【鳥巢】姚夢明談國家體育場體育照明設計(Part1)

　　【鳥巢】姚夢明談國家體育場體育照明設計(Part3)

　　5 國家體育場體育照明產品

　　設計中選用先進、節能、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，結合僅為2.5cm長的發光弧，控光更精確，更節能、綠色，光源在燈具內部工作位置固定，冷端溫度穩定，光源色溫、顯色指數、光通量、工作電流、電壓等光電參數穩定。而獨特的兩次封接技術，及配合燈具設計的全新的線型電氣壓緊連接技術，使光源壽命更長，光通更穩定。

　　配以飛利浦大功率專業體育照明燈具MVF403，其優異的配光性能，配套高效反射器及雙端短弧光源，燈具發光效率可達80% 以上，更節能;燈具體積小巧，迎風面積小，流線型設計，風阻系數小，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量和如此嚴格的照明要求，保證設計照明效果的最后實現。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計

　　從2003 年年底國家體育場開工建設開始，國家體育場的體育照明就始終倍受各方面的關心和重視。在2003年底根據國家體育場可開啟的屋蓋結構及體育照明的基本要求、初步的轉播要求，經過第一次的詳細照明設計和計算后，提出體育照明內環、外環馬道的基本位置，然后與建筑師進行了多次的溝通和討論后，對內外馬道位置進行了細微的調整，同時提出內藏式馬道對燈具的擋光問題，在此基礎上調整燈具位置，重新設計體育照明，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構，體育照明根據結構的改變重新設計，至此國家體育場的內外馬道的位置基本確定。從2007 年開始與BOB配合設計室內訓練場、室外訓練場、混合區、新聞發布廳、馬拉松通道、頒獎臺、升旗區、萬國旗、室外綜合區的照明，同時配合奧運火炬臺的設計，局部調整場地照明設計。

　　由于在國家體育場體育照明設計中的早期介入，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調，在外環馬道燈具布置上將傳統的下垂式連續馬道改為沿建筑鋼結構件的鋸齒型不連貫的隱藏式馬道，但這個改變給照明設計帶來了極大的困難。

　　外環馬道全部嵌于觀眾席頂部的膜結構中?？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，在外環馬道前的膜結構上各開了長度從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，全部外環馬道的燈具被設計成沿鋼結構梁布置，而鋼結構梁的排布非常不規則，因此外環馬道被設計成28個非連續的小馬道，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。內環馬道沿建筑的“碗口”而設，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”的膜結構接縫一致，同時保持與外馬道的鋸齒型不連貫馬道的視覺上的一致，內環馬道的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環馬道和外環馬道上。內環馬道高度從39. 3m 到47m，外環馬道高度從36m 到48.5m。見圖7。由于安裝位置和空間的局限，內環馬道上的部分燈具被雙層安裝，但內環馬道的上下走勢仍與所在位置的膜結構方向一致。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。

　　同時在內外環馬道上布置了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 國家體育場照明設計主要技術指標

　　7. 1 體育照明設計燈具布置

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

　　7. 2 開關模式

　　為方便賽時、賽后的使用，國家體育場場地照明系統設計了20種開關模式，包括日常維護、訓練/娛樂、俱樂部足球比賽、俱樂部田徑比賽、無電視轉播足球比賽、無電視轉播田徑比賽、一般彩電轉播足球比賽、一般彩電轉播田徑比賽、彩電轉播重大足球比賽、彩電轉播重大田徑比賽、奧運高清轉播足球比賽、奧運高清轉播田徑比賽、奧運高清轉播全場照明、應急電視轉播足球比賽、應急電視轉播田徑比賽、觀眾席照明、應急安全照明、混合區照明、頒獎臺/升旗區照明、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域照明設計:

　　設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、400 米/4 × 100 米起跑區、800 米起跑區、4 × 400米起跑區、終點線等區域的水平照度、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、起跳板/投擲線( 犯規線) 、著陸區等不同區域的照明要求;

　　———又考慮了熱身賽道、周邊區、混合區、頒獎區等的照明水平。

　　———同時還對觀眾席、VIP 席的照明進行了設計。還考慮了照明對大顯示屏、廣告牌、場地頂棚內側的影響。

　　7. 4 國家體育場照明設計對攝像機的最小垂直照度:

設計中共考慮了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 體育場照明設計中照度均勻度及梯度考慮:

　　———全場區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 體育場照明設計中立體感及四邊照度比結果:

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

　　7. 7 體育場照明設計中眩光控制結果:

　　設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，在足球場底線兩側的30° 禁區范圍內無照明燈具;

　　———全部照明燈具投射角均小于68°，完全符合BOB 要求;

　　———根據FIFA 的要求，設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角上的眩光觀察點，足球比賽時全場最大眩光指數僅為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IAAF 的要求，設計中計算了田徑場內全部16 個眩光觀察點的最大眩光，同時又增加場內其他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為42. 6 ( 場地反射比0. 2) ，很好地滿足標準要求;

　　———設計中對全場全部93 個攝像機的最大眩光，最大眩光指數僅為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 體育場照明設計中場地溢散光考慮:

　　設計中充分遵循“綠色、人文、科技”的奧運理念，充分考慮照明對場地內設備的影響:

　　———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，保證電視轉播畫面質量。

　　7. 9 體育場照明設計中觀眾席照明考慮:

　　設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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