国家体育场场地照明设计标准
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上传人：admin 上传时间： 2007-02-07 浏览次数： 640 |
摘要：场地照明设计是国际一流综合性体育场电气设计的主要内容之一。文章着重介绍了国家体育场场地照明设计标准，分析了场地照明设计的方法、要点及难点，比较了世界主要体育场场地照明设计的特点，为中国国家体育场场地照明设计确定了方向。
关键词：体育场 场地照明 照度 照度均匀度 眩光 显色性
1、国家体育场概况
第29届夏季奥林匹克运动会将于2008年在我国的首都北京举行。
其主体育场——国家体育场位于奥林匹克公园中心区南部，北四环北面，北辰东路西侧，北中轴路延长线东面，占地22公顷，与西侧的国家体育馆、国家游泳中心相对于中轴线均匀布置。国家体育场将是北京奥林匹克公园内的标志性建筑，也是北京最大的，具有国际先进水平的多功能体育场。
由中国建筑设计研究院和瑞士Herzog & deMeuron建筑师事务所联合创作的国家体育场“鸟巢”方案在国家体育场工程招标中一举中标，现处在紧张的设计阶段，工程预计2003年11月29日开工，2006年竣工。奥运会期间，国家体育场将容纳10万人，其中固定座位8万个，临时座位2万个，奥运会后将拆除临时座位。与周围建筑物相比，体育场整体抬高4.8ｍ，体育场由3～6%的缓坡与周围连接，0层标高－1.0ｍ，主要的设备机房、电视转播车等大型机房、设备都设在0层，因此，国家体育场没有地下层。除0层外，地上还有6层，体育场建筑高度66.87ｍ。国家体育场最有特色之处是可开启的屋顶，这在世界上也是为数不多的。
从使用上讲，国家体育场要考虑近期与远期的使用，近期主要为2008年奥运会承担开幕式、闭幕式、田径比赛等任务，也是2008年伤残人奥运会的主会场。远期要考虑世界田径锦标赛、世界杯足球赛等特殊重大比赛。国家体育场还要承担亚运会、亚洲田径锦标赛、洲际综合性比赛、全国运动会、全国足球联赛等各类常规赛事，以及文艺表演、团体活动、商业展示会等非竞赛项目。
2、体育场场地照明设计
国家体育场为综合性体育场。不同的运动项目对场地照明的要求也不一样。但是，不管体育场综合了多少运动项目，都要同时满足相关的国际单项体育组织、国际体育联合会（General Association of International Sports Federation）、国际奥委会对场地照明的要求，否则体育场将不能通过验收。
2008年北京奥运会将使用高清晰度电视（HDTV）向全球转播，HDTV与普通电视系统相比，具有清晰度更高，图像质量更好，HDTV的数字信号不易受干扰等优点，但同时也对照明提出了更高的要求。
2·1 体育场场地照明设计标准
国家体育场主要竞赛项目包括田径、足球等，因此，场地照明应符合标准。一般地说，国际体育组织制定的标准要高于我国的国家或行业标准，因此在体育场场地照明的设计上，只需满足前五项国际标准即可。
根据比赛的性质、水平及要求，将比赛分级是很有必要的。国际体育联合会GAISF根据比赛是否专业比赛进行比赛分级，而国际足联FIFA将足球比赛按是否有电视转播进行比赛分级。
体育场人工照明的目的是为参与比赛的人们提供良好的视觉环境。参与比赛有以下几类人群：运动员、裁判员、官员；广告商；电视、电影摄像人员；文字记者、摄影师；观众。因此，奥运会主赛场的场地照明要使水平照度、某摄像机方向的垂直照度、照度均匀度U1和U2、显色指数Ra、眩光指数GR、照度梯度等参数满足标准要求。
国家体育场除主体育场外，在主场北面有两块热身场地，可以进行赛前热身、训练、奥运会后的群众性体育健身活动，热身场地可以进行田径和足球比赛。
综上所述，国家体育场场地照明设计要全面符合要求，同时还要满足文艺演出、展示会等非竞技比赛的要求。为了便于管理、满足节能要求，国家体育场场地照明模式较多，大致可分为以下几种：
主体育场有：田径训练、田径国内比赛、田径TV转播的国内比赛、田径TV转播的国际比赛、田径高清晰度电视HDTV转播、田径应急电视转播的比赛、足球Ⅴ级国际级比赛、足球Ⅳ级国内比赛、足球Ⅲ级国内比赛、足球Ⅱ级联赛、俱乐部比赛、足球Ⅰ级训练赛及娱乐等12种，这是满足比赛的最基本要求。不同的照明模式投入运行的灯具数量也不一样，实现不同模式的照明将由照明自动控制系统完成。
附场照明模式有田径训练和足球训练两种。
2．2 体育场场地照明设计的要点
国家体育场包括田径和足球赛场，其照明设计应满足这两项运动的要求。田径运动除撑杆跳高、铁饼、链球、标枪等少数项目外，大都利用3ｍ高度以内的低空间运动；而足球要在距地面上空30ｍ或更高的高度空间运动。因此，照明设计也要考虑赛场上空一定高度内有均匀地亮度分布。
2.2.1 照明设计要确定照明方式
体育场照明方式主要有：四角式Corner column arrangements、侧向式Side lighting arrangements、周边式Circle lightingarrangements、混合式Mixed lighting arrangements等四种。各种方式的特点见表12。各种照明方式各有所长，都有成功的实例。根据国家体育场的建筑、结构特点，场地照明方式只能选择侧向式布灯，毫无疑问，侧向式布灯可以很容易地满足足球比赛的要求。但对于田径比赛，其比赛小项目较多，又比较分散，不同的项目对照明要求各不相同，如果侧向式布灯不能满足田径要求，可以将侧向式布灯向南北两方向适当延长。2000年悉尼奥运会主体育场采用了混合式布灯，即在场地四角设置四个灯塔，在东西两侧共设置四条光带。
2.2.2 选择合适的灯具
灯具的参数有很多，在体育场场地照明中，应注意两点。一是光束的形状，对于侧向布灯宜采用矩形或梯形光束，不宜采用圆形光束。另一是光束角，光束角越小，光束越窄，投射的距离就越远。国家体育场采用侧向布灯方式，东西侧各两条光带，一条布置在顶棚的中后部，一条在顶棚的中前部，灯具投射距离大于50ｍ，因此选择灯具时，其光束角应小于45°。
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2.2.3 确定灯具的安装高度
灯具的安装高度对垂直照度、眩光程度都产生影响，而且垂直照度和眩光是相互影响。灯具的安装高度越高，越有利于控制眩光，但不利于提高垂直照度；相反，灯具的安装高度越小，有助于提高垂直照度，但眩光同时增加。因此，在垂直照度与眩光控制之间找一个平衡点，使两者都能满足要求（参见图３）。灯具的安装高度按下面两式计算：
H＝dtgφ （1）
ｈ≥15 （2）
式中：
H——灯具的安装高度，单位：m；
d——灯具在赛场平面的投影点到场地中心线的垂直距离，单位：m。计算高度用的三角形与赛场平面垂直，又与足球场底线平行，当然，该平面一定要通过计算确定灯具的安装高度；
φ——计算三角形中灯具安装高度所对应的夹角，φ≥25°。
因此，先在球场平面上测量出d，再测量出角度φ，就可用式（1）、（2）计算出灯具的安装高度h。
根据灯具的安装高度，结合屋顶结构、建筑特点，可以确定马道gantry的位置，灯具及其镇流器箱、电缆、配电柜等均安装在马道上。
2.2.4 计算灯具数量，合理布置灯具
根据上面所述的场地照明标准、灯具、照明方式、灯具安装高度等，运用专业灯具公司的计算软件计算出灯具数量，并将灯具合理地布置在马道的相关位置。这一步是场地照明设计最重要的环节，在设计时，请大家注意以下几点。
（1）摄像机的位置。2008年奥运会赛事要向全球转播，有HDTV、普通TV、慢动作摄像、固定机位、移动摄像、应急电视等，摄像机多了，要求各点的垂直照度也高，尤其注意起跑线、终点线、投掷区、起跳点（线）、落地点、过杆处等处的垂直照度，摄像机在这些地方拍摄几率很高。而且录像仲裁photo－finish也必须使用相关的影像资料进行裁决。田径比赛还有特殊的摄像机，即110m长的导轨摄像机rail camera，它沿着东西两侧直线跑道外侧敷设，随着运动员跑步而移动，该段各点的垂直照度要求都很高。特写拍摄close－upcamera shots也是常用的，而特写拍摄也要求有很高的照明质量。
（2）确定瞄准点。瞄准点从以下几方面确定：一是光通利用率要高，绝大多数的光通要投射到场地内，落到观众席上的光通不能超过场地光通的25％。二是场地照明要均匀。但场地上空一定高度内也要有足够的亮度，避免上空出现暗区。三是相邻光束要有重叠，不同照明模式下都能满足照度和照度均匀度的要求，即使有一盏灯损坏，也不致对照度及其均匀度产生太大影响。最后，要保证运动员、裁判员、观众视线范围内产生的眩光最小；
（3）为了避免对守门员、角球区附近进攻队员的视线干扰，以球门线中点为基准点，底线两侧至少10°之内不能布灯。因此，体育场东西侧屋顶四条马道与深色及其延长区域相交之处均不能安装灯具。
2．3 体育场场地照明设计的难点
国家体育场场地功能繁杂，照明设计标准高、难度大、时间短。主要难点有：
（1）国家体育场屋顶为可开启式，打开屋顶为室外体育场，关闭屋顶则为室内体育场，照明设计按室外场馆设计还是按室内体育场设计？就这一问题，设计部门正与有关部门进行协商；
（2）国家体育场要举行田径、足球比赛，项目多，要求各不相同，场地照明模式至少有12种，灯具用量大，用电负荷也较大，场地照明控制复杂。而且每种模式都要满足照度、照度均匀度、照度梯度等指标要求，给设计带来较大难题。综合性的体育场比专用体育场在场地照明方面要复杂得多，综合体育场平均用灯586盏，平均场地照明容量1016kW；专用体育场平均用灯233盏，平均场地照明容量445kW，用灯数量和场地照明容量相差一倍多。二是综合性体育场照明模式多，控制复杂，近年来照明控制都是由智能型照明控制系统控制。三是功能增多、标准提高、技术进步等因素促使场地照明用灯数量增加，照明用电负荷增大。98年全运会主体育场用灯324盏，总容量648kW；到了2000年悉尼奥运会主体育场，用灯增加到542盏，容量1084ｋＷ；2002年韩日世界杯，日本札幌圆顶体育场用灯增加到1098盏，容量1647ｋＷ；
（3）重新调整场地照明方案。由于结构梁、玄杆等构件的影响，经常要对原照明方案进行调整，甚至要重新设计，增大了体育场照明设计的难度和工作量；
（4）设计周期短，设计任务重，技术难度大。2003年4月从全球13个方案中确定中标方案，设计工作从此全面展开，但设计周期只有7个月，2003年11月29日举行开工典礼，2006年竣工，整个工期只有三年多。
3、结束语
体育场场地照明设计是体育场电气设计的重要内容之一，因工程设计正在进行中，有些内容不能深入、详细地阐述，或没能涉及到，随着工程不断深入，笔者还会对体育场场地照明进行“再探”、“详探”。本文着重介绍国家体育场场地照明的设计标准，它是设计、施工、验收的根本、依据。由此设计依据，文中介绍了场地照明设计的方法、要点和难点。随着2008年奥运会场馆设计工作全面开展，希望有更多的同仁投身于奥运会场馆的研究、设计工作，为2008年的奥运盛会作出应有的贡献。
最后，总结一下结论：
（1）场地照明设计标准采用国际奥委会、国际单项体育组织、国际体育联合会、CIE的照明标准，同时要满足我国有关规范、标准；
（2）国家体育场的场地照明方式选择侧向式布灯；
（3）国家体育场场地照明要选择合适的灯具，由计算得出灯具数量和灯具布置位置；
（4）特别关注摄像机对照明的要求。
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