基于高效需求的城市景观装置设计研究

张宁 左思 刁翠翠

关键词：智能化 基础设施 城市建设 景观照明 高效节能

引言

在我国城市建设可持续发展进程中，城市的生态文明建设和公共设施的宜居性建设已日趋完善，且在优化产业结构和能源结构以及鼓励和倡导绿色低碳生产和生活方式上都取得了较好的反响。文章所述的景观灯设施已成为现代城市建设和人文艺术发展不可或缺的城市组件。景观灯以其高度包容的覆盖功能和多维的艺术表现力，在国内城市建设中备受瞩目。本文以高效智能景观灯为例，结合转化成型的景观灯案例，探讨智能景观灯融入现代化城市建设的设计理念和运作模式，阐述在城市化建设中智能景观灯的应用意义。

一、研究背景

早期工业化进程中，机器与基础设施遍布城市各个角落，盘旋复杂的供水管道、冗长高耗的能源供给系统、占地巨大的储存系统，使得城市景观变得冰冷而无趣，呈现千城一面的状态。当今随着智能和高科技产品进入城市生活，城市的智能景观设计也面临新局面，智能景观灯以其具有高观赏性、人工智能性、文化传承性、资源节约性，成为现代景观建设的重要公共设施。因此，为更好地体现地区文化素质、科技水平和经济实力，现代城市智能景观灯的设计研究，将成为当前城市功能性照明提升和景观建设亟待解决的重要问题。

二、景观灯设计现状分析

（一）景观灯设计缺乏独创性：我国城市公共设施建设始之较晚，因此前期建设中设施的独创性欠佳，国内相关领域的设计师群体规模较小，设计思维尚不成熟，导致了现阶段景观灯仍以模仿为主，同时，在政府决策范围内还存在城市景观灯等基础设施的换新提案驳回情况，这些导致现今城市景观灯设计缺乏独创性。

（二）景观灯设计地域特色不足：由于大量模仿与批量生产的弊端，导致了景观灯设计的同化现象。国内城市街道设置了千篇一律的景观灯，大同小异，此般景象很难体现一个区域内的当地文化以及民俗风情等区域性人文特色[1]。与此同时，部分景观灯的设计还存在一味复制传统文化元素，导致其设计原则性缺乏，使其不能与所处地域特征相契合的情况，该情况极大程度上滞缓了景观灯的设计发展，也使设计者在景观设计时的导向思考产生偏斜，更加不注重因地制宜的区域特色性。

（三）景观灯技术亟待突破瓶颈：国内景观灯存在着注重外观设计，缺乏功能实用性、光照层次单薄、自动调节机能欠佳以及产品维修难度大等一系列需要突破技术瓶颈的问题。因此，景观灯在设计制造过程中不仅要注重其外观和造型设计，还需对智能、材料、环保等问题加以重视，提高景观灯的工作效率，实现景观灯的实用性、环保性、智能性的共同发展，这也是国内景观灯设计关注的焦点。

三、智能景观灯设计改造方案

（一）智能景观灯的释义：智能时代万物与公共数据的互联已成为一种新趋势，贯彻节能减排基本国策，促进可持续发展，人类精神与物质需求的不断演变，促使科学技术和设计风格的交互更替，智能景观灯的设计也在持续打破传统格局，竭力与时代标准、科技发展水平、多样化需求相匹配，充分发挥其节能、延长灯具使用寿命、改善灯光照明质量、实现多种照明效果并行作用。

（二）智能景观灯的发展趋势：城市基础设施建设规模的持续扩大，景观灯已成为城市景观照明不可或缺的设备。随着科学技术的发展，智能景观灯的建立为现代城市建设提供了优质的生活服务和城市化功能，满足了人类生存需求和环境保护的双重发展理念。现阶段景观灯以造型、光照颜色和亮度创造景观，而智能景观灯将得益于科学、技术和人文理念的共同融合，使城市环境更具艺术和人文气息。景观是美好生活的物质基础，景观灯是装饰景观的重要设施，在政策、环境、经济的共同影响下，现代化城市景观建设需要提出因地制宜的个性化解决方案，在发挥景观灯定向作用的同时，通过创新技术激励高效需求的智能景观灯设计转型。

1.高效与节能兼具：景观灯作为城市公共设施和景观设备，对于城市发展和居民生产生活具有极大益处，高效的工作状态和低能耗的长期使用是景观灯设计投放以及发展趋势的关注重点。目前，国内各大城市景观灯在高效工作要求下，普遍存在高能耗、低环保的问题，因技术闭塞而无法实现能源的高效率利用，减少能耗与效率之间供给比重，使节能智能景观灯在设计原理、能耗产出等方面极大改善，呈现高常态化的发展趋势。

2.艺术与功能并举：景观灯作为保障居民生产生活的必备基础设施，对日常生活影响较大。一方面，景观灯设计注重功能性，保障居民的出行照明。另一方面，景观灯设计元素还应该更多地注入艺术性和人文性，其元素选定应紧密贴合城市人文景观，通过景观灯色彩、图案、强度的搭配设计，增添居民的视觉享受以及观赏趣味，给予居民更加舒适的观景体验，从而提升居民生活的幸福指数。

（三）智能景观灯的设计原理

1.景观灯的设计构造：景观灯内部的灯柱为中空結构（图1），灯柱的两侧均设置有照明用景观灯，灯柱顶部的驱动箱为景观灯结构内的喷水组件提供动力。景观灯所需要的电能由景观灯顶部的太阳能电池板提供，电能来源清洁环保。景观灯与太阳能电池板之间的连结是以电性连接的方式相接。蓄水箱放置在驱动箱内壁，蓄水箱的顶部有固定连接的进水管，进水管的内部设置有用以密封进水管的系列密封组件，同时景观灯内部有用于清洁的清洁组件。

2.自动清洁系统构造及作用：景观灯在清洗时通常是人工进行清洗，而由于景观灯的位置过高，且景观灯之间的间距大，这就导致了在清洗时过于繁琐，费时费力，清洁效率不高，给清洁人员带来不便，同时浪费财政物力，故智能景观灯中增加了自动清洁系统，可以有效解决上述问题。景观灯的自动清洁系统由电机组件，清扫槽组件，密闭组件，喷水组件几部分构成，通过上述组件间的相互配合，可以实现景观灯的自动清洁功能。

（1）电机组件：景观灯的电机组件由灯柱内部的电机、螺纹杆、升降板、驱动箱构成（如图1）。清洁组件由灯柱内部固定连接的电机进行驱动，电机输出轴连接有螺纹杆，螺纹杆的顶端贯穿灯柱延伸至驱动箱内，并与驱动箱的顶部内壁相连接，螺纹杆的外壁螺纹套处设有升降板，驱动箱的顶部内壁固定连接有两个滑动杆，滑动杆的底端延伸至灯柱内并与灯柱的一侧内壁固定连接，升降板滑动套设在两个滑动杆的外壁，升降板的内部开设有两个相对称的清扫槽，当电机转动时，螺纹杆也会相应的转动从而带动整个清洁组件工作。

（2）清扫槽组件：位于升降板两侧的清扫槽组件可以对景观灯进行清洁，清扫槽由弹簧，滑动板，毛刷，升降板构成（图2）。清扫槽的内壁两侧均有固定连接的弹簧，两个弹簧相靠近的一端均有固定连接的滑动板，其侧面设有毛刷，滑动板的两侧分别与清扫槽两侧的内壁连接同时可以相互滑动，驱动箱的底部和灯柱的两侧均开设有与升降板相配合的滑动口，太阳能电池板则为电机提供电力。当电机组件工作时将会带动清扫槽组件工作，电机会带动螺纹杆进行转动，并带动升降板进行升降移动，当升降板移动到指定位置时，此时景观灯会挤压滑动板，滑动板再挤压弹簧，同时因为弹簧的弹性使毛刷与景观灯的外壁相抵触，从而对景观灯的外壁进行清扫，以此自主清洁方式降低人工清扫出现的难度，也相应减少人工清扫的频率，对设备维护产生的财政支出有极大的改善。

（3）密闭组件：景观灯的密封组件可以收集雨水，并反复利用水资源，其构造包括进水管、转轴、扭簧（图3）。转轴以密闭转动连接的方式与进水管相连，转轴的一端贯穿进水管并固定连接在倾斜遮挡板上，遮挡板的外壁与进水管的内壁相抵触，转轴的外壁套设有扭簧，扭簧的两端分别与转轴的外壁和进水管的一侧外壁固定连接。下雨时，雨水重力带动遮挡板发生角度转动，遮挡板在转动时会通过转轴使扭簧发生形变（图4），使雨水通过遮挡板流动入蓄水箱内，后通过扭簧的扭力使遮挡板回归原位，如此反复储存收集雨水，可以减少蓄水箱内水资源的挥发，有效节约水资源。

（4）喷水组件：喷水组件具有清洗景观灯的功能，其组成包括水泵、吸水管、出水管、喷水管、蓄水箱（如图1）。驱动箱的一侧内壁固定连接有水泵，水泵的吸水端固定连接有吸水管，吸水管的另一端与蓄水箱的一侧固定连接，水泵的出水端固定连接有出水管，出水管的另一端固定连接有带喷头的喷水管，喷水管的两端分别贯穿灯柱的两侧并分别与两个景观灯相对应。驱动箱的顶部通过螺栓固定连接有遮挡进水管的过滤板，遮挡板的外壁固定连接有密封垫，密封垫与进水管的内壁相抵触（图4）。当水泵启动时蓄水箱内的水通过吸水管流动到出水管内，从而通过喷头喷洒到景观灯上，对景观灯进行自主清洗，使景观灯清洗得更加干净。

3.景观灯太阳能电池板的工作原理：太阳能对于人类来说是一种“取之不尽，用之不竭”的能源[2]，发展太阳能景观灯有利于减少环境污染、节约能源，有利于加快建设环境友好型、资源节约型城市。太阳能这种清洁能源的使用将广泛运用于未来城市的发展，景观灯通过顶部由多晶硅构成的太阳能电池板，将光能转化为电能，多晶硅通过吸收太阳光线，使硅原子外的电子跃迁，P-N结两旁汇聚了大量电子形成了电位差。当景观灯工作时，电流将会流通为景观灯供电。太阳能电池的运用实现了资源利用的可持续性，符合绿色生态理念。

4.景观灯的外观设计：在景观灯外观造型设计上，采用了回纹，榫卯等中国传统文化元素（图5）。景观灯灯柱的主体形态选择了横竖穿插的两个长方体组合，以中国传统榫卯结构为主要拼接结构，既体现了中国传统智慧，又便于安装和运输，节约了制造成本。四个侧面的外观花纹选用了中国明式家具镂空花纹元素，使整个灯柱呈现一种古今融合的意境感，左右两侧的灯光透过印有中式纹样的灯罩给人以浓浓的中式气息。景观灯主体颜色为偏暖黄的原木色，给人温暖祥和的视觉感。具有人文和艺术属性的智能景观灯，实现了其综合功能集一体的优质服务体验，也为生态文明城市建设理念增添了更多的城市人文艺术性。

四、智能景观灯的应用价值

（一）城市建设方面

现代城市中的各种建筑，如高层建筑、平台和天井等都消耗着能源，并产生大量碳排放。随着第三产业贡献的增加，各地霓虹灯、屏幕版和海报墙的使用强度越来越大，城市建设服务要求也越来越高。

一是开发新能源。智能景观灯打破了传统供电模式，大大减少了侧辅电源系统的布置，使每个景观灯成为一个新的独立个体，选择景观灯顶部的光电池，通过太阳能发电，可以有效减少能源浪费，实现新能源转化。

二是美化环境。景观灯作为城市基础设施，其光源效果对美化城市有很大的改观[3]，灯具光源不同颜色的光源照射与夜色交相辉映，既给夜晚居民出行提供了光照辅助，也为城市夜景增添了别样韵味，让人们能够在景观灯照射保障下更加愉悦地出行，享受着景观灯的舒适服务[4]。同时，智能景观灯更加利于城市树立独具一格的特色形象，益于城市自身的发展。

三是节能环保。夜晚的光源照射是城市必不可少的，它既保证了人们可以更好地享受夜晚出行生活的便捷，同时也为城市亮化起到了美化作用[5]。智能景观灯打破了现有市场景观灯低效工作与高耗能的现状，改善了景观灯的节能环保机能，进行高效长久的工作运行，有效减少资源浪费以及不必要的“光污染”现象。

四是减少故障。智能景观灯可以更好地保障城市景观照明工作，有效减少非必要亮灯或必要情况不亮灯等错误和故障，提升和改善城市交通运行状况，更好地保证居民出行安全和社会安全。

（二）社会发展方面

1.经济效益：城市景观灯通常站立位置较高，灯体间距较大，人工维修和清洁工作较为繁重，耗时费力，清洁效率不高。而智能景观灯内置水箱和淋浴器，实现了高效的维修、清洁、设备维护等日常工作，最大限度地节约劳动力成本；智能景观灯还具有多种照明控制方案，可根据城市需求进行人性化和智能化照明，有效分配了能源，提升了城市用电的经济效益。

2.社会效益：城市智能景观灯不仅是基础设施建设，也是重要的城市形象工程建设，将极大促进城市照明管理，适应现代城市发展水平，使现代科技与艺术完美结合，树立现代城市区域品牌新形象；智能景观灯符合人们对高品质生活的向往，对促进高质量、宜居化城市发展具有重要意义，增加了城市的人文“温度”；智能景观灯能够提升城市硬件设施，优化城市环境，吸引人才和投资，改善城市服务和形象。

3.环境效益：在产业结构优化基础上，智能景观灯的能耗、资源占用等方面具有诸多优势，在占用陆地资源和适应城市环境方面效率更高，其工作原理与城市环境具有良好的融合性，有利于推进城市生态文明建设。

展望与结论

面向现代城市建设的智能景观设备是未来城市建设中景观发展和公共设施的方向之一，也是建设宜居城市和绿色生态文明城市推进智能城市化建设的重要发展方向之一[6]。人工智能时代的技术创新对国家和社会的各个方面都有重要影响，改变了许多领域的发展前景。在建筑城市化过程中应用智能技术，如景观设备，可以更大程度考虑和解决设计过程中的时间和空间问题，提高设施的完善程度，为构建更加多维的、人文与艺术共享的智能景观灯装置设计，开辟新的领域，衍生更多新的设计模式。

智能景觀灯装置的设计重点在于高效的统一控制。由于高效，它使节能成为基础。在现代城市智能景观装置设计过程中，通过公众关注引导、景观设备市场研究，分析现有智能景观产品的特点。围绕国家政策、社会环境、经济等问题，提出定制化解决方案，使智能景观灯的设计趋于生活化、民用化，使公众能够在短时间内接受智能景观灯。通过实时创新科技和可持续发展的价值需求，以高效智能景观设备市场快速转型为根本需求，使智能景观灯真正节能，在现代城市建设中发挥巨大作用。