【鸟巢】姚梦明谈国家体育场体育照明设计(Part1)

　　【鸟巢】姚梦明谈国家体育场体育照明设计(Part3)

　　5 国家体育场体育照明产品

　　设计中选用先进、节能、成熟的飞利浦体育照明专用光源飞利浦大功率双端短弧高显色MHNSA2KW/956 金卤灯，色温Tc = 5600K，Ra >90，完全满足BOB 要求，光效100lm/w，结合仅为2.5cm长的发光弧，控光更精确，更节能、绿色，光源在灯具内部工作位置固定，冷端温度稳定，光源色温、显色指数、光通量、工作电流、电压等光电参数稳定。而独特的两次封接技术，及配合灯具设计的全新的线型电气压紧连接技术，使光源寿命更长，光通更稳定。

　　配以飞利浦大功率专业体育照明灯具MVF403，其优异的配光性能，配套高效反射器及双端短弧光源，灯具发光效率可达80% 以上，更节能;灯具体积小巧，迎风面积小，流线型设计，风阻系数小，很好地与建筑及马道配合。同时MVF403灯具配专用精确红外瞄准器，可在安装完成后，精确满足设计方案中灯具的瞄准点要求，尤其对国家体育场如此多的灯具数量和如此严格的照明要求，保证设计照明效果的最后实现。如图6所示。

　　图6 国家体育场体育照明光源及灯具( 飞利浦MHN-SA 2KW 和MVF403)

　　6 国家体育场体育照明马道及灯具位置设计

　　从2003 年年底国家体育场开工建设开始，国家体育场的体育照明就始终倍受各方面的关心和重视。在2003年底根据国家体育场可开启的屋盖结构及体育照明的基本要求、初步的转播要求，经过第一次的详细照明设计和计算后，提出体育照明内环、外环马道的基本位置，然后与建筑师进行了多次的沟通和讨论后，对内外马道位置进行了细微的调整，同时提出内藏式马道对灯具的挡光问题，在此基础上调整灯具位置，重新设计体育照明，包括观众席照明和应急照明。但2005年北京奥运的瘦身计划改变了国家体育场的屋盖结构，体育照明根据结构的改变重新设计，至此国家体育场的内外马道的位置基本确定。从2007 年开始与BOB配合设计室内训练场、室外训练场、混合区、新闻发布厅、马拉松通道、颁奖台、升旗区、万国旗、室外综合区的照明，同时配合奥运火炬台的设计，局部调整场地照明设计。

　　由于在国家体育场体育照明设计中的早期介入，使建筑与照明的配合比较顺利。因此不论“奥运瘦身”计划还是与其他设备的冲突，体育照明的马道位置始终没有太大的变化，只是为了与建筑更好地协调，在外环马道灯具布置上将传统的下垂式连续马道改为沿建筑钢结构件的锯齿型不连贯的隐藏式马道，但这个改变给照明设计带来了极大的困难。

　　外环马道全部嵌于观众席顶部的膜结构中。考虑到东西看台屋面向前倾斜，为避免前方顶棚张拉膜的挡光问题，在外环马道前的膜结构上各开了长度从1 米到6米的“豁口”，以保证灯光全部到达场地。考虑到建筑美观和施工方便，全部外环马道的灯具被设计成沿钢结构梁布置，而钢结构梁的排布非常不规则，因此外环马道被设计成28个非连续的小马道，同时又由于单一马道的方向各不一致，考虑到灯具之间相互遮挡的问题和安装的紧凑，同一马道上的灯具被设计成基本一致的水平瞄准方向，同时隐藏式的马道又必须考虑灯具热量对张拉膜的影响。尽管这些是非常困难和复杂的，但最后的实施效果是非常理想的。内环马道沿建筑的“碗口”而设，15 段长马道( 奥运火炬的位置占去了其中一段马道)，而考虑到马道方向与“碗口”的膜结构接缝一致，同时保持与外马道的锯齿型不连贯马道的视觉上的一致，内环马道的15段长马道也是倾斜的俩俩锯齿组合，尽管灯具要求水平安装。

　　(本文摘自《照明工程学报》，作者姚梦明)

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　　场地照明灯具被布置在内环马道和外环马道上。内环马道高度从39. 3m 到47m，外环马道高度从36m 到48.5m。见图7。由于安装位置和空间的局限，内环马道上的部分灯具被双层安装，但内环马道的上下走势仍与所在位置的膜结构方向一致。在体育场西南部布置了156套MVF403 灯具，西北部布置了153 套，东北部布置了149 套，东南部布置了148 套，共606 套MVF403 /2KW灯具提供奥运体育照明，其中594 套为体育照明，12 套为颁奖、旗帜等的照明。

　　同时在内外环马道上布置了32 套1KW 卤钨投光灯具作场地应急安全照明。

　　为满足体育场观众席照明，在顶部外环马道上布置28 套MVF403 /1KW灯具，满足一层、二层观众席的基本照明和转播照明的需要。在体育场观众席根部上方布置了20 组观众席普通照明灯具和应急照明灯具。每组灯具包含7 套400W金属卤化物光源投光灯具( 普通照明) 和2 套1KW 卤钨投光灯具( 应急安全照明) 。共140 套400W 灯具和40 套1000W 应急安全照明灯具。

　　7 国家体育场照明设计主要技术指标

　　7. 1 体育照明设计灯具布置

　　确定照明光源、灯具，确定马道位置，也了解了场地转播摄像机后，根据国家体育场场地照明标准，设计场地照明。图8 为体育照明设计灯具2D布置图。

　　7. 2 开关模式

　　为方便赛时、赛后的使用，国家体育场场地照明系统设计了20种开关模式，包括日常维护、训练/娱乐、俱乐部足球比赛、俱乐部田径比赛、无电视转播足球比赛、无电视转播田径比赛、一般彩电转播足球比赛、一般彩电转播田径比赛、彩电转播重大足球比赛、彩电转播重大田径比赛、奥运高清转播足球比赛、奥运高清转播田径比赛、奥运高清转播全场照明、应急电视转播足球比赛、应急电视转播田径比赛、观众席照明、应急安全照明、混合区照明、颁奖台/升旗区照明、马拉松通道照明等。

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　　7. 3 国家体育场照明重点和特殊区域照明设计:

　　设计中分别针对足球比赛、田径比赛作了详细考虑。而田径比赛的照明设计又按田赛、径赛项目分别考虑:

　　———径赛又分别考虑了100 米跑道、110 米栏跑道、200 米跑道、400 米跑道、障碍赛水池、100米起跑线、110 米栏起跑线、200米起跑区、400 米/4 × 100 米起跑区、800 米起跑区、4 × 400米起跑区、终点线等区域的水平照度、垂直照度、照度均匀度/梯度及四边垂直照度之比;

　　———田赛分别考虑了跳远/三级跳远( 南北双向) 、撑杆跳( 4 个位置) 、跳高、标枪( 南北双向) 、链球、铁饼、铅球( 南北双向)等区域的水平照度、垂直照度、照度均匀度/梯度及四边垂直照度之比;

　　———对各个田赛项目，又分别考虑了助跑区、起跳板/投掷线( 犯规线) 、着陆区等不同区域的照明要求;

　　———又考虑了热身赛道、周边区、混合区、颁奖区等的照明水平。

　　———同时还对观众席、VIP 席的照明进行了设计。还考虑了照明对大显示屏、广告牌、场地顶棚内侧的影响。

　　7. 4 国家体育场照明设计对摄像机的最小垂直照度:

设计中共考虑了93 个摄像机( 足球: 15 个，田径: 74 个，全场: 4 个) 及移动摄像机(四边垂直照度) 的照明需求，满足不同比赛项目的要求。对同一区域有多个摄像机进行摄影跟踪，尤其是对100 米，110米栏等重大比赛项目的跑道、起点、终点线处进行多机摄影跟踪，从各个方向转播比赛的精彩画面。

　　———全部固定摄像机的最小垂直照度大于1400lx;

　　———全部移动摄像机的最小垂直照度大于1000lx。

　　7. 5 体育场照明设计中照度均匀度及梯度考虑:

　　———全场区域水平照度均匀度大于0. 7 /0. 8，垂直照度均匀度大于0. 6 /0. 7;

　　———特殊区域水平照度均匀度大于0. 7 /0. 8，垂直照度均匀度大于0. 7 /0. 8;

　　———起点/终点线水平照度均匀度大于0. 7 /0. 8，垂直照度均匀度大于0. 9 /0. 9;

　　———照度梯度满足要求: 不大于20% ( 4 米格栅) ，10% ( 1 米和2 米格栅) ;

　　7. 6 体育场照明设计中立体感及四边照度比结果:

　　设计中对全部区域，包括全场、足球场、田径跑道、田径内场、100 米/110米跑道、跳远/跳高/撑杆跳区域、标枪区、铅球区、链球/铁饼区、热身赛道、混合区、颁奖区等区域的照明的四边垂直照度之比做了详细的设计，全部区域的任一点上四边垂直照度之比的最小值均大于0.6，保证满足现场照明的立体感。

　　7. 7 体育场照明设计中眩光控制结果:

　　设计中全面考虑了照明眩光的控制，以提供最佳的照明效果。

　　———足球比赛时，在足球场底线两侧的30° 禁区范围内无照明灯具;

　　———全部照明灯具投射角均小于68°，完全符合BOB 要求;

　　———根据FIFA 的要求，设计中计算了足球场全部11 个眩光观察点的最大眩光，同时增加球场大禁区角上的眩光观察点，足球比赛时全场最大眩光指数仅为42. 0( 场地反射比0. 2) ，很好地满足标准要求的低于50 的要求;

　　———根据IAAF 的要求，设计中计算了田径场内全部16 个眩光观察点的最大眩光，同时又增加场内其他18 个眩光观察点，田径比赛时全场34个观察点中最大眩光指数为42. 6 ( 场地反射比0. 2) ，很好地满足标准要求;

　　———设计中对全场全部93 个摄像机的最大眩光，最大眩光指数仅为36. 5 ( 场地反射比0. 2) ，很好地满足标准要求的低于40 的要求。

　　7. 8 体育场照明设计中场地溢散光考虑:

　　设计中充分遵循“绿色、人文、科技”的奥运理念，充分考虑照明对场地内设备的影响:

　　———在大显示屏上的垂直照度仅为63. 9 lx，影响极小。

　　———为减小场地照明的干扰光及溢散光，方案中计算了全部每个灯具的上射光通比例ULR，各个灯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 仅为全部灯光的2% 以下，充分满足绿色奥运的要求，同时提高运动物体与背景的对比度，保证电视转播画面质量。

　　7. 9 体育场照明设计中观众席照明考虑:

　　设计中考虑了全部照明模式下的观众席照明，各照明模式下的观众席平均照度均大于75lx。奥运比赛时，观众席前12排坐姿高度的平均垂直照度为比赛场地平均垂直照度的21. 3% ( 东西看台) 和22. 7% ( 南北看台) ，满足要求的20% ～ 25% 的BOB 要求。

(本文摘自《照明工程学报》，作者姚梦明)

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