摘要：本文通過介紹體育場照明及電氣控制的設計，分析照明設計標準的選擇與照明參數(shù)的計算，闡明照明質量標準、照明燈具分類與布置方式及電氣控制設計中應注意的一些問題。
關鍵詞：體育場照明設計 電氣控制設計
1.體育場照明的重要性
對于一座現(xiàn)代化的體育場，不但要求建筑外形美觀大方、各種體育設備齊全完善，而且要求有良好的照明環(huán)境，即要求有合適、均勻的照度和亮度、理想的光色，有立體感及無眩光等。除保證滿足觀眾良好的視看效果外，還必須保證裁判員、運動員和比賽項目所需的照明要求以及應保證有良好的電視轉播效果。
照明是依靠光線的功能，保證燈光作用于運動員、裁判員、觀眾的眼睛、產生視覺，才能看見體育場地上的一切，如場地環(huán)境的明暗、物體建筑、器具及服裝等表面的顏色、觀看目標的形狀和大小、深度、立體感及運動員運動時的狀態(tài)和體育場的氣氛等等。所以，良好的照明在現(xiàn)代體育場中占有重要地位。
一般，在一個體育場的照明設計中，應考慮以下三方面的因素：
1滿足運動比賽時運動員的視覺要求，并且使燈光對比賽的客觀影響降到最低程度。
2滿足觀眾的視覺要求，使燈光對觀看比賽時所引起的不適感覺降低到最低程度。
3滿足彩電轉播的照明要求，盡可能提高轉播質量。
總之，照明與運動項目的比賽要求密切相關，與觀眾視看效果密切相關，沒有良好照明設施的體育場是不完整的體育場，必將嚴重影響它的使用功能。
2.體育場照明設計標準
為了得到良好的照明設計方案，合理利用光線的分布來滿足運動員、觀眾、裁判員視覺以及良好的電視轉播效果的要求，必需先確定照明標準，包括照度標準和照明質量標準。照明質量標準，其中包括眩光、光源色溫有顯色性要求，光的方向性、節(jié)能要求等。
2.1照度標準
根據(jù)國際體聯(lián)第83號推薦照度要求及《民用建筑照明設計標準》GBJ133－90中第2.2.9條中的規(guī)定，提出以下照度標準推薦值見表1。幾點說明：
1根據(jù)《民用建筑照明設計標準》GBJ133－90中第2.2.9－1條中規(guī)定：足球場比賽照度標準值：當觀看距離為120m時，為150～200～300lx；觀看距離為160m時，為200～300～500lx；觀看距離為200m時，為300～500～750lx.觀看距離指觀眾席最后一排到場地邊線的距離。
2根據(jù)《民用建筑照明設計標準》GBJ133－90中第2.2.9－2條中規(guī)定：電視轉播需要的垂直照度：拍攝距離分為三組，①對于足球項目而言，最在拍攝距離為25m時平均垂直照度應為750lx；拍攝距離為75m時平均垂直照度應為1000lx；拍攝距離為150m時平均垂直照度為1500lx；②對于田徑項目而言，拍攝距離為25m時平均垂直照度應為500lx；拍攝距離為75m平均垂直照度應為750lx；拍攝距離為150m時平均垂直照度為1000lx.上述每個垂直照度用于一個給定的運動等級和給定的最在拍攝距離相對于1.0m垂直面的值，各照度值的中間值用于其它拍攝距離。
3上述照度指體育場的最終平均照度，設計時選取的初始照度必須計入維護系數(shù)，一般可采用0.7～0.8的數(shù)值。
4水平照度的均勻度：照度均勻度一般用最小照度與照度之比表示，也可用最小照度與平均照度之比表示，最小照度與照度的比值應大于0.5.
5垂直照度的均勻度：最小照度與照度的比值應大于0.4，才能滿足主電視攝像的要求。
2.2照明質量標準
1眩光
體育照明的關鍵除提供足夠的水平和垂直照度以外，還需要減少眩光，從而達到亮而無眩光的效果。眩光是影響照明質量的最重要因素之一。根據(jù)CIE NO.83出版物“彩電系統(tǒng)的體育場地照明”，場內眩光指數(shù)GRmax應小于50.眩光額定值GR愈小，眩光限制愈好，眩光額定值為50時。眩光額定值GR由下列公式算出：
GR=27＋24LgLvl/Lve 0.9
1式中，Lvl是燈具產生的光幕亮度，Lve是環(huán)境產生的光幕亮度。一般在計算照度時，應計算不同方向的眩光額定值GR，在GR<50時，即可行。眩光的限制除了合理確定燈具的選型，安裝高度和排列方式外，還可以采取提高賽場背景照度的方法。
2光源色溫及顯色性要求
為達到良好的彩電轉播效果，體育場的照明質量不但與照度有關，而且與照明光源的色溫及顯色性有緊密關系。我國《民用建筑照明設計標準》GBJ133－90中第3.3.2條中規(guī)定：彩電轉播用一般光源顯色指數(shù)Ra不應小于65.依據(jù)CIE NO.83號出版物及國際足聯(lián)的要求，光源相關色溫Tc大于5000K和光源顯色指數(shù)Ra大于等于80，以達到的現(xiàn)場照明效果及彩電轉播效果。
3光的方向性
燈具的俯角不僅影響垂直照度，同時也對運動員、觀眾和裁判有可能產生較大眩光影響。對地體育場照明設計，應選擇好燈具的瞄準方向。另外，主攝像機與另一側過來的光線之比例應控制在一定范圍內，而照明的最重點是在足球場的中央及禁區(qū)設置。
4節(jié)能要求
照明節(jié)能重在采用合理的照明方案和高效的照明裝置，降低線路損耗及良好的照明控制。體育建筑屬照明用電較大的建筑項目，從節(jié)能意義上講，僅比較初始投資費用，而不以最低運行成本為基礎選擇得出的照明設計不是合理的設計，應根據(jù)具體情況，將初始投資及運行成本綜合加以考慮。
應選擇高效率的光源和燈具，采用能耗較低的鎮(zhèn)流器等附件，并加補償電容，提高系統(tǒng)的功率因數(shù)。照明設計應有多種開燈模式及對應的控制方案?？梢酝ㄟ^調節(jié)燈具數(shù)量，為不同需要的比賽和活動提供合適的照明，控制方案要簡單、實用，并具有較強的靈活性。
3.體育場照明設計的計算
體育場照明設計的照度計算通常有三種方法：一是單位面積容量估算法；二是平均照度計算法，用以計算被照面上的平均照度；三是逐點計算法，可以精確的計算出某一點的照度。
1單位面積容量估算法基本公式：
N=P×A/PL2
式中：N—泛光燈燈數(shù)；PL—每臺泛光燈功率W；P—單位面積功率W/m2；A—被照面積m2。
m=1/η×η1×U×U1×K3
式中：m—簡化系數(shù)；η—燈具效率；η1—光源效率，1m/W；U—利用系數(shù)；U1—照度均勻度；K—燈具維護系數(shù)，一般取0.7～0.8.
為簡化計算，按照η=0.6、U=0.75、U1=0.7、K=0.7給出不同光源的m值見表2.
P=m×E4
式中E為最小照度，lx.
2平均照度計算法，運用以下公式可以計算出燈具的數(shù)量。
N=E×A/η×F×K5
式中：N—燈具的數(shù)量個；E—表面平均照度lx，由表1查得：A—被照面面積m2；η—燈具的效率；F—光通量1m；K—維護系數(shù)，取0.7～0.8.以上兩種照度計算法應用較普遍，主要用于照度的估算，比較適合方案和初步設計階段。
3點光源逐點計算法
采用計算機軟件進行逐點計算。泛光燈的尺寸與其照射的距離相比要小的多，因此泛光燈可被當作點光源，一盞燈具照度計算的數(shù)學模型如公式6所示。
EΦcosα±D/h×sinαEh=ΨEh
6式中，Eh：一盞燈照射到垂直立面上產生的平均照度lx，Eh用公式7計算：
Eh=Iθ×cosθ/R27
Iθ—θ角照射方向的光強cd；R—光源至被照面間的距離m；h—光源至垂直立面的垂直計算距離m；D—R在垂直立面上的投影m；α—斜面與水平面的夾角，單位為度；θ—燈具光束中心與水平面的夾角，單位為度；Ψ—系數(shù)，Ψ=cosα±D/h×sinα。
關鍵詞：體育場照明設計 電氣控制設計
1.體育場照明的重要性
對于一座現(xiàn)代化的體育場，不但要求建筑外形美觀大方、各種體育設備齊全完善，而且要求有良好的照明環(huán)境，即要求有合適、均勻的照度和亮度、理想的光色，有立體感及無眩光等。除保證滿足觀眾良好的視看效果外，還必須保證裁判員、運動員和比賽項目所需的照明要求以及應保證有良好的電視轉播效果。
照明是依靠光線的功能，保證燈光作用于運動員、裁判員、觀眾的眼睛、產生視覺，才能看見體育場地上的一切，如場地環(huán)境的明暗、物體建筑、器具及服裝等表面的顏色、觀看目標的形狀和大小、深度、立體感及運動員運動時的狀態(tài)和體育場的氣氛等等。所以，良好的照明在現(xiàn)代體育場中占有重要地位。
一般，在一個體育場的照明設計中，應考慮以下三方面的因素：
1滿足運動比賽時運動員的視覺要求，并且使燈光對比賽的客觀影響降到最低程度。
2滿足觀眾的視覺要求，使燈光對觀看比賽時所引起的不適感覺降低到最低程度。
3滿足彩電轉播的照明要求，盡可能提高轉播質量。
總之，照明與運動項目的比賽要求密切相關，與觀眾視看效果密切相關，沒有良好照明設施的體育場是不完整的體育場，必將嚴重影響它的使用功能。
2.體育場照明設計標準
為了得到良好的照明設計方案，合理利用光線的分布來滿足運動員、觀眾、裁判員視覺以及良好的電視轉播效果的要求，必需先確定照明標準，包括照度標準和照明質量標準。照明質量標準，其中包括眩光、光源色溫有顯色性要求，光的方向性、節(jié)能要求等。
2.1照度標準
根據(jù)國際體聯(lián)第83號推薦照度要求及《民用建筑照明設計標準》GBJ133－90中第2.2.9條中的規(guī)定，提出以下照度標準推薦值見表1。幾點說明：
1根據(jù)《民用建筑照明設計標準》GBJ133－90中第2.2.9－1條中規(guī)定：足球場比賽照度標準值：當觀看距離為120m時，為150～200～300lx；觀看距離為160m時，為200～300～500lx；觀看距離為200m時，為300～500～750lx.觀看距離指觀眾席最后一排到場地邊線的距離。
2根據(jù)《民用建筑照明設計標準》GBJ133－90中第2.2.9－2條中規(guī)定：電視轉播需要的垂直照度：拍攝距離分為三組，①對于足球項目而言，最在拍攝距離為25m時平均垂直照度應為750lx；拍攝距離為75m時平均垂直照度應為1000lx；拍攝距離為150m時平均垂直照度為1500lx；②對于田徑項目而言，拍攝距離為25m時平均垂直照度應為500lx；拍攝距離為75m平均垂直照度應為750lx；拍攝距離為150m時平均垂直照度為1000lx.上述每個垂直照度用于一個給定的運動等級和給定的最在拍攝距離相對于1.0m垂直面的值，各照度值的中間值用于其它拍攝距離。
3上述照度指體育場的最終平均照度，設計時選取的初始照度必須計入維護系數(shù)，一般可采用0.7～0.8的數(shù)值。
4水平照度的均勻度：照度均勻度一般用最小照度與照度之比表示，也可用最小照度與平均照度之比表示，最小照度與照度的比值應大于0.5.
5垂直照度的均勻度：最小照度與照度的比值應大于0.4，才能滿足主電視攝像的要求。
2.2照明質量標準
1眩光
體育照明的關鍵除提供足夠的水平和垂直照度以外，還需要減少眩光，從而達到亮而無眩光的效果。眩光是影響照明質量的最重要因素之一。根據(jù)CIE NO.83出版物“彩電系統(tǒng)的體育場地照明”，場內眩光指數(shù)GRmax應小于50.眩光額定值GR愈小，眩光限制愈好，眩光額定值為50時。眩光額定值GR由下列公式算出：
GR=27＋24LgLvl/Lve 0.9
1式中，Lvl是燈具產生的光幕亮度，Lve是環(huán)境產生的光幕亮度。一般在計算照度時，應計算不同方向的眩光額定值GR，在GR<50時，即可行。眩光的限制除了合理確定燈具的選型，安裝高度和排列方式外，還可以采取提高賽場背景照度的方法。
2光源色溫及顯色性要求
為達到良好的彩電轉播效果，體育場的照明質量不但與照度有關，而且與照明光源的色溫及顯色性有緊密關系。我國《民用建筑照明設計標準》GBJ133－90中第3.3.2條中規(guī)定：彩電轉播用一般光源顯色指數(shù)Ra不應小于65.依據(jù)CIE NO.83號出版物及國際足聯(lián)的要求，光源相關色溫Tc大于5000K和光源顯色指數(shù)Ra大于等于80，以達到的現(xiàn)場照明效果及彩電轉播效果。
3光的方向性
燈具的俯角不僅影響垂直照度，同時也對運動員、觀眾和裁判有可能產生較大眩光影響。對地體育場照明設計，應選擇好燈具的瞄準方向。另外，主攝像機與另一側過來的光線之比例應控制在一定范圍內，而照明的最重點是在足球場的中央及禁區(qū)設置。
4節(jié)能要求
照明節(jié)能重在采用合理的照明方案和高效的照明裝置，降低線路損耗及良好的照明控制。體育建筑屬照明用電較大的建筑項目，從節(jié)能意義上講，僅比較初始投資費用，而不以最低運行成本為基礎選擇得出的照明設計不是合理的設計，應根據(jù)具體情況，將初始投資及運行成本綜合加以考慮。
應選擇高效率的光源和燈具，采用能耗較低的鎮(zhèn)流器等附件，并加補償電容，提高系統(tǒng)的功率因數(shù)。照明設計應有多種開燈模式及對應的控制方案?？梢酝ㄟ^調節(jié)燈具數(shù)量，為不同需要的比賽和活動提供合適的照明，控制方案要簡單、實用，并具有較強的靈活性。
3.體育場照明設計的計算
體育場照明設計的照度計算通常有三種方法：一是單位面積容量估算法；二是平均照度計算法，用以計算被照面上的平均照度；三是逐點計算法，可以精確的計算出某一點的照度。
1單位面積容量估算法基本公式：
N=P×A/PL2
式中：N—泛光燈燈數(shù)；PL—每臺泛光燈功率W；P—單位面積功率W/m2；A—被照面積m2。
m=1/η×η1×U×U1×K3
式中：m—簡化系數(shù)；η—燈具效率；η1—光源效率，1m/W；U—利用系數(shù)；U1—照度均勻度；K—燈具維護系數(shù)，一般取0.7～0.8.
為簡化計算，按照η=0.6、U=0.75、U1=0.7、K=0.7給出不同光源的m值見表2.
P=m×E4
式中E為最小照度，lx.
2平均照度計算法，運用以下公式可以計算出燈具的數(shù)量。
N=E×A/η×F×K5
式中：N—燈具的數(shù)量個；E—表面平均照度lx，由表1查得：A—被照面面積m2；η—燈具的效率；F—光通量1m；K—維護系數(shù)，取0.7～0.8.以上兩種照度計算法應用較普遍，主要用于照度的估算，比較適合方案和初步設計階段。
3點光源逐點計算法
采用計算機軟件進行逐點計算。泛光燈的尺寸與其照射的距離相比要小的多，因此泛光燈可被當作點光源，一盞燈具照度計算的數(shù)學模型如公式6所示。
EΦcosα±D/h×sinαEh=ΨEh
6式中，Eh：一盞燈照射到垂直立面上產生的平均照度lx，Eh用公式7計算：
Eh=Iθ×cosθ/R27
Iθ—θ角照射方向的光強cd；R—光源至被照面間的距離m；h—光源至垂直立面的垂直計算距離m；D—R在垂直立面上的投影m；α—斜面與水平面的夾角，單位為度；θ—燈具光束中心與水平面的夾角，單位為度；Ψ—系數(shù)，Ψ=cosα±D/h×sinα。