基于Calculux Area的沙灘排球場(chǎng)照明設(shè)計(jì)

田 徑，羅秀卿

(上海市水利工程設(shè)計(jì)研究院有限公司，上海 200061)

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基于Calculux Area的沙灘排球場(chǎng)照明設(shè)計(jì)

田 徑，羅秀卿

(上海市水利工程設(shè)計(jì)研究院有限公司，上海 200061)

以某沙灘排球場(chǎng)體育照明設(shè)計(jì)為例，從照度、光源及燈具等方面分析探討，制定排球場(chǎng)照明方案。針對(duì)Calculux Area專(zhuān)業(yè)應(yīng)用于體育照明設(shè)計(jì)的特點(diǎn)進(jìn)行仿真計(jì)算，結(jié)果顯示通過(guò)不同的光源在不同方位、不同照射角度配合照明，可以滿足體育照明照度要求。

Calculux Area；體育照明設(shè)計(jì)；照度計(jì)算；沙灘排球

引言

為滿足體育照明需要照度及比賽實(shí)況真實(shí)清晰轉(zhuǎn)播的要求，體育場(chǎng)需要高質(zhì)量且專(zhuān)業(yè)的照明設(shè)計(jì)[1]。優(yōu)秀的體育照明設(shè)計(jì)需要考慮足夠的照度、均勻度、亮度、眩光要求、陰影效果及顏色正確性等因素[2-3]，要求遠(yuǎn)高于民用建筑照明。因此，照明工程設(shè)計(jì)中照度、均勻度、眩光值等高精度要求的數(shù)據(jù)計(jì)算至關(guān)重要。國(guó)內(nèi)常用照度計(jì)算包括單位容量法、利用系數(shù)法及逐點(diǎn)計(jì)算法[4]，運(yùn)用上述方法體育場(chǎng)照明設(shè)計(jì)將產(chǎn)生龐大的計(jì)算量，計(jì)算精度也很難滿足要求。

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，照明計(jì)算仿真軟件廣泛應(yīng)用于照明設(shè)計(jì)中[5-7]，主要有荷蘭PHILIPS公司的Calculux Area，德國(guó)DIAL公司的DIALux,美國(guó)Lighting Analysis公司的Agi32等。本文以某沙灘排球場(chǎng)體育照明設(shè)計(jì)為例，采用體育照明專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)軟件Calculux Area進(jìn)行照度仿真計(jì)算，為體育照明設(shè)計(jì)提供參考。

1 某沙灘排球場(chǎng)照明方案

1.1 項(xiàng)目概況

沙灘排球場(chǎng)屬于甲級(jí)體育場(chǎng)，比賽場(chǎng)地(PA)為16 m×8 m矩形,總賽區(qū)(TA)為28 m×20 m矩形，總規(guī)模64 m×56 m，計(jì)劃容納3 000～4 000人，體育功能應(yīng)達(dá)到TV轉(zhuǎn)播國(guó)家國(guó)際比賽要求[8]。

1.2 照明方案分析探討

依據(jù)《體育場(chǎng)館照明設(shè)計(jì)及檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)》要求，沙灘排球場(chǎng)主攝像機(jī)方向垂直照度要求Evmail≥1 000 lx，輔攝像機(jī)方向垂直照度要求Evaux≥750 lx，一般顯色指數(shù)要求Ra≥80。

目前，體育場(chǎng)燈布置方式分為四塔式布置、多塔式布置、光帶式布置等方式。多塔式布置難以滿足電視轉(zhuǎn)播要求，且易對(duì)觀眾產(chǎn)生阻擋；光帶式布置對(duì)眩光控制技術(shù)較嚴(yán)格。為滿足比賽照度要求，本文采用四塔布燈方式。

本例中，金鹵燈由于體積小，便于精確控制光束、光效高、顯色性好等優(yōu)點(diǎn)，最適用于彩色電視轉(zhuǎn)播的體育照明；對(duì)于體育場(chǎng)安全照明，眩光度要求低，要求光源具有啟動(dòng)速度高的特點(diǎn)，兼顧節(jié)能要求，采用LED投光燈光源，配以不間斷電源UPS供電。

投光燈單位面積功率見(jiàn)式(1)[2]。

(1)

式中P為單位面積功率，Emin為被照水平面最低照度，η為燈具效率，η1為光效率，U為利用系數(shù)，U1為照度均勻度，K為維護(hù)系數(shù)。

對(duì)某點(diǎn)垂直面照度如式(2)所示。

(2)

取比賽場(chǎng)地PA照度1 000/750 lx(主攝像機(jī)/輔攝像機(jī))，而對(duì)于總賽區(qū)TA，《體育場(chǎng)館照明設(shè)計(jì)及檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)》并未明確規(guī)定。參考網(wǎng)球場(chǎng)地TA照度要求750/500 lx計(jì)算?？紤]觀眾席及通道照明，初步確定所需1kW金鹵燈48套(配套熱觸發(fā)裝置瞬時(shí)重啟[9])，200 W LED投光燈24套。

根據(jù)不同比賽對(duì)照度的要求及安全照明的要求，工程初步擬定了6種開(kāi)燈方案，如表1所示。

表1 體育場(chǎng)照明控制方案Table 1 Lighting control scheme

2 體育照明仿真計(jì)算

2.1 Calculux Area仿真計(jì)算

啟動(dòng)Calculux Area軟件，根據(jù)排球場(chǎng)面積及照度要求初步選定照度方案。設(shè)置燈具坐標(biāo)、照射角度等參數(shù)，根據(jù)反饋照度值，修改調(diào)整各燈具坐標(biāo)及角度，反復(fù)試算，生成計(jì)算書(shū)，最終確定選擇照明采用1 kW金鹵燈及光源：GT3000—TD2000-N1 28套，光源HQI-TS；GT3000—TD2000-N1 20套，光源HQI-TS。

2.2 仿真計(jì)算結(jié)果

Calculux Area生成報(bào)告包括沙灘排球場(chǎng)照明工程的項(xiàng)目描述、水平及垂直照度、材料設(shè)備清單、照度等值曲線、燈具投射角度、眩光點(diǎn)坐標(biāo)及眩光值表等內(nèi)容。

沙灘排球場(chǎng)燈具照射角度如圖1所示。以矩形主賽場(chǎng)中心為坐標(biāo)原點(diǎn)，建立平面直角坐標(biāo)系，燈塔布置于四角，燈具均布于燈塔上，從燈塔上射出的每個(gè)箭頭(→)代表每套燈具的投射角度，PA場(chǎng)地內(nèi)符號(hào)“⊕”表示眩光點(diǎn)(由于對(duì)稱(chēng)性僅選取6個(gè)眩光點(diǎn))。

圖1 沙灘排球場(chǎng)燈具照射角度圖Fig.1 Lighting angle of the beach volleyball court

沙灘排球場(chǎng)主攝像機(jī)垂直照度如圖2所示。以PA的中心為坐標(biāo)原點(diǎn)建立直角坐標(biāo)系，1 m×1 m網(wǎng)格劃分PA(共153網(wǎng)格)，圖中x,y表示網(wǎng)格中心坐標(biāo)，圖示數(shù)據(jù)表示Calculux Area軟件仿真計(jì)算的網(wǎng)格中心坐標(biāo)照度值。

圖2 沙灘排球場(chǎng)PA區(qū)域主攝像機(jī)垂直照度Fig.2 Vertical illumination in PA area of beach volleyball court

PA等值輪廓線如圖3所示，不同深度色彩代表不同照度，比賽場(chǎng)地中心區(qū)域照度最大，外圍區(qū)域隨距離增加，照度逐漸遞減且呈對(duì)稱(chēng)分布。

圖3 沙灘排球場(chǎng)PA區(qū)域等值輪廓線Fig.3 Illumination contour in PA area

排球場(chǎng)眩光點(diǎn)坐標(biāo)如表2所示，根據(jù)《體育場(chǎng)館照明設(shè)計(jì)及檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定，對(duì)于室外體育照明，對(duì)人產(chǎn)生的眩光指數(shù)GR≤50，表中眩光值符合規(guī)范要求。

表2 眩光點(diǎn)坐標(biāo)及眩光值表Table 2 Glare point coordinate and glare value

由此可見(jiàn)，Calculux Area軟件針對(duì)體育照明的專(zhuān)業(yè)性使得原本復(fù)雜的照明設(shè)計(jì)過(guò)程變得可視化、簡(jiǎn)單化，大大縮減工作量，且提高了照度計(jì)算的準(zhǔn)確性。

3 結(jié)果分析

目前國(guó)內(nèi)體育照明設(shè)計(jì)，需滿足《體育場(chǎng)館照明設(shè)計(jì)及檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)》的相關(guān)規(guī)定，需要考慮照度、均與度、TV轉(zhuǎn)播及眩光值等方面因素。

Calculux Area軟件專(zhuān)業(yè)應(yīng)用于體育照明設(shè)計(jì)，生成的照度計(jì)算書(shū)共包括四大部分：項(xiàng)目描述、總結(jié)、計(jì)算結(jié)果及照明設(shè)備數(shù)據(jù)等。其中，計(jì)算結(jié)果部分羅列出場(chǎng)地水平照度及攝像機(jī)照度等方面的具體數(shù)值、等值輪廓線、眩光值等內(nèi)容；項(xiàng)目描述展示整個(gè)場(chǎng)地布局、3D圖及照明設(shè)備布置圖；照明裝置數(shù)據(jù)展示照明燈具數(shù)量、規(guī)格、坐標(biāo)及不同照明方案情況下各燈具的開(kāi)關(guān)具體情況。

Calculux Area計(jì)算書(shū)中，比賽場(chǎng)地網(wǎng)格內(nèi)中心主攝像機(jī)方向垂直照度均大于1000lx；總賽區(qū)內(nèi)平均照度1028，最小照度/最大照度=0.49>0.4，最小照度/平均照度=0.64>0.6；場(chǎng)地內(nèi)眩光值GR≤50。計(jì)算書(shū)內(nèi)包括《體育場(chǎng)館照明設(shè)計(jì)及檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)》要求的所有指標(biāo)，且均滿足規(guī)范要求。

4 結(jié)語(yǔ)

Calculux Area是一款專(zhuān)業(yè)應(yīng)用于體育照明設(shè)計(jì)的軟件，在體育照明的設(shè)計(jì)過(guò)程中，仿真照度的計(jì)算結(jié)果較為精確。Calculux Area自動(dòng)生成的計(jì)算書(shū)展現(xiàn)了較為全面的仿真結(jié)果，在目前實(shí)際的體育照明設(shè)計(jì)應(yīng)用中，有著較大的學(xué)術(shù)價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義。

[1] 姚夢(mèng)明.國(guó)家體育場(chǎng)(鳥(niǎo)巢)體育照明設(shè)計(jì)[J].照明工程學(xué)報(bào),2012,23(1):88-98.

[2] 北京照明學(xué)會(huì)照明設(shè)計(jì)專(zhuān)業(yè)委員會(huì).照明設(shè)計(jì)手冊(cè)(第二版)[M].北京:中國(guó)電力出版社,2006.

[3] 李炳華,李興林,宋鎮(zhèn)江,等.體育照明新技術(shù)及其分析[J].照明工程學(xué)報(bào),2012,23(6): 30-36.

[4] 肖輝.電氣照明技術(shù)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2010.

[5] EKREN N,DURSUN B,AYKUT E. Lighting Computer Programs in Lighting Technology [J]. G.U.Journal of Science, 2007, 21(1):15-20.

[6] 胡國(guó)劍,郝洛西.照明計(jì)算軟件Dialux與Agi32的比較分析[J].照明工程學(xué)報(bào),2005,16(3):52-55.

[7] 黃旭.基于DIALux仿真分析的廠房照明設(shè)計(jì)[J].照明工程學(xué)報(bào),2013,24(6):140-144.

[8] 體育場(chǎng)館照明設(shè)計(jì)及檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn):JGJ 153—2007[S].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2007.

[9] 張野,溫燕波.體育場(chǎng)應(yīng)急照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)及應(yīng)用[J].照明工程學(xué)報(bào),2002,13(1):48-51.

Design of Sports Lighting for Beach Volleyball Court Based on Calculux Area

TIAN Jing， LUO Xiuqing

(ShanghaiWaterEngineeringDesignandResearchInstituteCo.,Shanghai200061,China)

The design of sports lighting for beach volleyball court is analyzed and discussed from the aspects of illuminance, light source, luminaire and so on, and the scheme is designed. As a professional application software for sports lighting design, Calculux Area is used for illumination calculation. The results show that illumination of the different light sources at the different positions and different radiation angle can meet the illumination value of the sports lighting.

Calculux Area; sports lighting design; illumination calculation; beach volleyball

田徑，E-mail：jing_tian@swedri.com

TM923

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10.3969j.issn.1004-440X.2016.04.014