橫濱國際體育場照明系統改造工程

朱曉勇，楊 波，于莎莎

(瑪斯柯照明設備(上海)有限公司，上海 201107)

引言

橫濱國際體育場，又稱日產體育場，坐落于日本神奈川縣橫濱市，是日本目前規模最大、容納人數最多的多用途體育場，1998年3月落成啟用，體育場共設有73 237座位，曾經舉辦過2002年世界杯決賽等多項橄欖球、足球和美式足球賽事以及國際足聯世界杯和奧運會，現為橫濱水手隊主場。為了順利完成2019年橄欖球世界杯和2020年東京奧運會足球比賽的承接任務，橫濱國際體育場于2018年進行了LED燈光的改造，其目標是改善體育場的照明質量，并希望滿足球員和觀眾對照明的不同需求，在滿足賽事組織要求的特定照明標準的同時，幫助場館提升能源效率。橫濱國際體育場照明系統改造工程選用了TLC for LED?照明系統，其眩光控制技術可以改善場地內眩光對場內球員的影響，并讓球迷體驗前所未有的夜間賽事氛圍和娛樂體驗。

1 體育場照明的要求

1.1 優質照明系統的重要性

1)體育照明首先必須滿足運動員的功能需要，并給裁判提供舒適的光環境，特別針對足球運動，燈具的布置必須避開足球場的眩光區，主要定義為角球線區域及球門線區域，以營造一個更為舒適的競技和觀賞環境。

2)場地照明燈具最重要的目標除了照亮比賽場地，還需要給媒體提供高質量的數字視頻信號，為了保證每個攝像機接收到足夠的光線，照明設計時應該考慮實際使用的攝像機位及不同攝像機性能特點。

3)體育照明設備需將周邊環境的光污染降到最低，在防止外溢光和眩光產生的同時，盡可能減少照射到場地外的光線，保護美麗的夜空。

4)現代大型體育場以體育運動為主，兼容文藝、集會、展覽等多種應用，由于其特殊的功能要求，系統除了日常所需的照明及轉播，還需要兼有燈光秀等演繹效果。

1.2 照明設計標準

根據橄欖球世界杯(RWC)TIER 1+指標[1](見表1)，及國際足聯(FIFA)Class IV標準[2](見表2)設計，結合奧林匹克廣播服務公司(OBS)提出的要求，橫濱國際體育場足球場固定攝像機照度最小值≥2 000 lx，場地攝像機照度最小值≥1 600 lx，水平照度值與固定攝像機垂直照度值小于或等于2.0；橄欖球場地固定攝像機平均垂直照度≥2 000 lx，場地攝像機平局垂直照度≥1 200 lx，平均水平照度值≥2 500 lx。各攝像機位置布置圖見圖1、圖2。本次照明系統改造共采用580套1 400 W大功率LED燈具，各項技術指標很好地滿足了RWC、FIFA及OBS的比賽要求。

表1 橫濱國際體育場橄欖球照度要求 Table 1 Lighting requirement of rugby for Yokohama International Stadium

表2 橫濱國際體育場足球照度要求Table 2 Lighting requirement of soccer for Yokohama International Stadium

圖1 OBS要求的足球場攝像機位置Fig.1 Camera locations for soccer from OBS

圖2 RWC要求的橄欖球場攝像機位置Fig.2 Camera locations for soccer from RWC

1.3 燈具選型及安裝

橫濱國際體育場使用的LED燈具參數如下：重量為48 kg,尺寸為長813 mm×寬660 mm×高300 mm，顯色指數為90，色溫為5 700 K，功率因數為0.95，頻閃比為2‰～4‰，燈具示意圖見圖3，燈具平面布置圖見圖4。

圖3 LED燈具示意圖Fig.3 LED fixture photo

圖4 燈具平面布置圖Fig.4 Lighting layout

2 照明系統改造的難點與挑戰

2.1 安裝位置的挑戰

針對本項目，設計時首先分析了燈具的安裝高度和位置，根據FIFA對安裝高度的要求[2](見圖5)，燈具高度宜滿足安裝位置至場地中線與場地平面之夾角不小于25°，由于橫濱國際體育場主體結構較低，燈具安裝高度僅為35 m，安裝位置距離場地較遠，網架結構距離場地中線約為85 m，該夾角僅為22°，無法滿足FIFA的要求。較低的安裝高度會導致垂直照度均勻度差，增加了眩光的控制難度，格外考驗設計師對燈具、配光的選擇，及對燈具投射角度的控制。

圖5 FIFA對安裝高度的要求Fig.5 Mounting height requirement from FIFA

所有燈具需安裝在體育場現有網架前沿，結合FIFA及RWC標準中“No floodlight zone”(無泛光區)的要求[1，2]，最終安裝位置見圖6中藍色部分的網架結構。選擇具體的燈具位置和投射方向時，需要考慮燈具對運動員的影響，特別避開容易對運動員造成眩光的區域，同時考慮場地布置、場地內觀眾以及運動員的視覺感觀效果，避免相鄰光線投向同一位置形成光斑，使光線盡量均勻分布，互相覆蓋，場地內的點位有多個方向的光線來源。

圖6 燈具安裝位置要求Fig.6 Requirement for fixture installation position

2.2 燈具配光的選擇

根據照明要求、結構特點及LED燈具的特性，照明設計采用近邊配寬光束、中線配較窄光束、遠邊配窄光束三層疊加的組合方式配比燈具并進行交叉投射[3]，使照明及轉播效果最佳，配光方案圖如圖7所示。

圖7 配光方案圖Fig.7 Light distribution plan

2.3 眩光控制

經現場考察舊照明設備存在較大的眩光問題，除了避開足球運動的眩光區，本次改造綜合考慮多方面因素，選用適合于該場地并具有防眩光裝置的LED照明燈具，每顆燈珠均配有透鏡及反射罩，見圖8。這大大提高了光輸出效率及防眩光效果，并有效降低外溢光的輸出，解決夜間照明造成的光污染問題。同時在照明應用設計時采取有效措施控制了眩光值，得到了較好的場地照明效果。

圖8 防眩光透鏡及反射罩Fig.8 Anti-glare lens and reflector

2.4 設備的安裝維護

橫濱國際體育場所有燈具要求僅能安裝在一圈環形網架前沿，安裝空間小，一般的單層支架無法滿足580套燈具的安裝，量身定制的特殊結構燈具安裝支架可最多提供三層的安裝空間，解決了這一難題。所有支架均設有簡易爬梯及平臺，利于維護或重新調整安裝位置，外形簡潔、美觀、堅固，無外露導線，使現場更規范、更整潔、更美觀、更安全。結構設計時等比例模擬燈具實物與網架結構的關系，并將結構尺寸大小3D效果圖導入專業體育照明設計軟件中模擬，使安裝后的照明結果與設計結果相符，結構大樣圖及現場安裝圖見圖9、圖10。

圖9 結構大樣圖Fig.9 Detail drawing of structure

圖10 現場安裝圖Fig.10 Site photo for installation

2.5 精準控光

為了使現場照明效果與設計保持一致，所有燈具配有專利的萬向節及刻度盤，見圖11。

圖11 燈具萬向節Fig.11 Knuckle cone of lamp

燈具出廠前按照照明設計精確瞄準并鎖定，每套燈具均有對應的瞄準角及瞄準點，確保安裝完成及維護后的水平及垂直角度保持不變，部分燈具投射角度圖見圖12，所有燈具亦可根據新的照明要求，新的刻度要求，現場重新調節水平及垂直角度并鎖定，調試靈活，操作便捷，解決了不同比賽、不同照明要求的設計及使用需求。

圖12 部分燈具投射角度圖Fig.12 Projection angle of partial lamps

精準的控光需要精準的設計軟件，橫濱國際體育場照明設計使用MUSCO體育照明設計軟件AIM，見圖13，該軟件已經成功運用于各類型各級別的體育場館照明設計中，包括從高級別的奧運場館到普通訓練館及社區體育娛樂的照明設，實踐證明該軟件的計算結果準確可靠。

圖13 設計軟件AIMFig.13 Design software AIM

2.6 控制設計

隨著LED在體育場館中越來越廣泛的運用[4]，將金鹵燈替換為可控性優越的LED燈具，除了需滿足日常所需的照明及轉播要求，還需要兼有實現燈光秀等演繹效果的功能。

LED燈具有瞬時開啟、關閉和漸變的特性，既能用于比賽照明，又能通過控制系統編程，打造燈光秀，提升現場氣氛。漸變效果可以降低燈光突然開啟時人眼的不適應感，讓整個體育場在明與暗之間漸變切換，仿佛眼睛一眨一眨，給現場熱烈的氣氛增添一份靈動，見圖14、圖15。

圖14 眨眼模式Fig.14 Blink mode

圖15 跑序模式Fig.15 Running order mode

2.7 實際效果

橫濱國際體育場照明工程選用了TLC for LED燈具系統，實際照明效果見圖16。

圖16 體育場照明實際效果圖Fig.16 Site photo of stadium lighting

3 結束語

本文從照明、電氣、安裝、維護等方面，對橫濱國際體育場照明系統改造工程的要求、難點與挑戰進行了剖析。項目選用了全新優質的LED照明系統，不僅可以滿足體育場高質量照明及電視轉播要求，還可以改善場地內眩光對球員、裁判的影響，將給現場觀眾、球員、裁判及電視機前的觀眾帶來全新的舒適的視覺體驗。