一、体育场照明设计的基本要素

　　1.体育场照明的重要性

　　对于一座现代化的体育场，不但要求建筑外形美观大方、各种体育设备齐全完善，而且要求有良好的照明环境，即要求有合适、均匀的照度和亮度、理想的光色，有立体感及无眩光等。除保证满足观众良好的视看效果外，还必须保证裁判员、运动员和比赛项目所需的照明要求以及应保证有良好的电视转播效果。 照明是依靠光线的功能，保证灯光作用于运动员、裁判员、观众的眼睛、产生视觉，才能看见体育场地上的一切，如场地环境的明暗、物体移动、建筑、器具及服装等　表面的颜色、观看目标的形状和大小、深度、立体感及运动员运动时的状态和体育场的气氛等等。所以，良好的照明在现代体育场中占有重要地位。

　　一般，在一个体育场的照明设计中，应考虑以下三方面的因素：

　　1满足运动比赛时运动员的视觉要求，并且使灯光对比赛的客观影响降到最低程度。

　　2满足观众的视觉要求，使灯光对观看比赛时所引起的不适感觉降低到最低程度。

　　3　满足彩电转播的照明要求，尽可能提高转播质量。

　　总之，照明与运动项目的比赛要求密切相关，与观众视看效果密切相关，没有良好照明设施的体育场是不完整的体育场，必将严重影响它的使用功能。

　　2.体育场照明设计标准

　　为了得到良好的照明设计方案，合理利用光线的分布来满足运动员、观众、裁判员视觉以及良好的电视转播效果的要求，必需先确定照明标准，包括照度标准和照明质量标准。照明质量标准，其中包括眩光、光源色温有显色性要求，光的方向性、节能要求等。

　　2.1照度标准

　　根据国际体联第83号推荐照度要求及《民用建筑照明设计标准》GBJ133-90中第2.2.9条中的规定，提出以下照度标准推荐值 ：1　根据《民用建筑照明设计标准》GBJ133-90中第2.2.9-1条中规定：足球场比赛照度标准值：当观看距离为120m时，为150～200～300lx;观看距离为160m时，为200～300～500lx;观看距离为200m时，为300～500～750lx.观看距离指观众席最后一排到场地边线的距离。 2　根据《民用建筑照明设计标准》GBJ133-90中第2.2.9-2条中规定：电视转播需要的垂直照度：最大拍摄距离分为三组，①对于足球项目而言，最在拍摄距离为25m时平均垂直照度应为750lx;最大拍摄距离为75m时平均垂直照度应为1000lx;最大拍摄距离为150m时平均垂直照度为1500lx;②对于田径项目而言，最大拍摄距离为25m时平均垂直照度应为500lx;最大拍摄距离为75m平均垂直照度应为750lx;最大拍摄距离为150m时平均垂直照度为1000lx.上述每个垂直照度用于一个给定的运动等级和给定的最在拍摄距离相对于1.0m垂直面的值，各照度值的中间值用于其它拍摄距离。 3　上述照度指体育场的最终平均照度，设计时选取的初始照度必须计入维护系数，一般可采用0.7～0.8的数值。 4　水平照度的均匀度：照度均匀度一般用最小照度与最大照度之比表示，也可用最小照度与平均照度之比表示，最小照度与最大照度的比值应大于0.5. 5　垂直照度的均匀度：最小照度与最大照度的比值应大于0.4，才能满足主电视摄像的要求。

　　2.2照明质量标准

　　1　眩光体育照明的关键除提供足够的水平和垂直照度以外，还需要减少眩光，从而达到亮而无眩光的效果。眩光是影响照明质量的最重要因素之一。根据CIE NO.83出版物彩电系统的体育场地照明，场内最大眩光指数GRmax应小于50.眩光额定值愈小，眩光限制愈好。 眩光额定值GR　由下列公式算出：

　　GR=27+24Lg*Lvl/Lve 0.9

　　上式中，Lvl是灯具产生的光幕亮度，Lve是环境产生的光幕亮度。一般在计算照度时，应计算不同方向的眩光额定值GR　，在GR <50时，即可行。眩光的限制除了合理确定灯具的选型，安装高度和排列方式外，还可以采取提高赛场背景照度的方法。

　　2　光源色温及显色性要求

　　为达到良好的彩电转播效果，体育场的照明质量不但与照度有关，而且与照明光源的色温及显色性有紧密关系。我国《民用建筑照明设计标准》GBJ133-90中第3.3.2条中规定：彩电转播用一般光源显色指数Ra不应小于65.依据CIE NO.83号出版物及国际足联的要求，光源相关色温Tc大于5000K和光源显色指数Ra大于等于80，以达到最佳的现场照明效果及彩电转播效果。

　　3　光的方向性

　　灯具的俯角不仅影响垂直照度，同时也对运动员、观众和裁判有可能产生较大眩光影响。对地体育场照明设计，应选择好灯具的瞄准方向。另外，主摄像机与另一侧过来的光线之比例应控制在一定范围内，而照明的最重点是在足球场的中央及禁区设置。

　　4　节能要求

　　照明节能重在采用合理的照明方案和高效的照明装置，降低线路损耗及良好的照明控制。体育建筑属照明用电较大的建筑项目，从节能意义上讲，仅比较初始投资费用，而不以最低运行成本为基础选择得出的照明设计不是合理的设计，应根据具体情况，将初始投资及运行成本综合加以考虑。

　　应选择高效率的光源和灯具，采用能耗较低的镇流器等附件，并加补偿电容，提高系统的功率因数。照明设计应有多种开灯模式及对应的控制方案。可以通过调节灯具数量，为不同需要的比赛和活动提供合适的照明，控制方案要简单、实用，并具有较强的灵活性。

　　3.体育场照明设计的计算

　　体育场照明设计的照度计算通常有三种方法：一是单位面积容量估算法;二是平均照度计算法，用以计算被照面上的平均照度;三是逐点计算法，可以精确的计算出某一点的照度。

　　1　单位面积容量估算法基本公式：

　　N=PA/PL

　　式中：N泛光灯灯数;PL每台泛光灯功率W　;P单位面积功率W/㎡　;A被照面积㎡ 。

　　二、 体育场照明设计的实例探讨

　　下面将根据延安大学体育场的实际情况，通过实际的例子对体育场的设计做更深一步的探讨。

　　1　工程概况

　　延安大学杨家岭新校区体育场配套设施建筑面积4300m 2, 体育场地近20000m 2, 可同时容纳15000人观赏比赛, 是一座功能完备, 具有现代化设施的体育活动场所。体育场平面为椭圆型, 设有105m 68m 的国际标准足球场地、8 道400m 标准田径环行跑道和100m 直跑道, 是延安市及延安大学的主要运动场地。

　　2　照明要求

　　该体育场对照明的要求如下: (1). 场地照明要有足够的照度, 以保证场地的能见度。灯光高度应能按需要进行调整。(2). 场地内照明均匀。(3). 场地照明不应产生眩目。眩光要控制在一定标准以内。(4). 满足彩电转播的要求。(5). 配置应急事故照明,安全疏散照明, 以保证人员的安全。(6). 控制方式灵活, 满足练习、比赛、电视转播的不同要求。

　　3　体育场照明主要指标

　　3. 1　照度标准

　　具体规定见上文。

　　3. 2　照度均匀度

　　由于体育运动场的面积比较大, 距离比较远, 而且足球的运动距离范围比较大, 因此要求其照明具有地面上光分布均匀。国标规定最小与最大水平照度之比为0. 5, 最小与最大垂直度之比为0. 4。垂直照度与水平照度之比不宜小于0. 25, 体育场观众席的垂直照度不宜小于场地垂直照度的0. 25。

　　3. 3　眩光限制

　　体育照明的关键, 除提供足够的水平和垂直照度外, 还需要减少眩光, 从而达到亮而舒适的效果,眩光是影响照明质量的最重要的因素之一, 解决眩光主要是解决照明器的安装高度、照明器的投射方向及运动员运动方向和观众观看角度等问题, 因此在运动场地中央所能看到灯具的最低部分的仰角应在30 度以上。国内外对眩光的控制也有一定的标准, 一般对于大型比赛场地的眩光指数(CF) 应不大于50; 练习场地眩光指数(GF) 应不大于60。

　　3. 4　光源色温和显色性

　　运动场地的照明设计的光源色温和显色指数与应用范围有非常直接关系。国际照明委员会要求光源色温介于3000～ 6000K 之间, 一般比赛是由下午直至黄昏, 此时天空的色温在4000～ 6000K, 因此一般要求色温大于4000K。光源的显色指数越高, 其显色就越好, 而电视转播具有好的彩色还原性, 因此对光源的显色指数也有一定的要求。国际比赛、需要电视(彩色) 转播场所90≥Ra≥80; 国内外比赛、训练等场所80> Ra≥60;训练等场所60> Ra≥40。根据标准体育场的显色指数定为Ra≥80。

　　4　光源灯具

　　体育建筑人工采光照明所采用的光源, 通常有白炽灯、卤钨灯、金属卤化物灯、荧光灯、高压汞灯、钠灯等。几种光源主要性能综合指标见表1。

　　通过比较白炽灯有较高的显色性, 但色温偏低,光效低; 高压汞灯显色性差、光效低; 钠灯光效高, 单显色性差; 金属卤化物灯体积小、易于精确的控制光束、光效高、显色性好, 寿命长, 运行费用低。因此金属卤化物灯是体育场的首选灯具。照明节能也是现在设计中必须考虑的因素, 因此应选择高光效、高显色、长寿命的光源, 配用高效照明器。延安大学体育场照明设计, 在遵循国内规范及标准, 满足使用功能的前提下, 通过考察比较各种适合体育场使用的光源及灯具, 最后选用:

　　光源　MHD 1800400

　　灯具　MV F 406 1. 8KW CA T A 1

　　光源光通率　1600001m

　　光输出效率　0. 77

　　光源色温　5600K

　　光源显色指数　90

　　5　照明方式

　　综合体育场的照明方式一般有四种方式, 四塔式、多塔式、光带式、混合式。由于延安大学体育场的建筑布局为单面有主席台, 其余三面均为看台, 如采用光带式和混合式, 在体育场面积比较大, 距离比较远的情况下很难满足照度要求, 因此不适合采用光带式及混合式的照明方式。在四塔式和多塔式方案中, 四塔式适合看台没有挑檐的体育场, 基本能满足照度要求, 但照度不够均匀; 多塔式照度比较均匀, 但运动员及观众看到的亮光源数目多, 眩光大。从造价比较, 四塔式比多塔式经济, 经过多方权衡, 最后采用四塔式。

　　5. 1　灯塔位置

　　塔的位置以球门边线中心点与边线15o , 和以场地纵向中心点与纵向边线成5o 的两条线相交区, 见图1。

　　5. 2　灯塔高度

　　因为灯塔的高度直接影响体育场的照度及形成眩光的大小, 为了限制眩光, 灯塔高度按投射角(对场地中心) 来设置在22o～ 25o 之间, 从经验上看这种布置方式比较优越, 运动员及观众看到的光源数量较少, 因而可以降低眩光。见图2。

　　其中: h光源的高度;

　　a从球场中心点到灯塔的水平距离;

　　h≈ 0. 4a;

　　延安大学体育场, 从球场中心到灯塔的水平距离为87 米, 光源高度

　　h≈ 0. 487= 34. 8.

　　灯塔的高度大于光源高度, 定为35 米。

　　6　计算结果

　　在明确了照度、眩光指数、灯塔位置、灯塔高度以后, 通过逐点法进行计算, 确定了灯具的数量及各种要求下的水平照度、垂直照度。

　　逐点计算法:

　　彩电转播时选用220 套灯具, 各灯塔安装55 套灯具, 水平照度平均值1255 IX, 垂直照度1298 IX, 眩光值35. 9; 一般比赛时, 平均照度571 IX; 一般训练时, 平均照度272 IX。应急照明选用24 套卤钨投光灯, 分别安装在4 根灯塔上, 平均照度为16. 2 IX。

　　7　控制方式

　　延安大学体育场的灯光控制室设在主席台侧的后面, 位置比较高, 视野比较开阔, 能看到大半个赛场。室内设灯光控制台, 具有全场照明布灯的模拟盘, 可以进行场灯的单控、总控及计算机控制。L IGHTSTYL E 照明控制系统自备常用开灯方案7 个模式, 开灯模式可编辑、修改、存储。操作员也可在手动操作控制柜内的自动开灯方案面板上, 自行选择开灯模式, 在控制台计算机屏幕上仿真显示整个场地照明的灯具布置情况, 并动态模拟显示灯具的开、关状态, 能根据编辑方案选定的开灯路数和灯组位置, 自动估算场地照明配电功率和水平照度

　　平均值, 具有异常启动自动保护功能, 当出现异常启动状态时, 控制台计算机屏幕上会提示异常灯组的具体位置或灯组编号。在应急情况下可选择手动控制方式, 在照明配电柜内以最小控制方式: 手动操作开关, 进行照明灯组控制。