特大型体育馆斗屏显示系统设计探讨

蔡雄飞， 喻 辉， 南 超

(1. 中信建筑设计研究总院有限公司，武汉 430014；2. 西安奥体中心控股有限公司，西安 710026)

0 引言

作为现代社会信息发布的重要媒介，LED显示屏技术近年得到迅速发展，国内多家LED屏制造商也已走在世界前列。在国内外的大型体育场馆中，LED显示屏作为新型显示装置已成为主流。

一方面，LED显示屏在发挥其对体育比赛精彩瞬间捕捉、慢镜头回放、实况直播同步、赛事信息播报、计时记分统计等功能；另一方面，巨幅的广告画面直接推送到体育场馆内数万观众面前，具有极大的渲染力，能够烘托和营造出热烈的赛场氛围。纵观欧美各大职业联赛，LED显示屏已被广告运营商用作其投放广告的最佳载体，因此也带动了场馆LED显示屏需求的快速增长。

如今，通过在大型体育馆的场地中央悬挂漏斗形的中央LED电子显示屏及包厢上的环形屏来完成上述各项任务。整套LED大屏幕显示系统由斗屏、环形屏及显示屏控制系统等部分组成，而其核心设备就是悬挂于场地正中央的方体LED显示屏，因形似漏斗称之为“斗屏”。

通过调研发现，我国现有球馆的斗屏硬件设施远远落后于美国NHL、NBA等的赛事球馆。因此，国家出台相应体育产业政策，加大体育设施建设资金的投入，建设具有高科技含量的球馆斗屏设施，构建配套的娱乐观赏服务系统。斗屏的使用除了能多方面营造赛场氛围，提高各项赛事的观赏性和娱乐性外，还能为商业演出创造有利条件。

下文将以国内某建设中的特大型甲级体育馆为实例，探讨符合目前斗屏应用设计潮流的设计方案。

1 项目概况

某体育馆坐席数1.8万座，为特大型甲级体育馆，是全运会闭幕式主会场及竞技体操项目主赛场，可同时满足承办亚运会(篮排球等单项)赛事及篮排球世锦赛等单项国际赛事需求，满足赛后文艺演出、集会、展示、全民健身的综合利用要求，是集休闲公共空间和运动功能为一体的综合型建筑。总建筑面积约为108 283m2，地上5层，屋面最高点42.36m，看台观众席最高处直径130m，主体结构形式为钢筋混凝土框架结构，基础形式为钻孔灌注桩和独立基础，体育馆鸟瞰图如图1所示。

2 设计规范

国内目前暂无明确的针对斗屏的智能化系统设计规范及标准，仅有JGJ 31-2003《体育建筑设计规范》、SJ/T 11406-2009《体育场馆用LED显示屏规范》、GB/T 29458-2012《体育场馆LED显示屏使用要求及检验方法》、JGJ/T 179-2009《体育建筑智能化系统工程技术规程》、《FIBA Guide to Basketball Facilities》以及其他国际单项体育组织相关标准可作为其设计的参考依据。相关设计标准及规范条文摘抄如表1，作为设计和计算斗屏基本参数的主要依据。

图1 体育馆鸟瞰图

主要依据规范 表1

3 斗屏基本技术参数要求

3.1 比分屏最小尺寸计算

根据GB/T 29458-2012第5.3.1条，最大视距与字符高度的计算公式见式(1)。

Hmax=k·d

(1)

式中，Hmax为最大视距，m；k为视距系数，一般取345；d为字符高度，m，字符为16点阵汉字。

根据规范，体育馆斗屏最大视距Hmax为看台观众席最高处直径130m的一半，即65m,根据上述公式计算字符高度，见式(2)：

d=Hmax/k=65/345=0.19m

(2)

根据GB/T 29458-2012第5.2.1.1条的规定，斗屏比分屏至少能够显示16点阵汉字12行，行间距≥字符的1/10，每行至少能够显示36个汉字。

因字高d=0.19m，合并字间距高度总和为0.19×1.1=0.209m。要满足规范至少能够显示12行汉字的要求，比分屏高度为0.209×12=2.51m。

汉字宽高比设为0.85，故字宽为0.19×0.85=0.161 5m。要满足规范每行至少能够显示36个汉字的要求，比分屏宽度为0.161 5×27=5.81m。

按显示评分项目字符数要求,计算出比分屏显示区域需满足的最小面积，见式(3):

S=W×H=5.81m×2.51m=14.59m2

(3)

3.2 像素中心距计算

根据GB 50464-2008第4.2.1条及条文说明计算像素中心距：因理想视距Hi=1/2最大视距Hmax，理想视距系数k一般取2 760，即：

Hi=1/2Hmax=1/2kd=1/2k×

16P=1/2×345×16P=2760P

(4)

根据已知场馆基础数据，斗屏悬挂在场地中心，则最大视距Hmax应为65m，因此：

Hi=Hmax/2=65/2=32.5m

(5)

故像素中心距为：

P=(Hi/2760)(32.5×103/2760)=11.78mm

(6)

根据上述计算，本项目的斗屏比分牌部分技术要求：悬挂在场地中心上空的斗屏如只显示计分等文字信息，不显示视频图像内容，则其最小面积约为14.59 m2，像素中心距不大于11.78mm，即可满足相关规范要求。

4 斗屏主要参数指标选择

与此同时，笔者对近年国内外同等规模、同等建设标准的体育馆斗屏进行了广泛调研，主要调研结果如表2所示。

斗屏主要参数指标 表2

注：2表中像素中心距为前者为视频屏，后者为比分屏。

根据调研结果，国内同等建设标准的体育馆建设年代大多较为久远，其中央斗屏系统设计时参考的是国外上世纪末的规格、尺寸样式等技术指标。即使是按NBA中国赛标准在建中的新场馆，斗屏面积也仅在300m2以内，与当前的世界潮流存在较大差距，无法充分满足当前场馆多功能使用快速转换、多种信息显示及互动的需求。对比发现，欧美体育运动配套设施较为先进的国家，近期建设的LED斗屏则在同时向超大显示面积和超小像素间距两个方向发展。

究其原因，现代体育场馆已在向多功能的综合性场所发展，除了能满足各类体育比赛的要求外，还要承担各类文艺演出、大型会议或论坛的要求，这就需要显示设备能满足快速编排和转换显示内容，能视需求灵活定制不同篇幅的广告内容和提高视觉上的效果，并能快速安装及拆卸以满足每年多次比赛及商演的拆装需求。欧美国家成熟职业联赛球馆除了承担NHL、NBA等日常赛事外，还有大量的商业演出等活动，年举办活动次数在200～300场次之间。这些场馆的中央大屏系统可迅速配合完成场景转换，无需耗费过多的时间在演艺大屏的临时搭建和拆卸上，会大大地提高场馆的利用率。

借鉴国内外新建同类场馆经验，并结合本场馆的实际需求，笔者认为要考虑一定的前瞻性，向斗屏设计标准与国际流行标准看齐，将该馆斗屏系统的几项重要参数指标规定如下：视频显示屏总面积≥350m2，点间距≤4mm，斗屏具有升降功能，重量≥50T(含提升卷扬机及维修平台)，用电负荷≥400kW。

5 斗屏设计方案

根据场馆的需求，斗屏采用上下两层结构，并在下层内侧设置内边屏。下面对各屏体尺寸分别进行计算。

(1)斗屏上层全彩环形显示屏用于播放赞助商广告、条幅广告等，环形显示屏周长约为57.5m，高约1.5m，采用6mm像素间距的室内全彩显示屏，显示模组像素为192×192mm。计算实际显示尺寸如表3所示。上层环形显示屏宽为57.408m，高为1.536m，需要299(宽)×8(高)的模组(箱体)组成显示屏。

尺寸表1 表3

(2)斗屏下层四块比分及视频屏采用软件切割方式，上半部比分屏用于比赛计时计分、数据统计，下半部视频屏用于比赛时现场实时图像画面的播放，也可全屏显示图文信息或视频等，显示屏采用4mm像素间距的室内全彩显示屏，显示模组像素为192×192mm。

1)视频屏按60m2面积，显示比例16∶9，计算实际显示尺寸如表4所示。视频屏宽为10.368m，高为5.76m，需要 54(宽)×30(高)的模组(箱体)组成视频显示屏。

尺寸表2 表4

2)比分屏宽度与视频屏相同，取为10.368m>5.81m，完全满足规范要求，高度按满足2.51m计算，需要2.51/0.192=14 块；计算实际显示尺寸如表5所示。比分屏宽为10.368m，高为2.688m，需要 54(宽)×14(高)的模组(箱体)组成比分显示屏。故下层的单块显示屏需54(宽)×(30+14)(高)的模组(箱体)组成显示屏，显示屏尺寸为：10.368m×8.448m=87.6 m2。

尺寸表3 表5

(3)斗屏下层内侧四块显示屏用于给邻近比赛场地的盲区观众及场上球员提供比赛计时计分及数据统计信息，采用6mm 像素间距的室内全彩显示屏，显示模组像素为192×192mm。计算实际显示尺寸如表6。内侧显示屏宽为4.032m，高为2.304m，需要 21(宽)×12(高)的模组(箱体)组成显示屏。

最终，整个斗屏总显示面积约为475.7m2，其中比分及视频屏总面积为350.36 m2，方案如图2～3所示。

如前所述，考虑斗屏快速安装与拆卸，对斗屏物理结构进行综合设计，整个斗屏结构采用悬挂方式，悬挂于场馆正中间网架结构的四个球节点上。结合屋面下悬杆节点(图4)，选择图中间距16m的A、B、C、D四个节点作为荷载节点，通过吊杆固定斗屏上部维修平台的主钢梁，主梁、维修平台及吊杆设计如图5～6所示。并在钢梁上安装固定四部卷扬机，通过安装在卷扬机上的8根钢索完成斗屏的升降任务。

尺寸表4 表6

图2 斗屏立面方案图

图3 斗屏平面方案图

图4 屋面下弦杆吊挂节点位置图

图5 斗屏维修平台平面图

图6 斗屏吊装平台主梁与吊杆连接大样

项目智能化设计与结构密切配合，对斗屏结构变形进行校验。通过分析斗屏维修平台结构件变形差约为100mm，在可控范围之内。因此，该结构方案可行，不会因结构变形而对屏体显示单元造成影响。

设计通过视线分析(如图7～8)，吊装完成的斗屏底边距地面不低于20m，保证看台后排观众在商演时视线不受斗屏遮挡；斗屏视距及上下垂直视角亦满足相关规范要求，无论观众处于场馆内观众席的任何位置，都可以清晰地看到屏幕上的内容。

图7 斗屏安装剖面1-1

图8 斗屏安装剖面2-2

通过完善设计和分析计算，本项目斗屏各项相关技术参数按表7进行选择。

6 控制系统设计

斗屏后台控制系统(图9)设备包括后台输入设备、混合矩阵、视频图像处理器、显示屏控制器、光口网络交换机及传输设备。其中，混合矩阵可以将计时计分机房提供的比分及数据统计信息、电视转播机房提供的视频信息等进行混合，输出到视频处理器。视频处理器则可将一个显示屏分成多个视频区域及将数据和比分重叠在一起，经显示屏控制器投送到前端大屏上。显示屏控制器则实现对场馆内视频信息的展示，并配合音频的播放以及场地灯光的控制，实现场馆比赛前的场地秀和灯光秀的联动控制，烘托比赛现场的气氛，激发观众热情。

为了能在后期运营具备承办NBA中国赛的条件，设计考虑斗屏系统同时具备与NBA 球员数据系统连接的接口，因配套的计时记分系统能同时满足NBA和FIBA篮球比赛的所有要求，并采用最新的NBA认证设备，故在进行相关赛事时斗屏系统还能实时显示各球员信息与场上比赛数据。

斗屏技术参数表 表7

图9 斗屏控制系统图

本馆 LED 大屏幕控制室设在五层，除控制斗屏系统外，还能控制场地两端的LED大屏、包厢上下檐口的两圈环形屏，能通过面向场地的外窗直视场地、裁判席、场地两端LED大屏及中央斗屏。为满足赛事组织和管理模式，控制室内同时设置自动升旗系统控制台，机房布置如图10所示。

图10 大屏幕显示系统机房布置图

7 结束语

中国一直都是NBA最重视的海外市场之一，参加过中国赛的NBA球队一方面可以扩大球队在中国的影响力和知名度，另一方面也可以让球队接触到多元化发展的契机，因此近十年来，NBA中国赛在国内开展的如火如荼。再加之，随着人们生活水平的提高，国内各大场馆演艺节目的数量也呈明显上升趋势。这都对场馆的基础设施条件提出了较高要求。

本项目所设计的斗屏显示系统在满足所有国内外相关技术规范的基础上，还具有以下特点。

(1)能播放及快速切换广告内容，给赞助、运营企业带来良好的经济效益。

(2)能够在极短的时间内拆装、调试斗屏系统，以满足频繁的比赛、演出等活动场景切换需求。

(3)能融合视频、音频和灯光等控制方式，烘托比赛现场的气氛，给观众带来震撼的感官冲击。