國家體育場場地照明設計標準
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上傳人：admin 上傳時間： 2007-02-07 瀏覽次數： 640 |
摘要：場地照明設計是國際一流綜合性體育場電氣設計的主要內容之一。文章著重介紹了國家體育場場地照明設計標準，分析了場地照明設計的方法、要點及難點，比較了世界主要體育場場地照明設計的特點，為中國國家體育場場地照明設計確定了方向。
關鍵詞：體育場 場地照明 照度 照度均勻度 眩光 顯色性
1、國家體育場概況
第29屆夏季奧林匹克運動會將于2008年在我國的首都北京舉行。
其主體育場——國家體育場位于奧林匹克公園中心區南部，北四環北面，北辰東路西側，北中軸路延長線東面，占地22公頃，與西側的國家體育館、國家游泳中心相對于中軸線均勻布置。國家體育場將是北京奧林匹克公園內的標志性建筑，也是北京最大的，具有國際先進水平的多功能體育場。
由中國建筑設計研究院和瑞士Herzog & deMeuron建筑師事務所聯合創作的國家體育場“鳥巢”方案在國家體育場工程招標中一舉中標，現處在緊張的設計階段，工程預計2003年11月29日開工，2006年竣工。奧運會期間，國家體育場將容納10萬人，其中固定座位8萬個，臨時座位2萬個，奧運會后將拆除臨時座位。與周圍建筑物相比，體育場整體抬高4.8ｍ，體育場由3～6%的緩坡與周圍連接，0層標高－1.0ｍ，主要的設備機房、電視轉播車等大型機房、設備都設在0層，因此，國家體育場沒有地下層。除0層外，地上還有6層，體育場建筑高度66.87ｍ。國家體育場最有特色之處是可開啟的屋頂，這在世界上也是為數不多的。
從使用上講，國家體育場要考慮近期與遠期的使用，近期主要為2008年奧運會承擔開幕式、閉幕式、田徑比賽等任務，也是2008年傷殘人奧運會的主會場。遠期要考慮世界田徑錦標賽、世界杯足球賽等特殊重大比賽。國家體育場還要承擔亞運會、亞洲田徑錦標賽、洲際綜合性比賽、全國運動會、全國足球聯賽等各類常規賽事，以及文藝表演、團體活動、商業展示會等非競賽項目。
2、體育場場地照明設計
國家體育場為綜合性體育場。不同的運動項目對場地照明的要求也不一樣。但是，不管體育場綜合了多少運動項目，都要同時滿足相關的國際單項體育組織、國際體育聯合會（General Association of International Sports Federation）、國際奧委會對場地照明的要求，否則體育場將不能通過驗收。
2008年北京奧運會將使用高清晰度電視（HDTV）向全球轉播，HDTV與普通電視系統相比，具有清晰度更高，圖像質量更好，HDTV的數字信號不易受干擾等優點，但同時也對照明提出了更高的要求。
2·1 體育場場地照明設計標準
國家體育場主要競賽項目包括田徑、足球等，因此，場地照明應符合標準。一般地說，國際體育組織制定的標準要高于我國的國家或行業標準，因此在體育場場地照明的設計上，只需滿足前五項國際標準即可。
根據比賽的性質、水平及要求，將比賽分級是很有必要的。國際體育聯合會GAISF根據比賽是否專業比賽進行比賽分級，而國際足聯FIFA將足球比賽按是否有電視轉播進行比賽分級。
體育場人工照明的目的是為參與比賽的人們提供良好的視覺環境。參與比賽有以下幾類人群：運動員、裁判員、官員；廣告商；電視、電影攝像人員；文字記者、攝影師；觀眾。因此，奧運會主賽場的場地照明要使水平照度、某攝像機方向的垂直照度、照度均勻度U1和U2、顯色指數Ra、眩光指數GR、照度梯度等參數滿足標準要求。
國家體育場除主體育場外，在主場北面有兩塊熱身場地，可以進行賽前熱身、訓練、奧運會后的群眾性體育健身活動，熱身場地可以進行田徑和足球比賽。
綜上所述，國家體育場場地照明設計要全面符合要求，同時還要滿足文藝演出、展示會等非競技比賽的要求。為了便于管理、滿足節能要求，國家體育場場地照明模式較多，大致可分為以下幾種：
主體育場有：田徑訓練、田徑國內比賽、田徑TV轉播的國內比賽、田徑TV轉播的國際比賽、田徑高清晰度電視HDTV轉播、田徑應急電視轉播的比賽、足球Ⅴ級國際級比賽、足球Ⅳ級國內比賽、足球Ⅲ級國內比賽、足球Ⅱ級聯賽、俱樂部比賽、足球Ⅰ級訓練賽及娛樂等12種，這是滿足比賽的最基本要求。不同的照明模式投入運行的燈具數量也不一樣，實現不同模式的照明將由照明自動控制系統完成。
附場照明模式有田徑訓練和足球訓練兩種。
2．2 體育場場地照明設計的要點
國家體育場包括田徑和足球賽場，其照明設計應滿足這兩項運動的要求。田徑運動除撐桿跳高、鐵餅、鏈球、標槍等少數項目外，大都利用3ｍ高度以內的低空間運動；而足球要在距地面上空30ｍ或更高的高度空間運動。因此，照明設計也要考慮賽場上空一定高度內有均勻地亮度分布。
2.2.1 照明設計要確定照明方式
體育場照明方式主要有：四角式Corner column arrangements、側向式Side lighting arrangements、周邊式Circle lightingarrangements、混合式Mixed lighting arrangements等四種。各種方式的特點見表12。各種照明方式各有所長，都有成功的實例。根據國家體育場的建筑、結構特點，場地照明方式只能選擇側向式布燈，毫無疑問，側向式布燈可以很容易地滿足足球比賽的要求。但對于田徑比賽，其比賽小項目較多，又比較分散，不同的項目對照明要求各不相同，如果側向式布燈不能滿足田徑要求，可以將側向式布燈向南北兩方向適當延長。2000年悉尼奧運會主體育場采用了混合式布燈，即在場地四角設置四個燈塔，在東西兩側共設置四條光帶。
2.2.2 選擇合適的燈具
燈具的參數有很多，在體育場場地照明中，應注意兩點。一是光束的形狀，對于側向布燈宜采用矩形或梯形光束，不宜采用圓形光束。另一是光束角，光束角越小，光束越窄，投射的距離就越遠。國家體育場采用側向布燈方式，東西側各兩條光帶，一條布置在頂棚的中后部，一條在頂棚的中前部，燈具投射距離大于50ｍ，因此選擇燈具時，其光束角應小于45°。
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2.2.3 確定燈具的安裝高度
燈具的安裝高度對垂直照度、眩光程度都產生影響，而且垂直照度和眩光是相互影響。燈具的安裝高度越高，越有利于控制眩光，但不利于提高垂直照度；相反，燈具的安裝高度越小，有助于提高垂直照度，但眩光同時增加。因此，在垂直照度與眩光控制之間找一個平衡點，使兩者都能滿足要求（參見圖３）。燈具的安裝高度按下面兩式計算：
H＝dtgφ （1）
ｈ≥15 （2）
式中：
H——燈具的安裝高度，單位：m；
d——燈具在賽場平面的投影點到場地中心線的垂直距離，單位：m。計算高度用的三角形與賽場平面垂直，又與足球場底線平行，當然，該平面一定要通過計算確定燈具的安裝高度；
φ——計算三角形中燈具安裝高度所對應的夾角，φ≥25°。
因此，先在球場平面上測量出d，再測量出角度φ，就可用式（1）、（2）計算出燈具的安裝高度h。
根據燈具的安裝高度，結合屋頂結構、建筑特點，可以確定馬道gantry的位置，燈具及其鎮流器箱、電纜、配電柜等均安裝在馬道上。
2.2.4 計算燈具數量，合理布置燈具
根據上面所述的場地照明標準、燈具、照明方式、燈具安裝高度等，運用專業燈具公司的計算軟件計算出燈具數量，并將燈具合理地布置在馬道的相關位置。這一步是場地照明設計最重要的環節，在設計時，請大家注意以下幾點。
（1）攝像機的位置。2008年奧運會賽事要向全球轉播，有HDTV、普通TV、慢動作攝像、固定機位、移動攝像、應急電視等，攝像機多了，要求各點的垂直照度也高，尤其注意起跑線、終點線、投擲區、起跳點（線）、落地點、過桿處等處的垂直照度，攝像機在這些地方拍攝幾率很高。而且錄像仲裁photo－finish也必須使用相關的影像資料進行裁決。田徑比賽還有特殊的攝像機，即110m長的導軌攝像機rail camera，它沿著東西兩側直線跑道外側敷設，隨著運動員跑步而移動，該段各點的垂直照度要求都很高。特寫拍攝close－upcamera shots也是常用的，而特寫拍攝也要求有很高的照明質量。
（2）確定瞄準點。瞄準點從以下幾方面確定：一是光通利用率要高，絕大多數的光通要投射到場地內，落到觀眾席上的光通不能超過場地光通的25％。二是場地照明要均勻。但場地上空一定高度內也要有足夠的亮度，避免上空出現暗區。三是相鄰光束要有重疊，不同照明模式下都能滿足照度和照度均勻度的要求，即使有一盞燈損壞，也不致對照度及其均勻度產生太大影響。最后，要保證運動員、裁判員、觀眾視線范圍內產生的眩光最小；
（3）為了避免對守門員、角球區附近進攻隊員的視線干擾，以球門線中點為基準點，底線兩側至少10°之內不能布燈。因此，體育場東西側屋頂四條馬道與深色及其延長區域相交之處均不能安裝燈具。
2．3 體育場場地照明設計的難點
國家體育場場地功能繁雜，照明設計標準高、難度大、時間短。主要難點有：
（1）國家體育場屋頂為可開啟式，打開屋頂為室外體育場，關閉屋頂則為室內體育場，照明設計按室外場館設計還是按室內體育場設計？就這一問題，設計部門正與有關部門進行協商；
（2）國家體育場要舉行田徑、足球比賽，項目多，要求各不相同，場地照明模式至少有12種，燈具用量大，用電負荷也較大，場地照明控制復雜。而且每種模式都要滿足照度、照度均勻度、照度梯度等指標要求，給設計帶來較大難題。綜合性的體育場比專用體育場在場地照明方面要復雜得多，綜合體育場平均用燈586盞，平均場地照明容量1016kW；專用體育場平均用燈233盞，平均場地照明容量445kW，用燈數量和場地照明容量相差一倍多。二是綜合性體育場照明模式多，控制復雜，近年來照明控制都是由智能型照明控制系統控制。三是功能增多、標準提高、技術進步等因素促使場地照明用燈數量增加，照明用電負荷增大。98年全運會主體育場用燈324盞，總容量648kW；到了2000年悉尼奧運會主體育場，用燈增加到542盞，容量1084ｋＷ；2002年韓日世界杯，日本札幌圓頂體育場用燈增加到1098盞，容量1647ｋＷ；
（3）重新調整場地照明方案。由于結構梁、玄桿等構件的影響，經常要對原照明方案進行調整，甚至要重新設計，增大了體育場照明設計的難度和工作量；
（4）設計周期短，設計任務重，技術難度大。2003年4月從全球13個方案中確定中標方案，設計工作從此全面展開，但設計周期只有7個月，2003年11月29日舉行開工典禮，2006年竣工，整個工期只有三年多。
3、結束語
體育場場地照明設計是體育場電氣設計的重要內容之一，因工程設計正在進行中，有些內容不能深入、詳細地闡述，或沒能涉及到，隨著工程不斷深入，筆者還會對體育場場地照明進行“再探”、“詳探”。本文著重介紹國家體育場場地照明的設計標準，它是設計、施工、驗收的根本、依據。由此設計依據，文中介紹了場地照明設計的方法、要點和難點。隨著2008年奧運會場館設計工作全面開展，希望有更多的同仁投身于奧運會場館的研究、設計工作，為2008年的奧運盛會作出應有的貢獻。
最后，總結一下結論：
（1）場地照明設計標準采用國際奧委會、國際單項體育組織、國際體育聯合會、CIE的照明標準，同時要滿足我國有關規范、標準；
（2）國家體育場的場地照明方式選擇側向式布燈；
（3）國家體育場場地照明要選擇合適的燈具，由計算得出燈具數量和燈具布置位置；
（4）特別關注攝像機對照明的要求。
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