【鳥巢】姚夢明談國家體育場體育照明設(shè)計(Part1)

　　【鳥巢】姚夢明談國家體育場體育照明設(shè)計(Part3)

　　5 國家體育場體育照明產(chǎn)品

　　設(shè)計中選用先進、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。而獨特的兩次封接技術(shù)，及配合燈具設(shè)計的全新的線型電氣壓緊連接技術(shù)，使光源壽命更長，光通更穩(wěn)定。

　　配以飛利浦大功率專業(yè)體育照明燈具MVF403，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80% 以上，更節(jié)能;燈具體積小巧，迎風面積小，流線型設(shè)計，風阻系數(shù)小，很好地與建筑及馬道配合。同時MVF403燈具配專用精確紅外瞄準器，可在安裝完成后，精確滿足設(shè)計方案中燈具的瞄準點要求，尤其對國家體育場如此多的燈具數(shù)量和如此嚴格的照明要求，保證設(shè)計照明效果的最后實現(xiàn)。如圖6所示。

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

　　6 國家體育場體育照明馬道及燈具位置設(shè)計

　　從2003 年年底國家體育場開工建設(shè)開始，國家體育場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)國家體育場可開啟的屋蓋結(jié)構(gòu)及體育照明的基本要求、初步的轉(zhuǎn)播要求，經(jīng)過第一次的詳細照明設(shè)計和計算后，提出體育照明內(nèi)環(huán)、外環(huán)馬道的基本位置，然后與建筑師進行了多次的溝通和討論后，對內(nèi)外馬道位置進行了細微的調(diào)整，同時提出內(nèi)藏式馬道對燈具的擋光問題，在此基礎(chǔ)上調(diào)整燈具位置，重新設(shè)計體育照明，包括觀眾席照明和應急照明。但2005年北京奧運的瘦身計劃改變了國家體育場的屋蓋結(jié)構(gòu)，體育照明根據(jù)結(jié)構(gòu)的改變重新設(shè)計，至此國家體育場的內(nèi)外馬道的位置基本確定。從2007 年開始與BOB配合設(shè)計室內(nèi)訓練場、室外訓練場、混合區(qū)、新聞發(fā)布廳、馬拉松通道、頒獎臺、升旗區(qū)、萬國旗、室外綜合區(qū)的照明，同時配合奧運火炬臺的設(shè)計，局部調(diào)整場地照明設(shè)計。

　　由于在國家體育場體育照明設(shè)計中的早期介入，使建筑與照明的配合比較順利。因此不論“奧運瘦身”計劃還是與其他設(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，但這個改變給照明設(shè)計帶來了極大的困難。

　　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)上各開了長度從1 米到6米的“豁口”，以保證燈光全部到達場地。考慮到建筑美觀和施工方便，全部外環(huán)馬道的燈具被設(shè)計成沿鋼結(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)計成28個非連續(xù)的小馬道，同時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)計成基本一致的水平瞄準方向，同時隱藏式的馬道又必須考慮燈具熱量對張拉膜的影響。盡管這些是非常困難和復雜的，但最后的實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 段長馬道( 奧運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《照明工程學報》，作者姚夢明)

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　　場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)馬道的上下走勢仍與所在位置的膜結(jié)構(gòu)方向一致。在體育場西南部布置了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燈具提供奧運體育照明，其中594 套為體育照明，12 套為頒獎、旗幟等的照明。

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

　　為滿足體育場觀眾席照明，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。在體育場觀眾席根部上方布置了20 組觀眾席普通照明燈具和應急照明燈具。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( 應急安全照明) 。共140 套400W 燈具和40 套1000W 應急安全照明燈具。

　　7 國家體育場照明設(shè)計主要技術(shù)指標

　　7. 1 體育照明設(shè)計燈具布置

　　確定照明光源、燈具，確定馬道位置，也了解了場地轉(zhuǎn)播攝像機后，根據(jù)國家體育場場地照明標準，設(shè)計場地照明。圖8 為體育照明設(shè)計燈具2D布置圖。

　　7. 2 開關(guān)模式

　　為方便賽時、賽后的使用，國家體育場場地照明系統(tǒng)設(shè)計了20種開關(guān)模式，包括日常維護、訓練/娛樂、俱樂部足球比賽、俱樂部田徑比賽、無電視轉(zhuǎn)播足球比賽、無電視轉(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、奧運高清轉(zhuǎn)播足球比賽、奧運高清轉(zhuǎn)播田徑比賽、奧運高清轉(zhuǎn)播全場照明、應急電視轉(zhuǎn)播足球比賽、應急電視轉(zhuǎn)播田徑比賽、觀眾席照明、應急安全照明、混合區(qū)照明、頒獎臺/升旗區(qū)照明、馬拉松通道照明等。

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　　7. 3 國家體育場照明重點和特殊區(qū)域照明設(shè)計:

　　設(shè)計中分別針對足球比賽、田徑比賽作了詳細考慮。而田徑比賽的照明設(shè)計又按田賽、徑賽項目分別考慮:

　　———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/三級跳遠( 南北雙向) 、撐桿跳( 4 個位置) 、跳高、標槍( 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;

　　———對各個田賽項目，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)、頒獎區(qū)等的照明水平。

　　———同時還對觀眾席、VIP 席的照明進行了設(shè)計。還考慮了照明對大顯示屏、廣告牌、場地頂棚內(nèi)側(cè)的影響。

　　7. 4 國家體育場照明設(shè)計對攝像機的最小垂直照度:

設(shè)計中共考慮了93 個攝像機( 足球: 15 個，田徑: 74 個，全場: 4 個) 及移動攝像機(四邊垂直照度) 的照明需求，滿足不同比賽項目的要求。對同一區(qū)域有多個攝像機進行攝影跟蹤，尤其是對100 米，110米欄等重大比賽項目的跑道、起點、終點線處進行多機攝影跟蹤，從各個方向轉(zhuǎn)播比賽的精彩畫面。

　　———全部固定攝像機的最小垂直照度大于1400lx;

　　———全部移動攝像機的最小垂直照度大于1000lx。

　　7. 5 體育場照明設(shè)計中照度均勻度及梯度考慮:

　　———全場區(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/終點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 體育場照明設(shè)計中立體感及四邊照度比結(jié)果:

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

　　7. 7 體育場照明設(shè)計中眩光控制結(jié)果:

　　設(shè)計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，在足球場底線兩側(cè)的30° 禁區(qū)范圍內(nèi)無照明燈具;

　　———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)計中計算了足球場全部11 個眩光觀察點的最大眩光，同時增加球場大禁區(qū)角上的眩光觀察點，足球比賽時全場最大眩光指數(shù)僅為42. 0( 場地反射比0. 2) ，很好地滿足標準要求的低于50 的要求;

　　———根據(jù)IAAF 的要求，設(shè)計中計算了田徑場內(nèi)全部16 個眩光觀察點的最大眩光，同時又增加場內(nèi)其他18 個眩光觀察點，田徑比賽時全場34個觀察點中最大眩光指數(shù)為42. 6 ( 場地反射比0. 2) ，很好地滿足標準要求;

　　———設(shè)計中對全場全部93 個攝像機的最大眩光，最大眩光指數(shù)僅為36. 5 ( 場地反射比0. 2) ，很好地滿足標準要求的低于40 的要求。

　　7. 8 體育場照明設(shè)計中場地溢散光考慮:

　　設(shè)計中充分遵循“綠色、人文、科技”的奧運理念，充分考慮照明對場地內(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。

　　———為減小場地照明的干擾光及溢散光，方案中計算了全部每個燈具的上射光通比例ULR，各個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，充分滿足綠色奧運的要求，同時提高運動物體與背景的對比度，保證電視轉(zhuǎn)播畫面質(zhì)量。

　　7. 9 體育場照明設(shè)計中觀眾席照明考慮:

　　設(shè)計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。奧運比賽時，觀眾席前12排坐姿高度的平均垂直照度為比賽場地平均垂直照度的21. 3% ( 東西看臺) 和22. 7% ( 南北看臺) ，滿足要求的20% ～ 25% 的BOB 要求。

(本文摘自《照明工程學報》，作者姚夢明)

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