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2019/07/05

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一、引言

现代体育运动是随着人类社会的发展逐步成长和成熟起来的。体育运动离不开体育场馆的建设。体育场馆照明作为体育场馆建设的一部分,其特点是灯光照射空间大、距离远,照度技术要求高。因此,体育场馆照明设计的重点是馆内场地照明,也就是比赛用光。馆内场地照明是一项功能性强、技术性高、难度较大的设计,既要满足各类体育项目比赛的要求,又要有利于运动员技术水平的发挥,还要有利于裁判作出正确评判,同时更要兼顾观众席上各个方位的观看效果。下面,我们以此类亮化项目的业务分类、照明要求和设计基本考虑等方面作为切入点,进一步详细论述现代专业体育场馆照明的规划设计和发展趋势。

二、体育运动的分类

1. 体育运动的级别

在不同的场馆中,对不同的运动级别有不同的照明要求,目前常见的运动级别如下:

(1)娱乐活动。

(2)业余水平:业余训练,包括体能训练、非比赛的活动、国内比赛。

(3)专业水平:专业训练,包括体能训练、国内比赛、带彩色电视转播的国内/国际比赛,以及HDTV转播比赛。

综合体育场馆有复杂的使用功能和电视转播要求,体育场馆首先应按使用功能的规定进行功能分级,然后再提供相对应的体育照明设计和效果。

2. 体育运动的具体分类

基于对照明的要求,体育运动可以分为两类:以空中运动为主的运动及以地面运动为主的运动,在这两类运动中,又可以分为多方向运动和单方向运动。

(1)空中运动

空中运动是指运动对象除在地面外,还会在空中飞行。

1)多向空中运动。运动员和观众会从多个方向及位置观看运动物体,此时照明的垂直照度往往比水平照度更为重要,同时应严格控制眩光,将灯具布置于常用观察方向以外。典型的多向空中运动有:篮球、足球、手球、羽毛球、棒球、壁球、网球和排球。

2)单向空中运动。运动员和观众从地面的固定点观看物体,此时在起点需要较多考虑水平照度,而在运动过程中及终点要求足够的垂直照度,在起点的灯具以向下照射为主,而终点则以高角度照射。典型的单向空中运动有:高尔夫、双向飞碟、高山滑雪等。

(2)地面运动

地面运动是指运动始终在地面或离地不高的空间内进行,运动员和观众在正常情况下不会向上看。

1)多向地面运动。运动员和观众从多个方面观看运动,通常只往下看或水平观察,要求有均匀度较好的水平照度,同时还应有必要的垂直照度。典型的运动有:拳击、冰球、曲棍球、滑冰、游泳跳水及摔跤。

2)单向地面运动。观察目标通常在靠近地面的垂直面上,此时应重点考虑直面的照度,可通过灯具的投射方向满足照明,同时在起点处保证运动员及观众视觉舒适。典型的运动有:射箭、射击、保龄球。

针对以上两种类型的运动,又有两个因素决定照明的需求,即运动物体的视觉尺寸大小及速度。视觉大小取决于物体的物理尺寸及观看距离,而速度则取决于物体的绝对速度及相对于运动员、观众的方向。如果运动物体的速度提高、尺寸变小,则照明要求更高。对运动员而言,不同的运动有其不同的主要观察方向,如网球的主观察方向是纵向的,这些主观察方向将直接影响灯具的布置。因此在进行灯具布置前,应认真考虑这些因素。

三、体育照明的要求

体育照明的目的是通过对运动物体及周围环境的亮度控制,提供一种舒适的照明环境,使运动员、观众、电视摄像机、照相机能够清晰地捕捉到目标,因此有许多量化和非量化的要求。

1. 照度

体育照明最基本的要求是给运动员、观众、电视摄像机、照相机提供令人满意的照度水平,由于对电视摄像机、照相机照明的要求已超出对运动本身和观众席的要求,因此在设计初始就应了解清楚照度的要求。照度决定于:

①运动的速度、运动物体的视觉大小。

②运动员的竞技水平。

③运动员的年龄。

④观众席的容量。

⑤彩色电视转播要求。

1)水平照度

体育照明的水平照度值通常是指,在场地地面上或场地上高1m处水平平面上的水平照度。对大多数空中运动,运动并不仅仅局限于地面上,因此水平照度不是唯一重要的照明指标。相对而言,水平照度比垂直照度简单,容易计算。

2)垂直照度

对观察垂直面上的物体来说,垂直照度是必须的。观众观看运动员比赛时,是以某一垂直面的垂直照度为基础的。运动员周身的照明环境可以4个互相垂直的垂直面。垂直照度用来衡量这几个垂直面上的照明水平,它对彩色电视转播或照相的质量有着决定性的作用。垂直照度与主摄像机位置密切相连,在普通的比赛中,除一些特别的运动,如射击、高尔夫等,大部分体育运动对垂直照度不做特殊要求,只有在做彩色电视转播时,才需特别考虑垂直照度。

2. 照明光源的颜色特性

在体育照明中,人工光源的颜色特性起着决定性的作用,当然,也要考虑自然光对整个体育照明设计的影响。光源的颜色特性有两个重要参数:光源的色温(Tc)或相关色温CCT(单位都是K)和光源的一般显色指数Ra,它们均依赖于光源的光谱能量分布。

光源色温Tc可表示为光源给人带来的色表感觉。自然白光(色温为4000K左右)类似早晨的阳光,给人以明亮自然的感觉,多用于室内体育馆照明;日光色白光(色温为5000K以上)类似中午的阳光,给人以明亮兴奋的感觉,多用于室外体育照明。对有彩色电视转播要求的体育照明,为得到理想的画面质量,摄像机、照相机只能通过调节“白点设置”解决颜色偏差,但人眼无法调节,况且经调整后的画面质量也不可能是最好的,因此应选择合适的光源作为体育照明光源。

体育场馆照明的视觉环境取决于光源的一般显色指数Ra。Ra越高,照明后的环境与实际环境越接近,环境越舒适。对颜色还原要求越来越高的电视转播的体育照明,如果采用LED照明,则除对LED照明灯具一般显色指数Ra有要求外,还需要对色数显色指数,如R9等提出要求。

3. 眩光

眩光在体育照明中是一个特别重要的参数,眩光控制不佳,会导致运动员、观众严重的视觉困难,从而影响比赛。眩光可分为失能眩光和不舒适眩光,在体育照明中这些眩光均由灯具的直接眩光及环境的反射眩光造成。由于体育照明中使用大量中功率或大功率HID投光灯具,而HID光源本身放电管的发光亮度非常高,因此完全消除眩光是不可能的,但可以通过多种方式降低或减小眩光。

在体育照明中,眩光程度取决于灯具的光强分布、灯具的瞄准点方向及数量、灯具布置和安装高度,以及照明区域内的背景亮度。目前,CIE已经对室外体育场及室外区域照明的眩光做了统一的评价。在体育场中,观测者位置的不同及观察方向的不同,视觉内的眩光程度也是不一样的。当在体育场中安装点光源灯具时,对于给定的观测者位置和给定的观看方向(低于眼睛水平),其眩光程度取决于由灯具对人眼产生的等效光幕亮度Lv1和观察者前方视觉环境所产生的等效光幕亮度Lve。场地的放射比对眩光的计算结果有很大影响,反射率越高,环境光幕亮度Lve越大,眩光越小。因此,在照明设计时,应该取合适的场地反射率,这样计算出的眩光指数才是可靠的。眩光指数越低,说明眩光控制越好。

四、体育照明设计的基本考虑

1. 照明光源的选择

体育照明的光源选择与其他照明一样,可以从光源显色性Ra、光源色温Tc、光源光效、寿命等方面选择考虑光源。目前,体育照明中常用的光源为直管型荧光灯、金属卤化物灯、高压汞灯或高压钠灯。而LED体育照明灯具也已经逐步从训练场馆照明开始应用,随着产品光度性能和系统效能的进一步提高,将逐步在有专业的彩色电视转播的体育场馆应用。

在光源选择时,还应考虑光源的颜色偏移。当许多光源被安装在同一个场馆时,这些光源间的颜色偏差应最小,不论是金属卤化物光源,还是LED光源,均应光源间的色温的偏差。传统光源间的色温偏差应小于150K/300K(室内/室外应用);如果为LED照明系统,其照明系统间的色容差应小于5SDCM(色容差单位)。

2. 照明灯具的选择

灯具的发展离不开光源的推动,大功率汞灯和长弧氙灯的出现促进了体育场照明用投光灯具的发展。早期用钢板或铝板做外壳制成灯具,20世纪70年代末出现了铝压铸外壳方形投光灯及减少眩光的非对称柱面反射器投光灯,20世纪90年代随着紧凑型金属卤化物光源的出现,紧凑型大功率投光灯开始出现在体育照明中,并立刻占据了主导地位。而现在则慢慢开始了LED照明灯具在体育照明中的应用。现在体育照明对灯具的要求有如下几点:(1)灯具外形小型化;(2)灯具功率及配光曲线;(3)灯具压铸铝外壳及高防尘防水(IP)等级;(4)灯具的安全性及维护;(5)眩光小,溢出光少;(6)灯具应有准确瞄准功能设计;(7)灯具应有热启动装置。

五、体育照明标准推荐

目前在我国的体育场馆照明设计实践中,基本可参照4类标准:

(1)国际照明组织的标准,包括国际照明委员会(CIE)、北美照明工程学会(IESNA)、欧洲标准(EN)等。其中,涉及的标准包括:

CIE42:《网球场照明》(Lighting for Tennis);

CIE45:《冰上运动照明》(Lighting for Ice Sports);

CIE57:《足球场照明》(Lighting for Football);

CIE58:《体育馆照明》(Lighting for Sports Hall);

CIE62:《游泳池照明》(Lighting for Swimming Pools);

CIE67:《体育照明装置的光度学要求和测量指南》(Guide for the Photometric Specification and Measurement of Sports Lighting Installations);

CIE83:《体育运动场地彩电转播照明》(Guide for the lighting of Sports Events for Color Television and Film Systems);

CIE112:《室外体育和区域照明的眩光评价系统》(Glare Evaluation System for Use Within Outdoor Sports and Area Lighting);

CIE169:《体育赛事中用于彩电和摄影的实用照明设计准则》(Practical Designs Guidelines for the Lighting of Sport Events for Color Television and Filming);

IESNA:Lighting Handbook(10th);

EN 12193Light and Lighting Sports Lighting

(2)国际体育组织的照明标准,包括国际田径联合会(International Association of Athletics Federations,IAAF)、国际足球联合会(Federation Internationale de Football Association,FIFA)、国际篮球联合会(Federation Internationale de Basketball,FIBA)、国际网球联合会(International Tennis Federation,ITF),以及由56个单项体育联合会组成的国际体育联合会(General Association of International Sports Federations,GAISF)等体育机构或联合转播机构出版的针对性的照明标准。

(3)各项重大体育赛事、组织或转播机构出版的照明标准,如奥运会、世界杯、亚运会、大运会等大型综合运动会对各项运动照明的要求,或单项体育世界锦标赛转播机构颁布的照明要求。

(4)中国国家照明标准,目前我国实行的专业的体育照明标准为《体育场馆照明设计及检测标准》(JGJ153)。随着中国北京2008年奥运会、2010年广州亚运会、2011年深圳大运会的成功召开,这些赛事中的许多世界先进水平的体育场馆照明为中国体育照明的发展带来了巨大的推动力,也促进了中国对体育照明的研究和更好的应用。《体育场馆照明设计及检测标准》(JGJ153)是在综合了奥运会照明标准、亚运会照明标准、CIE 169文件、GASIF V14版标准、EN12193,以及各个体育单项组织对照明的特殊要求后,又结合中国体育建筑的特点和对体育照明的特殊需求,通过广泛调查研究,总结大量的体育场馆照明实践经验和检测数据后编制而成。因此,此标准非常符合目前中国在北京奥运会后对体育照明的需求,这是目前体育照明设计中非常全面、具体、专业的标准推荐。


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