基于DIALux的室內籃球館照明設計與模擬

黃顯雯， 白 榮， 薛仁雨， 趙 凱， 劉汝超， 王艷敏

(1. 哈爾濱工業大學，哈爾濱 150001；2. 中國石油長慶油田分公司第一采氣廠，西安 718500；3. 香港華藝設計顧問(深圳)有限公司，深圳 518000)

0 引言

照明是影響體育場館賽事正常進行和電視轉播的關鍵。體育照明不但要為運動員和裁判員提供優質的照明環境，還要保障觀眾良好的觀看效果，同時也要滿足電視轉播攝像所需的照明要求。在照明方案設計時，可以合理地運用照明軟件DIALux[1]的照明計算和仿真功能，從而對所布置的照明方案的效果有直觀明確的了解，進而優化燈具布置，調整燈具數量，得到照明設計的最優方案[2]，并得到照度等值線圖、點照度圖、眩光指數等報表。本文將從光源的選擇、燈具配光曲線的選擇、燈具布置方式和燈具控制模式四個方面對室內籃球場館進行照明設計與建模仿真。

1 分析建模

在體育場館照明設計中，要根據場館級別、不同的運動項目要求來權衡。本文選取室內籃球場館進行照明設計與模擬，以我國籃球場地照明標準作為照明模擬的標準，如表1所示[3]。

根據設計標準對籃球比賽場地的要求[4]，在DIALux中設定了一個長40m、寬30m、高13m的Ⅱ級室內體育場館環境，以500lx為照度標準值進行設計。

2 室內籃球場照明設計與模擬

2.1 光源的選擇

體育照明中常用金屬鹵化物燈和LED燈。體育場作為高大空間，需要大功率的燈具以滿足其照度要求。金屬鹵化物燈功率大，各項技術指標趨于成熟，應用廣泛。而LED燈具在節能、壽命、頻閃、調光等方面優于金屬鹵化物燈，但目前大功率LED燈在散熱和體積重量等方面仍有很大的改進空間[5]。

籃球場地照明標準 表1

采用滿天星燈具布置方式，分別對金屬鹵化物燈、LED燈進行模擬仿真計算，以得到較優方案。金屬鹵化物燈選用了某品牌MPK45，LED燈選用了同一品牌BY471P。為達到500lx的照度標準，在滿天星燈具布置方式下，通過計算和模擬仿真，最終得到了金屬鹵化物燈需48盞，總功率為 20 592W，LED燈需36盞，總功率為7 200W的方案。仿真結果如圖1和表2所示。

圖1 室內籃球場光源不同時的照度等值線

表2

由表2可以看出，想達到相同平均照度和照度均勻度，金屬鹵化物燈數量要比LED燈的數量多12盞，總功率差值達到13 392W。金屬鹵化物燈的照明功率密度為17.16W/m2，LED 燈的照明功率密度為6W/m2。由此可見，金屬鹵化物燈耗能要比LED燈大得多，考慮到節能效果以及LED燈的各項良好性能，LED燈無疑更好。

2.2 燈具配光曲線的選擇

燈具有窄配光、中配光和寬配光三種配光曲線，同樣影響著照度的變化[6]。本文采用型號為某品牌HPK888的金屬鹵化物燈的三種不同配光燈具進行設計模擬仿真。配光曲線見圖2。

圖2 配光曲線圖

通過DIALux計算模擬，為達到500lx的照度標準值，在滿天星布置方式下，寬配光燈具需采用42盞，則窄、中配光燈具也采用相同的燈具布置，以便進行結果比較。仿真結果如圖3和表3所示。

圖3 室內籃球場燈具配光曲線不同時的照度等值線

表3

由表3可知，在燈具布置情況相同下，配光曲線越窄，燈具的照度相對越高，但照度均勻度會降低。運動場地需要舒適的照明效果，照度均勻度不能影響場地內進行的運動及比賽，同時照度也需要達到標準值，故燈具布置宜根據實際情況需求選取合適配光曲線的燈具，如高大空間的場地為達到照度要求宜選用窄配光燈具，而一般的低空間如訓練館、業余比賽場館則可以考慮中配光燈具。

2.3 燈具布置方式

體育館常用的布燈方式有頂部布置、兩側布置以及混合布置。頂部布置宜選用對稱型配光的燈具，適用于空間較低、無電視轉播要求的體育館，在供業余訓練和娛樂的體育館中較為常見。兩側布置宜選用非對稱型配光燈具布置在馬道上，所有燈具瞄準角(燈具的瞄準方向與垂線的夾角)應在25°～65°之間，適用于垂直照度要求較高以及有電視轉播要求的大中型體育館。混合布置即頂部布置與兩側布置相結合的布置方式，選用燈具時應有多種配光滿足不同的照度需求，該布置方式適用于大型綜合性體育館[4]。

本文選擇兩側布置方式和頂部布置方式進行仿真，燈具選用了金屬鹵化物燈，燈具型號為某品牌MPK450，單燈功率為500W。根據標準照度500lx，通過計算仿真得到，兩側布置方式需要燈具46盞，頂部布置方式需要48盞。仿真結果如圖4和表4所示。

圖4 室內籃球場燈具布置方式不同時的照度等值線

由表4得，兩側布置方式和頂部布置方式的各項照度標準均相近，但頂部布置方式比兩側布置方式多了2盞燈，總功率多1 000W，投資和運營成本均增加。

燈具布置方式仿真結果 表4

此外，籃球館照明還需考慮眩光的影響。在照明仿真中，因為場地為長方形，燈具布置為頂部布置方式，所以眩光值采點只需要對稱均勻即可，眩光值采點位置如圖5所示。

圖5 眩光值采點位置

在兩側布置方式中，眩光值最小為13，最大為18；頂部布置方式中，眩光值最小為11，最大為17。兩側布置方式眩光值比頂部布置方式稍高，但仍在表1的標準要求范圍內。

2.4 燈具的控制

體育館除了舉行業余比賽外，還會用于娛樂演出和日常訓練等。本文設計了三種燈具控制模式，分別為業余比賽模式、娛樂模式和清掃模式，其所對應的照度值應分別為500lx、300x、150lx。通過照度計算和DIALux模擬仿真，在頂部燈具布置方式下其對應的燈具數量為36、24、12盞，所選用的燈具為某品牌 BY471P，功率為200W，光通量為25 000lm。

燈具控制模式仿真結果 表5

三種模式的仿真結果整理得到表5。

不同模式下，照明耗電差別很大，根據場地不同的使用時期，控制燈具使用數量可以有效節能。另外，為了統一所有燈具的運維時間，燈具控制策略中需要加入輪換工作制，方便工作人員維護、檢修。

3 結束語