作，扩大智慧路灯基础设施布局、开放智慧路灯应用场景资源，优化智慧杆应用生态，集聚上下游企业，打造智慧杆产业园区，促进智慧杆产业链上下游企业及相关产业集聚，形成创新产业链，实现城市量级智慧杆布局及应用场景构建，培育智慧产业发展新生态。

　　四、结语

　　随着智慧城市时代的临近，智慧杆件及其相关体系将成为城市新基础设施的关键节点，或将成为行业跨界发展的焦点。城市照明行业应通过内生驱动，加速实施照明设施管理迭代、设施品质升级(“0—1”)，加速落地智慧城市基础网络、应用场景(“1—N”)，加速形成围绕智慧城市的多专业融合的产业生态圈(“N—∞”)，从而实现城市照明更加健康可持续发展。

　　参考文献

　　[1] 肖辉,李文超,朱应昶,等.多功能智慧灯杆系统应用研究[J].照明工程学报,2019,30(4):1-5.

　　[2] 田宗奇,齐飞,刘保玉.从5G基站建设的角度探讨智慧杆的标准化[J].照明工程学报,2019,30(5):32-35.

　　[3] 方景，殷涛，王坦，等.“5G+智慧灯杆”在智慧城市中的应用探讨[J].照明工程学报,2019,30(4):6-9.

　　[4]臧锋，黄李奔，王鹏展.浅谈基于城市综合杆件的物联感知网络及交互体系[J].照明工程学报,2019,30(1):88-91.

　　[5]臧锋，王鹏展.城市照明信息化管控体系建设路径的探索[J].照明工程学报,2019,30(3):139-144.

　　[6]臧锋，王鹏展.南京城市照明管理的大数据分析[J].照明工程学报,2019,30(4):40-47.

来源：中国照明网、照明工程学报    作者：臧锋、顾磊明、王鹏展、黄李奔