朱晨旭

(廣州市天作建筑規(guī)劃設(shè)計(jì)有限公司，廣東廣州 510623)

1 概述

太湖縣體育中心位于太湖縣中南部，東臨高坦南路，南接外環(huán)南路，西靠建設(shè)南路，北接學(xué)士路，用地為山丘地貌，現(xiàn)有高程在55.2 m～70.9 m之間。其中綜合體育館為13 748.7 m2，座位4 587座，其中可活動(dòng)座位1 004座，主要功能是能承辦市級(jí)綜合體育運(yùn)動(dòng)及省級(jí)重點(diǎn)體育賽事(手球、籃球?yàn)橹?。體育館中心為矩形比賽場(chǎng)地，周圍為圓形觀眾廳，還可滿足文藝匯演、大型集會(huì)的需要。

2 照明指標(biāo)要求

2.1 光源(Ra，Tcp)

體育館手球比賽場(chǎng)地根據(jù)電視轉(zhuǎn)播的照明要求，需滿足一般顯色指數(shù)Ra≥80，相關(guān)色溫Tcp≥4 000 K的規(guī)定。結(jié)合比賽場(chǎng)地大小及光源安裝高度，宜選用金屬鹵化物燈。

2.2 照度(水平照度、垂直照度)

體育館水平照度是指比賽場(chǎng)地地面的水平照度，用來(lái)確定眼睛在視眼范圍內(nèi)的適應(yīng)狀態(tài)，是體育館照明的重要指標(biāo)。體育館垂直照度是指比賽場(chǎng)地地面以上1.5 m處的垂直平面上的照度，包括主攝像機(jī)方向和輔攝像機(jī)方向的垂直照度。垂直照度是衡量照射在運(yùn)動(dòng)員面部和身上的光對(duì)攝像機(jī)和觀眾提供的辨認(rèn)度，是評(píng)價(jià)目標(biāo)立體感的重要指標(biāo)。

2.3 照度均勻度及立體感

照度均勻度是評(píng)價(jià)比賽場(chǎng)地照度變化的指標(biāo)，可取U1(最小照度與最大照度之比)和U2(最小照度與平均照度之比)兩個(gè)數(shù)值，對(duì)水平和垂直方向照度分別衡量。照度均勻度直接影響立體感，不同的照度均勻度產(chǎn)生的光影效果不同，從而形成相異的造型效果。

2.4 眩光指數(shù)(燈具投射方向及環(huán)境亮度)

眩光指數(shù)是評(píng)價(jià)比賽場(chǎng)地照明對(duì)人眼引起不舒適感覺(jué)主觀反應(yīng)的心理物理量。體育館照明必須根據(jù)比賽特點(diǎn)設(shè)計(jì)比賽場(chǎng)地照明，燈具的安裝位置和高度及投射角度應(yīng)降低眩光，滿足眩光指數(shù)GR≤30的要求。

2.5 觀眾席照明

觀眾席照明除了為觀眾提供必要照明外，而且可以改善環(huán)境亮度抑制眩光，為電視轉(zhuǎn)播提供一個(gè)良好的背景環(huán)境。

3 照明設(shè)計(jì)及分析

3.1 照明方式設(shè)計(jì)及馬道設(shè)置

體育館下部主體采用鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，上部屋蓋為拱支(立體)桁架結(jié)構(gòu)，主要由七榀跨度為67.96 m～119.10 m的立體圓鋼管桁架(其中跨度為119.10 m的桁架直接落地)及兩側(cè)六榀跨度為25.76 m～25.85 m的方鋼管拱組成。根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)條件及主要比賽項(xiàng)目要求，燈具以帶形布置在比賽場(chǎng)地邊線兩側(cè)，并應(yīng)超出比賽場(chǎng)地端線。結(jié)合結(jié)構(gòu)桁架設(shè)置充足數(shù)量的馬道，不僅可以為比賽照明燈具提供安裝位置和投射角度，而且可以承載多個(gè)相關(guān)專業(yè)的設(shè)備安裝和管線敷設(shè)，在將來(lái)的體育館運(yùn)營(yíng)中，使設(shè)備維護(hù)工作安全簡(jiǎn)便。體育館在長(zhǎng)軸平行的兩條馬道布置了：

比賽場(chǎng)地照明燈具：金屬鹵化物燈/1 kW，46套;

觀眾席照明燈具：金屬鹵化物燈/400 W，50套;

應(yīng)急安全照明燈具：鹵素?zé)?1 kW，30套。

體育館比賽場(chǎng)地照明選用金屬鹵化物燈需要綜合考慮光效、光效維持率、光源平均壽命等多個(gè)因素，才能創(chuàng)造高效、節(jié)能、舒適的光照環(huán)境。選用光效維持率較高的產(chǎn)品，可以確保體育館在運(yùn)行期間有穩(wěn)定的照明效果;選用平均壽命長(zhǎng)的產(chǎn)品，可以減少維護(hù)的費(fèi)用。

體育館作為公共建筑應(yīng)滿足綠色照明工程的要求，除了照明光源、燈具及電器附件應(yīng)滿足相應(yīng)的能效標(biāo)準(zhǔn)外，應(yīng)通過(guò)科學(xué)合理的照明設(shè)計(jì)提高照明品質(zhì)。

3.2 照明計(jì)算和測(cè)量

體育館比賽場(chǎng)地尺寸為40 m×20 m，水平照度的參考高度為1.0 m，垂直照度的參考高度為1.5 m，主攝像機(jī)設(shè)置在賽場(chǎng)兩側(cè)看臺(tái)上，輔攝像機(jī)設(shè)置在賽場(chǎng)兩端，照度計(jì)算網(wǎng)格取2 m×2 m，投光燈的尺寸與光源到比賽場(chǎng)地計(jì)算點(diǎn)的距離相比小的多，因此可將投光燈視為點(diǎn)光源，每個(gè)投光燈光源(定義S點(diǎn))對(duì)比賽場(chǎng)地的任一點(diǎn)(定義P點(diǎn))產(chǎn)生的照度計(jì)算如下：設(shè)S點(diǎn)坐標(biāo)為(x，y，z)，P點(diǎn)坐標(biāo)為(xP，yP，zO)，可以計(jì)算：光源對(duì)P點(diǎn)的入射角δ：

P點(diǎn)的水平面照度Eh：

P點(diǎn)的垂直面照度Ev：

P點(diǎn)的縱向垂直照度Evx：

P點(diǎn)的橫向垂直照度Evy：

查投光燈的光強(qiáng)光通分布圖可得投光燈射向P點(diǎn)的光強(qiáng)值I(α·β)，采用專業(yè)照明設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行逐點(diǎn)計(jì)算，得到比賽場(chǎng)地各網(wǎng)格的照度、照度均勻度、照度比率等技術(shù)指標(biāo)。對(duì)計(jì)算結(jié)果優(yōu)化分析，調(diào)整各投光燈的安裝坐標(biāo)、瞄準(zhǔn)角度達(dá)到最佳照明效果。根據(jù)球類比賽電視轉(zhuǎn)播的需要，攝像機(jī)對(duì)比賽場(chǎng)地的垂直照度具有較高的要求，特別是比賽場(chǎng)地的球門區(qū)、角區(qū)、中圈等處，攝像機(jī)在這些地方拍攝幾率很高，需要提高照明質(zhì)量滿足特寫拍攝和錄像仲裁的需要。根據(jù)比賽需要，主攝像機(jī)設(shè)置在賽場(chǎng)兩側(cè)看臺(tái)上，輔攝像機(jī)設(shè)置在賽場(chǎng)兩端球門邊線、端線后面。平行比賽場(chǎng)地四邊的四個(gè)方向垂直照度分別為Ev1，Ev2，Ev3，Ev4，當(dāng)水平照度Eh與Ev1，Ev2，Ev3，Ev4比較接近時(shí)，比賽人員或球體的立體感較差，缺乏層次，難以看清;另一方面，當(dāng)這五個(gè)參數(shù)差別較大時(shí)，會(huì)造成比賽人員或球體的外形扭曲，變形失真。根據(jù)人體視覺(jué)的特點(diǎn)，當(dāng)水平照度與任一面垂直照度的比值都控制在0.5～2之間，體育比賽的立體感是比較合適的。

因?yàn)楦麒旒苄螤钋€差異，本體育館場(chǎng)地照明裝置不對(duì)稱分布，所以照度測(cè)量必須覆蓋整個(gè)場(chǎng)地。照度測(cè)量網(wǎng)格取照度計(jì)算網(wǎng)格的2倍，即取4 m×4 m，本場(chǎng)地共分50個(gè)測(cè)量網(wǎng)格，以各網(wǎng)格中心點(diǎn)為測(cè)量點(diǎn)。水平照度測(cè)量時(shí)，光電接收器放置在場(chǎng)地上方的水平面上;垂直照度測(cè)量時(shí)，對(duì)固定位置攝像機(jī)時(shí)光電接收器接受面應(yīng)垂直于攝像機(jī)鏡頭的光軸，對(duì)不固定位置攝像機(jī)時(shí)分別測(cè)量與網(wǎng)格四邊平行的四個(gè)垂直面上的照度。照度測(cè)量應(yīng)避免測(cè)量人員對(duì)測(cè)量點(diǎn)的遮擋而造成測(cè)量結(jié)果的偏差，并應(yīng)待光源的光輸出穩(wěn)定后才開(kāi)始測(cè)量。體育館照明系統(tǒng)安裝調(diào)試完成后，應(yīng)在照明燈具燃點(diǎn)時(shí)間累積100 h以后才進(jìn)行安排測(cè)量工作。光電接受器對(duì)溫度改變的敏感性受光電池連接電路內(nèi)阻的影響，應(yīng)注意減少環(huán)境溫度等因素對(duì)測(cè)量?jī)x器的影響。一般認(rèn)為，當(dāng)觀眾席照度控制在比賽場(chǎng)地照度10%～25%時(shí)，既可以滿足觀看比賽的需要，又可以減少眩光現(xiàn)象。觀眾席照明充分利用比賽場(chǎng)地照明的溢出光，根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和觀眾席位布置，設(shè)置部分專用的觀眾席照明燈具作為補(bǔ)充。比賽照明配置光學(xué)控光附件以減少眩光，比賽場(chǎng)地周圍的看臺(tái)、平臺(tái)、圍欄等選擇反射系數(shù)適中的材料，通過(guò)較好的對(duì)比度控制，達(dá)到合適的背景亮度突顯比賽視覺(jué)效果的目的。

3.3 智能照明控制系統(tǒng)

體育館采用智能照明控制系統(tǒng)，以計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)為基礎(chǔ)，集散型結(jié)構(gòu)框架，照明控制回路根據(jù)不同比賽項(xiàng)目和不同使用功能的照明要求分組，結(jié)合比賽場(chǎng)地照明、觀眾席照明、應(yīng)急安全照明統(tǒng)一控制。智能照明控制系統(tǒng)可以通過(guò)修改程序增減控制范圍和控制對(duì)象的數(shù)量，改變控制方案，給體育館的綜合使用帶來(lái)很大方便。系統(tǒng)采用時(shí)序控制方式，避免大量投光燈同時(shí)啟動(dòng)而產(chǎn)生過(guò)大的沖擊電流。系統(tǒng)設(shè)置在二層燈光控制室內(nèi)，由一臺(tái)監(jiān)控電腦，一臺(tái)管理控制器，三臺(tái)智能照明控制柜組成。系統(tǒng)的主要功能包括：自動(dòng)定時(shí)與照度控制、燈具保護(hù)控制、狀態(tài)參數(shù)檢測(cè)、應(yīng)急照明自動(dòng)啟動(dòng)、系統(tǒng)管理與控制、計(jì)算機(jī)仿真燈位顯示等。

根據(jù)本體育館的實(shí)際運(yùn)營(yíng)情況，系統(tǒng)預(yù)設(shè)置手球彩轉(zhuǎn)、手球比賽、手球訓(xùn)練、籃球彩轉(zhuǎn)、籃球比賽、籃球訓(xùn)練、應(yīng)急照明、清掃、匯演、觀眾進(jìn)退場(chǎng)十種開(kāi)關(guān)模式。智能照明控制系統(tǒng)近年來(lái)在國(guó)內(nèi)外體育場(chǎng)館廣泛應(yīng)用，技術(shù)日益成熟可靠。

3.4 照明配電設(shè)計(jì)

體育館采用兩路獨(dú)立10 kV市電供電，兩路電源互為補(bǔ)充，應(yīng)急照明使用碘鎢燈，在雙電源末端另加集中EPS供電，保障供電的可靠性。在手球比賽的賽事轉(zhuǎn)播中，常使用高速攝影技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)慢動(dòng)作回放功能，為了避免因電源頻率而導(dǎo)致拍攝物的照明強(qiáng)度次序不斷改變產(chǎn)生的頻閃現(xiàn)象，盡量將照射到同一照明區(qū)域內(nèi)的不同燈具接到不同相的線路上，燈具采用高頻電子鎮(zhèn)流器。

4 結(jié)語(yǔ)

體育館照明設(shè)計(jì)滿足合適的照度水平、照度均勻度和眩光控制條件時(shí)，才能為體育比賽提供一個(gè)良好的視覺(jué)環(huán)境。照明設(shè)計(jì)需要對(duì)比賽場(chǎng)地照明需求有充分的理解，并綜合各種相關(guān)的產(chǎn)品特性和技術(shù)分析，以滿足預(yù)期的照明需求。

［1］ 北京照明學(xué)會(huì)照明設(shè)計(jì)專業(yè)委員會(huì).照明設(shè)計(jì)手冊(cè)［M］.第2版.北京：中國(guó)電力出版社，2006：223-229.

［2］ 李炳華，王玉卿.現(xiàn)代體育場(chǎng)館照明指南［M］.北京：中國(guó)電力出版社，2004.

［3］ 楊公俠.視覺(jué)與視覺(jué)環(huán)境［M］.上海：同濟(jì)大學(xué)出版社，2002.