钢网架屋面冰上场馆照明技术研究
2022-06-10王自静秦羽
王自静 秦羽
0 引言
国家级体育场馆照明工程，在视觉效果上，照明须要与建筑形成整体的美感；在照明标准上，赛事照明须要符合满足赛事要求的高参数标准；在经济上，需要在保障赛事要求的前提下，尽可能降低场馆的后期运营成本。
为此，本项目在施工中通过合理的策划，使场馆的照明做到安全适用、技术先进、经济合理、绿色节能。
1 工程概况
国家残疾人冰上运动比赛馆建设项目是2022 冬奥会的重要配套项目，位于北京市顺义区后沙峪镇天北路321 号中国残疾人体育运动管理中心园区内，是国家残疾人冰上项目训练场馆。国家残疾人冰上运动比赛馆建设项目场馆建筑面积为15 903.2m，共3 层，无地下层，建筑高度21.75m；综合楼建筑面积15 569.8m，地上7 层，地下2 层，建筑高度28.45m。项目分为场馆和综合楼，场馆包含冰球馆、冰壶馆，主要功能为比赛、训练，还有运动员更衣区、体能训练区等配套设施；综合楼主要为运动员公寓、餐厅和接待大厅及医疗康复用房。工程致力于建造国际一流的无障碍设施样板工程，为残疾人提供方便实用的体育运动场所。
2 公共区域照明
2.1 概述
公共区域照明包括筒灯、环形灯、导光管，通过智能控制系统调节，营造不同的艺术氛围，并起到节约能源的效果。
具体控制方式如下：
（1）公共走道照明采用分回路开关控制。
（2）公共走道照明平时主要通过时间控制器对照明自动管理控制，比赛期间全开（500lx），非比赛期间改为减光照明（250lx），节假日无人时可以只亮导光管为视频监控保留足够的照度（100lx）。
（3）公共走道属于敞开式公共空间，为避免非工作人员对该区域的照明进行控制影响灯光效果又不影响工作人员现场操作控制需要，在现场适当位置安装带远程锁定功能的手动控制面板，平时主要由中央控制室进行集中管理控制。
通过以上智能照明控制策略，仅消耗正常照度能耗的30%，节能效果显著。
2.2 导光管选择原因及参数选择
考虑到建筑外形、结构、使用场所及采光效果，设计采用导光管采光系统：
（1）北京气候分区为Ⅲ区，全年平均照度35klx ≤ Eq ＜40klx。
（2）照度计算：导光管采光以室外天然光平均照度值40klx 进行照度计算，其导光管采光系统照射区域平均照度为100lx；当室外临界照度大于40klx 时，其室内照度就越大。
2.3 技术原理
采用这种系统的建筑物白天可以利用太阳光进行室内照明。其基本原理是，通过采光罩高效采集室外自然光线并导入系统内重新分配，再经过特殊制作的导光管传输后由底部的漫射装置把自然光均匀高效地照射到任何需要光线的地方，从黎明到黄昏，甚至阴天，导光管日光照明系统导入室内的光线仍然很充足。该装置主要由三部分组成：采光装置、导光装置、漫射装置。
2.4 施工方法
导光管漫射器（照明部位）位于场馆一层，冰球馆与冰壶馆中间的室内走廊处。由于连廊通道供人行走，为满足无障碍通行要求，选用平板集光器。
施工流程：
（1）定位。按照图纸中导光管所示位置确定现场实际孔位，用盒尺和红外线测距仪画线标注。
（2）预留HDPE 双壁波纹管。
（3）绑扎混凝土护壁内钢筋。
（4）保护壁混凝土灌浇：混凝土壁厚为150mm，波纹管厚50mm，合计厚为200mm；混凝土保护壁墩座表面低于地面完成面100mm。墩座表面做局部防水，采用双组份填缝胶填缝。
（5）安装平板基座、平面采光罩、导光管、LED 灯带、漫射片。
（6）室外平板集光器做密封防水层、双组份填缝胶嵌缝处理、水泥砂浆保护层。
（7）室内导光管与慢射片之间加固定圈，外面做装饰圈。
3 场地照明
3.1 照明标准
含国家残疾人冰上运动比赛训练馆内冰球馆、冰壶馆的场地照明。冰球场地照明按照最高达到TV 转播国家、国际比赛的标准设计，冰壶场地照明按照专业训练、业余比赛的标准设计，具体指标如表1 所示。
表1 冰球馆、冰壶馆的场地照明设计标准
冰球馆观众席水平照度不小于50lx，主席台水平照度不小于200lx，前12 排观众席及主席台面向场地方向垂直照度不小于100lx。冰球馆及冰壶馆场地及观众席应急照明不小于20lx。
3.2 照明设备
训练馆场地照明选用高效节能的LED 照明灯具。冰球馆场地照明共采用136 套600W LED 灯，冰壶馆场地照明共计采用36 套350W LED 灯。灯具选用全密封防水防尘灯具，以防止尘土积聚在光源上和光学反光器上造成光源破碎，灯具及其附件有防坠落措施。另外，灯具的外壳应选用夹丝玻璃或夹胶玻璃等防碎玻璃，以防止极端情况下，玻璃外壳掉在冰面上，维护人员容易发现并及时处理。由于场馆内潮湿和凝结水且场馆上空灯具不便维护，灯具外壳的防护等级不应低于IP65。同时，为避免冰面上眩光对运动员及观众产生影响，应合理布置灯具，灯具分别布置在比赛场地及外场地的上方，对称于场地长轴布置，且灯具应加防眩光装置。
3.3 灯具布置方式
冰球馆灯具布置在马道上，采用两侧布置与四角布置相结合的混合布置方式。马道沿场地一周环形布置，马道长度：长轴64.5m，短轴37m(冰球场地尺寸为61m×30m)；马道宽1100mm，并设置防护栏杆及检修照明。
冰壶馆灯具布置在马道上，采用顶部布置和两侧布置相结合的混合布置方式。沿场地长轴布置三条马道，马道长度：长轴61.5m，短轴32.5m（在场地西侧连通）(冰球场地尺寸为46m×30.5m，共6 赛道)；马道宽1100mm，并设置防护栏杆及检修照明。
3.4 照明控制
以综合节能效果为主导方向选用高效率，成熟、低维护、低能耗的照明方式，照明系统采用远程智能调光控制系统，根据场馆不同的功能需求设定Ⅰ训练和娱乐活动、Ⅱ专业训练、业余比赛、Ⅲ专业比赛、Ⅳ TV 转播国内比赛四种场景模式，以适应不同使用功能的照度标准要求。
（1）对全部比赛场地灯具进行编组控制，并显示其工作状态；
（2）对全部比赛场地照明灯具进行每3 灯为一组控制；
（3）配电及控制系统出现故障时，发出声光报警信号；
（4）可直接手动控制。
3.5 照明检测
照度计算和测量网格。
3.5.1 照度测量
冰球场和冰壶场照度测量网格点如图1、图2 所示。
图1 冰球场照度测量网格点
图2 冰壶场照度测量网格点
3.5.2 眩光测量
眩光测量点选取的位置和视看方向按安全事故、长时间观看及频繁地观看确定。眩光测量点如图3 所示。
图3 场地统一眩光值、显色指数、色温测量
统一眩光值UGR 计算式如下：
式中：L—背景亮度，cd/m；
L—观察者方向每个灯具发光部分的亮度，cd/m；
ω—每个灯具发光部分对观察者眼睛所形成的立体角，sr；
P—每个单独灯具的位置指数。
经对6 个点位进行计算，UGR<30。
3.5.3 显色指数（R）和色温（T）测量
照明光源的现场显色指数测量，以距地面1m 处的测点面为标准。
采用直读测量方法：采用现场数据处理计算机和色度受光器一体化测量系统，水平放置在计算测量网格的中心点进行测量，测量数据由计算机直接显示、处理测点的数据。
3.5.4 照明功率密度测量
冰球馆照明功率密度计算如下：
式中：LPD—照明功率密度（W/m）；
P —对应照明等级的照明总功率（W）；
A —场地面积（m）
冰壶馆冰球馆照明功率密度计算如下：
式中：LPD—照明功率密度（W/m）；
P —对应照明等级的照明总功率（W）；
A —场地面积（m）
经计算，冰球馆、冰壶馆照明功率密度小于《体育场馆照明设计及检测标准》（JGJ153-2016 7.3.1）限制要求。
4 室外泛光照明
4.1 概况
室外照明由智能照明控制系统控制，分为三种控制模式：（1）重大节日模式：建筑顶部檐口LED 线型灯、建筑立面装饰槽LED 线型灯、建筑下檐口LED 线型灯、栏杆下照灯、路灯全部打开。（2）平日模式：建筑顶部檐口LED 线型灯、建筑下檐口LED 线型灯、栏杆下照灯、路灯打开。（3）深夜模式：仅打开路灯。
4.2 重难点分析
4.2.1 配电系统
本工程泛光照明系统由分界位置（机电总包预留的电源点）起始接出电源，采用电缆引至相应各层各照明配电箱，再由各区域配电箱接出电源，采用电缆引至相应本层各照明灯具或LED 开关电源，其中LED 灯具电源电缆自预留接线盒引出后先连接LED 开关电源，经开关电源后出线连接LED 灯具，灯具连接灯头线采用此厂家原带电缆，LED 开关电源至首个灯具之间供电长度不超过10m。
照明供配电系统设计采用三相四线制方式，每个大照明供配电单元再次进行分区并分别设置照明配电箱，供给各自区域内布置的灯具或开关电源。
4.2.2 照明灯具的供电
本工程全部灯具可分为常规类光源灯具和LED 光源灯具两大部分。
其中常规类光源照明灯具工作电压均为直流24V 电压，经照明配电箱引出灯具回路后，以合理路径敷设至回路首个开关电源，然后用2×4 电缆引至灯具位置，再以灯具接线方式确定回路线缆连接方式（若灯具本体有进、出接线口则以“手拉手”接线方式连接一定数量的灯具）。LED 光源灯具工作电压均为直流24V电压，灯具的供电需经专用变压器（开关电源）将交流220V 电压变为直流24V 电压供给灯具，为利于灯具稳定运行和合理分配照明负荷，施工方深化设计采用每电气回路连接一定数量的开关电源，再由开关电源供给就近范围内的LED 灯具电源的方式。
4.2.3 开洞
本工程泛光照明系统因灯具多数安装于立面上，所以灯具供电管线需要穿部分土建结构及铝幕墙，立面穿幕墙孔由室内延伸至灯具点位，穿幕墙龙骨经保温之间传出连接至灯具
4.2.4 封堵
由于灯具连接产生的缝、孔，施工方在施工过程中与幕墙单位密切沟通交叉施工，在其封胶之前，将经由的管、线全部固定连接完毕，一次完成打胶工作，避免二次打胶造成黏结不紧密现象。
4.2.5 防水
针对本工程防水可分为安装孔防水、管线孔洞防水、接头防水及灯具防水。
（1）安装孔洞，因前期与幕墙及相关单位沟通密切，已在结构上作出延伸，无需破坏防水即可安装。
（2）管线孔洞，在幕墙单位施工之前，完成全部或其点位固定，满足幕墙方一次打胶、封堵。
（3）灯与灯连接，在灯具定制中采用防水公母接头，生产过程中全程监控，确保接头连接和防水品质。
（4）灯与主、干线连接，施工过程中串并联灯具的起始点必会与主、干线发生连接，在施工过程中严格把控将此类接头尽量地放置于室内部分；如若必须，照明线路在从干线分出灯具连接线或者分出照明支线的时候（T 接），采用直通、三通、四通等防水接线盒来实现，如采用三通接线盒，则盒子的三个接管口与钢管或线缆管密封防水连接，同时接线盒盖与接线盒之间加装防水橡胶垫，再用不锈钢螺丝拧紧固定，实现防水密闭。
（5）灯具防水，本工程选用的室外灯具均为防水型灯具，也严格执行合同进行采购，并在过程中监督，出厂时验收合格后方对现场进行安装。
5 结语
国家残疾人冰上运动比赛训练场馆是为满足北京2022 年冬季残奥会冰上项目的备战需求而建设。为提供高质量比赛训练体验、适应现代化体育竞训需求、促进冬季运动普及，项目照明工程采用切实可行技术，通过细节和专业化处理，营造了安全、舒适、节能的环境，建造了一座绿色、科技、人文的冰上场馆。
