太湖县体育馆场地照明设计与分析

2012-03-10朱晨旭

山西建筑 2012年26期

朱晨旭

(广州市天作建筑规划设计有限公司，广东广州 510623)

1 概述

太湖县体育中心位于太湖县中南部，东临高坦南路，南接外环南路，西靠建设南路，北接学士路，用地为山丘地貌，现有高程在55.2 m～70.9 m之间。其中综合体育馆为13 748.7 m2，座位4 587座，其中可活动座位1 004座，主要功能是能承办市级综合体育运动及省级重点体育赛事(手球、篮球为主)。体育馆中心为矩形比赛场地，周围为圆形观众厅，还可满足文艺汇演、大型集会的需要。

2 照明指标要求

2.1 光源(Ra，Tcp)

体育馆手球比赛场地根据电视转播的照明要求，需满足一般显色指数Ra≥80，相关色温Tcp≥4 000 K的规定。结合比赛场地大小及光源安装高度，宜选用金属卤化物灯。

2.2 照度(水平照度、垂直照度)

体育馆水平照度是指比赛场地地面的水平照度，用来确定眼睛在视眼范围内的适应状态，是体育馆照明的重要指标。体育馆垂直照度是指比赛场地地面以上1.5 m处的垂直平面上的照度，包括主摄像机方向和辅摄像机方向的垂直照度。垂直照度是衡量照射在运动员面部和身上的光对摄像机和观众提供的辨认度，是评价目标立体感的重要指标。

2.3 照度均匀度及立体感

照度均匀度是评价比赛场地照度变化的指标，可取U1(最小照度与最大照度之比)和U2(最小照度与平均照度之比)两个数值，对水平和垂直方向照度分别衡量。照度均匀度直接影响立体感，不同的照度均匀度产生的光影效果不同，从而形成相异的造型效果。

2.4 眩光指数(灯具投射方向及环境亮度)

眩光指数是评价比赛场地照明对人眼引起不舒适感觉主观反应的心理物理量。体育馆照明必须根据比赛特点设计比赛场地照明，灯具的安装位置和高度及投射角度应降低眩光，满足眩光指数GR≤30的要求。

2.5 观众席照明

观众席照明除了为观众提供必要照明外，而且可以改善环境亮度抑制眩光，为电视转播提供一个良好的背景环境。

3 照明设计及分析

3.1 照明方式设计及马道设置

体育馆下部主体采用钢筋混凝土框架结构，上部屋盖为拱支(立体)桁架结构，主要由七榀跨度为67.96 m～119.10 m的立体圆钢管桁架(其中跨度为119.10 m的桁架直接落地)及两侧六榀跨度为25.76 m～25.85 m的方钢管拱组成。根据建筑结构条件及主要比赛项目要求，灯具以带形布置在比赛场地边线两侧，并应超出比赛场地端线。结合结构桁架设置充足数量的马道，不仅可以为比赛照明灯具提供安装位置和投射角度，而且可以承载多个相关专业的设备安装和管线敷设，在将来的体育馆运营中，使设备维护工作安全简便。体育馆在长轴平行的两条马道布置了：

比赛场地照明灯具：金属卤化物灯/1 kW，46套;

观众席照明灯具：金属卤化物灯/400 W，50套;

应急安全照明灯具：卤素灯/1 kW，30套。

体育馆比赛场地照明选用金属卤化物灯需要综合考虑光效、光效维持率、光源平均寿命等多个因素，才能创造高效、节能、舒适的光照环境。选用光效维持率较高的产品，可以确保体育馆在运行期间有稳定的照明效果;选用平均寿命长的产品，可以减少维护的费用。

体育馆作为公共建筑应满足绿色照明工程的要求，除了照明光源、灯具及电器附件应满足相应的能效标准外，应通过科学合理的照明设计提高照明品质。

3.2 照明计算和测量

体育馆比赛场地尺寸为40 m×20 m，水平照度的参考高度为1.0 m，垂直照度的参考高度为1.5 m，主摄像机设置在赛场两侧看台上，辅摄像机设置在赛场两端，照度计算网格取2 m×2 m，投光灯的尺寸与光源到比赛场地计算点的距离相比小的多，因此可将投光灯视为点光源，每个投光灯光源(定义S点)对比赛场地的任一点(定义P点)产生的照度计算如下：设S点坐标为(x，y，z)，P点坐标为(xP，yP，zO)，可以计算：光源对P点的入射角δ：

P点的水平面照度Eh：

P点的垂直面照度Ev：

P点的纵向垂直照度Evx：

P点的横向垂直照度Evy：

查投光灯的光强光通分布图可得投光灯射向P点的光强值I(α·β)，采用专业照明设计软件进行逐点计算，得到比赛场地各网格的照度、照度均匀度、照度比率等技术指标。对计算结果优化分析，调整各投光灯的安装坐标、瞄准角度达到最佳照明效果。根据球类比赛电视转播的需要，摄像机对比赛场地的垂直照度具有较高的要求，特别是比赛场地的球门区、角区、中圈等处，摄像机在这些地方拍摄几率很高，需要提高照明质量满足特写拍摄和录像仲裁的需要。根据比赛需要，主摄像机设置在赛场两侧看台上，辅摄像机设置在赛场两端球门边线、端线后面。平行比赛场地四边的四个方向垂直照度分别为Ev1，Ev2，Ev3，Ev4，当水平照度Eh与Ev1，Ev2，Ev3，Ev4比较接近时，比赛人员或球体的立体感较差，缺乏层次，难以看清;另一方面，当这五个参数差别较大时，会造成比赛人员或球体的外形扭曲，变形失真。根据人体视觉的特点，当水平照度与任一面垂直照度的比值都控制在0.5～2之间，体育比赛的立体感是比较合适的。

因为各桁架形状曲线差异，本体育馆场地照明装置不对称分布，所以照度测量必须覆盖整个场地。照度测量网格取照度计算网格的2倍，即取4 m×4 m，本场地共分50个测量网格，以各网格中心点为测量点。水平照度测量时，光电接收器放置在场地上方的水平面上;垂直照度测量时，对固定位置摄像机时光电接收器接受面应垂直于摄像机镜头的光轴，对不固定位置摄像机时分别测量与网格四边平行的四个垂直面上的照度。照度测量应避免测量人员对测量点的遮挡而造成测量结果的偏差，并应待光源的光输出稳定后才开始测量。体育馆照明系统安装调试完成后，应在照明灯具燃点时间累积100 h以后才进行安排测量工作。光电接受器对温度改变的敏感性受光电池连接电路内阻的影响，应注意减少环境温度等因素对测量仪器的影响。一般认为，当观众席照度控制在比赛场地照度10%～25%时，既可以满足观看比赛的需要，又可以减少眩光现象。观众席照明充分利用比赛场地照明的溢出光，根据建筑结构特点和观众席位布置，设置部分专用的观众席照明灯具作为补充。比赛照明配置光学控光附件以减少眩光，比赛场地周围的看台、平台、围栏等选择反射系数适中的材料，通过较好的对比度控制，达到合适的背景亮度突显比赛视觉效果的目的。

3.3 智能照明控制系统

体育馆采用智能照明控制系统，以计算机和网络通讯技术为基础，集散型结构框架，照明控制回路根据不同比赛项目和不同使用功能的照明要求分组，结合比赛场地照明、观众席照明、应急安全照明统一控制。智能照明控制系统可以通过修改程序增减控制范围和控制对象的数量，改变控制方案，给体育馆的综合使用带来很大方便。系统采用时序控制方式，避免大量投光灯同时启动而产生过大的冲击电流。系统设置在二层灯光控制室内，由一台监控电脑，一台管理控制器，三台智能照明控制柜组成。系统的主要功能包括：自动定时与照度控制、灯具保护控制、状态参数检测、应急照明自动启动、系统管理与控制、计算机仿真灯位显示等。

根据本体育馆的实际运营情况，系统预设置手球彩转、手球比赛、手球训练、篮球彩转、篮球比赛、篮球训练、应急照明、清扫、汇演、观众进退场十种开关模式。智能照明控制系统近年来在国内外体育场馆广泛应用，技术日益成熟可靠。

3.4 照明配电设计

体育馆采用两路独立10 kV市电供电，两路电源互为补充，应急照明使用碘钨灯，在双电源末端另加集中EPS供电，保障供电的可靠性。在手球比赛的赛事转播中，常使用高速摄影技术来实现慢动作回放功能，为了避免因电源频率而导致拍摄物的照明强度次序不断改变产生的频闪现象，尽量将照射到同一照明区域内的不同灯具接到不同相的线路上，灯具采用高频电子镇流器。