国家体育场场地照明设计概论.docx

1、国家体育场场地照明设计概论国家体育场场地照明设计概论1.场地照明标准国家体育场主要竞赛项目有田径、足球，其主要照明指标应由业主单位在体育工艺中提出，在体育工艺条件没提出之前，场地照明可以参考表1所列的标准，国家体育场应同时满足表1的要求。1.1照度运动员所需的照明水平与观众不一样，运动员置身于赛场之中，相对而言视线距离较近，因而相对较低的照明水平就可满足比赛需要；而观众则不同，他们的目的就是观看比赛，相对说来，观众视线较远，观看点相对，照明要求是随着观看距离的增加而提高，因此，照度是观众观看是否清楚的关键；彩色电视技术与体育竞赛联系十分紧密，促使体育比赛在全球范围内迅速推广和普及，彩色电视技术

2、的发展对照明水平要求越来越高，黑白电视、彩色电视、高清晰度电视，每一次技术进步就意味着照明标准的提高；而摄影则有别于摄像，它是通过胶片感光记录竞技场面的，照片或电影效果的好坏主要取决于曝光量、清新度、显色性等因素；赛场上还有一类群体也应得以关注，这就是场地四周的广告，广告只要能被现场看清楚，并能通过电视等媒体消费的传播即可。运动员的可见度既与垂直照度有关，又与水平照度有关，合适比例的水平照度和垂直照度才使物体具有立体感，物体生动、活泼。垂直照度取决于泛光灯的投射方式和位置，由于水平照度易于计算和测量，因此照度推荐值多用水平照度。观众数量因赛场的不同差异较大，而观看距离与赛场的容量有关，所有赛场

3、所要求的照度随体育场的增大而增加。1.1.1水平照度1.2照度均匀度CIE57要求：照度均匀度至少应为U2=Emin/Eave=1 1.5，即0.67.但由于多种实际因素的限制，低照度情况下很难达到理想的照度均匀度，只要灯具许可和经济条件允许，照度均匀度U2应不低于1 2.5，即0.4.综合上述标准，照度均匀度按表16设计。1.3照度梯度1.4眩光1.5色彩1.5.1色温 ColortemperatrueTk1.5.2显色性 ColorrenderingRa1.6综合照明指标2.场地照明的其它要求2.1亮度均匀度场地照明除对照度均匀度有要求外，对亮度也有要求，应该说明一下，人眼睛看到的是物体的

4、亮度而不是照度。亮度变化较大，尤其亮度突变，对人视觉产生不舒服的感觉。2.2立体感由于水平照度易于说明、计算、测量，水平面上的照度得以普遍应用。然而，运动员和观众的可见度取决于水平照度值和垂直面的照度的值，因此，物体的立体感与水平照度和不同方向的垂直照度的比例有关，不同比例的照度产生不同的光影效果，也就形成了不同的物体造型效果。对任一点来说，有无数个垂直面，为了方便起见，只考虑适当角度的两个垂直面，如图1所示。如果Eh、Ev1、Ev2、Ev3、Ev4、比较接近，灯光下的运动员或物体的立体感较差，物体缺乏层次，不生动，很难看清三维空间的物体。另一方面，如果这五个参数差别较大，会造成物体立体感失真

5、，运动员或物体外形变形和扭曲。由于视点来自各个方向，对于场地照明来说，通常采用某一点各个面的平均照度值。一般地说，如果水平照度不大于四个面任一面垂直照度的两倍，这时的立体感是可以接受的。2.3眩光灯布置对每个工程泛光灯的数量由场地内的照度确定。四角布置方式，灯塔数量比侧向布灯少，因此，光线进入运动员或观众的视野内也较少。另一方向，四角布灯用的泛光灯数量比侧向布灯要多，从球场任一点看，四角布灯每个灯塔泛光灯的光强之和比侧向布灯多塔或光带方式的光强要大。实验表明，很难在两种布灯方式间作出选择。通常，布灯方式的选择和灯塔的准确位置更多地取决于造价或场地条件，而不是照明因素。CIE建议不要将眩光和照度

6、联在一起，因为在其它因素相同时，随着照度增加，人眼的适应水平也在增加，实际上，对眩光的的敏感程度不受影响。2.3.2泛光灯光强分布无论四角布灯还是侧向布灯，泛光灯一定要采用窄光束的灯具，以照射到离灯最远的赛场区域，光束十分之一最大光强与最大光强之间的夹角不应大于12，超出这范围过多的溢出光也能产生眩光。2.3.3灯具的投射方向为有效地满足照度的要求，泛光灯必须在其整个寿命期内准确瞄准并保持设计位置。对运动员来说，守门员最易受攻击，因此，守门员是否受到眩光控制的重要。至于眩光，对观众而言，球场侧面公共区域的前部和球门后面观看条件最差，在设计泛光灯的投射方向时，这些位置都被用来考核眩光控制优劣的缺

7、点，第3章“场地照明方式”将详细说明。2.3.4环境亮度运动员和观众所看到的泛光灯外表壳度取决于人的视线从明亮的球场移到灯具时的亮度梯度。球场周围有看台、平台、围栏，它们的反射系数适中，只要这些区域的照度大约为赛场度的四分之一，眩光的影响将大为减少。因此，重要的看台的颜色不要太暗。这些区域的照度值通常能用泛光灯的溢出光实验，当然，泛光灯要满足2.3.2部分的光强控制要求。在没有看台和平台的小场地，常见的问题是环境亮度较低。少数能提高环境度。然而，已经发现：球场周围的较低浅色的围栏可以显著改善泛光灯的视觉效果。国家体育场附场可能会遇到这个问题。2.3.5观众席照明观众席照明有三个目的：一是为观众

8、提供必要的照明；二改善环境亮度，使场地观众席泛光灯自然过渡，不出现亮度突变，有利于眩光控制；三是有利于彩色电视摄像，产生层次分明的背景环境。由表16可知，观众席平均垂直照度应不小于场地照明平均垂直照度的25。如何设置观众席照明 目前有两种方法：一是设置专用的观众席照明灯具，例如，2002年日韩世界杯札幌圆顶体育场、阿姆斯特丹体育场、广东奥林匹克体育场等采用了专用观众席照明灯具；另一种为场地照地照明灯具的溢出光给观众席照明，只要能满足观众席照明要求，这种方法还是比较经济的，北京工人体育场、2000奥运会主体育场StadiumAustralia等没有专门观众席照明灯具。3.场地照明方式3.1场地照

9、明方式的选择国家体育场带可开启的屋顶，其建筑、结构特点决定了场地照明方式只能选择同式光带布灯 Sidelightingarrangements，四角式、周边式、混合式布灯不适合国家体育场。如果侧向式布灯不能满足田径比赛要求，可以将侧向式布灯向南北两方向适当延长。侧向面灯的特点是照度均匀，用电量少造价较低，眩光较小，维护方便。适合足球田径、网球等比赛。图2显示了侧向布灯推荐位置，从球场长轴方向看过去，的最小值20只适用于训练场和低级别的赛场，因为此时眩光控制水平较低。因此，国家体育场采用25，因为这样设计眩光控制的较好，同时又有较高的垂直照度。值再增大，有利于控制眩光，但垂直照度分量减少，泛光灯

10、或马道的投资将大大增加，结构的荷增也增大。边线附近对泛光灯的仰角由角度决定，如果水平照度与垂直照度之间有恰当的比例，则角不应大于75大多数情况下，装在屋顶上的照明装置有两排，一排在雨棚的边缘，另一排在雨棚的中部或后部。国家体育场将通过计算并进行技术、经济比较最终确定照明装置的排数。如果东西看台各设一条马道，则有可能在马道上装两排灯；另一种方案为东西看台各设两条马道，每条马道各装一排灯。值得说明一下，“国家体育场项目可行性研究报告”提出“每侧布灯总长大于180m”是不合适的。表1第2个标准规定，为了保证守门员及在角球区附近进攻的球员有良好的视线条件，以球门线中点为基准，底线两侧至少15之内不能布

11、置照明装置，参见图3所示。3.2马道的确定如上所述，通过照明计算，并结合体育场建筑、结构特点，最终确定马道的数量、位置、高度等。如图2所示，泛光灯距地至少15m，并25，4575。马道高度按 1式计算：h=d.tg1式中，h、d为通过泛光灯、平行于底边、垂直于球场平面的三角形平面的两条直角边，其中，d灯的高度；d另一条直角边 参见图2。总而言之，拟在东西看台屋顶适当位置各设一条或两条马道 gantry，灯具及其镇流器箱、电缆、配电控制柜等均安装在马道上。马道宽不小于1200mm.为了减小荷载，镇流器箱一灯一箱均匀安装在马道上。为便于照明控制，配电控制柜深入到场地照明灯具中心，每条马道安放23个

12、控制柜，尽量减小供电距离。EPS或UPS及其双电源切换柜安装在马道附近的配电间内。以400盏灯为例子，如果两条马道，每条马道各安装200盏灯，每条马道设2个控制柜，每台控制柜各为100盏灯供电，每台柜供电容量为200kW，灯容量200kW镇流器容量230kW.因此，230kW的EPS需要至少4台柜子 7506502200，外加电源切换柜，需要在马道附近设置场地照明配电控制间。3.3摄像机对照明的要求2008年奥运会赛事要向全球转播，有HDTV、普通TV、慢运作摄像、固定机位、移动摄像、应急电视等，摄像机多了，要求各点的垂直照度也高，尤其注意起跑线、终点线、投掷区、起跳点 线、落地点、过杆处等处

13、的垂直照度，摄像机在这些地方拍摄几率很高。而且录像仲裁也使用相关的影像资料进行裁决。田径比赛还有特殊的摄像机，即110m长的导轨摄像机 railcamera，它沿着东西两侧直线跑道外侧敷设，随着运动员跑步而移动，该段各点的垂直照度要求都很高。特写拍摄也是常用的，而特写拍摄要求有很高的照明质量。图5摄像机位是国际足联认可的摄像基本机位 简称POVs，根据需要，还可另外增加电视摄像的机位。Cam.1，机位1，主摄像机位置；Cam.1，机位2，通过角球区上方；Cam.3，机位3，球门后方，位置较高；Cam.4、5，机位4、5，球门后，位置较低；Cam.6、7、8，机位6、7、8，位置较低；Cam.9

14、，机位9，相反视角；摄像机最少设三个，即Cam.1、2、4而举办奥运会的综合性主体育场只有9个机位显然是不够的，在2000年第27届悉尼奥运会田径比赛期间，主体育场StadiumAustralia共设28个机位，77台摄像机。3.4附场照明附场采用多塔式侧向布灯，或采用四角式布灯，灯具和光源同主场。4.场地照明控制方式4.1主场照明控制模式主体育场照明模式有：田径训练、田径国内比赛、田径TV转播的国内比赛、田径TV转播的国际比赛、田径高清晰度电视HDTV转播、田径应急电视TV、足球级国际级比赛、足球级国内比赛、足球级国内比赛、足球级联赛和俱乐部比赛、足球级训练赛及娱乐等12种，这是满足比赛的最

15、基本要求。不同的照明模式投入运行的灯具数量也不一样，实现不同模式的照明将由照明自动控制系统完成。4.2附场照明控制模式附场照明模式有田径训练和足球训练两种。4.3注意点调研发现，北京工人体育场曾使用计算机照明控制系统，由于出现地误动作和拒动作现象，迫使他们改回传统的继电器控制。因此，国家体育场采用智能型照明控制系统应解决好这一问题。确保万无一失。5.场地照明控制5.1场地照明控制系统的要求国家体育场场地照明控制采用智能型照明控制系统，它是以计算机和网络通讯技术为基础，集散型结构框架。结合场地照明、观众席照明、部分房间照明等统一控制。除特殊房间外，场地照明、观众席照明不需要调光，只需要开关控制。

16、施工图设计时，再根据房间数量、位置等情况综合确定系统构成和调光范围。 1计算机仿真灯位显示：提供控制回路状态、灯具状态、照明模式及照明模式预览、平均照度、灯具异常控制及故障状态、配电系统有关参数、布灯位置图形显示等。 2系统管理与控制：灯具维护与统计信息、权限管理与控制、照明模式创建、修改和删除、值班记录、历史数据库、各种报表等。 3自动定时与照度控制：定时控制、组合开灯、按日照的变化逻辑开灯等。 4灯具保护控制：灯具软启动、软关断、浪涌保护等。 5状态参数检测。 6照明因故熄灭，自动启动应急照明。 7照明控制系统采用总线制，并留有与整个体育场BAS联系的接口。5.2主要照明控制系统技术经济简

17、介智能型照明控制有很多成功应用经验。2000年悉尼奥运会主体育场StdiumAustralia采用了澳大利亚CLIPSAL 奇胜公司生产的CBUS智能照明控制系统，该系统曾在1999年威尔士世界橄榄球比赛MillenniunPark体育场、2000年奥运会SuperDome体育馆、2001年第21届世界大学生运动会清华跳水馆、理工大学体育馆、石景山体育场等得到应用。澳大利亚另一有公司Dyanlite的照明控制系统也有许多工程实例，该系统在中国早有应用，我院设计的“电力部国家电网调度控制中心工程”在1997年曾使用过。LCS9600/2000照明控制系统在上海八万人体育场、广州奥林匹克体育场得到

18、了很好的应用。ABB公司的IBUS技术成熟，性能超群，也是照明控制系统的候选系统。日本制造的L10系统在2002年日韩世界杯足球赛日本几个体育场得到应用。因此，计算机照明控制系统技术可靠、成熟，只要选择好合适的系统，设计、施工、使用、维护得当，可以保证安全使用。6.灯具与光源6.1灯具6.2光源选择光源时，要考虑下列因素：光源的发光效率；每盏灯的光通输出；利用率，赛场上所接受的灯光；光源的色温和显色性；启动和再启动特性；每年使用的时间；初次投资和运行成本。卤钨灯、金属卤化物灯和高压钠灯都可用于场地照明，一般地说，卤钨灯由于效率较低使用越来越少，除非每年使用的时间较短。高压钠灯显色性和色温不适合

19、彩色电视转播，只有金属卤化物灯才满足要求。目前，金属卤化物灯性能也较大的提高，国家体育场要求采用短绝型陶瓷金属卤化物灯，有利于灯具配光的改善，显色性较长弧型提高较多 短弧型Ra92，长弧型Ra82。6.3附件泛光灯主要附件是镇流器，由于光源内有电极和气体，金属卤化物灯的启动电源较高，使用220V或380V的电压不能满足要求，必须使用二次高电压。镇流器分为电容超前峰值型和施加高压脉冲型，为了泛光灯稳定输出，镇流器宜为稳压型，其优点是市电电压波动对光输出影响较小。6.4常用体育场用泛光灯简介6.4.1MUNDIAL 1特点可配用多各不同光源，满足不同通量、显色性或色温等。配备最佳光学系统提供所需非

20、对称型光强分布。有柱面反射器和圆形旋转对称反射器两类，圆形旋转对称反射器有RB/R10两种窄配光。低眩光、散光及向上光线，减少低对周遭环境滋扰。维护简单，开启后盖便可进行维护，不会影响已设定投射角。后盖开启后，电源将自动切断。IP65防护等级。 2光源2kw金属卤化灯MNTD2000 PhilipsMDTD2000 PhilipsMBIL/H2000 GEHQITS2000 OsramHISTD2000 Syivania 3材料/工艺灯体：压铸铝前玻璃：4mm耐高温度玻璃支架：镀锌钢 4标准设计和制造符合EN60598及防护等级IP65，抗撞击力为6焦耳，类电气性能。 5灯具描述标准型，热启动

21、型泛光灯，适配1/1.5/2kw金卤光源，压铸铝灯体，柱面/圆形反射器，有对称/不对称配光，内置/外置挡光反射板，光源有三个安装位置，产生三种配电，窄/中/宽光束，后开盖维护时，自动断电，IP65，类电气性能。 6安装/维护支架可使用M20螺丝，通过直径22mm安装孔和两个螺丝通过直径15mm安装孔固定。灯具投射角可近支架上刻度调节。配电缆固定件，适用于直径7.513mm电缆，镇流器及电容与灯具分开安装 2kw型。 7光学系统抛物柱面/旋转对称抛物面反射罩，配防眩光隔板及不同光源装位置。圆形旋转对称反射器，防眩隔板。6.4.2MVF403 ArenaVision高功率投光灯具 1材质高强度压铸

22、铝灯体，1.6mm3mm厚钢化玻璃，硅像胶密封圈，不锈钢防护网，高纯铝反射器，热镀锌支架。 2特性全新设计椭圆形反射器，配光效果更好，效率更高。外形更加紧凑美观，风阻系数大大减小，重量更轻。7种不同角度配光的反射器，满足各种应用要求。可配1000W、1800W、2000W双端金卤灯。光源显色性Ra=92，色温5600K.背后开启更换灯泡，附安全开关，维护更加安全方便。有调光刻度，并有瞄准器，防眩光罩，彩色滤色片等多种配件可供选择。有上照型，下照型和热启动型供选择。 3适用场所适合大型体育场、高尔夫球场、大型建筑物等处的投光照明。6.4.3MVF406 ArenaVision高功率投光灯具 1材

23、质高压压铸铝外壳，高强度钢化玻璃，高纯铝反射器。 2特性结构紧凑、体积小、重量轻。背后开启更换光源，维护安全方便。七种不同配光反射器，满足多种照明要求。配高效金卤光源，显色性可达92，色温5600K. 3适用场所体育场、运动场、高层建筑立面泛光等需要高强度、高质量照明的区域。6.4.4ULTRASPORTTM大功率投光灯。 1特性适合潮湿区域，标准配置为IP55两级反射光学系统，一级为金属镀层玻璃反射器，二级为20英寸 508mmALGLAS镀层铝反射器。可选内置式更换灯泡带开门自动断电装置。电气箱与灯泡和灯座有热隔离。HydroGardTM高效过滤系统。可选热启动，分体式电气系统。 2组件背

24、后开启式换灯门 包括一级反射器。高压铸铝电气箱及二级反射器托架 2A。二级反射器保护罩。二级反射器。钢化平板玻璃。内置式眩光控制系统 可选。瞄准指示器。支架。 3特性组件换灯门固定螺丝 A。开门自动断电装置 B、D。可选1000W/1500W/2000W灯泡 C。如果前置玻璃破裂，电源会马上切断以防止紫外线泄漏。椭圆形配光灯具效率最佳。可选热启动系统。可选SYSTEM2TM，两级调光系统。YOA58081系列 1减少向体育场周边的漏光用辅助反射板遮挡容易形成干扰光线的上射光线，从而减少向体育场周边漏光。 2敏锐的配光实现高效率照射反射板采用电脑设计，效率高、反应敏锐的配电光控制适用于远距离投光

25、照明。 3亮化学膜处理亮化光学膜处理是一种特殊的表面处理，将屈光率不同的Ti02和Si02的透明膜交替层叠，利用膜间界面产生的光干涉效应，提高某波长范围内的光反射率。 4内置连锁开关，提高安全性考虑到施工和使用的安全，内置连锁开关，与电磁接触器联动，更换光源时自动关闭电源。另外还装有保护金属闸，万一前玻璃破碎，也不致落下大块玻璃。 5采用400V型镇流器，提高经济效益采用电源电压为400V的镇流器，可使电源设备 配电箱、配管和配线设备更加合理化，进一步提高经济效益。 6也可向上照射前玻璃采用热膨胀系数非常小的晶化玻璃。具有非常高的耐热温度，向上90度角也可使用。也可用于大型桥墩和建筑物的照明。

26、 7附有保持器具内清洁的滤尘网装有滤除空气中尘埃的过滤网，灯具内部不会出现灰尘，直到更换光源时为止不需要进行内部清扫。YOA58081P不含光源和镇流器超狭角型规格：本体：高压铸铝 深灰金属色前玻璃：晶化玻璃 透明前部反射镜：铝 内面、镜面亮化光学膜处理 外面、深灰金属色后部反射镜：铝 内面、镜面电解研磨后阳极氧化处理附辅助内反射镜：滤尘网内装连锁开关附前玻璃保护金属网照射角度：下向角60度，上向角90度，旋转角180度。重量：17.5kg.适用光源：OSRAM制造。HQIT2000/D/S适和光源：松下制造。MQD2000B.ED/PK注：使用专用镇流器。YOA58082P不含光源和镇流器狭

27、角型规格：本体：高压铸铝 深灰金属色前玻璃：晶化玻璃 透明前部反射镜：铝 内面、镜面亮化光学膜处理 外面、深灰金属色后部反射镜：铝 内面、镜面电解研磨后阳极氧化处理附有辅助反射镜、滤尘网。内装连锁开关附前玻璃保护金属网照解角度：下向角60度、上向角90度、旋转角180角。适用光源：OSRAM制造。HQITS2000/D/S适用光源：松下制造MQD2000B.ED/PK注：使用专用镇流器。YOA58083P不含光源和镇流器中角N型规格：本体：高压铸铝 深灰金属色前面玻璃：晶化玻璃 透明前部反射镜：铝 内面、坑纹亮化光学膜处理 外面、深灰金属色附辅助反射镜：滤尘网、内装连锁开关附前玻璃保护金属网照射角度：下向角60度、上向角90度、旋转角180度。重量：17.5kg.适用光源：OSRAM制造。HQITS2000/D/S适用光源：松下制造MQD2000B.ED/PK注：使用专用镇流器。YOA58084P不含光源和镇流器中角M型规格：本体：高压铸铝 深灰金属色前面玻璃：晶化玻璃 透明前部反射镜：铝 内面、坑纹亮化光学膜处理 外面、深灰金属色后部反射镜：铝 内面、坑纹化学研磨后阳极搓化处理附辅助反射镜：滤尘网内装连锁开关、附前玻璃保护金属网照射角度：下向角6