冬季奧運會場地照明要點總覽與淺析

李炳華，常 昊，王 成 ，朱心月，岳云濤

(1.悉地(北京)國際建筑設(shè)計顧問有限公司，北京 100013；2.北京建筑大學(xué)，北京 100044)

引言

距離北京2022年冬奧會越來越近，許多奧運場館都在緊張建設(shè)中。由于冬季奧運會比賽項目與場地的多樣性以及照明水平的重要性，對照明的要求更加嚴格。冬奧會比賽傳統(tǒng)分為冰上與雪上項目兩大類[1]：冰上項目包括速度滑冰、短道速滑、花樣滑冰、冰球、冰壺；雪上項目包括跳臺滑雪、高山滑雪、自由式滑雪等。根據(jù)北京冬奧委員會官網(wǎng)[2]顯示，第24屆北京-張家口冬奧會規(guī)劃使用25個場館。冰上項目將全部由北京賽區(qū)承辦，具體是國家游泳中心(冰壺)、國家體育館(冰球)、首都體育館(短道速滑)以及新建的國家速滑館(速度滑冰)；雪上項目將分別在北京延慶賽區(qū)和張家口崇禮賽區(qū)舉辦。

本文主要依據(jù)奧林匹克廣播服務(wù)公司(OBS)提供的冬季奧運會照明要求和JGJ 153—2016《體育場館照明設(shè)計及檢測標準》，總結(jié)和分析了冬奧會通用項目標準、冰壺項目、冰球項目、速度滑冰和跳臺滑雪的照明要點，以便能夠同時滿足奧委會和國內(nèi)標準的要求。

1 冬奧會比賽項目通用照明標準

奧林匹克廣播服務(wù)公司(OBS)提供的冬季奧運會通用照明標準要點如下：

1)每個比賽區(qū)域的場地照明必須滿足最高等級的攝影要求。

照明的詳細要求和燈具位置將取決于比賽和場地本身，并將與各新聞機構(gòu)協(xié)商確定。在燈光和天然光混合的場所，必須特別注意燈具的色溫。在室內(nèi)場地，通過窗戶或半透明屋頂照射進來的陽光可能會對運動員或者攝像機造成干擾，所以必須解決這個問題。所有媒體直播或報道區(qū)域(比賽領(lǐng)域、休息室、混合區(qū)和采訪室)的燈光效果必須由各新聞媒體單位通過。

2)比賽區(qū)域照度相關(guān)及燈具要求。

場地照明的計算區(qū)域應(yīng)延長實際比賽區(qū)1～2 m。比賽場地的任何地點主攝像機方向上的垂直照度不應(yīng)小于1 600 lx，一些體育項目可能需要2 000 lx以上。

在均勻度方面，最高和最低照度之比不超過1.5∶1，相當(dāng)于U1≥0.67；平均水平和垂直照度之比不超過2∶1；比賽場地和觀眾場地垂直照度之比不超過4∶1。

高速慢鏡頭攝像機要求其方向上的垂直照度有非常高的均勻度。

在運動員飛行的情況下，照明設(shè)計的所有相關(guān)要求包括飛行中的運動員身體。

燈具的構(gòu)造或安裝應(yīng)使用特制的眩光控制裝置，并且照明設(shè)備的位置應(yīng)盡量減少直接眩光和反射眩光(由冰面或者雪面反射投射光引起)。

在應(yīng)急照明方面，在停電的情況下，OBS 要求備用電源提供平時照明標準的50%。此外，OBS 還要求應(yīng)急照明的均勻度較高。

在燈具方面，統(tǒng)一色溫高于5 600 K；所有燈具的顯色指數(shù)大于90。燈具應(yīng)以某種方式固定在天花板或建筑物上或懸掛在建筑物上的馬道上，燈最好不要安裝在燈桿上(我們認為，此要求對雪上運動項目不太合適)。燈具仰角瞄準角(燈具照射方向與垂直向下方向的夾角)應(yīng)小于等于65°；光線應(yīng)該至少從三個方向到達比賽區(qū)域的任何一點；任何燈具和競賽區(qū)域中的任何一點之間必須有一條清晰的路徑；沒有構(gòu)筑物或物料(旗幟、橫額、影像板等)阻擋光線；除了空中運動外，原則上燈具的設(shè)計和安裝應(yīng)該保證其水平面以上沒有光。

3)比賽區(qū)域外相關(guān)照度要求。

每個場地至少應(yīng)有兩個燈光控制系統(tǒng)(對應(yīng)不同區(qū)域),以便在最后調(diào)整時有很大的靈活性。比賽區(qū)域?qū)⑹堑谝粋€區(qū)域，觀眾席前20排通常是這些單獨控制區(qū)中的第二個。此要求比較特別，需特別注意。

在觀眾區(qū)域照明方面，前12排對攝像機的平均垂直照度應(yīng)大于等于比賽區(qū)域的25%,小于等于比賽區(qū)域的30%;在第12排以后均勻減少，直到最后一排對攝像機的平均垂直照度在比賽區(qū)域的10% 以下。并且比賽區(qū)域外的光線水平應(yīng)均勻降低。

2 JGJ 153—2016《體育場館照明設(shè)計及檢測標準》[3]

冰上項目均在體育館內(nèi)，雪上項目在室外進行。本文僅列舉冰上項目和跳臺滑雪項目Ⅳ～Ⅵ級的標準值，以便和冬奧會標準對比。JGJ 153—2016《體育場館照明設(shè)計及檢測標準》標準相關(guān)要求如表1所示。

表1 我國冰上項目和跳臺滑雪項目照明標準值Table 1 Standard value of lighting for ice project and ski jump project in China

表1中，Eh、Evmai和Evaux分別表示水平照度，主攝像機方向上的垂直照度和輔攝像機方向上的垂直照度；U1、U2分別表示最小照度與最大照度之比和最小照度與平均照度之比；Tcp、Ra、GR分別表示燈具的色溫、顯色指數(shù)和場地的眩光值。

JGJ 153—2016《體育場館照明設(shè)計及檢測標準》在照度要求方面還做了以下相關(guān)規(guī)定：

1)有電視轉(zhuǎn)播時場地平均水平照度與平均垂直照度的比值宜為：體育場0.75～1.8，體育館1.0～2.0。

2)有超高速攝像要求時，攝像機方向的垂直照度不應(yīng)低于1 800 lx，場地照明的頻閃比不宜大于6%。

3)HDTV轉(zhuǎn)播重大比賽時，比賽場地每個計算點四個方向上的最小垂直照度和最大垂直照度之比不應(yīng)小于0.6。

4)重大比賽時TV應(yīng)急照明的照度標準值宜為該級照度的50%，且主攝像機方向上的垂直照度不應(yīng)低于750 lx。

5)有電視轉(zhuǎn)播要求的觀眾席前12排和主席臺面向場地方向的平均垂直照度不應(yīng)低于比賽場地主攝像機方向平均垂直照度的10%。主席臺面的平均水平照度值不宜低于200 lx，觀眾席的最小水平照度不宜低于50 lx。

6)對觀眾和攝像機，冰面的反射眩光應(yīng)減至最小[4]。

7)對冰球比賽項目來說，應(yīng)提供足夠的照明來消除圍板產(chǎn)生的陰影，并保證在圍板附近有足夠的垂直照度，并增加球門區(qū)照明。

通過JGJ 153—2016《體育場館照明設(shè)計及檢測標準》中照明標準與奧運會照明標準的對比可發(fā)現(xiàn)，照度要求大多滿足，但是冬奧會對燈具的要求更高，色溫達到5 600 K以上，并且對高速高清晰慢鏡頭的要求會更高。以上是通用標準，對于某些比賽項目OBS對它們有特殊的要求。本文將介紹幾個比賽項目對照明的特殊要求。

3 冬奧會某些比賽項目的特殊要求

3.1 冰壺運動

根據(jù)OBS的照明需求，冰壺運動對照明的特殊要求如下。

1)由于冰壺場地大多由冰面組成，是一個半鏡面反射平面，所以在設(shè)計燈具位置和瞄準點用來計算攝像機方向上的照度和眩光時要考慮到這一點。

2)場地照明需要兩個獨立的照明場景。照明場景如下：

(a)預(yù)賽：四條賽道；半決賽：兩條不相鄰的賽道。

(b)總決賽(中間位置)：一條賽道。

賽道平面圖如圖1所示。在燈光模式切換到場景2的時候，使非決賽區(qū)域處于較低的照度水平，并且不會降低決賽場地的燈光質(zhì)量，使相鄰賽道的平均水平照度約為決賽賽道的70%。為實現(xiàn)這一目標可以通過在決賽時增加附加燈具或者通過調(diào)光系統(tǒng)來達到這一目標。后者只有在使用LED燈具的情況下才可能實現(xiàn)。

圖1 冰壺場地賽道平面圖Fig.1 Planes of curling field tracks

3)一般照明要求適用于冰壺場地照明。特別要求每個“主”高清攝像機場地中心線上的最低照度與最高照度的比值(Evmin/Evmax)≥0.9。

決賽時的照明相關(guān)質(zhì)量和相關(guān)定性標準與初賽和預(yù)賽時相同。在初賽和預(yù)賽時，主高清攝像機的垂直照度不得小于各方向上的垂直照度。

4)眩光等級計算時按照CIE 112技術(shù)報告計算，反射系數(shù)為0.7。

5)燈具的最低安裝高度應(yīng)比比賽區(qū)域冰層高4.5 m。照明設(shè)備必須放在適當(dāng)位置以確保消除對攝像機的直接眩光以及消除主攝像機方向上的冰面反射眩光，并盡量減少對次要攝像機的反射眩光，故不允許布燈區(qū)域如圖2所示。

原則上照明設(shè)計時應(yīng)確保沒有硬陰影，而軟陰影是建模所必要的。為盡量減少硬陰影，燈具應(yīng)均勻分布，可以分組擺放但相鄰燈具組之間需要有合適的間距。

照明布局(燈具位置和光束類型)應(yīng)該是關(guān)于比賽場地長軸和短軸對稱的。

6)主攝像機的機位位于賽道長軸的末端區(qū)域和每個賽道正上方，如圖3所示。初賽、半決賽以及決賽時的機位如圖4所示。

圖3 主攝像機機位參考圖Fig.3 Reference position of main camera

圖4 冰壺決賽、半決賽和預(yù)賽的攝像機參考機位圖Fig.4 Reference positions of camera for curling finals,semifinals and preliminaries

3.2 冰球運動

1)關(guān)于比賽場地的要求。冰球場的尺寸為60 m×30 m，如果獲得國際冰球聯(lián)合會(International Ice Hockey Federation，IIHF)的批準可能會有所不同。

冰場由107 cm高的擋板圍成，擋板可能會產(chǎn)生陰影，并且在擋板上方會有不同高度的保護性玻璃，可能會產(chǎn)生反射光，這些需要在照明設(shè)計中加以考慮。為了降低由于瞄準角度相對陡峭而造成的高水平照度，可以將冰面涂成藍色或灰色。

2)關(guān)于比賽場地照度以及均勻度的要求。冰球場地照明適用冬奧會場地照明通用標準。此外主攝像機方向上的最大垂直照度應(yīng)在SRZ范圍內(nèi)，場地平面圖如圖5所示。

圖5 冰球場地平面圖及其區(qū)域劃分Fig.5 Planes and zones of ice hockey field

朝向替補席的攝像機，其方向上的垂直照度應(yīng)大于1 200 lx。

從休息室到賽場的通道，其中心線上對攝像機方向上的垂直照度最低要求為800 lx，并且最小照度與最大照度的比值≥0.4,最小照度與平均照度的比值≥0.6。

3)燈具的設(shè)置應(yīng)避免減少硬陰影，燈具之間的距離不超過5 m，并且照明設(shè)備關(guān)于比賽場地長軸和短軸對稱。

為避免燈具光線經(jīng)過冰面反射而直接射向主攝像機，主攝像機對面燈具的安裝高度應(yīng)該高于場地邊的木板以及其他障礙物，形成的夾角大于或等于場地邊到主攝像機的夾角，如圖6所示。燈具的位置應(yīng)避免放在四角，如圖7所示。

圖6 冰球場地?zé)艟卟贾媒嵌仁疽鈭DFig.6 Layout angle of luminaires in ice hockey field

圖7 場地四角不能布置燈具示意圖Fig.7 Zones without luminaires at the four corners of the field

4)眩光等級按照CIE 112技術(shù)報告計算，反射系數(shù)為0.7。

5)燈具不得位于球門正后方，且應(yīng)該是交叉瞄準的，并配合合適的眩光控制裝備，以防止眩光直接照射到對面的守門員。

6)主攝像機主要設(shè)置在四周看臺中心的高處、與比賽區(qū)域同一平面的四角、球門附近位置、替補席附近、更衣室到比賽場地的通道里，具體機位參考圖如圖8所示。

3.3 速度滑冰

1)400 m的速滑跑道外徑為180 m×66 m，有兩條 4 m寬的相鄰跑道和一條內(nèi)側(cè)熱身跑道，如圖9所示。

2)在賽場中心區(qū)域也就是內(nèi)場區(qū)域的垂直照度應(yīng)大于1 200 lx，平均水平照度為賽道的0.7倍。

3)眩光等級計算時按照CIE 112技術(shù)報告計算，反射系數(shù)為0.6。

4)速度滑冰的冰面比較潮濕，所以更像是一面鏡子，更要避免燈具光線通過冰面反射到攝像機而產(chǎn)生眩光。圖10展示的燈具位置可能會產(chǎn)生反射到攝像機燈光以及產(chǎn)生攝像機眩光后的效果圖。

為減少硬陰影，燈具應(yīng)均勻分布，燈具可以數(shù)量相似但相鄰燈具之間的間距不超過5 m，布局與瞄準角應(yīng)該是關(guān)于比賽場地長軸和短軸對稱的。

5)主攝像機主要設(shè)置在看臺高處，距終點的水平距離約為9 m、看臺高處，距起點的水平距離約為5 m、在1 000 m起點位置、在比賽場地護欄外，比賽時第一圈結(jié)束的位置、在比賽護欄外，比賽時最后一圈的結(jié)束位置、比賽場地中心位置、軌道攝像機布置在圍欄外，軌道從1 000 m起點位置到終點位置，具體機位圖如圖11所示。

3.4 跳臺滑雪

1)場地要求。起跑區(qū)附近的熱身室；準備區(qū)域；教練區(qū)；運動員飛行與著陸區(qū)域；結(jié)束區(qū)域。

2)計算水平和攝像機方向上的垂直照度時，計算平面與賽道均為1.5 m并模擬整個比賽區(qū)域的坡度變化。比賽場地還分為如下兩個計算平面。如圖12所示。

圖12 比賽過程垂直照度計算網(wǎng)格Fig.12 Calculation grids of vertical illuminance in the competition process

起跳計算平面：從起點到起飛點，距離賽道均為3 m的平面。

飛行計算平面：從起飛到著陸點，距離賽道均為5 m的平面。

在起跳，飛行以及著陸的過程中，攝像機方向上的最小照度應(yīng)大于1 600 lx。

3)眩光等級按照CIE112技術(shù)報告計算，反射系數(shù)為0.7。

在起飛和飛行階段時GR≤30，除了運動員和攝像機考慮眩光之外，還應(yīng)考慮教練、裁判塔中間區(qū)域、運動員觀看區(qū)域的眩光值。

4)比賽場地設(shè)有90 m級和120 m級兩個比賽區(qū)域。燈光控制系統(tǒng)可以有一個或者兩個。當(dāng)進行不同場地的比賽時應(yīng)該采用開關(guān)控制，以滿足要求。

在開始區(qū)域為了滿足參賽者準備，照明應(yīng)該滿足360°覆蓋，并且從三個主要方向發(fā)光。在結(jié)束區(qū)域為了報道各運動員的反應(yīng)，照明要求同上。建議在起飛處到著陸區(qū)一般采用40 m以上的高桅桿照明，以避免山坡一側(cè)的眩光。燈具的瞄準方向一般為橫向或者為下坡方向；向上坡瞄準的燈具瞄準角度越小越好，以避免眩光。

照明設(shè)備如果安裝在起飛前的護欄或者結(jié)構(gòu)上，不得將光線直接投射到運動員或者攝像機的方向。如果有跟蹤攝像機，照明設(shè)計應(yīng)避免陰影在滑道上。

5)主攝像機位置：熱身和準備區(qū)域；賽道頂部，側(cè)面；起飛處側(cè)面；裁判塔頂部；著陸點到終點區(qū)域；跑道終點區(qū)域；空中跟蹤攝像機。具體攝像機布局如圖13所示。

4 總結(jié)

本文對《體育場館照明設(shè)計及檢測標準》(JGJ 153—2016)與冬奧會照明標準進行了對比研究，可以發(fā)現(xiàn)JGJ 153—2016中照度基本符合國際標準要求，但燈具的色溫需要提高至5 600 K，對高速攝像機方向上的照度均勻度需要提高，主攝像機方向上的最低垂直照度要達到1600 lx，并做好在冰面以及雪面的眩光控制。照明設(shè)計師可以通過本文較為全面地了解冬奧場館的通用標準以及部分項目的特殊要求，從而設(shè)計出高質(zhì)量的冬季奧運會場地照明，為運動員提供良好的比賽環(huán)境，讓現(xiàn)場和電視機前的觀眾擁有高質(zhì)量的視覺感受。