太湖縣體育館場地照明設計與分析

朱晨旭

(廣州市天作建筑規劃設計有限公司，廣東廣州 510623)

1 概述

太湖縣體育中心位于太湖縣中南部，東臨高坦南路，南接外環南路，西靠建設南路，北接學士路，用地為山丘地貌，現有高程在55.2 m～70.9 m之間。其中綜合體育館為13 748.7 m2，座位4 587座，其中可活動座位1 004座，主要功能是能承辦市級綜合體育運動及省級重點體育賽事(手球、籃球為主)。體育館中心為矩形比賽場地，周圍為圓形觀眾廳，還可滿足文藝匯演、大型集會的需要。

2 照明指標要求

2.1 光源(Ra，Tcp)

體育館手球比賽場地根據電視轉播的照明要求，需滿足一般顯色指數Ra≥80，相關色溫Tcp≥4 000 K的規定。結合比賽場地大小及光源安裝高度，宜選用金屬鹵化物燈。

2.2 照度(水平照度、垂直照度)

體育館水平照度是指比賽場地地面的水平照度，用來確定眼睛在視眼范圍內的適應狀態，是體育館照明的重要指標。體育館垂直照度是指比賽場地地面以上1.5 m處的垂直平面上的照度，包括主攝像機方向和輔攝像機方向的垂直照度。垂直照度是衡量照射在運動員面部和身上的光對攝像機和觀眾提供的辨認度，是評價目標立體感的重要指標。

2.3 照度均勻度及立體感

照度均勻度是評價比賽場地照度變化的指標，可取U1(最小照度與最大照度之比)和U2(最小照度與平均照度之比)兩個數值，對水平和垂直方向照度分別衡量。照度均勻度直接影響立體感，不同的照度均勻度產生的光影效果不同，從而形成相異的造型效果。

2.4 眩光指數(燈具投射方向及環境亮度)

眩光指數是評價比賽場地照明對人眼引起不舒適感覺主觀反應的心理物理量。體育館照明必須根據比賽特點設計比賽場地照明，燈具的安裝位置和高度及投射角度應降低眩光，滿足眩光指數GR≤30的要求。

2.5 觀眾席照明

觀眾席照明除了為觀眾提供必要照明外，而且可以改善環境亮度抑制眩光，為電視轉播提供一個良好的背景環境。

3 照明設計及分析

3.1 照明方式設計及馬道設置

體育館下部主體采用鋼筋混凝土框架結構，上部屋蓋為拱支(立體)桁架結構，主要由七榀跨度為67.96 m～119.10 m的立體圓鋼管桁架(其中跨度為119.10 m的桁架直接落地)及兩側六榀跨度為25.76 m～25.85 m的方鋼管拱組成。根據建筑結構條件及主要比賽項目要求，燈具以帶形布置在比賽場地邊線兩側，并應超出比賽場地端線。結合結構桁架設置充足數量的馬道，不僅可以為比賽照明燈具提供安裝位置和投射角度，而且可以承載多個相關專業的設備安裝和管線敷設，在將來的體育館運營中，使設備維護工作安全簡便。體育館在長軸平行的兩條馬道布置了：

比賽場地照明燈具：金屬鹵化物燈/1 kW，46套;

觀眾席照明燈具：金屬鹵化物燈/400 W，50套;

應急安全照明燈具：鹵素燈/1 kW，30套。

體育館比賽場地照明選用金屬鹵化物燈需要綜合考慮光效、光效維持率、光源平均壽命等多個因素，才能創造高效、節能、舒適的光照環境。選用光效維持率較高的產品，可以確保體育館在運行期間有穩定的照明效果;選用平均壽命長的產品，可以減少維護的費用。

體育館作為公共建筑應滿足綠色照明工程的要求，除了照明光源、燈具及電器附件應滿足相應的能效標準外，應通過科學合理的照明設計提高照明品質。

3.2 照明計算和測量

體育館比賽場地尺寸為40 m×20 m，水平照度的參考高度為1.0 m，垂直照度的參考高度為1.5 m，主攝像機設置在賽場兩側看臺上，輔攝像機設置在賽場兩端，照度計算網格取2 m×2 m，投光燈的尺寸與光源到比賽場地計算點的距離相比小的多，因此可將投光燈視為點光源，每個投光燈光源(定義S點)對比賽場地的任一點(定義P點)產生的照度計算如下：設S點坐標為(x，y，z)，P點坐標為(xP，yP，zO)，可以計算：光源對P點的入射角δ：

P點的水平面照度Eh：

P點的垂直面照度Ev：

P點的縱向垂直照度Evx：

P點的橫向垂直照度Evy：

查投光燈的光強光通分布圖可得投光燈射向P點的光強值I(α·β)，采用專業照明設計軟件進行逐點計算，得到比賽場地各網格的照度、照度均勻度、照度比率等技術指標。對計算結果優化分析，調整各投光燈的安裝坐標、瞄準角度達到最佳照明效果。根據球類比賽電視轉播的需要，攝像機對比賽場地的垂直照度具有較高的要求，特別是比賽場地的球門區、角區、中圈等處，攝像機在這些地方拍攝幾率很高，需要提高照明質量滿足特寫拍攝和錄像仲裁的需要。根據比賽需要，主攝像機設置在賽場兩側看臺上，輔攝像機設置在賽場兩端球門邊線、端線后面。平行比賽場地四邊的四個方向垂直照度分別為Ev1，Ev2，Ev3，Ev4，當水平照度Eh與Ev1，Ev2，Ev3，Ev4比較接近時，比賽人員或球體的立體感較差，缺乏層次，難以看清;另一方面，當這五個參數差別較大時，會造成比賽人員或球體的外形扭曲，變形失真。根據人體視覺的特點，當水平照度與任一面垂直照度的比值都控制在0.5～2之間，體育比賽的立體感是比較合適的。

因為各桁架形狀曲線差異，本體育館場地照明裝置不對稱分布，所以照度測量必須覆蓋整個場地。照度測量網格取照度計算網格的2倍，即取4 m×4 m，本場地共分50個測量網格，以各網格中心點為測量點。水平照度測量時，光電接收器放置在場地上方的水平面上;垂直照度測量時，對固定位置攝像機時光電接收器接受面應垂直于攝像機鏡頭的光軸，對不固定位置攝像機時分別測量與網格四邊平行的四個垂直面上的照度。照度測量應避免測量人員對測量點的遮擋而造成測量結果的偏差，并應待光源的光輸出穩定后才開始測量。體育館照明系統安裝調試完成后，應在照明燈具燃點時間累積100 h以后才進行安排測量工作。光電接受器對溫度改變的敏感性受光電池連接電路內阻的影響，應注意減少環境溫度等因素對測量儀器的影響。一般認為，當觀眾席照度控制在比賽場地照度10%～25%時，既可以滿足觀看比賽的需要，又可以減少眩光現象。觀眾席照明充分利用比賽場地照明的溢出光，根據建筑結構特點和觀眾席位布置，設置部分專用的觀眾席照明燈具作為補充。比賽照明配置光學控光附件以減少眩光，比賽場地周圍的看臺、平臺、圍欄等選擇反射系數適中的材料，通過較好的對比度控制，達到合適的背景亮度突顯比賽視覺效果的目的。

3.3 智能照明控制系統

體育館采用智能照明控制系統，以計算機和網絡通訊技術為基礎，集散型結構框架，照明控制回路根據不同比賽項目和不同使用功能的照明要求分組，結合比賽場地照明、觀眾席照明、應急安全照明統一控制。智能照明控制系統可以通過修改程序增減控制范圍和控制對象的數量，改變控制方案，給體育館的綜合使用帶來很大方便。系統采用時序控制方式，避免大量投光燈同時啟動而產生過大的沖擊電流。系統設置在二層燈光控制室內，由一臺監控電腦，一臺管理控制器，三臺智能照明控制柜組成。系統的主要功能包括：自動定時與照度控制、燈具保護控制、狀態參數檢測、應急照明自動啟動、系統管理與控制、計算機仿真燈位顯示等。

根據本體育館的實際運營情況，系統預設置手球彩轉、手球比賽、手球訓練、籃球彩轉、籃球比賽、籃球訓練、應急照明、清掃、匯演、觀眾進退場十種開關模式。智能照明控制系統近年來在國內外體育場館廣泛應用，技術日益成熟可靠。

3.4 照明配電設計

體育館采用兩路獨立10 kV市電供電，兩路電源互為補充，應急照明使用碘鎢燈，在雙電源末端另加集中EPS供電，保障供電的可靠性。在手球比賽的賽事轉播中，常使用高速攝影技術來實現慢動作回放功能，為了避免因電源頻率而導致拍攝物的照明強度次序不斷改變產生的頻閃現象，盡量將照射到同一照明區域內的不同燈具接到不同相的線路上，燈具采用高頻電子鎮流器。

4 結語

體育館照明設計滿足合適的照度水平、照度均勻度和眩光控制條件時，才能為體育比賽提供一個良好的視覺環境。照明設計需要對比賽場地照明需求有充分的理解，并綜合各種相關的產品特性和技術分析，以滿足預期的照明需求。

［1］ 北京照明學會照明設計專業委員會.照明設計手冊［M］.第2版.北京：中國電力出版社，2006：223-229.

［2］ 李炳華，王玉卿.現代體育場館照明指南［M］.北京：中國電力出版社，2004.

［3］ 楊公俠.視覺與視覺環境［M］.上海：同濟大學出版社，2002.