足球场场地照明工程技术指标控制与设计

陈众励，陈杰甫

(上海建筑设计研究院有限公司，上海 200041)

引言

专业足球场场地照明的标准较多，场馆建设中需研究分析设计标准，使得场地照明能够适应多种重大国际赛事的要求。LED照明灯具在场地照明中大量使用，LED灯具的控制策略、配电方式、灯具布置方式、投射角度具有较大的灵活性，充分的利用其特点，改变原有的灯具布设方式，提升场地照明效果。

1 足球场场地照明设计标准

足球场场地照明设计标准国内执行的是国家标准《建筑照明设计标准》(GB 50034—2013)[1]和行业标准《体育场馆照明设计及检测标准》(JGJ 153—2016)[2]。GB 50034—2013根据体育场有无电视转播需求分为两类，其中有电视转播的体育建筑场地照明标准值详见表1。

行业标准JGJ 153—2016中专用足球场照明标准值详见表2。

表1 有电视转播的足球场场地照明标准值

表2 专业足球场场地照明标准值

国际上主要有国际足球联合会(Fédération International de Football Association，简称国际足联)的《Football Stadiums Technical recommendations and requirements》(《足球场技术推荐和要求》)[3]，欧洲足球协会联盟(Union of European Football Associations，简称欧足联)的《UEFA Stadium Lighting Guide 2016》(《UEFA场馆照明指导2016版》)[4]以及中北美洲及加勒比海足球协会(Confederation of North, Central American and Caribbean Association Football，简称CONCACAF)的《Concacaf Champions League 2020 Technical Guide》(Concacaf冠军联赛2020技术导则)[5]。

各国对于国际高水平的转播赛事均有较高要求，但要求的指标及偏向有一些不同。针对最高等级赛事，需要高清电视转播的照明，国内的行业标准、国际足联、欧足联和中北美洲及加勒比海足球协会的技术指导对比见表3。

表3 国内外几种主要标准的照明指标对比表

综合以上技术参数，在满足FIFA、亚洲杯、国内联赛等主要国际国内赛事的要求下，形成了适合浦东足球场的场地照明技术指标，比赛场地照明指标详见表4。

表4 浦东足球场主比赛场地照明具体参数指标

其中显色指数≥90，5 500 K<色温≤6 500 K；照明功率密度值满足JGJ 153—2016表7.3.2-2的要求。HDTV指高清晰度电视。特殊显色指数R9不小于20。频闪比<1%。主摄像机方向眩光指数GR≤40。

2 场地照明设计

体育场馆的传统照明设计中，前几年金属卤化物灯为主要照明灯具，但是随着LED灯具照明技术的日益成熟及其在各领域的广泛应用，大功率LED灯具也逐渐在体育场馆照明设计中得到广泛应用[6]。与体育场馆传统照明使用的金属卤化物灯相比，LED灯具不仅具有节能效果好、效率高、维护成本低等特点，还能进行智能控制[7]。LED灯具作为赛事功能照明、场馆应急照明、观众席照明等的照明设计方案，均取得了较好的应用效果。

浦东足球场项目有“一主两副”共三片专业足球场。其中主赛场照明最高满足FIFA V级照度要求，即主摄像机的垂直照度平均值不低于2 400 lx，辅摄像机(面向四个方向)的垂直照度平均值不低于1 800 lx，水平照度平均值不低于3 500 lx，可满足4K/8K超高清电视转播要求。

两片副赛场(训练场)照明平均水平照度不低于 800 lx，可满足夜间比赛照明要求[8]。

浦东足球场项目需求为场地照明+观众席和应急照明+副赛场照明+赛事补光灯。

根据照明设计指标及相关国内、国际标准，主体育场使用396套1 500 W大功率LED-灯具，灯具显色指数Ra=90，R9>50，色温5 700 K，场地照明频闪比<1%。

观众席照明使用64套1 200 W大功率LED-灯具，灯具显色指数Ra=75，色温5 700 K；赛事补充灯光照明采用46套TLC-RGBW灯具，灯具(白光)显色指数Ra=75，结合DMX512智能调光系统，满足主体育场的照度要求。

分别采用两种方案设计场地照明，方案一的灯具布置按照行业标准要求，在禁止区不布置灯具，如图1所示。图1中阴影眩光区和球门后方区域未布置灯具。

图1 灯具布置方案一Fig.1 Lamp layout scheme 1

方案二的灯具布置方案如图2所示，采用360°环形布置，在FIFA文件建议的禁止区内，灯具的投射角度不投射在禁区内，投射在球场2条禁区线之间的中场区域，LED灯具需要有较好的投射角度控制。

根据欧足联2019/2016和根据亚足联2018的要求[2]，灯具可以360°布置，如图3和图4所示，但是需要满足安装位置的要求，方案二根据欧足联的标准要求360°布置灯具。

图2 灯具布置方案二Fig.2 Lamp layout scheme 2

图3 欧足联2019/2016标准中屋顶灯具安装要求Fig.3 Installation requirements of roof lamps in UEFA 2019/2016 standard

两种方案都包括了环向马道灯具布置以及四角布置灯具。第一种方案采用传统方式设计为间断性布置，避开蓝色区域；第二种方案采用360°方案设计为整体马道均匀布置灯具，从建筑美学、负载、照明效果等方面都更为优秀。根据计算对比，两种方案都满足 FIFA 标准的要求。表5为传统布置灯具方式的主要照度计算值，表6为环形360°布置灯具方式的主要照度计算值。对比两种灯具布置方式，环形360°布置灯具方式的照度指标普遍高于传统布置灯具方式。水平照度平均值高3%，水平照度最小值高11.7%，水平照度均匀度U1高11%，水平照度均匀度U2高8%，主摄像机垂直照度平均值高7.4%，主摄像机垂直照度最大值高13.5%。

图4 欧足联2019/2016标准中角落灯具安装要求Fig.4 Installation requirements of corner lamps in UEFA 2019/2016 standard

表5 传统布置灯具方式的主要照度计算值

表6 环形360°布置灯具方式的主要照度计算值

为赛前、赛时提供烘托气氛，体育场增设了46套LED-RGBW灯具做为赛时补光，针对本项目需求，分析其屋顶结构，设计以屋顶内部渲染为主，色彩可根据实际需求调整，控制方式灵活多变，预先设置多种演绎模式。

3 场地照明测试

体育场的场地水平和垂直照度测试，国内标准、国际足联标准和欧足联标准对比详见表7。

2021年9月24日，第三方测试公司依据JGJ 153—2016对浦东足球场场地照明进行测试，主要测试结果如图5和图6所示。

表7 测试标准对比表

图5 第三方测试数据与设计标准值对比图一Fig.5 Comparison diagram of third-party test data and design standard value 1

图6 第三方测试数据与设计标准值对比图二Fig.6 Comparison diagram of third-party test data and design standard value 2

通过测试得知，实测场地照明指标达到设计要求的技术参数水平。设计要求显色指数R9远大于标准值20，测试结果为63.8，大大超过要求值。固定摄像机垂直照度平均值2 857 lx，大于设计值2 400 lx。设计要求显色指数Ra大于标准值90，测试结果为92.7。色温5 424 K，满足标准值5 500 K。眩光指数小于标准值50，也满足设计值40。均匀度U10.6满足设计值，均匀度U20.74超过设计值。安全照明平均照度90 lx，远超标准值20 lx。疏散照明平均照度45.7 lx，远超标准值5 lx。场地照明实景图如图7所示。

图7 夜间场地照明开启的实景图Fig.7 Real map of site lighting on at night

4 场地照明控制

采用DMX512控制系统，适当场地照明与音响、RGBW灯光、LED大屏幕、场地广告牌、室外泛光照明进行同步编程操作，实现各种各样的灯光秀表演效果。通过控制LED灯具的亮度，可让LED具备开关或者渐变的效果。当体育场馆内安装了多套LED灯具时，通过不同组合变化，达到让LED灯光进行表演的效果。

全彩可调的氛围照明，可根据需求提供多种方案，如主场主队代表色、客场客队代表色的灯光设置；球迷坐席区色系个性化灯光设置；全场单色系、多色系的渐变灯光秀；赛前热场、比赛间歇啦啦队表演、散场欢快模式等灯光形式。

主体育场照明DMX 512控制系统根据实际需要进行设计，并根据控制模式要求编制程序，实现调光控制、灯光秀戏剧效果、远程诊断的功能。调光线路需单独敷设，与配电线路分离，避免信号干扰。

5 小结

体育场馆的照明技术指标须与承担的赛事要求协调，兼顾国内外标准，设计标准应满足长远要求。场地照明灯具的布置，需结合体育场馆的马道设置、灯具类型，采用投射角度控制较好的灯具，可采用环形布置，提升建筑美学，提高灯光秀的效果。大型体育建筑场地照明灯具应采用LED灯具，LED灯具节能效果显著，控制手段多样，可快速启动，配电方便。但在选型LED灯具时，需关注灯具的启动电流特性，稳态电流谐波，降低非线性设备带来的电能质量问题。大型体育建筑场地照明灯具宜设置RGBW灯具，烘托现场氛围，吸引球迷到体育场馆观赛。同时也为非赛时的运营提供支持。场地照明控制应采用DMX512协议，便于赛事设备集成管理，联动场地扩声、大屏幕显示、场地LED广告牌、室外泛光照明等，呈现全域联动的现场效果。目前在RGBW大功率LED灯具在场馆的应用需求凸显，接下来需要深入研究彩色氛围照明标准、RGBW灯具布设等定量指标，指导RGBW大功率LED灯具在专业足球场场地照明中的应用。