特大型體育館斗屏顯示系統(tǒng)設計探討

蔡雄飛， 喻 輝， 南 超

(1. 中信建筑設計研究總院有限公司，武漢 430014；2. 西安奧體中心控股有限公司，西安 710026)

0 引言

作為現(xiàn)代社會信息發(fā)布的重要媒介，LED顯示屏技術近年得到迅速發(fā)展，國內(nèi)多家LED屏制造商也已走在世界前列。在國內(nèi)外的大型體育場館中，LED顯示屏作為新型顯示裝置已成為主流。

一方面，LED顯示屏在發(fā)揮其對體育比賽精彩瞬間捕捉、慢鏡頭回放、實況直播同步、賽事信息播報、計時記分統(tǒng)計等功能；另一方面，巨幅的廣告畫面直接推送到體育場館內(nèi)數(shù)萬觀眾面前，具有極大的渲染力，能夠烘托和營造出熱烈的賽場氛圍?？v觀歐美各大職業(yè)聯(lián)賽，LED顯示屏已被廣告運營商用作其投放廣告的最佳載體，因此也帶動了場館LED顯示屏需求的快速增長。

如今，通過在大型體育館的場地中央懸掛漏斗形的中央LED電子顯示屏及包廂上的環(huán)形屏來完成上述各項任務。整套LED大屏幕顯示系統(tǒng)由斗屏、環(huán)形屏及顯示屏控制系統(tǒng)等部分組成，而其核心設備就是懸掛于場地正中央的方體LED顯示屏，因形似漏斗稱之為“斗屏”。

通過調(diào)研發(fā)現(xiàn)，我國現(xiàn)有球館的斗屏硬件設施遠遠落后于美國NHL、NBA等的賽事球館。因此，國家出臺相應體育產(chǎn)業(yè)政策，加大體育設施建設資金的投入，建設具有高科技含量的球館斗屏設施，構(gòu)建配套的娛樂觀賞服務系統(tǒng)。斗屏的使用除了能多方面營造賽場氛圍，提高各項賽事的觀賞性和娛樂性外，還能為商業(yè)演出創(chuàng)造有利條件。

下文將以國內(nèi)某建設中的特大型甲級體育館為實例，探討符合目前斗屏應用設計潮流的設計方案。

1 項目概況

某體育館坐席數(shù)1.8萬座，為特大型甲級體育館，是全運會閉幕式主會場及競技體操項目主賽場，可同時滿足承辦亞運會(籃排球等單項)賽事及籃排球世錦賽等單項國際賽事需求，滿足賽后文藝演出、集會、展示、全民健身的綜合利用要求，是集休閑公共空間和運動功能為一體的綜合型建筑?？偨ㄖ娣e約為108 283m2，地上5層，屋面最高點42.36m，看臺觀眾席最高處直徑130m，主體結(jié)構(gòu)形式為鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，基礎形式為鉆孔灌注樁和獨立基礎，體育館鳥瞰圖如圖1所示。

2 設計規(guī)范

國內(nèi)目前暫無明確的針對斗屏的智能化系統(tǒng)設計規(guī)范及標準，僅有JGJ 31-2003《體育建筑設計規(guī)范》、SJ/T 11406-2009《體育場館用LED顯示屏規(guī)范》、GB/T 29458-2012《體育場館LED顯示屏使用要求及檢驗方法》、JGJ/T 179-2009《體育建筑智能化系統(tǒng)工程技術規(guī)程》、《FIBA Guide to Basketball Facilities》以及其他國際單項體育組織相關標準可作為其設計的參考依據(jù)。相關設計標準及規(guī)范條文摘抄如表1，作為設計和計算斗屏基本參數(shù)的主要依據(jù)。

圖1 體育館鳥瞰圖

主要依據(jù)規(guī)范 表1

3 斗屏基本技術參數(shù)要求

3.1 比分屏最小尺寸計算

根據(jù)GB/T 29458-2012第5.3.1條，最大視距與字符高度的計算公式見式(1)。

Hmax=k·d

(1)

式中，Hmax為最大視距，m；k為視距系數(shù)，一般取345；d為字符高度，m，字符為16點陣漢字。

根據(jù)規(guī)范，體育館斗屏最大視距Hmax為看臺觀眾席最高處直徑130m的一半，即65m,根據(jù)上述公式計算字符高度，見式(2)：

d=Hmax/k=65/345=0.19m

(2)

根據(jù)GB/T 29458-2012第5.2.1.1條的規(guī)定，斗屏比分屏至少能夠顯示16點陣漢字12行，行間距≥字符的1/10，每行至少能夠顯示36個漢字。

因字高d=0.19m，合并字間距高度總和為0.19×1.1=0.209m。要滿足規(guī)范至少能夠顯示12行漢字的要求，比分屏高度為0.209×12=2.51m。

漢字寬高比設為0.85，故字寬為0.19×0.85=0.161 5m。要滿足規(guī)范每行至少能夠顯示36個漢字的要求，比分屏寬度為0.161 5×27=5.81m。

按顯示評分項目字符數(shù)要求,計算出比分屏顯示區(qū)域需滿足的最小面積，見式(3):

S=W×H=5.81m×2.51m=14.59m2

(3)

3.2 像素中心距計算

根據(jù)GB 50464-2008第4.2.1條及條文說明計算像素中心距：因理想視距Hi=1/2最大視距Hmax，理想視距系數(shù)k一般取2 760，即：

Hi=1/2Hmax=1/2kd=1/2k×

16P=1/2×345×16P=2760P

(4)

根據(jù)已知場館基礎數(shù)據(jù)，斗屏懸掛在場地中心，則最大視距Hmax應為65m，因此：

Hi=Hmax/2=65/2=32.5m

(5)

故像素中心距為：

P=(Hi/2760)(32.5×103/2760)=11.78mm

(6)

根據(jù)上述計算，本項目的斗屏比分牌部分技術要求：懸掛在場地中心上空的斗屏如只顯示計分等文字信息，不顯示視頻圖像內(nèi)容，則其最小面積約為14.59 m2，像素中心距不大于11.78mm，即可滿足相關規(guī)范要求。

4 斗屏主要參數(shù)指標選擇

與此同時，筆者對近年國內(nèi)外同等規(guī)模、同等建設標準的體育館斗屏進行了廣泛調(diào)研，主要調(diào)研結(jié)果如表2所示。

斗屏主要參數(shù)指標 表2

注：2表中像素中心距為前者為視頻屏，后者為比分屏。

根據(jù)調(diào)研結(jié)果，國內(nèi)同等建設標準的體育館建設年代大多較為久遠，其中央斗屏系統(tǒng)設計時參考的是國外上世紀末的規(guī)格、尺寸樣式等技術指標。即使是按NBA中國賽標準在建中的新場館，斗屏面積也僅在300m2以內(nèi)，與當前的世界潮流存在較大差距，無法充分滿足當前場館多功能使用快速轉(zhuǎn)換、多種信息顯示及互動的需求。對比發(fā)現(xiàn)，歐美體育運動配套設施較為先進的國家，近期建設的LED斗屏則在同時向超大顯示面積和超小像素間距兩個方向發(fā)展。

究其原因，現(xiàn)代體育場館已在向多功能的綜合性場所發(fā)展，除了能滿足各類體育比賽的要求外，還要承擔各類文藝演出、大型會議或論壇的要求，這就需要顯示設備能滿足快速編排和轉(zhuǎn)換顯示內(nèi)容，能視需求靈活定制不同篇幅的廣告內(nèi)容和提高視覺上的效果，并能快速安裝及拆卸以滿足每年多次比賽及商演的拆裝需求。歐美國家成熟職業(yè)聯(lián)賽球館除了承擔NHL、NBA等日常賽事外，還有大量的商業(yè)演出等活動，年舉辦活動次數(shù)在200～300場次之間。這些場館的中央大屏系統(tǒng)可迅速配合完成場景轉(zhuǎn)換，無需耗費過多的時間在演藝大屏的臨時搭建和拆卸上，會大大地提高場館的利用率。

借鑒國內(nèi)外新建同類場館經(jīng)驗，并結(jié)合本場館的實際需求，筆者認為要考慮一定的前瞻性，向斗屏設計標準與國際流行標準看齊，將該館斗屏系統(tǒng)的幾項重要參數(shù)指標規(guī)定如下：視頻顯示屏總面積≥350m2，點間距≤4mm，斗屏具有升降功能，重量≥50T(含提升卷揚機及維修平臺)，用電負荷≥400kW。

5 斗屏設計方案

根據(jù)場館的需求，斗屏采用上下兩層結(jié)構(gòu)，并在下層內(nèi)側(cè)設置內(nèi)邊屏。下面對各屏體尺寸分別進行計算。

(1)斗屏上層全彩環(huán)形顯示屏用于播放贊助商廣告、條幅廣告等，環(huán)形顯示屏周長約為57.5m，高約1.5m，采用6mm像素間距的室內(nèi)全彩顯示屏，顯示模組像素為192×192mm。計算實際顯示尺寸如表3所示。上層環(huán)形顯示屏寬為57.408m，高為1.536m，需要299(寬)×8(高)的模組(箱體)組成顯示屏。

尺寸表1 表3

(2)斗屏下層四塊比分及視頻屏采用軟件切割方式，上半部比分屏用于比賽計時計分、數(shù)據(jù)統(tǒng)計，下半部視頻屏用于比賽時現(xiàn)場實時圖像畫面的播放，也可全屏顯示圖文信息或視頻等，顯示屏采用4mm像素間距的室內(nèi)全彩顯示屏，顯示模組像素為192×192mm。

1)視頻屏按60m2面積，顯示比例16∶9，計算實際顯示尺寸如表4所示。視頻屏寬為10.368m，高為5.76m，需要 54(寬)×30(高)的模組(箱體)組成視頻顯示屏。

尺寸表2 表4

2)比分屏寬度與視頻屏相同，取為10.368m>5.81m，完全滿足規(guī)范要求，高度按滿足2.51m計算，需要2.51/0.192=14 塊；計算實際顯示尺寸如表5所示。比分屏寬為10.368m，高為2.688m，需要 54(寬)×14(高)的模組(箱體)組成比分顯示屏。故下層的單塊顯示屏需54(寬)×(30+14)(高)的模組(箱體)組成顯示屏，顯示屏尺寸為：10.368m×8.448m=87.6 m2。

尺寸表3 表5

(3)斗屏下層內(nèi)側(cè)四塊顯示屏用于給鄰近比賽場地的盲區(qū)觀眾及場上球員提供比賽計時計分及數(shù)據(jù)統(tǒng)計信息，采用6mm 像素間距的室內(nèi)全彩顯示屏，顯示模組像素為192×192mm。計算實際顯示尺寸如表6。內(nèi)側(cè)顯示屏寬為4.032m，高為2.304m，需要 21(寬)×12(高)的模組(箱體)組成顯示屏。

最終，整個斗屏總顯示面積約為475.7m2，其中比分及視頻屏總面積為350.36 m2，方案如圖2～3所示。

如前所述，考慮斗屏快速安裝與拆卸，對斗屏物理結(jié)構(gòu)進行綜合設計，整個斗屏結(jié)構(gòu)采用懸掛方式，懸掛于場館正中間網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的四個球節(jié)點上。結(jié)合屋面下懸桿節(jié)點(圖4)，選擇圖中間距16m的A、B、C、D四個節(jié)點作為荷載節(jié)點，通過吊桿固定斗屏上部維修平臺的主鋼梁，主梁、維修平臺及吊桿設計如圖5～6所示。并在鋼梁上安裝固定四部卷揚機，通過安裝在卷揚機上的8根鋼索完成斗屏的升降任務。

尺寸表4 表6

圖2 斗屏立面方案圖

圖3 斗屏平面方案圖

圖4 屋面下弦桿吊掛節(jié)點位置圖

圖5 斗屏維修平臺平面圖

圖6 斗屏吊裝平臺主梁與吊桿連接大樣

項目智能化設計與結(jié)構(gòu)密切配合，對斗屏結(jié)構(gòu)變形進行校驗。通過分析斗屏維修平臺結(jié)構(gòu)件變形差約為100mm，在可控范圍之內(nèi)。因此，該結(jié)構(gòu)方案可行，不會因結(jié)構(gòu)變形而對屏體顯示單元造成影響。

設計通過視線分析(如圖7～8)，吊裝完成的斗屏底邊距地面不低于20m，保證看臺后排觀眾在商演時視線不受斗屏遮擋；斗屏視距及上下垂直視角亦滿足相關規(guī)范要求，無論觀眾處于場館內(nèi)觀眾席的任何位置，都可以清晰地看到屏幕上的內(nèi)容。

圖7 斗屏安裝剖面1-1

圖8 斗屏安裝剖面2-2

通過完善設計和分析計算，本項目斗屏各項相關技術參數(shù)按表7進行選擇。

6 控制系統(tǒng)設計

斗屏后臺控制系統(tǒng)(圖9)設備包括后臺輸入設備、混合矩陣、視頻圖像處理器、顯示屏控制器、光口網(wǎng)絡交換機及傳輸設備。其中，混合矩陣可以將計時計分機房提供的比分及數(shù)據(jù)統(tǒng)計信息、電視轉(zhuǎn)播機房提供的視頻信息等進行混合，輸出到視頻處理器。視頻處理器則可將一個顯示屏分成多個視頻區(qū)域及將數(shù)據(jù)和比分重疊在一起，經(jīng)顯示屏控制器投送到前端大屏上。顯示屏控制器則實現(xiàn)對場館內(nèi)視頻信息的展示，并配合音頻的播放以及場地燈光的控制，實現(xiàn)場館比賽前的場地秀和燈光秀的聯(lián)動控制，烘托比賽現(xiàn)場的氣氛，激發(fā)觀眾熱情。

為了能在后期運營具備承辦NBA中國賽的條件，設計考慮斗屏系統(tǒng)同時具備與NBA 球員數(shù)據(jù)系統(tǒng)連接的接口，因配套的計時記分系統(tǒng)能同時滿足NBA和FIBA籃球比賽的所有要求，并采用最新的NBA認證設備，故在進行相關賽事時斗屏系統(tǒng)還能實時顯示各球員信息與場上比賽數(shù)據(jù)。

斗屏技術參數(shù)表 表7

圖9 斗屏控制系統(tǒng)圖

本館 LED 大屏幕控制室設在五層，除控制斗屏系統(tǒng)外，還能控制場地兩端的LED大屏、包廂上下檐口的兩圈環(huán)形屏，能通過面向場地的外窗直視場地、裁判席、場地兩端LED大屏及中央斗屏。為滿足賽事組織和管理模式，控制室內(nèi)同時設置自動升旗系統(tǒng)控制臺，機房布置如圖10所示。

圖10 大屏幕顯示系統(tǒng)機房布置圖

7 結(jié)束語

中國一直都是NBA最重視的海外市場之一，參加過中國賽的NBA球隊一方面可以擴大球隊在中國的影響力和知名度，另一方面也可以讓球隊接觸到多元化發(fā)展的契機，因此近十年來，NBA中國賽在國內(nèi)開展的如火如荼。再加之，隨著人們生活水平的提高，國內(nèi)各大場館演藝節(jié)目的數(shù)量也呈明顯上升趨勢。這都對場館的基礎設施條件提出了較高要求。

本項目所設計的斗屏顯示系統(tǒng)在滿足所有國內(nèi)外相關技術規(guī)范的基礎上，還具有以下特點。

(1)能播放及快速切換廣告內(nèi)容，給贊助、運營企業(yè)帶來良好的經(jīng)濟效益。

(2)能夠在極短的時間內(nèi)拆裝、調(diào)試斗屏系統(tǒng)，以滿足頻繁的比賽、演出等活動場景切換需求。

(3)能融合視頻、音頻和燈光等控制方式，烘托比賽現(xiàn)場的氣氛，給觀眾帶來震撼的感官沖擊。