基于高效需求的城市景觀裝置設計研究

張寧 左思 刁翠翠

關鍵詞：智能化 基礎設施 城市建設 景觀照明 高效節能

引言

在我國城市建設可持續發展進程中，城市的生態文明建設和公共設施的宜居性建設已日趨完善，且在優化產業結構和能源結構以及鼓勵和倡導綠色低碳生產和生活方式上都取得了較好的反響。文章所述的景觀燈設施已成為現代城市建設和人文藝術發展不可或缺的城市組件。景觀燈以其高度包容的覆蓋功能和多維的藝術表現力，在國內城市建設中備受矚目。本文以高效智能景觀燈為例，結合轉化成型的景觀燈案例，探討智能景觀燈融入現代化城市建設的設計理念和運作模式，闡述在城市化建設中智能景觀燈的應用意義。

一、研究背景

早期工業化進程中，機器與基礎設施遍布城市各個角落，盤旋復雜的供水管道、冗長高耗的能源供給系統、占地巨大的儲存系統，使得城市景觀變得冰冷而無趣，呈現千城一面的狀態。當今隨著智能和高科技產品進入城市生活，城市的智能景觀設計也面臨新局面，智能景觀燈以其具有高觀賞性、人工智能性、文化傳承性、資源節約性，成為現代景觀建設的重要公共設施。因此，為更好地體現地區文化素質、科技水平和經濟實力，現代城市智能景觀燈的設計研究，將成為當前城市功能性照明提升和景觀建設亟待解決的重要問題。

二、景觀燈設計現狀分析

（一）景觀燈設計缺乏獨創性：我國城市公共設施建設始之較晚，因此前期建設中設施的獨創性欠佳，國內相關領域的設計師群體規模較小，設計思維尚不成熟，導致了現階段景觀燈仍以模仿為主，同時，在政府決策范圍內還存在城市景觀燈等基礎設施的換新提案駁回情況，這些導致現今城市景觀燈設計缺乏獨創性。

（二）景觀燈設計地域特色不足：由于大量模仿與批量生產的弊端，導致了景觀燈設計的同化現象。國內城市街道設置了千篇一律的景觀燈，大同小異，此般景象很難體現一個區域內的當地文化以及民俗風情等區域性人文特色[1]。與此同時，部分景觀燈的設計還存在一味復制傳統文化元素，導致其設計原則性缺乏，使其不能與所處地域特征相契合的情況，該情況極大程度上滯緩了景觀燈的設計發展，也使設計者在景觀設計時的導向思考產生偏斜，更加不注重因地制宜的區域特色性。

（三）景觀燈技術亟待突破瓶頸：國內景觀燈存在著注重外觀設計，缺乏功能實用性、光照層次單薄、自動調節機能欠佳以及產品維修難度大等一系列需要突破技術瓶頸的問題。因此，景觀燈在設計制造過程中不僅要注重其外觀和造型設計，還需對智能、材料、環保等問題加以重視，提高景觀燈的工作效率，實現景觀燈的實用性、環保性、智能性的共同發展，這也是國內景觀燈設計關注的焦點。

三、智能景觀燈設計改造方案

（一）智能景觀燈的釋義：智能時代萬物與公共數據的互聯已成為一種新趨勢，貫徹節能減排基本國策，促進可持續發展，人類精神與物質需求的不斷演變，促使科學技術和設計風格的交互更替，智能景觀燈的設計也在持續打破傳統格局，竭力與時代標準、科技發展水平、多樣化需求相匹配，充分發揮其節能、延長燈具使用壽命、改善燈光照明質量、實現多種照明效果并行作用。

（二）智能景觀燈的發展趨勢：城市基礎設施建設規模的持續擴大，景觀燈已成為城市景觀照明不可或缺的設備。隨著科學技術的發展，智能景觀燈的建立為現代城市建設提供了優質的生活服務和城市化功能，滿足了人類生存需求和環境保護的雙重發展理念?，F階段景觀燈以造型、光照顏色和亮度創造景觀，而智能景觀燈將得益于科學、技術和人文理念的共同融合，使城市環境更具藝術和人文氣息。景觀是美好生活的物質基礎，景觀燈是裝飾景觀的重要設施，在政策、環境、經濟的共同影響下，現代化城市景觀建設需要提出因地制宜的個性化解決方案，在發揮景觀燈定向作用的同時，通過創新技術激勵高效需求的智能景觀燈設計轉型。

1.高效與節能兼具：景觀燈作為城市公共設施和景觀設備，對于城市發展和居民生產生活具有極大益處，高效的工作狀態和低能耗的長期使用是景觀燈設計投放以及發展趨勢的關注重點。目前，國內各大城市景觀燈在高效工作要求下，普遍存在高能耗、低環保的問題，因技術閉塞而無法實現能源的高效率利用，減少能耗與效率之間供給比重，使節能智能景觀燈在設計原理、能耗產出等方面極大改善，呈現高常態化的發展趨勢。

2.藝術與功能并舉：景觀燈作為保障居民生產生活的必備基礎設施，對日常生活影響較大。一方面，景觀燈設計注重功能性，保障居民的出行照明。另一方面，景觀燈設計元素還應該更多地注入藝術性和人文性，其元素選定應緊密貼合城市人文景觀，通過景觀燈色彩、圖案、強度的搭配設計，增添居民的視覺享受以及觀賞趣味，給予居民更加舒適的觀景體驗，從而提升居民生活的幸福指數。

（三）智能景觀燈的設計原理

1.景觀燈的設計構造：景觀燈內部的燈柱為中空結構（圖1），燈柱的兩側均設置有照明用景觀燈，燈柱頂部的驅動箱為景觀燈結構內的噴水組件提供動力。景觀燈所需要的電能由景觀燈頂部的太陽能電池板提供，電能來源清潔環保。景觀燈與太陽能電池板之間的連結是以電性連接的方式相接。蓄水箱放置在驅動箱內壁，蓄水箱的頂部有固定連接的進水管，進水管的內部設置有用以密封進水管的系列密封組件，同時景觀燈內部有用于清潔的清潔組件。

2.自動清潔系統構造及作用：景觀燈在清洗時通常是人工進行清洗，而由于景觀燈的位置過高，且景觀燈之間的間距大，這就導致了在清洗時過于繁瑣，費時費力，清潔效率不高，給清潔人員帶來不便，同時浪費財政物力，故智能景觀燈中增加了自動清潔系統，可以有效解決上述問題。景觀燈的自動清潔系統由電機組件，清掃槽組件，密閉組件，噴水組件幾部分構成，通過上述組件間的相互配合，可以實現景觀燈的自動清潔功能。

（1）電機組件：景觀燈的電機組件由燈柱內部的電機、螺紋桿、升降板、驅動箱構成（如圖1）。清潔組件由燈柱內部固定連接的電機進行驅動，電機輸出軸連接有螺紋桿，螺紋桿的頂端貫穿燈柱延伸至驅動箱內，并與驅動箱的頂部內壁相連接，螺紋桿的外壁螺紋套處設有升降板，驅動箱的頂部內壁固定連接有兩個滑動桿，滑動桿的底端延伸至燈柱內并與燈柱的一側內壁固定連接，升降板滑動套設在兩個滑動桿的外壁，升降板的內部開設有兩個相對稱的清掃槽，當電機轉動時，螺紋桿也會相應的轉動從而帶動整個清潔組件工作。

（2）清掃槽組件：位于升降板兩側的清掃槽組件可以對景觀燈進行清潔，清掃槽由彈簧，滑動板，毛刷，升降板構成（圖2）。清掃槽的內壁兩側均有固定連接的彈簧，兩個彈簧相靠近的一端均有固定連接的滑動板，其側面設有毛刷，滑動板的兩側分別與清掃槽兩側的內壁連接同時可以相互滑動，驅動箱的底部和燈柱的兩側均開設有與升降板相配合的滑動口，太陽能電池板則為電機提供電力。當電機組件工作時將會帶動清掃槽組件工作，電機會帶動螺紋桿進行轉動，并帶動升降板進行升降移動，當升降板移動到指定位置時，此時景觀燈會擠壓滑動板，滑動板再擠壓彈簧，同時因為彈簧的彈性使毛刷與景觀燈的外壁相抵觸，從而對景觀燈的外壁進行清掃，以此自主清潔方式降低人工清掃出現的難度，也相應減少人工清掃的頻率，對設備維護產生的財政支出有極大的改善。

（3）密閉組件：景觀燈的密封組件可以收集雨水，并反復利用水資源，其構造包括進水管、轉軸、扭簧（圖3）。轉軸以密閉轉動連接的方式與進水管相連，轉軸的一端貫穿進水管并固定連接在傾斜遮擋板上，遮擋板的外壁與進水管的內壁相抵觸，轉軸的外壁套設有扭簧，扭簧的兩端分別與轉軸的外壁和進水管的一側外壁固定連接。下雨時，雨水重力帶動遮擋板發生角度轉動，遮擋板在轉動時會通過轉軸使扭簧發生形變（圖4），使雨水通過遮擋板流動入蓄水箱內，后通過扭簧的扭力使遮擋板回歸原位，如此反復儲存收集雨水，可以減少蓄水箱內水資源的揮發，有效節約水資源。

（4）噴水組件：噴水組件具有清洗景觀燈的功能，其組成包括水泵、吸水管、出水管、噴水管、蓄水箱（如圖1）。驅動箱的一側內壁固定連接有水泵，水泵的吸水端固定連接有吸水管，吸水管的另一端與蓄水箱的一側固定連接，水泵的出水端固定連接有出水管，出水管的另一端固定連接有帶噴頭的噴水管，噴水管的兩端分別貫穿燈柱的兩側并分別與兩個景觀燈相對應。驅動箱的頂部通過螺栓固定連接有遮擋進水管的過濾板，遮擋板的外壁固定連接有密封墊，密封墊與進水管的內壁相抵觸（圖4）。當水泵啟動時蓄水箱內的水通過吸水管流動到出水管內，從而通過噴頭噴灑到景觀燈上，對景觀燈進行自主清洗，使景觀燈清洗得更加干凈。

3.景觀燈太陽能電池板的工作原理：太陽能對于人類來說是一種“取之不盡，用之不竭”的能源[2]，發展太陽能景觀燈有利于減少環境污染、節約能源，有利于加快建設環境友好型、資源節約型城市。太陽能這種清潔能源的使用將廣泛運用于未來城市的發展，景觀燈通過頂部由多晶硅構成的太陽能電池板，將光能轉化為電能，多晶硅通過吸收太陽光線，使硅原子外的電子躍遷，P-N結兩旁匯聚了大量電子形成了電位差。當景觀燈工作時，電流將會流通為景觀燈供電。太陽能電池的運用實現了資源利用的可持續性，符合綠色生態理念。

4.景觀燈的外觀設計：在景觀燈外觀造型設計上，采用了回紋，榫卯等中國傳統文化元素（圖5）。景觀燈燈柱的主體形態選擇了橫豎穿插的兩個長方體組合，以中國傳統榫卯結構為主要拼接結構，既體現了中國傳統智慧，又便于安裝和運輸，節約了制造成本。四個側面的外觀花紋選用了中國明式家具鏤空花紋元素，使整個燈柱呈現一種古今融合的意境感，左右兩側的燈光透過印有中式紋樣的燈罩給人以濃濃的中式氣息。景觀燈主體顏色為偏暖黃的原木色，給人溫暖祥和的視覺感。具有人文和藝術屬性的智能景觀燈，實現了其綜合功能集一體的優質服務體驗，也為生態文明城市建設理念增添了更多的城市人文藝術性。

四、智能景觀燈的應用價值

（一）城市建設方面

現代城市中的各種建筑，如高層建筑、平臺和天井等都消耗著能源，并產生大量碳排放。隨著第三產業貢獻的增加，各地霓虹燈、屏幕版和海報墻的使用強度越來越大，城市建設服務要求也越來越高。

一是開發新能源。智能景觀燈打破了傳統供電模式，大大減少了側輔電源系統的布置，使每個景觀燈成為一個新的獨立個體，選擇景觀燈頂部的光電池，通過太陽能發電，可以有效減少能源浪費，實現新能源轉化。

二是美化環境。景觀燈作為城市基礎設施，其光源效果對美化城市有很大的改觀[3]，燈具光源不同顏色的光源照射與夜色交相輝映，既給夜晚居民出行提供了光照輔助，也為城市夜景增添了別樣韻味，讓人們能夠在景觀燈照射保障下更加愉悅地出行，享受著景觀燈的舒適服務[4]。同時，智能景觀燈更加利于城市樹立獨具一格的特色形象，益于城市自身的發展。

三是節能環保。夜晚的光源照射是城市必不可少的，它既保證了人們可以更好地享受夜晚出行生活的便捷，同時也為城市亮化起到了美化作用[5]。智能景觀燈打破了現有市場景觀燈低效工作與高耗能的現狀，改善了景觀燈的節能環保機能，進行高效長久的工作運行，有效減少資源浪費以及不必要的“光污染”現象。

四是減少故障。智能景觀燈可以更好地保障城市景觀照明工作，有效減少非必要亮燈或必要情況不亮燈等錯誤和故障，提升和改善城市交通運行狀況，更好地保證居民出行安全和社會安全。

（二）社會發展方面

1.經濟效益：城市景觀燈通常站立位置較高，燈體間距較大，人工維修和清潔工作較為繁重，耗時費力，清潔效率不高。而智能景觀燈內置水箱和淋浴器，實現了高效的維修、清潔、設備維護等日常工作，最大限度地節約勞動力成本；智能景觀燈還具有多種照明控制方案，可根據城市需求進行人性化和智能化照明，有效分配了能源，提升了城市用電的經濟效益。

2.社會效益：城市智能景觀燈不僅是基礎設施建設，也是重要的城市形象工程建設，將極大促進城市照明管理，適應現代城市發展水平，使現代科技與藝術完美結合，樹立現代城市區域品牌新形象；智能景觀燈符合人們對高品質生活的向往，對促進高質量、宜居化城市發展具有重要意義，增加了城市的人文“溫度”；智能景觀燈能夠提升城市硬件設施，優化城市環境，吸引人才和投資，改善城市服務和形象。

3.環境效益：在產業結構優化基礎上，智能景觀燈的能耗、資源占用等方面具有諸多優勢，在占用陸地資源和適應城市環境方面效率更高，其工作原理與城市環境具有良好的融合性，有利于推進城市生態文明建設。

展望與結論

面向現代城市建設的智能景觀設備是未來城市建設中景觀發展和公共設施的方向之一，也是建設宜居城市和綠色生態文明城市推進智能城市化建設的重要發展方向之一[6]。人工智能時代的技術創新對國家和社會的各個方面都有重要影響，改變了許多領域的發展前景。在建筑城市化過程中應用智能技術，如景觀設備，可以更大程度考慮和解決設計過程中的時間和空間問題，提高設施的完善程度，為構建更加多維的、人文與藝術共享的智能景觀燈裝置設計，開辟新的領域，衍生更多新的設計模式。

智能景觀燈裝置的設計重點在于高效的統一控制。由于高效，它使節能成為基礎。在現代城市智能景觀裝置設計過程中，通過公眾關注引導、景觀設備市場研究，分析現有智能景觀產品的特點。圍繞國家政策、社會環境、經濟等問題，提出定制化解決方案，使智能景觀燈的設計趨于生活化、民用化，使公眾能夠在短時間內接受智能景觀燈。通過實時創新科技和可持續發展的價值需求，以高效智能景觀設備市場快速轉型為根本需求，使智能景觀燈真正節能，在現代城市建設中發揮巨大作用。