國(guó)家體育場(chǎng)場(chǎng)地照明設(shè)計(jì)概論

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1.場(chǎng)地照明標(biāo)準(zhǔn)
    國(guó)家體育場(chǎng)主要競(jìng)賽項(xiàng)目有田徑、足球,其主要照明指標(biāo)應(yīng)由業(yè)主單位在體育工藝中提出,在體育工藝條件沒提出之前,場(chǎng)地照明可以參考表1所列的標(biāo)準(zhǔn),國(guó)家體育場(chǎng)應(yīng)同時(shí)滿足表1的要求。
    1.1照度
    運(yùn)動(dòng)員所需的照明水平與觀眾不一樣,運(yùn)動(dòng)員置身于賽場(chǎng)之中,相對(duì)而言視線距離較近,因而相對(duì)較低的照明水平就可滿足比賽需要;而觀眾則不同,他們的目的就是觀看比賽,相對(duì)說來,觀眾視線較遠(yuǎn),觀看點(diǎn)相對(duì),照明要求是隨著觀看距離的增加而提高,因此,照度是觀眾觀看是否清楚的關(guān)鍵;彩色電視技術(shù)與體育競(jìng)賽聯(lián)系十分緊密,促使體育比賽在全球范圍內(nèi)迅速推廣和普及,彩色電視技術(shù)的發(fā)展對(duì)照明水平要求越來越高,黑白電視、彩色電視、高清晰度電視,每一次技術(shù)進(jìn)步就意味著照明標(biāo)準(zhǔn)的提高;而攝影則有別于攝像,它是通過膠片感光記錄競(jìng)技場(chǎng)面的,照片或電影效果的好壞主要取決于曝光量、清新度、顯色性等因素;賽場(chǎng)上還有一類群體也應(yīng)得以關(guān)注,這就是場(chǎng)地四周的廣告,廣告只要能被現(xiàn)場(chǎng)看清楚,并能通過電視等媒體消費(fèi)的傳播即可。
    運(yùn)動(dòng)員的可見度既與垂直照度有關(guān),又與水平照度有關(guān),合適比例的水平照度和垂直照度才使物體具有立體感,物體生動(dòng)、活潑。垂直照度取決于泛光燈的投射方式和位置,由于水平照度易于計(jì)算和測(cè)量,因此照度推薦值多用水平照度。觀眾數(shù)量因賽場(chǎng)的不同差異較大,而觀看距離與賽場(chǎng)的容量有關(guān),所有賽場(chǎng)所要求的照度隨體育場(chǎng)的增大而增加。
    1.1.1水平照度
    1.2照度均勻度
    CIE57要求:
    照度均勻度至少應(yīng)為U2=Emin/Eave=11.5,即0.67.但由于多種實(shí)際因素的限制,低照度情況下很難達(dá)到理想的照度均勻度,只要燈具許可和經(jīng)濟(jì)條件允許,照度均勻度U2應(yīng)不低于12.5,即0.4.
    綜合上述標(biāo)準(zhǔn),照度均勻度按表16設(shè)計(jì)。
    1.3照度梯度
    1.4眩光
    1.5色彩
    1.5.1色溫Color temperatrueTk
    1.5.2顯色性Color renderingRa
    1.6綜合照明指標(biāo)
    2.場(chǎng)地照明的其它要求
    2.1亮度均勻度
    場(chǎng)地照明除對(duì)照度均勻度有要求外,對(duì)亮度也有要求,應(yīng)該說明一下,人眼睛看到的是物體的亮度而不是照度。亮度變化較大,尤其亮度突變,對(duì)人視覺產(chǎn)生不舒服的感覺。
    2.2立體感
    由于水平照度易于說明、計(jì)算、測(cè)量,水平面上的照度得以普遍應(yīng)用。然而,運(yùn)動(dòng)員和觀眾的可見度取決于水平照度值和垂直面的照度的值,因此,物體的立體感與水平照度和不同方向的垂直照度的比例有關(guān),不同比例的照度產(chǎn)生不同的光影效果,也就形成了不同的物體造型效果。對(duì)任一點(diǎn)來說,有無數(shù)個(gè)垂直面,為了方便起見,只考慮適當(dāng)角度的兩個(gè)垂直面,如圖1所示。
    如果Eh、Ev1、Ev2、Ev3、Ev4、比較接近,燈光下的運(yùn)動(dòng)員或物體的立體感較差,物體缺乏層次,不生動(dòng),很難看清三維空間的物體。另一方面,如果這五個(gè)參數(shù)差別較大,會(huì)造成物體立體感失真,運(yùn)動(dòng)員或物體外形變形和扭曲。由于視點(diǎn)來自各個(gè)方向,對(duì)于場(chǎng)地照明來說,通常采用某一點(diǎn)各個(gè)面的平均照度值。一般地說,如果水平照度不大于四個(gè)面任一面垂直照度的兩倍,這時(shí)的立體感是可以接受的。
    2.3眩光燈布置
    對(duì)每個(gè)工程泛光燈的數(shù)量由場(chǎng)地內(nèi)的照度確定。四角布置方式,燈塔數(shù)量比側(cè)向布燈少,因此,光線進(jìn)入運(yùn)動(dòng)員或觀眾的視野內(nèi)也較少。另一方向,四角布燈用的泛光燈數(shù)量比側(cè)向布燈要多,從球場(chǎng)任一點(diǎn)看,四角布燈每個(gè)燈塔泛光燈的光強(qiáng)之和比側(cè)向布燈多塔或光帶方式的光強(qiáng)要大。實(shí)驗(yàn)表明,很難在兩種布燈方式間作出選擇。通常,布燈方式的選擇和燈塔的準(zhǔn)確位置更多地取決于造價(jià)或場(chǎng)地條件,而不是照明因素。
    CIE建議不要將眩光和照度聯(lián)在一起,因?yàn)樵谄渌蛩叵嗤瑫r(shí),隨著照度增加,人眼的適應(yīng)水平也在增加,實(shí)際上,對(duì)眩光的的敏感程度不受影響。
    2.3.2泛光燈光強(qiáng)分布
    無論四角布燈還是側(cè)向布燈,泛光燈一定要采用窄光束的燈具,以照射到離燈最遠(yuǎn)的賽場(chǎng)區(qū)域,光束十分之一光強(qiáng)與光強(qiáng)之間的夾角不應(yīng)大于12°,超出這范圍過多的溢出光也能產(chǎn)生眩光。
    2.3.3燈具的投射方向
    為有效地滿足照度的要求,泛光燈必須在其整個(gè)壽命期內(nèi)準(zhǔn)確瞄準(zhǔn)并保持設(shè)計(jì)位置。對(duì)運(yùn)動(dòng)員來說,守門員最易受攻擊,因此,守門員是否受到眩光控制的重要。至于眩光,對(duì)觀眾而言,球場(chǎng)側(cè)面公共區(qū)域的前部和球門后面觀看條件最差,在設(shè)計(jì)泛光燈的投射方向時(shí),這些位置都被用來考核眩光控制優(yōu)劣的缺點(diǎn),第3章“場(chǎng)地照明方式”將詳細(xì)說明。
    2.3.4環(huán)境亮度
    運(yùn)動(dòng)員和觀眾所看到的泛光燈外表殼度取決于人的視線從明亮的球場(chǎng)移到燈具時(shí)的亮度梯度。球場(chǎng)周圍有看臺(tái)、平臺(tái)、圍欄,它們的反射系數(shù)適中,只要這些區(qū)域的照度大約為賽場(chǎng)度的四分之一,眩光的影響將大為減少。因此,重要的看臺(tái)的顏色不要太暗。這些區(qū)域的照度值通常能用泛光燈的溢出光實(shí)驗(yàn),當(dāng)然,泛光燈要滿足2.3.2部分的光強(qiáng)控制要求。
    在沒有看臺(tái)和平臺(tái)的小場(chǎng)地,常見的問題是環(huán)境亮度較低。少數(shù)能提高環(huán)境度。然而,已經(jīng)發(fā)現(xiàn):球場(chǎng)周圍的較低淺色的圍欄可以顯著改善泛光燈的視覺效果。國(guó)家體育場(chǎng)附場(chǎng)可能會(huì)遇到這個(gè)問題。
    2.3.5觀眾席照明
    觀眾席照明有三個(gè)目的:一是為觀眾提供必要的照明;二改善環(huán)境亮度,使場(chǎng)地-觀眾席-泛光燈自然過渡,不出現(xiàn)亮度突變,有利于眩光控制;三是有利于彩色電視攝像,產(chǎn)生層次分明的背景環(huán)境。
    由表16可知,觀眾席平均垂直照度應(yīng)不小于場(chǎng)地照明平均垂直照度的25%。
    如何設(shè)置觀眾席照明目前有兩種方法:一是設(shè)置專用的觀眾席照明燈具,例如,2002年日-韓世界杯札幌圓頂體育場(chǎng)、阿姆斯特丹體育場(chǎng)、廣東奧林匹克體育場(chǎng)等采用了專用觀眾席照明燈具;另一種為場(chǎng)地照地照明燈具的溢出光給觀眾席照明,只要能滿足觀眾席照明要求,這種方法還是比較經(jīng)濟(jì)的,北京工人體育場(chǎng)、2000奧運(yùn)會(huì)主體育場(chǎng)—Stadium Australia等沒有專門觀眾席照明燈具。
    3.場(chǎng)地照明方式
    3.1場(chǎng)地照明方式的選擇
    國(guó)家體育場(chǎng)帶可開啟的屋頂,其建筑、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)決定了場(chǎng)地照明方式只能選擇同式光帶布燈Side lighting arrangements,四角式、周邊式、混合式布燈不適合國(guó)家體育場(chǎng)。如果側(cè)向式布燈不能滿足田徑比賽要求,可以將側(cè)向式布燈向南北兩方向適當(dāng)延長(zhǎng)。側(cè)向面燈的特點(diǎn)是照度均勻,用電量少造價(jià)較低,眩光較小,維護(hù)方便。適合足球田徑、網(wǎng)球等比賽。
    圖2顯示了側(cè)向布燈推薦位置,從球場(chǎng)長(zhǎng)軸方向看過去,α的最小值20°只適用于訓(xùn)練場(chǎng)和低級(jí)別的賽場(chǎng),因?yàn)榇藭r(shí)眩光控制水平較低。因此,國(guó)家體育場(chǎng)采用α≈25°,因?yàn)檫@樣設(shè)計(jì)眩光控制的較好,同時(shí)又有較高的垂直照度。α值再增大,有利于控制眩光,但垂直照度分量減少,泛光燈或馬道的投資將大大增加,結(jié)構(gòu)的荷增也增大。
    邊線附近對(duì)泛光燈的仰角由角度β決定,如果水平照度與垂直照度之間有恰當(dāng)?shù)谋壤瑒tβ角不應(yīng)大于75°
    大多數(shù)情況下,,裝在屋頂上的照明裝置有兩排,一排在雨棚的邊緣,另一排在雨棚的中部或后部。國(guó)家體育場(chǎng)將通過計(jì)算并進(jìn)行技術(shù)、經(jīng)濟(jì)比較最終確定照明裝置的排數(shù)。如果東西看臺(tái)各設(shè)一條馬道,則有可能在馬道上裝兩排燈;另一種方案為東西看臺(tái)各設(shè)兩條馬道,每條馬道各裝一排燈。
    值得說明一下,“國(guó)家體育場(chǎng)項(xiàng)目可行性研究報(bào)告”提出“每側(cè)布燈總長(zhǎng)大于180m”是不合適的。表1第2個(gè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定,為了保證守門員及在角球區(qū)附近進(jìn)攻的球員有良好的視線條件,以球門線中點(diǎn)為基準(zhǔn),底線兩側(cè)至少15°之內(nèi)不能布置照明裝置,參見圖3所示。
    3.2馬道的確定
    如上所述,通過照明計(jì)算,并結(jié)合體育場(chǎng)建筑、結(jié)構(gòu)特點(diǎn),最終確定馬道的數(shù)量、位置、高度等。如圖2所示,泛光燈距地至少15m,并α≈25°,45°≤β≤75°。馬道高度按1式計(jì)算:
    h=d.tgα
    1式中,h、d為通過泛光燈、平行于底邊、垂直于球場(chǎng)平面的三角形平面的兩條直角邊,其中,d—燈的高度;d—另一條直角邊參見圖2。
    總而言之,擬在東西看臺(tái)屋頂適當(dāng)位置各設(shè)一條或兩條馬道gantry,燈具及其鎮(zhèn)流器箱、電纜、配電控制柜等均安裝在馬道上。馬道寬不小于1200mm.為了減小荷載,鎮(zhèn)流器箱一燈一箱均勻安裝在馬道上。為便于照明控制,配電控制柜深入到場(chǎng)地照明燈具中心,每條馬道安放2~3個(gè)控制柜,盡量減小供電距離。EPS或UPS及其雙電源切換柜安裝在馬道附近的配電間內(nèi)。以400盞燈為例子,如果兩條馬道,每條馬道各安裝200盞燈,每條馬道設(shè)2個(gè)控制柜,每臺(tái)控制柜各為100盞燈供電,每臺(tái)柜供電容量為200kW,燈容量200kW+鎮(zhèn)流器容量≈230kW.因此,230kW的EPS需要至少4臺(tái)柜子750×650×2200,外加電源切換柜,需要在馬道附近設(shè)置場(chǎng)地照明配電控制間。
    3.3攝像機(jī)對(duì)照明的要求
    2008年奧運(yùn)會(huì)賽事要向全球轉(zhuǎn)播,有HDTV、普通TV、慢運(yùn)作攝像、固定機(jī)位、移動(dòng)攝像、應(yīng)急電視等,攝像機(jī)多了,要求各點(diǎn)的垂直照度也高,尤其注意起跑線、終點(diǎn)線、投擲區(qū)、起跳點(diǎn)線、落地點(diǎn)、過桿處等處的垂直照度,攝像機(jī)在這些地方拍攝幾率很高。而且錄像仲裁也使用相關(guān)的影像資料進(jìn)行裁決。田徑比賽還有特殊的攝像機(jī),即110m長(zhǎng)的導(dǎo)軌攝像機(jī)rail camera,它沿著東西兩側(cè)直線跑道外側(cè)敷設(shè),隨著運(yùn)動(dòng)員跑步而移動(dòng),該段各點(diǎn)的垂直照度要求都很高。特寫拍攝也是常用的,而特寫拍攝要求有很高的照明質(zhì)量。
    圖5攝像機(jī)位是國(guó)際足聯(lián)認(rèn)可的攝像基本機(jī)位簡(jiǎn)稱POV‘s,根據(jù)需要,還可另外增加電視攝像的機(jī)位。
    Cam.1,機(jī)位1,主攝像機(jī)位置;
    Cam.1,機(jī)位2,通過角球區(qū)上方;
    Cam.3,機(jī)位3,球門后方,位置較高;
    Cam.4、5,機(jī)位4、5,球門后,位置較低;
    Cam.6、7、8,機(jī)位6、7、8,位置較低;
    Cam.9,機(jī)位9,相反視角;
    攝像機(jī)最少設(shè)三個(gè),即Cam.1、2、4
    而舉辦奧運(yùn)會(huì)的綜合性主體育場(chǎng)只有9個(gè)機(jī)位顯然是不夠的,在2000年第27屆悉尼奧運(yùn)會(huì)田徑比賽期間,主體育場(chǎng)Stadium Australia共設(shè)28個(gè)機(jī)位,77臺(tái)攝像機(jī)。
    3.4附場(chǎng)照明
    附場(chǎng)采用多塔式側(cè)向布燈,或采用四角式布燈,燈具和光源同主場(chǎng)。