足球場場地照明工程技術指標控制與設計

陳眾勵，陳杰甫

(上海建筑設計研究院有限公司，上海 200041)

引言

專業足球場場地照明的標準較多，場館建設中需研究分析設計標準，使得場地照明能夠適應多種重大國際賽事的要求。LED照明燈具在場地照明中大量使用，LED燈具的控制策略、配電方式、燈具布置方式、投射角度具有較大的靈活性，充分的利用其特點，改變原有的燈具布設方式，提升場地照明效果。

1 足球場場地照明設計標準

足球場場地照明設計標準國內執行的是國家標準《建筑照明設計標準》(GB 50034—2013)[1]和行業標準《體育場館照明設計及檢測標準》(JGJ 153—2016)[2]。GB 50034—2013根據體育場有無電視轉播需求分為兩類，其中有電視轉播的體育建筑場地照明標準值詳見表1。

行業標準JGJ 153—2016中專用足球場照明標準值詳見表2。

表1 有電視轉播的足球場場地照明標準值

表2 專業足球場場地照明標準值

國際上主要有國際足球聯合會(Fédération International de Football Association，簡稱國際足聯)的《Football Stadiums Technical recommendations and requirements》(《足球場技術推薦和要求》)[3]，歐洲足球協會聯盟(Union of European Football Associations，簡稱歐足聯)的《UEFA Stadium Lighting Guide 2016》(《UEFA場館照明指導2016版》)[4]以及中北美洲及加勒比海足球協會(Confederation of North, Central American and Caribbean Association Football，簡稱CONCACAF)的《Concacaf Champions League 2020 Technical Guide》(Concacaf冠軍聯賽2020技術導則)[5]。

各國對于國際高水平的轉播賽事均有較高要求，但要求的指標及偏向有一些不同。針對最高等級賽事，需要高清電視轉播的照明，國內的行業標準、國際足聯、歐足聯和中北美洲及加勒比海足球協會的技術指導對比見表3。

表3 國內外幾種主要標準的照明指標對比表

綜合以上技術參數，在滿足FIFA、亞洲杯、國內聯賽等主要國際國內賽事的要求下，形成了適合浦東足球場的場地照明技術指標，比賽場地照明指標詳見表4。

表4 浦東足球場主比賽場地照明具體參數指標

其中顯色指數≥90，5 500 K<色溫≤6 500 K；照明功率密度值滿足JGJ 153—2016表7.3.2-2的要求。HDTV指高清晰度電視。特殊顯色指數R9不小于20。頻閃比<1%。主攝像機方向眩光指數GR≤40。

2 場地照明設計

體育場館的傳統照明設計中，前幾年金屬鹵化物燈為主要照明燈具，但是隨著LED燈具照明技術的日益成熟及其在各領域的廣泛應用，大功率LED燈具也逐漸在體育場館照明設計中得到廣泛應用[6]。與體育場館傳統照明使用的金屬鹵化物燈相比，LED燈具不僅具有節能效果好、效率高、維護成本低等特點，還能進行智能控制[7]。LED燈具作為賽事功能照明、場館應急照明、觀眾席照明等的照明設計方案，均取得了較好的應用效果。

浦東足球場項目有“一主兩副”共三片專業足球場。其中主賽場照明最高滿足FIFA V級照度要求，即主攝像機的垂直照度平均值不低于2 400 lx，輔攝像機(面向四個方向)的垂直照度平均值不低于1 800 lx，水平照度平均值不低于3 500 lx，可滿足4K/8K超高清電視轉播要求。

兩片副賽場(訓練場)照明平均水平照度不低于 800 lx，可滿足夜間比賽照明要求[8]。

浦東足球場項目需求為場地照明+觀眾席和應急照明+副賽場照明+賽事補光燈。

根據照明設計指標及相關國內、國際標準，主體育場使用396套1 500 W大功率LED-燈具，燈具顯色指數Ra=90，R9>50，色溫5 700 K，場地照明頻閃比<1%。

觀眾席照明使用64套1 200 W大功率LED-燈具，燈具顯色指數Ra=75，色溫5 700 K；賽事補充燈光照明采用46套TLC-RGBW燈具，燈具(白光)顯色指數Ra=75，結合DMX512智能調光系統，滿足主體育場的照度要求。

分別采用兩種方案設計場地照明，方案一的燈具布置按照行業標準要求，在禁止區不布置燈具，如圖1所示。圖1中陰影眩光區和球門后方區域未布置燈具。

圖1 燈具布置方案一Fig.1 Lamp layout scheme 1

方案二的燈具布置方案如圖2所示，采用360°環形布置，在FIFA文件建議的禁止區內，燈具的投射角度不投射在禁區內，投射在球場2條禁區線之間的中場區域，LED燈具需要有較好的投射角度控制。

根據歐足聯2019/2016和根據亞足聯2018的要求[2]，燈具可以360°布置，如圖3和圖4所示，但是需要滿足安裝位置的要求，方案二根據歐足聯的標準要求360°布置燈具。

圖2 燈具布置方案二Fig.2 Lamp layout scheme 2

圖3 歐足聯2019/2016標準中屋頂燈具安裝要求Fig.3 Installation requirements of roof lamps in UEFA 2019/2016 standard

兩種方案都包括了環向馬道燈具布置以及四角布置燈具。第一種方案采用傳統方式設計為間斷性布置，避開藍色區域；第二種方案采用360°方案設計為整體馬道均勻布置燈具，從建筑美學、負載、照明效果等方面都更為優秀。根據計算對比，兩種方案都滿足 FIFA 標準的要求。表5為傳統布置燈具方式的主要照度計算值，表6為環形360°布置燈具方式的主要照度計算值。對比兩種燈具布置方式，環形360°布置燈具方式的照度指標普遍高于傳統布置燈具方式。水平照度平均值高3%，水平照度最小值高11.7%，水平照度均勻度U1高11%，水平照度均勻度U2高8%，主攝像機垂直照度平均值高7.4%，主攝像機垂直照度最大值高13.5%。

圖4 歐足聯2019/2016標準中角落燈具安裝要求Fig.4 Installation requirements of corner lamps in UEFA 2019/2016 standard

表5 傳統布置燈具方式的主要照度計算值

表6 環形360°布置燈具方式的主要照度計算值

為賽前、賽時提供烘托氣氛，體育場增設了46套LED-RGBW燈具做為賽時補光，針對本項目需求，分析其屋頂結構，設計以屋頂內部渲染為主，色彩可根據實際需求調整，控制方式靈活多變，預先設置多種演繹模式。

3 場地照明測試

體育場的場地水平和垂直照度測試，國內標準、國際足聯標準和歐足聯標準對比詳見表7。

2021年9月24日，第三方測試公司依據JGJ 153—2016對浦東足球場場地照明進行測試，主要測試結果如圖5和圖6所示。

表7 測試標準對比表

圖5 第三方測試數據與設計標準值對比圖一Fig.5 Comparison diagram of third-party test data and design standard value 1

圖6 第三方測試數據與設計標準值對比圖二Fig.6 Comparison diagram of third-party test data and design standard value 2

通過測試得知，實測場地照明指標達到設計要求的技術參數水平。設計要求顯色指數R9遠大于標準值20，測試結果為63.8，大大超過要求值。固定攝像機垂直照度平均值2 857 lx，大于設計值2 400 lx。設計要求顯色指數Ra大于標準值90，測試結果為92.7。色溫5 424 K，滿足標準值5 500 K。眩光指數小于標準值50，也滿足設計值40。均勻度U10.6滿足設計值，均勻度U20.74超過設計值。安全照明平均照度90 lx，遠超標準值20 lx。疏散照明平均照度45.7 lx，遠超標準值5 lx。場地照明實景圖如圖7所示。

圖7 夜間場地照明開啟的實景圖Fig.7 Real map of site lighting on at night

4 場地照明控制

采用DMX512控制系統，適當場地照明與音響、RGBW燈光、LED大屏幕、場地廣告牌、室外泛光照明進行同步編程操作，實現各種各樣的燈光秀表演效果。通過控制LED燈具的亮度，可讓LED具備開關或者漸變的效果。當體育場館內安裝了多套LED燈具時，通過不同組合變化，達到讓LED燈光進行表演的效果。

全彩可調的氛圍照明，可根據需求提供多種方案，如主場主隊代表色、客場客隊代表色的燈光設置；球迷坐席區色系個性化燈光設置；全場單色系、多色系的漸變燈光秀；賽前熱場、比賽間歇啦啦隊表演、散場歡快模式等燈光形式。

主體育場照明DMX 512控制系統根據實際需要進行設計，并根據控制模式要求編制程序，實現調光控制、燈光秀戲劇效果、遠程診斷的功能。調光線路需單獨敷設，與配電線路分離，避免信號干擾。

5 小結

體育場館的照明技術指標須與承擔的賽事要求協調，兼顧國內外標準，設計標準應滿足長遠要求。場地照明燈具的布置，需結合體育場館的馬道設置、燈具類型，采用投射角度控制較好的燈具，可采用環形布置，提升建筑美學，提高燈光秀的效果。大型體育建筑場地照明燈具應采用LED燈具，LED燈具節能效果顯著，控制手段多樣，可快速啟動，配電方便。但在選型LED燈具時，需關注燈具的啟動電流特性，穩態電流諧波，降低非線性設備帶來的電能質量問題。大型體育建筑場地照明燈具宜設置RGBW燈具，烘托現場氛圍，吸引球迷到體育場館觀賽。同時也為非賽時的運營提供支持。場地照明控制應采用DMX512協議，便于賽事設備集成管理，聯動場地擴聲、大屏幕顯示、場地LED廣告牌、室外泛光照明等，呈現全域聯動的現場效果。目前在RGBW大功率LED燈具在場館的應用需求凸顯，接下來需要深入研究彩色氛圍照明標準、RGBW燈具布設等定量指標，指導RGBW大功率LED燈具在專業足球場場地照明中的應用。