每日一课 | 智慧灯杆之智慧交通应用案例的项目分析

1．智慧灯杆规划

1）杆件间距设置分析

替换原则：在本期工程智慧灯杆上挂载的通信基站、公安监控、环境监测及一键求助4类设备中，通信基站对于覆盖间距要求较高，所以，本期智慧灯杆需求杆距总体上以通信基站的规划间距为基础。

在无线网络规划工作中，链路预算是评估无线通信系统覆盖能力的主要方法，是在通信系统中对发送端、通信链路、传播环境和接收端中所有增益和衰减的核算，估算信号从发射端成功传送到接收端的最远距离。图8-3所示为链路预算示意图。

2）覆盖半径计算

在本次链路预算中，通信设备拟采用常用微站设备（华为Book RRU）结合道路覆盖模型参与计算。华为Book RRU基本参数如下：发送功率2x5W；天线增益11dBi，双极化天线；方向角水平65°，垂直面35°。

根据本次项目设备参数和链路预算参数，根据链路预算，在该道路场景下基站覆盖半径为190m左右。考虑小区切换和重叠区域15％冗余覆盖，通信基站站距约为覆盖半径的1.8倍，单网运营商站间距建议设置为320m左右。

由于各运营商之间的设备必须具备一定的垂直隔离度，单杆只能满足一到两家设备的挂载需求，所以，杆距最优为160m左右，如图8-4所示。

本项目对道路普通灯杆进行“一杆多用”的改造，对路两旁建设在绿化带里的普通路灯杆，间隔160m左右把原有路灯杆替换成智慧灯杆，共需改造智慧灯杆148根：其中替换8m／6m杆76根（其中整合信号灯和照明功能杆8根、整合电子警察和照明功能杆8根），替换14m／10m杆56根，替换14m对称双臂杆9根（其中整合信号灯和照明功能杆8根、整合电子警察和照明功能杆1根）；另外为满足电子警察单独需求新增7根杆体，不整合路灯功能，具体情况如表8-3所示。

2．各类型智慧灯杆杆体介绍

（1）原双臂普通路灯杆体与智慧灯杆杆体示意图如图8-5所示。

（2）原普通电子警察杆杆体与相应智慧灯杆杆体示意图如图8-6所示。

（3）原普通信号灯杆体与智慧灯杆杆体示意图如图8-7所示。

3．杆体及杆身细节介绍

1）模块固定方式

设备可采用滑槽卡扣、自适应抱箍、杆顶法兰盘等固定件安装，如图8-8、图8-9所示。

2）预留端口封堵设计

预留的进线端口为防止雨水的进入，必须进行封堵。

（1）杆体的滑槽上预留的端口可开设螺纹孔，使用可拆卸的堵头螺丝进行封堵，如图8-10所示。

（2）顶部预留端口，使用橡胶垫＋盖板形式进行密封，如图8-11所示。

其中杆体的滑槽式设计，挂载设备可根据需求自由上下调节，设置安装高度；杆体和顶部预留端口，可根据设备通过端口需求灵活布线，连接至设备端。

图8-12所示为滑槽式设计示意图。

3）杆体内部走

智慧灯杆整合了多种功能，电缆、光缆、接地等线路同时通过杆体内部连接至设备，需要进行有效合理的线路空间规划设计，确保各设备的正常运行，以方便后期的功能扩展。

智慧灯杆杆体内部进行分仓设计，内部分为4个仓体结构，布线管道预留规划清晰。

（1）区域①供通信、监控等设施电缆布线使用。

（2）区域②供道路照明灯使用。

（3）区域④供通信、监控等传输光缆线缆布线使用。

（4）区域③供交通信号灯使用。

图8-13所示为杆体内部分仓示意图。

4）杆体检修门和特种漆

智慧灯杆杆体的检修门闭合后与灯杆形状相同，且具有防盗的铁链装置；离地2m以下智慧灯杆杆体在外层会喷上防粘特种漆，以防止广告粘贴，降低后期的维护难度。

4．智慧灯杆杆体基础设计方案

1）基础设计说明

多功能灯杆基础根据国家相关规范要求，结合实际土质及地基承载力等情况进行基础基底承载力验算、基础抗拔稳定验算、基础抗倾覆验算，设计出相匹配的基础，使杆体在最大荷载作用下保持安全、稳定。

基础埋深：通过抗倾覆验算，设计适量的基础埋深来控制基础在弯矩作用下的偏心距，防止基础出现倾覆破坏。

基础宽度：通过抗拔稳定验算，设计适量的基础宽度来控制基础及其上覆土的自重，以抵抗基础拔力，防止基础被拔出。

基础板厚度：通过抗冲切验算，对基础材料及冲切力的情况设计基础底板厚度，以防止基础发生冲切破坏。

基础配筋：通过弯矩验算，对钢筋材料的屈服值和使用钢筋数量情况进行配筋设计。

2）杆体基础设计方案

原路灯杆与智慧灯杆杆体基础对比如图8-14至图8-16所示。

5．改造智慧灯杆用电需求

1）箱变需求情况

原箱变负荷情况：原路灯照明工程设计，共设置5个箱变，总功耗为192.21kW，对应的路灯回路功耗如表8-4所示。

加入原设计的其他负荷预留（交通监控、绿化用电、公交站台）约180kW后，情况如表8-5所示。

改造智慧灯杆杆体后箱变负荷情况：智慧灯杆挂载通信、公安监控、广播等设施，杆件的照明和交通信号灯供电保留原设计，其他设备供电拟通过原有箱变改造后引入市电，本次新增功耗为143.76kW，对应的箱变的用电需求如表8-6所示。

改造后的功耗负荷明细如表8-7所示。

根据表8-7可知，改造后箱变负荷率在85.65％及以下，原设计160kVA的箱变容量可以满足新增负荷要求，无须改变。

2）电缆线径负荷情况

A支线杆间连接电缆为5x16m㎡线缆，敷设了11836m，此线缆最大载流量为79A；B支线杆间连接电缆为5x25mm线缆，敷设了19075m，此线缆最大截流量为101A；替换智慧灯杆后，原有线缆也可满足需求，如表8-8所示。

箱变1和箱变2是二期一标的设计范围，箱变3、箱变4、箱变5是二期二标的设计范围，用线缆的最大载流量来衡量每个回路的电流数据可得，负载率均为80.54％以下，说明原有线缆满足改造后的电流需求。

3）电路控制和计量建议

原照明工程路灯电路控制方式，由箱变控制全路段照明分时段的开启和关闭。改造后智慧灯杆需要24小时不间断供电，可通过增加单灯控制器加浪涌保护器的方案实现供电安全分路控制。

智慧灯杆杆件从路灯电缆引电，每根路灯增加单灯控制器，对路灯实现定时控制，其他设备24小时不中断供电；在智慧灯杆上安装“智能电度表”装置，实现数据计量、传输、管理。另外，原路灯设计用电为三级负荷，为满足通信用电要求，要求改为二级负荷用电。

6．防雷接地设计

本期智慧灯杆杆体替换后的防雷接地设计和原方案保持一致，具体如下。

（1）变压器的防雷、接地及等电位连接：箱式变电站的高、低压线路的输入输出侧及道路照明配电箱的输入侧分别装设避雷器。箱式变电站中性点工作接地电阻不大于4Ω，当达不到要求时需增设人工接地装置。变压器的箱体内应设专用接地导体，该接地导体上应设有与接地网相连接的固定端子，其数量不少于两个，并应有明显的接地标志。变压器的高压配电装置、低压配电装置和金属支架等均应有符合接地技术条件的接地端子，并与专用接地导体可靠地连接在一起。对变压器常态非等电位部位全部实现高压瞬态等电位连接，包括在变压器高压侧和低压侧分别安装高压、低压避雷器各3只，所有避雷器与中性线、箱式变压器壳和其他金属的支撑件共同接地。

（2）采用TN-S接地系统，路灯的防雷接地、路灯灯杆的保护接地线共用同一接地体，路灯配电线路五芯电缆中的一根电缆作为接地线，杆座砼基础主配筋及灯杆地脚螺栓在地下部分全部焊连成一个电气整体，接地端子引出地面，所有路灯基础连成一体，形成接地网。本系统铜铁连接处应采用过渡连接端子，若端子难以取得，可在接续处涂至少3遍沥青漆防腐。与工作接地网焊连后的总接地电阻宜小于4Ω，高土壤电阻率地区可放宽至焊连后小于10Ω。在不能满足要求的情况下，应考虑设专用接地网或人工接地体。

（3）所有设备外露的可导电部分均应与接地干线可靠连接。

7．智慧灯杆传输管道及手井设计

改造后的智慧灯杆需沿灯杆路径设置传输管道和手井，用于敷设机房至手井及手井之间的连接段的传输光缆，共需新增110PVC管约25km，手井270个，间隔约80m。智慧灯杆杆件传输光缆通过新增管道连接至设备机房，不占用道路原设计传输管道。

传输管道及手井连接示意图如图8-17所示。

智慧灯杆杆件传输管道手井尺寸设计为500mmx400mm，埋深为1000mm；手井盖外观设计根据周边绿化环境配置，采用覆土、绿植等美化设计，使用标桩注明位置。

8．智慧灯杆机房需求

本工程拟设置10个2mx3m的美化设备机房，统一放置本路段在智慧灯杆杆体上有需求的后台设备；每个机房覆盖1km左右，具体实施位置需与规划部门协调确认。

9．设计方案总结

本工程共需改造智慧灯杆148根：其中替换8m／6m杆76根（其中整合信号灯和照明功能杆8根、整合电子警察和照明功能杆8根），替换14m／10m杆56根，替换14m对称双臂杆9根（其中整合信号灯和照明功能杆8根、整合电子警察和照明功能杆1根）。另外。为满足电子警察单独需求新增7根杆体，不整合路灯功能；新增10个2mx3m的美化设备机房；新增270个手井（500mmx400mm），新增25km6110 PVC管道连接至设备机房，如表8-9所示。

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