【鳥巢】姚夢(mèng)明談國(guó)家體育場(chǎng)體育照明設(shè)計(jì)(Part1)

　　【鳥巢】姚夢(mèng)明談國(guó)家體育場(chǎng)體育照明設(shè)計(jì)(Part3)

　　5 國(guó)家體育場(chǎng)體育照明產(chǎn)品

　　設(shè)計(jì)中選用先進(jìn)、節(jié)能、成熟的飛利浦體育照明專用光源飛利浦大功率雙端短弧高顯色MHNSA2KW/956 金鹵燈，色溫Tc = 5600K，Ra >90，完全滿足BOB 要求，光效100lm/w，結(jié)合僅為2.5cm長(zhǎng)的發(fā)光弧，控光更精確，更節(jié)能、綠色，光源在燈具內(nèi)部工作位置固定，冷端溫度穩(wěn)定，光源色溫、顯色指數(shù)、光通量、工作電流、電壓等光電參數(shù)穩(wěn)定。而獨(dú)特的兩次封接技術(shù)，及配合燈具設(shè)計(jì)的全新的線型電氣壓緊連接技術(shù)，使光源壽命更長(zhǎng)，光通更穩(wěn)定。

　　配以飛利浦大功率專業(yè)體育照明燈具M(jìn)VF403，其優(yōu)異的配光性能，配套高效反射器及雙端短弧光源，燈具發(fā)光效率可達(dá)80% 以上，更節(jié)能;燈具體積小巧，迎風(fēng)面積小，流線型設(shè)計(jì)，風(fēng)阻系數(shù)小，很好地與建筑及馬道配合。同時(shí)MVF403燈具配專用精確紅外瞄準(zhǔn)器，可在安裝完成后，精確滿足設(shè)計(jì)方案中燈具的瞄準(zhǔn)點(diǎn)要求，尤其對(duì)國(guó)家體育場(chǎng)如此多的燈具數(shù)量和如此嚴(yán)格的照明要求，保證設(shè)計(jì)照明效果的最后實(shí)現(xiàn)。如圖6所示。

　　圖6 國(guó)家體育場(chǎng)體育照明光源及燈具( 飛利浦MHN-SA 2KW 和MVF403)

　　6 國(guó)家體育場(chǎng)體育照明馬道及燈具位置設(shè)計(jì)

　　從2003 年年底國(guó)家體育場(chǎng)開工建設(shè)開始，國(guó)家體育場(chǎng)的體育照明就始終倍受各方面的關(guān)心和重視。在2003年底根據(jù)國(guó)家體育場(chǎng)可開啟的屋蓋結(jié)構(gòu)及體育照明的基本要求、初步的轉(zhuǎn)播要求，經(jīng)過第一次的詳細(xì)照明設(shè)計(jì)和計(jì)算后，提出體育照明內(nèi)環(huán)、外環(huán)馬道的基本位置，然后與建筑師進(jìn)行了多次的溝通和討論后，對(duì)內(nèi)外馬道位置進(jìn)行了細(xì)微的調(diào)整，同時(shí)提出內(nèi)藏式馬道對(duì)燈具的擋光問題，在此基礎(chǔ)上調(diào)整燈具位置，重新設(shè)計(jì)體育照明，包括觀眾席照明和應(yīng)急照明。但2005年北京奧運(yùn)的瘦身計(jì)劃改變了國(guó)家體育場(chǎng)的屋蓋結(jié)構(gòu)，體育照明根據(jù)結(jié)構(gòu)的改變重新設(shè)計(jì)，至此國(guó)家體育場(chǎng)的內(nèi)外馬道的位置基本確定。從2007 年開始與BOB配合設(shè)計(jì)室內(nèi)訓(xùn)練場(chǎng)、室外訓(xùn)練場(chǎng)、混合區(qū)、新聞發(fā)布廳、馬拉松通道、頒獎(jiǎng)臺(tái)、升旗區(qū)、萬(wàn)國(guó)旗、室外綜合區(qū)的照明，同時(shí)配合奧運(yùn)火炬臺(tái)的設(shè)計(jì)，局部調(diào)整場(chǎng)地照明設(shè)計(jì)。

　　由于在國(guó)家體育場(chǎng)體育照明設(shè)計(jì)中的早期介入，使建筑與照明的配合比較順利。因此不論“奧運(yùn)瘦身”計(jì)劃還是與其他設(shè)備的沖突，體育照明的馬道位置始終沒有太大的變化，只是為了與建筑更好地協(xié)調(diào)，在外環(huán)馬道燈具布置上將傳統(tǒng)的下垂式連續(xù)馬道改為沿建筑鋼結(jié)構(gòu)件的鋸齒型不連貫的隱藏式馬道，但這個(gè)改變給照明設(shè)計(jì)帶來(lái)了極大的困難。

　　外環(huán)馬道全部嵌于觀眾席頂部的膜結(jié)構(gòu)中?？紤]到東西看臺(tái)屋面向前傾斜，為避免前方頂棚張拉膜的擋光問題，在外環(huán)馬道前的膜結(jié)構(gòu)上各開了長(zhǎng)度從1 米到6米的“豁口”，以保證燈光全部到達(dá)場(chǎng)地?？紤]到建筑美觀和施工方便，全部外環(huán)馬道的燈具被設(shè)計(jì)成沿鋼結(jié)構(gòu)梁布置，而鋼結(jié)構(gòu)梁的排布非常不規(guī)則，因此外環(huán)馬道被設(shè)計(jì)成28個(gè)非連續(xù)的小馬道，同時(shí)又由于單一馬道的方向各不一致，考慮到燈具之間相互遮擋的問題和安裝的緊湊，同一馬道上的燈具被設(shè)計(jì)成基本一致的水平瞄準(zhǔn)方向，同時(shí)隱藏式的馬道又必須考慮燈具熱量對(duì)張拉膜的影響。盡管這些是非常困難和復(fù)雜的，但最后的實(shí)施效果是非常理想的。內(nèi)環(huán)馬道沿建筑的“碗口”而設(shè)，15 段長(zhǎng)馬道( 奧運(yùn)火炬的位置占去了其中一段馬道)，而考慮到馬道方向與“碗口”的膜結(jié)構(gòu)接縫一致，同時(shí)保持與外馬道的鋸齒型不連貫馬道的視覺上的一致，內(nèi)環(huán)馬道的15段長(zhǎng)馬道也是傾斜的倆倆鋸齒組合，盡管燈具要求水平安裝。

　　(本文摘自《照明工程學(xué)報(bào)》，作者姚夢(mèng)明)

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　　場(chǎng)地照明燈具被布置在內(nèi)環(huán)馬道和外環(huán)馬道上。內(nèi)環(huán)馬道高度從39. 3m 到47m，外環(huán)馬道高度從36m 到48.5m。見圖7。由于安裝位置和空間的局限，內(nèi)環(huán)馬道上的部分燈具被雙層安裝，但內(nèi)環(huán)馬道的上下走勢(shì)仍與所在位置的膜結(jié)構(gòu)方向一致。在體育場(chǎng)西南部布置了156套MVF403 燈具，西北部布置了153 套，東北部布置了149 套，東南部布置了148 套，共606 套MVF403 /2KW燈具提供奧運(yùn)體育照明，其中594 套為體育照明，12 套為頒獎(jiǎng)、旗幟等的照明。

　　同時(shí)在內(nèi)外環(huán)馬道上布置了32 套1KW 鹵鎢投光燈具作場(chǎng)地應(yīng)急安全照明。

　　為滿足體育場(chǎng)觀眾席照明，在頂部外環(huán)馬道上布置28 套MVF403 /1KW燈具，滿足一層、二層觀眾席的基本照明和轉(zhuǎn)播照明的需要。在體育場(chǎng)觀眾席根部上方布置了20 組觀眾席普通照明燈具和應(yīng)急照明燈具。每組燈具包含7 套400W金屬鹵化物光源投光燈具( 普通照明) 和2 套1KW 鹵鎢投光燈具( 應(yīng)急安全照明) 。共140 套400W 燈具和40 套1000W 應(yīng)急安全照明燈具。

　　7 國(guó)家體育場(chǎng)照明設(shè)計(jì)主要技術(shù)指標(biāo)

　　7. 1 體育照明設(shè)計(jì)燈具布置

　　確定照明光源、燈具，確定馬道位置，也了解了場(chǎng)地轉(zhuǎn)播攝像機(jī)后，根據(jù)國(guó)家體育場(chǎng)場(chǎng)地照明標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)場(chǎng)地照明。圖8 為體育照明設(shè)計(jì)燈具2D布置圖。

　　7. 2 開關(guān)模式

　　為方便賽時(shí)、賽后的使用，國(guó)家體育場(chǎng)場(chǎng)地照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)了20種開關(guān)模式，包括日常維護(hù)、訓(xùn)練/娛樂、俱樂部足球比賽、俱樂部田徑比賽、無(wú)電視轉(zhuǎn)播足球比賽、無(wú)電視轉(zhuǎn)播田徑比賽、一般彩電轉(zhuǎn)播足球比賽、一般彩電轉(zhuǎn)播田徑比賽、彩電轉(zhuǎn)播重大足球比賽、彩電轉(zhuǎn)播重大田徑比賽、奧運(yùn)高清轉(zhuǎn)播足球比賽、奧運(yùn)高清轉(zhuǎn)播田徑比賽、奧運(yùn)高清轉(zhuǎn)播全場(chǎng)照明、應(yīng)急電視轉(zhuǎn)播足球比賽、應(yīng)急電視轉(zhuǎn)播田徑比賽、觀眾席照明、應(yīng)急安全照明、混合區(qū)照明、頒獎(jiǎng)臺(tái)/升旗區(qū)照明、馬拉松通道照明等。

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　　7. 3 國(guó)家體育場(chǎng)照明重點(diǎn)和特殊區(qū)域照明設(shè)計(jì):

　　設(shè)計(jì)中分別針對(duì)足球比賽、田徑比賽作了詳細(xì)考慮。而田徑比賽的照明設(shè)計(jì)又按田賽、徑賽項(xiàng)目分別考慮:

　　———徑賽又分別考慮了100 米跑道、110 米欄跑道、200 米跑道、400 米跑道、障礙賽水池、100米起跑線、110 米欄起跑線、200米起跑區(qū)、400 米/4 × 100 米起跑區(qū)、800 米起跑區(qū)、4 × 400米起跑區(qū)、終點(diǎn)線等區(qū)域的水平照度、垂直照度、照度均勻度/梯度及四邊垂直照度之比;

　　———田賽分別考慮了跳遠(yuǎn)/三級(jí)跳遠(yuǎn)( 南北雙向) 、撐桿跳( 4 個(gè)位置) 、跳高、標(biāo)槍( 南北雙向) 、鏈球、鐵餅、鉛球( 南北雙向)等區(qū)域的水平照度、垂直照度、照度均勻度/梯度及四邊垂直照度之比;

　　———對(duì)各個(gè)田賽項(xiàng)目，又分別考慮了助跑區(qū)、起跳板/投擲線( 犯規(guī)線) 、著陸區(qū)等不同區(qū)域的照明要求;

　　———又考慮了熱身賽道、周邊區(qū)、混合區(qū)、頒獎(jiǎng)區(qū)等的照明水平。

　　———同時(shí)還對(duì)觀眾席、VIP 席的照明進(jìn)行了設(shè)計(jì)。還考慮了照明對(duì)大顯示屏、廣告牌、場(chǎng)地頂棚內(nèi)側(cè)的影響。

　　7. 4 國(guó)家體育場(chǎng)照明設(shè)計(jì)對(duì)攝像機(jī)的最小垂直照度:

設(shè)計(jì)中共考慮了93 個(gè)攝像機(jī)( 足球: 15 個(gè)，田徑: 74 個(gè)，全場(chǎng): 4 個(gè)) 及移動(dòng)攝像機(jī)(四邊垂直照度) 的照明需求，滿足不同比賽項(xiàng)目的要求。對(duì)同一區(qū)域有多個(gè)攝像機(jī)進(jìn)行攝影跟蹤，尤其是對(duì)100 米，110米欄等重大比賽項(xiàng)目的跑道、起點(diǎn)、終點(diǎn)線處進(jìn)行多機(jī)攝影跟蹤，從各個(gè)方向轉(zhuǎn)播比賽的精彩畫面。

　　———全部固定攝像機(jī)的最小垂直照度大于1400lx;

　　———全部移動(dòng)攝像機(jī)的最小垂直照度大于1000lx。

　　7. 5 體育場(chǎng)照明設(shè)計(jì)中照度均勻度及梯度考慮:

　　———全場(chǎng)區(qū)域水平照度均勻度大于0. 7 /0. 8，垂直照度均勻度大于0. 6 /0. 7;

　　———特殊區(qū)域水平照度均勻度大于0. 7 /0. 8，垂直照度均勻度大于0. 7 /0. 8;

　　———起點(diǎn)/終點(diǎn)線水平照度均勻度大于0. 7 /0. 8，垂直照度均勻度大于0. 9 /0. 9;

　　———照度梯度滿足要求: 不大于20% ( 4 米格柵) ，10% ( 1 米和2 米格柵) ;

　　7. 6 體育場(chǎng)照明設(shè)計(jì)中立體感及四邊照度比結(jié)果:

　　設(shè)計(jì)中對(duì)全部區(qū)域，包括全場(chǎng)、足球場(chǎng)、田徑跑道、田徑內(nèi)場(chǎng)、100 米/110米跑道、跳遠(yuǎn)/跳高/撐桿跳區(qū)域、標(biāo)槍區(qū)、鉛球區(qū)、鏈球/鐵餅區(qū)、熱身賽道、混合區(qū)、頒獎(jiǎng)區(qū)等區(qū)域的照明的四邊垂直照度之比做了詳細(xì)的設(shè)計(jì)，全部區(qū)域的任一點(diǎn)上四邊垂直照度之比的最小值均大于0.6，保證滿足現(xiàn)場(chǎng)照明的立體感。

　　7. 7 體育場(chǎng)照明設(shè)計(jì)中眩光控制結(jié)果:

　　設(shè)計(jì)中全面考慮了照明眩光的控制，以提供最佳的照明效果。

　　———足球比賽時(shí)，在足球場(chǎng)底線兩側(cè)的30° 禁區(qū)范圍內(nèi)無(wú)照明燈具;

　　———全部照明燈具投射角均小于68°，完全符合BOB 要求;

　　———根據(jù)FIFA 的要求，設(shè)計(jì)中計(jì)算了足球場(chǎng)全部11 個(gè)眩光觀察點(diǎn)的最大眩光，同時(shí)增加球場(chǎng)大禁區(qū)角上的眩光觀察點(diǎn)，足球比賽時(shí)全場(chǎng)最大眩光指數(shù)僅為42. 0( 場(chǎng)地反射比0. 2) ，很好地滿足標(biāo)準(zhǔn)要求的低于50 的要求;

　　———根據(jù)IAAF 的要求，設(shè)計(jì)中計(jì)算了田徑場(chǎng)內(nèi)全部16 個(gè)眩光觀察點(diǎn)的最大眩光，同時(shí)又增加場(chǎng)內(nèi)其他18 個(gè)眩光觀察點(diǎn)，田徑比賽時(shí)全場(chǎng)34個(gè)觀察點(diǎn)中最大眩光指數(shù)為42. 6 ( 場(chǎng)地反射比0. 2) ，很好地滿足標(biāo)準(zhǔn)要求;

　　———設(shè)計(jì)中對(duì)全場(chǎng)全部93 個(gè)攝像機(jī)的最大眩光，最大眩光指數(shù)僅為36. 5 ( 場(chǎng)地反射比0. 2) ，很好地滿足標(biāo)準(zhǔn)要求的低于40 的要求。

　　7. 8 體育場(chǎng)照明設(shè)計(jì)中場(chǎng)地溢散光考慮:

　　設(shè)計(jì)中充分遵循“綠色、人文、科技”的奧運(yùn)理念，充分考慮照明對(duì)場(chǎng)地內(nèi)設(shè)備的影響:

　　———在大顯示屏上的垂直照度僅為63. 9 lx，影響極小。

　　———為減小場(chǎng)地照明的干擾光及溢散光，方案中計(jì)算了全部每個(gè)燈具的上射光通比例ULR，各個(gè)燈具的最大上射光通比例ULR不大于2%，而各照明模式下的最大上射光通比例ULR 僅為全部燈光的2% 以下，充分滿足綠色奧運(yùn)的要求，同時(shí)提高運(yùn)動(dòng)物體與背景的對(duì)比度，保證電視轉(zhuǎn)播畫面質(zhì)量。

　　7. 9 體育場(chǎng)照明設(shè)計(jì)中觀眾席照明考慮:

　　設(shè)計(jì)中考慮了全部照明模式下的觀眾席照明，各照明模式下的觀眾席平均照度均大于75lx。奧運(yùn)比賽時(shí)，觀眾席前12排坐姿高度的平均垂直照度為比賽場(chǎng)地平均垂直照度的21. 3% ( 東西看臺(tái)) 和22. 7% ( 南北看臺(tái)) ，滿足要求的20% ～ 25% 的BOB 要求。

(本文摘自《照明工程學(xué)報(bào)》，作者姚夢(mèng)明)

　　【鳥巢】姚夢(mèng)明談國(guó)家體育場(chǎng)體育照明設(shè)計(jì)(Part3)