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羽毛球运动,球小速度快,对光环境的要求非常高,光线的好坏直接影响运动员的发挥、裁判员的对各种边界球判断、电视转播的效果以及电视观众的观看感受。
得益于2008北京奥运以及2010广州亚运会的举办,国际标准体育场馆的新建,让市民也可以体验世界级的比赛场地,照明系统作为体育场馆的重要设施,越来越受到业主方的重视。在世界杯的比赛上,我们将会在电视上(微课堂)看到更多足球场的照明设计情况。
 
体育场馆照明设计 之 初步篇

为体育场馆做照明设计,我们首先要搞清楚的是照明级别。国标对体育场馆分级如下:

在级别要求不明确的情况下,至少要搞清楚是否需要转播,因为转播与否将直接影响灯具的选择与布灯的方式。
我们先来说说不需要转播的情况:
不转播意味着通常对垂直照度没有要求,先用个简单的图来说明一下光的方向与照度方向的关系。
不需要电视转播的场馆绝大多数只要求水平照度(击剑除外)。那我们也就知道光的方向:越垂直于地面越省灯。
下面结合不同的场地,详细说说:

体育馆:
我们国家一般综合体育馆居多,包括了手球、篮球、排球、羽毛球等多种运动。搞清楚场地的布置,对于后期的设计至关重要!
体育馆常见的布置方式

图:满天星布置(顶部网架吊装)。

 

图:马道式布置。

两种布置方式的优劣:

满天星:这种方式是很省灯的一种方式(垂直地面的光最多);但这种布置方式,一般顶部网架不能走人,维护时必须使用升降车。此方式通常用工矿灯,大多数时候眩光比较小,但对于有些运动就比较难受(例如羽毛球、排球等抬头较多的运动);当然,我们可以采用T5 highbay这种直视眩光较小的灯具来弥补。
马道式:需要考虑到眩光的控制问题(马道高度,投射角度等),此布置维护较简单,也能提供一定的垂直照度,这样观众观看时相对满天星更舒适一些(垂直照度好,人的面部更清晰)。

游泳馆:

游泳馆布置方式



图:满天星布置(顶部网架吊装)。
 

图:马道式布置。

两种布置方式的优劣:
满天星布置和刚刚体育馆一样,省灯,但维护更为麻烦,换光源时甚至要把整池子的水放掉。对于仰泳时眩光也会很大,马道式布置优势就很明显了。

室外场地:



图:立杆(塔)式。


图:马道式。

两种布置方式的优劣:
立杆式对于小型场地较为便利,尤其是没有罩棚的场地。马道式通常只有有罩棚的场地才能采用,且罩棚高度需要足够高。
特殊照明方式:

此外,还有一些其他的特殊照明方式,例如下图的间接照明:

体育场馆照明设计 之 灯具类型选择及照明计算

上段我们把不需要电视转播场馆的布灯方式罗列了一下,简单一点儿说就是满天星式和马道(立杆)式两大种,这期说说照明计算问题。
 
提到计算我们首先要说的就是标准,JGJ 153—2007《体育场馆照明设计及检测标准》把体育照明的照度标准分为了六级(不包括应急转播),其中不需要转播的分为了三个大的级别,如下:
I 训练和娱乐活动
II 业余比赛、专业训练
III 专业比赛
同时罗列了大部分运动的照度标准,不同运动照度标准各不相同,不过基本都遵从一个原则即:运动速度越快,照度要求越高。
首先我们说说体育馆,对于综合性体育馆而言,通常国内的一般小型体育馆都是多块场地多种运动都在一个场馆,甚至在做照明设计时都没有场地的布置,这种情况我们通常会保证一块较大场地(篮球甚至手球)达到专业比赛级别,除此之外对整片区域,满足专业训练或只满足娱乐训练级别。
对于不同的布灯方式灯具的选择与计算的方式也有不同。

根据布灯方式选择灯具

一、满天星布灯
满天星布灯而言首先我们要确定灯具的选型。通常而言我们我们有如下选择:

1、 金卤高天棚灯
此类灯具可根据高度选择功率,通常而言,10米以内建议250W,10~20米选用400W,20米以下不建议使用1000W高天棚灯。
由于此类灯具直视眩光较大,在布灯时应考虑抬头时的影响,遵循JGJ 153—2007《体育场馆照明设计及检测标准》所提到的布灯方式(如羽毛球PA区上方不应布置灯具)。由于金卤灯的再启动问题,别忘了另外加装应急照明灯具。
最后需要注意的一点因金卤灯有爆炸危险,因此此类灯具务必要配前玻璃(钢化玻璃)。

2、 T5高天棚灯
此类灯具通常效率较高,且直视眩光较小,是金卤高天井灯很好的替代品。
通常最大功率可以达到6*54W在配光和效率良好的情况下可以完美替代400W金卤灯。
不过由于T5管较为脆弱建议使用此类灯具时配上防护钢网。
最后就是应急照明不必单独设置灯具了。

3、 LED高天棚灯
LED灯具在体育场馆中的使用一直存在很多争论,不过个人认为,随着效率和功率两方面的提高,对于没有电视转播要求的场地也不失为一种很好的选择。

二、马道式布灯
对于马道式布灯我们通常会选用投光灯,马道布灯最重要一点马道到场地中心的仰角不超过65度,在粗算马道高度是否合适时,马道高度不应过多小于马道到中心线水平距离的一半。对于功率也基本遵循之前我所说的原则。
至于投光灯而言我们通常又会碰到三种不同类型配光:

轴对称 对称 非对称

对于轴对称通常在马道高度较高(超过15米),投射距离较远(场地较大)时使用,会比较省灯,均匀度也比较好调整。
对于对称配光,由于配光宽窄介于轴对称非对称之间,可酌情使用。
非对称灯具由于大部分光都集中在了最大光强角度以下,对于场外和观众席眩光控制会更好,利用率也比较好。同时还可以避免灯下黑的情况。同时灯具可水平放置也比较美观。


在布灯方式,灯具选取明确以后照度计算显得就要简单的多了。使用 DIALux 或者 AGJ32 等算算就是了。不过对于小场地而言个人还是喜欢使用DIALux 。
对于描点也没有什么难点,采用非对称或对称配光时可如下瞄准。

 
对于轴对称配光灯具建议适当交叉,以避免阴影保证两侧有一定垂直照度,在要求比较高的场地时我们也应让两侧马道的光适当交叉以保证垂直照度和垂直空间内有一定的光,以便看到高飞球。


体育场馆照明设计 之 田径场

上面我们把不需要电视转播场馆的布灯方式罗列了一下,简单一点儿说就是满天星式和马道(立杆)式两大种及其照明计算问题,下面说说足球和田径场。
对于不需要彩电转播的足球场和田径场,一般采用四杆式或马道式布灯,对于观众席很少甚至没有观众席的场地而言,通常都是四杆式布灯,原因很简单,没有罩棚或罩棚太小太矮。
对于立杆式,如我们前面所述,立杆高度不小于杆到场地中心距离的一半;由于田径场较大,因此会把杆立在场地内或观众席上以便降低杆的高度。另外立杆时应尽量避免对观众的遮挡。



关于立杆位置,JGJ 153—2007《体育场馆照明设计及检测标准》也有较为明确的规定,如下图所示:

 
对于有田径的场地立杆仍应遵循上图,并寻找距场地中心较近的位置(注意避免遮挡和对运动员的干扰)。确定位置后即可确定高度。
对于马道式布置通常为有罩棚的场地,同样也应注意罩棚高度不能低于到中心线水平距离的一半。如高度不够可以采用混合式布灯同样也注意足球场地的禁止布灯区(参见JGJ153-2007)。

混合式布灯:



对于灯具的选择,田径场足球场通常都会选用 2000W 轴对称配光灯具,对于观众席可选用 1000W 或 400W。场地内尽量不采用多种功率搭配以避免色温不一致的情况。

布灯及描点方式如下图:


 
图:为旧场改造,采用了四塔式和罩棚马道结合的方式。同时此布灯最高模式为足球电视转播国内比赛级别,田径专业比赛,上图关闭部分灯以后达到足球专业比赛模式。

另一个案例由于场地限制,灯杆立在了观众席以外,观众席没有罩棚可利用(没有罩棚的好处是不会对场地产生遮挡),因此杆高达到了 45 米。场地仅为业余比赛级别,只用了 60 套 2000W 投光灯。可谓杆比灯贵啊!



 

再个一例子场地为马道式布灯,级别为专业比赛级别,灯数为 106 套。大家可以看到在足球比赛禁止布灯区域仍然放了一些灯,这是由于受布灯位置限制或在马道装一排灯不够用时(这种情况高级别比赛和马道较远时较为常见)将部分仅照射田径场用的灯放在此区域,在足球比赛级别时此部分灯可以关掉,以避免影响。


 

连续三条我们把没有转播的场地都大致讲了讲,同时也知道了如何选灯选布置方式,对于有转播的场地原则基本相同,下次我们来讲讲带转播的场地吧。

电视转播体育场馆照明设计

在照明行业中,能有机会做体育场馆项目的或许并不多,但这不代表了解体育场馆的照明设计对大部分人是纸上谈兵,为什么这么说?
举个例子:十多年前,在媒体行业干得出类拔萃的人,大都是从中文专业或者传播专业出身,因为善于表达和深谙传播嘛。但这个现象在现在已经大幅度改变了,大量的细分专业人士进入了媒体,迅速依靠专业能力取得了一席之地。金融媒体中,中文系的干不过金融系的,IT 媒体中,传播专业的干不过信息工程专业的例子比比皆是。
可以稍作类比的是,微课堂的读者群体中,有相当部分的灯具销售领域人士,在过去,做市场的会推销就是王道,现在也不行了,“学多一点”成为了销售推动市场份额的利器,既是市场进步的反作用力,也是人的感官触觉进化学习能力更强的体现。
所以,现在说什么能者多劳有点不合时宜了,应该说,能者多懂。
对于需要转播的场地而言,我们的要求不再局限于水平照度,而对于垂直照度则必须强调方向性,我们回到第一段文章《体育场馆照明设计(初步篇)》提到的一张图:



 
在这里我们提到了四方向垂直照度和摄像机垂直照度,这两个分别有何不同呢?
简单地讲:四方向垂直照度的测量方向是朝向东西南北四个方向的,测量用照度计的探头垂直于地面摆放;而摄像机垂直照度则探头是朝向摄像机方向的。
换言之,某个方向的垂直照度在场内每一个测量点探头的摆放的角度是一样的,而对于摄像机而言每个测量点则均不相同,且探头方向也不一定垂直于地面(如下图):



 

图:依次分别是北方向垂直照度探头朝向、摄像机方向垂直照度探头朝向(俯视)、侧视
正如我们所知:光是矢量,具有方向性,且是沿直线传播的,那么当某一个测量点需要某个方向的垂直照度时,就需要有来自这个方向的光或投射的光在这个方向上具有分量。



对于摄像机垂直照度我们很好理解,而对于四方向垂直照度意义何在呢?根据上图我们看到在场地边缘有一些可移动的摄像机,由于探头朝向无法固定,因此我们使用了四方向垂直照度这个概念。
对于国家标准 JGJ153-2007 通常只提出主摄像机和辅摄像机的位置和照度要求,而对于奥运会的标准而言,摄像机的数量要多很多,且会对几乎每一类摄像机都有照度要求(如:固定摄像机最小照度 ≥1400lx,慢镜头摄像机最小照度 ≥1800lx,移动摄像机最小照度 ≥1000lx 等)。
除了水平垂直照度值的要求外,还有很重要一点就是水平与垂直照度之比。不过通常而言这个值主要取决于马道到场地中心的连线与地面的夹角,而宽光窄光使用的比例也会对这个值稍有影响。
对于灯具的选择,为了准确控制光的投射方向,以方便调整各个计算面的照度及均匀度等,我们通常会选择轴对称配光灯具,且具有多种角度的配光搭配使用。
对于转播级别的场地而言,标准中对色温及显色性的要求也较一般级别的场地更为严格。



 
室内场地,我们通常会选择 1000W 投光灯。尤其是 HDTV 级别,一般只有 1000W 短弧双端金卤光源的灯具才能满足色温和显色性的要求。
对于灯具的布置,室内通常采取马道安装,对称布灯。且每个计算点四个方向上都必须有光照射(当然,并不是说每个点都必须有四个灯去瞄它)。这样意味着即使是边线上的点也必须有对面方向上的灯来照射。
图:大家看到在边线区域也仍然有四个方向的灯来照射

因为上述原因,马道高度会相对更高,且马道必须距边线有足够的距离(否则无法满足垂直照度)。并通常会要求所有灯具的仰角不能大于70度。
室外场地我们通常会使用 2000W 短弧双端光源的灯具。布置方式和描点室内场地类似。对于单独的足球场还有可能使用四杆式布灯,除此之外一般都采用马道式。
通常在布置调整时我们会采用四象限对称的方式,布置调整;如马道不对称(场地不完全对称),可以在基本完成调整后再打破对称线进行局部微调。



 

关于其他光源类型的使用,在 IV 或 V 级的场地中我们有时会使用美标光源,美标光源通常光通量和寿命优于短弧光源,但显色性和色温会略差。

体育场馆照度分级、观众席和应急照明

对于布灯以及描点问题我们有了大致的了解,至于众多的照度要求及其原理我们可以查阅相关的标准和资料,在这里不做赘述。这次我们来说说其他几项很重要的工作:照度分级、观众席和应急照明。
首先说说分级,例如当我们要做一个 HDTV 的田径场和足球场(综合体育馆同理),通常我们可以采用两种方式来进行设计:
1、 先小场后大场的顺序,即先让小场地满足 HDTV 要求,然后在小场地外围加灯以满足大场地要求。此种做法设计时较为简单,但由于小场地中的照度最大值会随着灯具增加而提高,导致为满足均匀度要使用更多的灯具。
2、 先大场后小场的顺序,即先让大场满足要求,然后关闭外围灯具以满足小场地的要求。此做法应首先注意一点,就是最大照度一定位于场地中心附近并从中心向外围依次递减。否则随着外围灯具的关闭有可能导致小场无法达到照度要求,甚至即使不关灯小场也无法满足照度要求。此方法较为省灯,但由于很多灯具照在小场边缘以外,会导致小场地使用时耗电量较高。
在考虑投标价格初期投资等因素更多时,我们通常采用第二种方式。
在满足了最大场地最大照度后,通常还会要求依次满足向下的各个级别的照度要求,直至最低至清扫要求。



图:HDTV 整场和 HDTV 足球(点击图片可放大)。


图:专业比赛整场和专业比赛足球

关灯时注意以下两点:

1、在田径比赛中使用的布置在足球禁止布灯区的灯具,足球比赛时必须关掉;



2、相同场地高级别中关闭的灯,低级别不能再打开。
经过逐级关灯,计算后后可总结出以下表格供控制使用,注意以下表格仅为逻辑回路,而非配电回路,配电回路还需考虑相应配电要求及分相要求。另外注意往同一区域照射的灯具尽可能不要分在一个相位中以避免频闪问题的出现。



对于 LED 灯具现在转播级别的场地中还很少使用,其中一个重要原因是功率相对较小,将会使用过多的灯具导致安装调试的麻烦。

不过 LED 灯具除去寿命等因素外还有其两大优势:
1)完美解决慢镜头的频闪问题;
2)在分级使用时可以用调光来解决,这样设计时简单,均匀度更好,也更为节能。



图:德国乌尔姆篮球馆采用 LED 灯具。


传统灯具,正常转播时可以用不同相位分配来解决,慢镜头回放则很难解决,大家在这次世界杯看有些慢镜头回放时就能看到频闪。



 
LED 则无此问题。

对于观众席照明就相对简单了,采用 400W 或 1000W 投光灯即可解决,需要注意的是当后排观众席高度过高时需要避免马道投射造成的眩光,同时可以考虑从后方网架或墙壁安装灯具补光,以保证观众席照度。
对于应急照明而言,通常采用 500W 或 1000W 碘钨灯光源投光灯。当然 LED 也不失为一种考虑。


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