體育建筑照明設計中垂直照度問題的研究

李 農，于 猛

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體育建筑照明設計中垂直照度問題的研究

李 農，于 猛

(北京工業大學城市照明規劃設計研究所，北京 100022)

隨著社會的快速發展，良好的照明在現代體育建筑中占有越來越重要的地位,其中垂直照度的作用日趨重要。為了使設計者更方便地進行體育場館照明設計，本文通過分析體育照明的相關規范標準，給出了各類體育場館的水平照度與垂直照度比的推薦值，以及最為常見的綜合體育場館照明設計的推薦標準值，以使設計更具可操作性和便捷性。

體育照明；垂直照度；照度標準；體育場館；照明設計；建筑

引言

體育運動門類眾多，場地大小尺度不一，運動類型也“五花八門”，有空間運動，也有地面運動，對照明的要求也千差萬別，但無論是使用自然光還是人工照明，項目比賽都是通過視覺才能得以欣賞，所以良好的照明在現代體育建筑中占有重要地位。其中除需要保證觀眾良好的視看效果外，還必須保證裁判員、運動員和比賽項目所需的照明要求。特別是隨著電視技術的普及，體育賽事的轉播已成為一種常態，而攝影攝像對照明又有其特殊的要求，因此體育建筑照明需要同時兼顧觀眾、運動員、裁判員、攝影攝像，甚至廣告等各方面的要求，只有做好這些才能稱其為合格的體育場館照明設計[1]。

1 體育建筑照明中垂直照度的作用

眾所周知，體育建筑照明不僅需要滿足水平照度的要求，還需要根據不同的體育運動項目考慮相應所需的垂直照度。這是因為垂直照度是形成物體視看立體感的重要條件，不論運動員、裁判員和觀眾觀看皆如此。此外,電視轉播對照明的需求主要以場地電視攝像方向的垂直照度為指標，如果照度(亮度)低，電視轉播報道僅限于攝取全景；如果照度(亮度)高，便可攝取特寫鏡頭，從而豐富電視播送的效果。因此各國標準都規定了與鏡頭軸線主要方向的垂直照度水平，而且運動員的動作越迅速、運動方向越接近垂直方向、運動器具越小，對于垂直照度及其照度均勻度的要求就越高。

2 垂直照度設計標準

2.1 照明設計標準對垂直照度的規定

《建筑照明設計標準》(GB 50034—2013)[2](以下簡稱GB 50034)按照有無電視轉播要求規定了體育建筑各運動項目場所的照明標準值，其中對比賽時場地照明均勻度要求見表1。標準不僅規定了比賽場地水平照度的U0(被照表面上的最小照度與平均照度之比)和Ul(被照表面上的最小照度與最大照度之比)的均勻度數值，而且還規定了主攝像機方向垂直照度的U0和Ul的均勻度數值，以及為保證比賽場地的合理亮度分布和電視轉播畫面質量，要求比賽場地觀眾席前排的垂直照度與場地垂直照度所應保持的比值。在這里需要特別說明的是，為控制比賽場地垂直照度的大小，標準以水平照度與垂直照度的比值形式提出了數值要求，即比賽場地水平照度平均值與垂直照度平均值之比應為0.75～2.0。

表1 體育場館比賽時場地照明均勻度要求Table 1 Requirements for lighting uniformity of venues in sports venues

注：①U0為被照表面上的最小照度與平均照度之比；②Ul為被照表面上的最小照度與最大照度之比；③Evfs/Ev為觀眾席前排的垂直照度與場地垂直照度之比；④Ehav/Evav為場地水平照度平均值與垂直照度平均值之比

2.2 水平照度與垂直照度比推薦值

如上所述，我國的照明設計標準GB 50034沒有明確提供垂直照度的標準值，而是通過其與水平照度的比值間接控制垂直照度，雖說這樣做同樣能起到控制垂直照度的作用，但不像國外的很多標準規范、手冊那樣直接給出垂直照度的具體數值那樣明確且便于操作，特別是我國的照明標準GB 50034所規定水平照度與垂直照度比沒有針對到具體運動項目，只是給出了一個數值范圍，這對于設計師而言，設計時仍無法確定所設計運動項目場館所需的水平照度與垂直照度比的確切數值，因此也無法具體實際操作。

為此筆者根據各體育運動項目的特點(空中運動或地面運動)、運動速度、對抗激烈程度、地面反射狀況等因素，參考北美照明手冊等相關資料，經過分析整理后給出了常見體育運動項目的水平照度平均值與垂直照度平均值之比的推薦值，見表2，以便設計時參考選用。

3 水平照度與垂直照度比的控制

體育場館照明一般選用投光類燈具，顯然對于投光照明而言，水平照度與垂直照度比值與投光方向有密切的關系，如圖1所示。

圖1 燈具投光方向與Ev和EhFig.1 Lighting direction of the lighting and Ev and Eh

燈具的投光方向會影響水平照度與垂直照度的比例。燈具的投光方向一般用燈具瞄準角θ描述, 即燈具的瞄準方向與垂線的夾角。順便說一下，燈具的眩光限制一般用考慮視線作用下的燈光仰角φ描述,顯然θ+φ=90°。一般體育照明規定仰角φ應大于25°，那么顯然瞄準角θ就應小于65°。

如果瞄準角θ越大，垂直照度Ev就越大,就越容易提高觀看物體的立體感和觀看效果，因此，可以通過瞄準角θ來控制水平照度與垂直照度的比值。

對于體育場館的投光照明方式而言，每一個投光燈都可以視為點光源，因此根據圖1可知，被照點上水平照度與垂直照度之比的關系式為

Eh/Ev=ctgθ

(1)

式中，Eh為被照點上的水平照度；Ev為被照點上的垂直照度；θ為投光燈的瞄準角；一般要求θ<65°。

若要實現表2所推薦的體育運動項目的水平照度平均值與垂直照度平均值之比，所對應投光燈的最小瞄準角θ見表3。雖說被照面某點的水平照度或垂直照度的平均值是多個光源共同作用的結果，但在平行投光照射的情況下，表3中的數值還是具有參考價值的。

表2 體育建筑照明的水平照度與垂直照度比推薦值Table 2 The recommended value of horizontal and vertical illumination in sports building lighting

注：①當表中同一格有兩個值時。“/”前為內場的值，“/”后為外場的值；②無電視轉播情況下的水平照度為比賽場地參考平面上的使用照度；③有電視轉播情況下的垂直照度為比賽場地主攝像機方向的使用照度

表3 符合水平照度與垂直照度比情況下的投光燈最小瞄準角選擇Table 3 Comply with the horizontal and vertical illumination project-light lamp minimum aiming angle selection

表3給出的是在滿足表2所推薦的各類體育項目所需水平照度與垂直照度比情況下所對應的投光燈瞄準角θ的最小值，其數值分布于18°～53°之間，可見一般能夠滿足體育場館眩光限制的要求(θ< 65°)。

此外，由表3中數值可以看出，垂直照度要求越高，即水平照度與垂直照度比數值越小，需要的投光燈瞄準角θ越大。顯然頂部均勻布燈方式(θ=0°)是無法滿足垂直照度要求的。

當然，體育場館的具體布燈方式，應根據體育場館照明的需要和體育場館的布局、看臺的結構形式等，結合需要投光的距離和范圍選用配光特性合適的投光燈具。

4 綜合體育場館照明設計推薦標準

綜合體育場館是建造最多的一類體育建筑，常見的有室內和室外兩種，室外綜合體育場主要進行田徑和足球比賽；室內綜合體育館則比較多功能，可進行空間運動(籃球、排球、羽毛球、乒乓球等)和地面運動(體操、拳擊、舉重、武術、摔跤、柔道等)兩類比賽。綜合體育館同時還要考慮文藝演出和展覽展示等使用用途。由此可見，綜合體育場館在使用過程中可能進行的體育運動項目比賽的類型眾多，而我國的照明設計標準GB 50034同樣沒有給出該類型體育建筑的照明設計標準值，但現實卻是數量最多、分布最廣的一類體育設施，因此同樣筆者根據各地該類場館的使用狀況，經過分析整理后給出了常見綜合體育場館照明設計推薦值，見表4，以便設計時參考選用。綜合體育場館照明只要達到表4的要求，基本上都可以滿足常見體育比賽、電視轉播、展覽展示和文藝演出的場所照明要求。

表4 綜合體育場館照明設計推薦值Table 4 Recommended value comprehensive sports lighting design

注：①參考平面及其高度：無電視轉播時為地面，有電視轉播時為距地1.5 m；②HDTV指高清晰電視；其特殊顯色指數Ra應大于零；③U0為被照表面上的最小照度與平均照度之比，Ul為被照表面上的最小照度與最大照度之比；④Evfs/Ev為觀眾席前排的垂直照度與場地垂直照度之比；⑤Ehav/Evav為場地的水平照度平均值與垂直照度平均值之比

如表4所示，綜合體育場館(室外)水平照度平均值與垂直照度平均值之比的推薦值為：無電視轉播3.00(室外)、2.50(室內)；有電視轉播為2.00(室外)、1.75(室內)。根據表3所示，投光燈的瞄準角只要大于27°(室外)或30°(室內)就可以滿足有電視轉播的比賽場地照明要求，大于18°(室外)或22°(室內)就可以滿足無電視轉播的比賽場地照明要求，但均不得大于65°。對于主攝像機方向的垂直照度需單獨復核。

5 結束語

隨著2022年北京-張家口冬奧會籌辦工作的開展，全民健身運動的開展，以及國民經濟的進一步發展，各種級別、類別的體育建筑將陸續建設，且隨著時間的推移，體育轉播的幾率也會逐步提高。為保證體育場館照明建設的質量，本文針對各類體育場館的垂直照度和設計類型最為普遍的綜合體育場館照明進行了深入的研究，并給出了相應的設計推薦值，相信會對未來的體育場館照明設計提供一定的參考。之后筆者還將進一步針對各類冬季體育運動場館的照明進行深入的研究。

[1] 李炳華,董青,中建國際設計顧問有限公司.體育照明設計手冊[M].北京：中國電力出版社，2009.

[2] 建筑照明設計標準：GB 50034—2013[S].北京：中國建筑工業出版社，2013.

Research on the Vertical Illumination in the Lighting Design of Sports Building

LI Nong，YU Meng

(Urban Lighting Planning and Design Research Institute，Beijing University of Techmology, Beijing 100022，China)

With the rapid development of society, good lighting, especially the vertical illumination, plays an increasingly important role in modern sports building. To facilitate designers, this article, through analysis of the relevant standards in sports lighting, gives all kinds of sports venues of horizontal illumination and vertical illumination the recommended value and the recommendation of the most common comprehensive gymnasium lighting design standard. The purpose is to make the design more maneuverability and convenience.

sports lighting; vertical illumination; lighting standards； sports venues; lighting design; building

TM923

A

10.3969j.issn.1004-440X.2017.03.008