足球場場地照明工程技術(shù)指標(biāo)控制與設(shè)計

陳眾勵，陳杰甫

(上海建筑設(shè)計研究院有限公司，上海 200041)

引言

專業(yè)足球場場地照明的標(biāo)準(zhǔn)較多，場館建設(shè)中需研究分析設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，使得場地照明能夠適應(yīng)多種重大國際賽事的要求。LED照明燈具在場地照明中大量使用，LED燈具的控制策略、配電方式、燈具布置方式、投射角度具有較大的靈活性，充分的利用其特點(diǎn)，改變原有的燈具布設(shè)方式，提升場地照明效果。

1 足球場場地照明設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)

足球場場地照明設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)國內(nèi)執(zhí)行的是國家標(biāo)準(zhǔn)《建筑照明設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》(GB 50034—2013)[1]和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《體育場館照明設(shè)計及檢測標(biāo)準(zhǔn)》(JGJ 153—2016)[2]。GB 50034—2013根據(jù)體育場有無電視轉(zhuǎn)播需求分為兩類，其中有電視轉(zhuǎn)播的體育建筑場地照明標(biāo)準(zhǔn)值詳見表1。

行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JGJ 153—2016中專用足球場照明標(biāo)準(zhǔn)值詳見表2。

表1 有電視轉(zhuǎn)播的足球場場地照明標(biāo)準(zhǔn)值

表2 專業(yè)足球場場地照明標(biāo)準(zhǔn)值

國際上主要有國際足球聯(lián)合會(Fédération International de Football Association，簡稱國際足聯(lián))的《Football Stadiums Technical recommendations and requirements》(《足球場技術(shù)推薦和要求》)[3]，歐洲足球協(xié)會聯(lián)盟(Union of European Football Associations，簡稱歐足聯(lián))的《UEFA Stadium Lighting Guide 2016》(《UEFA場館照明指導(dǎo)2016版》)[4]以及中北美洲及加勒比海足球協(xié)會(Confederation of North, Central American and Caribbean Association Football，簡稱CONCACAF)的《Concacaf Champions League 2020 Technical Guide》(Concacaf冠軍聯(lián)賽2020技術(shù)導(dǎo)則)[5]。

各國對于國際高水平的轉(zhuǎn)播賽事均有較高要求，但要求的指標(biāo)及偏向有一些不同。針對最高等級賽事，需要高清電視轉(zhuǎn)播的照明，國內(nèi)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、國際足聯(lián)、歐足聯(lián)和中北美洲及加勒比海足球協(xié)會的技術(shù)指導(dǎo)對比見表3。

表3 國內(nèi)外幾種主要標(biāo)準(zhǔn)的照明指標(biāo)對比表

綜合以上技術(shù)參數(shù)，在滿足FIFA、亞洲杯、國內(nèi)聯(lián)賽等主要國際國內(nèi)賽事的要求下，形成了適合浦東足球場的場地照明技術(shù)指標(biāo)，比賽場地照明指標(biāo)詳見表4。

表4 浦東足球場主比賽場地照明具體參數(shù)指標(biāo)

其中顯色指數(shù)≥90，5 500 K<色溫≤6 500 K；照明功率密度值滿足JGJ 153—2016表7.3.2-2的要求。HDTV指高清晰度電視。特殊顯色指數(shù)R9不小于20。頻閃比<1%。主攝像機(jī)方向眩光指數(shù)GR≤40。

2 場地照明設(shè)計

體育場館的傳統(tǒng)照明設(shè)計中，前幾年金屬鹵化物燈為主要照明燈具，但是隨著LED燈具照明技術(shù)的日益成熟及其在各領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，大功率LED燈具也逐漸在體育場館照明設(shè)計中得到廣泛應(yīng)用[6]。與體育場館傳統(tǒng)照明使用的金屬鹵化物燈相比，LED燈具不僅具有節(jié)能效果好、效率高、維護(hù)成本低等特點(diǎn)，還能進(jìn)行智能控制[7]。LED燈具作為賽事功能照明、場館應(yīng)急照明、觀眾席照明等的照明設(shè)計方案，均取得了較好的應(yīng)用效果。

浦東足球場項目有“一主兩副”共三片專業(yè)足球場。其中主賽場照明最高滿足FIFA V級照度要求，即主攝像機(jī)的垂直照度平均值不低于2 400 lx，輔攝像機(jī)(面向四個方向)的垂直照度平均值不低于1 800 lx，水平照度平均值不低于3 500 lx，可滿足4K/8K超高清電視轉(zhuǎn)播要求。

兩片副賽場(訓(xùn)練場)照明平均水平照度不低于 800 lx，可滿足夜間比賽照明要求[8]。

浦東足球場項目需求為場地照明+觀眾席和應(yīng)急照明+副賽場照明+賽事補(bǔ)光燈。

根據(jù)照明設(shè)計指標(biāo)及相關(guān)國內(nèi)、國際標(biāo)準(zhǔn)，主體育場使用396套1 500 W大功率LED-燈具，燈具顯色指數(shù)Ra=90，R9>50，色溫5 700 K，場地照明頻閃比<1%。

觀眾席照明使用64套1 200 W大功率LED-燈具，燈具顯色指數(shù)Ra=75，色溫5 700 K；賽事補(bǔ)充燈光照明采用46套TLC-RGBW燈具，燈具(白光)顯色指數(shù)Ra=75，結(jié)合DMX512智能調(diào)光系統(tǒng)，滿足主體育場的照度要求。

分別采用兩種方案設(shè)計場地照明，方案一的燈具布置按照行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求，在禁止區(qū)不布置燈具，如圖1所示。圖1中陰影眩光區(qū)和球門后方區(qū)域未布置燈具。

圖1 燈具布置方案一Fig.1 Lamp layout scheme 1

方案二的燈具布置方案如圖2所示，采用360°環(huán)形布置，在FIFA文件建議的禁止區(qū)內(nèi)，燈具的投射角度不投射在禁區(qū)內(nèi)，投射在球場2條禁區(qū)線之間的中場區(qū)域，LED燈具需要有較好的投射角度控制。

根據(jù)歐足聯(lián)2019/2016和根據(jù)亞足聯(lián)2018的要求[2]，燈具可以360°布置，如圖3和圖4所示，但是需要滿足安裝位置的要求，方案二根據(jù)歐足聯(lián)的標(biāo)準(zhǔn)要求360°布置燈具。

圖2 燈具布置方案二Fig.2 Lamp layout scheme 2

圖3 歐足聯(lián)2019/2016標(biāo)準(zhǔn)中屋頂燈具安裝要求Fig.3 Installation requirements of roof lamps in UEFA 2019/2016 standard

兩種方案都包括了環(huán)向馬道燈具布置以及四角布置燈具。第一種方案采用傳統(tǒng)方式設(shè)計為間斷性布置，避開藍(lán)色區(qū)域；第二種方案采用360°方案設(shè)計為整體馬道均勻布置燈具，從建筑美學(xué)、負(fù)載、照明效果等方面都更為優(yōu)秀。根據(jù)計算對比，兩種方案都滿足 FIFA 標(biāo)準(zhǔn)的要求。表5為傳統(tǒng)布置燈具方式的主要照度計算值，表6為環(huán)形360°布置燈具方式的主要照度計算值。對比兩種燈具布置方式，環(huán)形360°布置燈具方式的照度指標(biāo)普遍高于傳統(tǒng)布置燈具方式。水平照度平均值高3%，水平照度最小值高11.7%，水平照度均勻度U1高11%，水平照度均勻度U2高8%，主攝像機(jī)垂直照度平均值高7.4%，主攝像機(jī)垂直照度最大值高13.5%。

圖4 歐足聯(lián)2019/2016標(biāo)準(zhǔn)中角落燈具安裝要求Fig.4 Installation requirements of corner lamps in UEFA 2019/2016 standard

表5 傳統(tǒng)布置燈具方式的主要照度計算值

表6 環(huán)形360°布置燈具方式的主要照度計算值

為賽前、賽時提供烘托氣氛，體育場增設(shè)了46套LED-RGBW燈具做為賽時補(bǔ)光，針對本項目需求，分析其屋頂結(jié)構(gòu)，設(shè)計以屋頂內(nèi)部渲染為主，色彩可根據(jù)實(shí)際需求調(diào)整，控制方式靈活多變，預(yù)先設(shè)置多種演繹模式。

3 場地照明測試

體育場的場地水平和垂直照度測試，國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)、國際足聯(lián)標(biāo)準(zhǔn)和歐足聯(lián)標(biāo)準(zhǔn)對比詳見表7。

2021年9月24日，第三方測試公司依據(jù)JGJ 153—2016對浦東足球場場地照明進(jìn)行測試，主要測試結(jié)果如圖5和圖6所示。

表7 測試標(biāo)準(zhǔn)對比表

圖5 第三方測試數(shù)據(jù)與設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)值對比圖一Fig.5 Comparison diagram of third-party test data and design standard value 1

圖6 第三方測試數(shù)據(jù)與設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)值對比圖二Fig.6 Comparison diagram of third-party test data and design standard value 2

通過測試得知，實(shí)測場地照明指標(biāo)達(dá)到設(shè)計要求的技術(shù)參數(shù)水平。設(shè)計要求顯色指數(shù)R9遠(yuǎn)大于標(biāo)準(zhǔn)值20，測試結(jié)果為63.8，大大超過要求值。固定攝像機(jī)垂直照度平均值2 857 lx，大于設(shè)計值2 400 lx。設(shè)計要求顯色指數(shù)Ra大于標(biāo)準(zhǔn)值90，測試結(jié)果為92.7。色溫5 424 K，滿足標(biāo)準(zhǔn)值5 500 K。眩光指數(shù)小于標(biāo)準(zhǔn)值50，也滿足設(shè)計值40。均勻度U10.6滿足設(shè)計值，均勻度U20.74超過設(shè)計值。安全照明平均照度90 lx，遠(yuǎn)超標(biāo)準(zhǔn)值20 lx。疏散照明平均照度45.7 lx，遠(yuǎn)超標(biāo)準(zhǔn)值5 lx。場地照明實(shí)景圖如圖7所示。

圖7 夜間場地照明開啟的實(shí)景圖Fig.7 Real map of site lighting on at night

4 場地照明控制

采用DMX512控制系統(tǒng)，適當(dāng)場地照明與音響、RGBW燈光、LED大屏幕、場地廣告牌、室外泛光照明進(jìn)行同步編程操作，實(shí)現(xiàn)各種各樣的燈光秀表演效果。通過控制LED燈具的亮度，可讓LED具備開關(guān)或者漸變的效果。當(dāng)體育場館內(nèi)安裝了多套LED燈具時，通過不同組合變化，達(dá)到讓LED燈光進(jìn)行表演的效果。

全彩可調(diào)的氛圍照明，可根據(jù)需求提供多種方案，如主場主隊代表色、客場客隊代表色的燈光設(shè)置；球迷坐席區(qū)色系個性化燈光設(shè)置；全場單色系、多色系的漸變燈光秀；賽前熱場、比賽間歇啦啦隊表演、散場歡快模式等燈光形式。

主體育場照明DMX 512控制系統(tǒng)根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行設(shè)計，并根據(jù)控制模式要求編制程序，實(shí)現(xiàn)調(diào)光控制、燈光秀戲劇效果、遠(yuǎn)程診斷的功能。調(diào)光線路需單獨(dú)敷設(shè)，與配電線路分離，避免信號干擾。

5 小結(jié)

體育場館的照明技術(shù)指標(biāo)須與承擔(dān)的賽事要求協(xié)調(diào)，兼顧國內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)滿足長遠(yuǎn)要求。場地照明燈具的布置，需結(jié)合體育場館的馬道設(shè)置、燈具類型，采用投射角度控制較好的燈具，可采用環(huán)形布置，提升建筑美學(xué)，提高燈光秀的效果。大型體育建筑場地照明燈具應(yīng)采用LED燈具，LED燈具節(jié)能效果顯著，控制手段多樣，可快速啟動，配電方便。但在選型LED燈具時，需關(guān)注燈具的啟動電流特性，穩(wěn)態(tài)電流諧波，降低非線性設(shè)備帶來的電能質(zhì)量問題。大型體育建筑場地照明燈具宜設(shè)置RGBW燈具，烘托現(xiàn)場氛圍，吸引球迷到體育場館觀賽。同時也為非賽時的運(yùn)營提供支持。場地照明控制應(yīng)采用DMX512協(xié)議，便于賽事設(shè)備集成管理，聯(lián)動場地擴(kuò)聲、大屏幕顯示、場地LED廣告牌、室外泛光照明等，呈現(xiàn)全域聯(lián)動的現(xiàn)場效果。目前在RGBW大功率LED燈具在場館的應(yīng)用需求凸顯，接下來需要深入研究彩色氛圍照明標(biāo)準(zhǔn)、RGBW燈具布設(shè)等定量指標(biāo)，指導(dǎo)RGBW大功率LED燈具在專業(yè)足球場場地照明中的應(yīng)用。