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北京工人体育场场地照明设计详解(组图)

摘要:作为2008北京奥运会足球比赛场地,北京工人体育场的体育照明设计要充分考虑运动员、裁判员/官员、现场观众、电视观众(摄像机)、媒体读者(照相机)等多方面人士的视觉需求,为各方面人士提供最佳照明。除提供充足、均匀的水平照度和垂直照度外,还应充分考虑近20个摄像机的要求及更严格的眩光控制,同时满足照度梯度、照度比、照明立体感和光源色温、显色性等要求。北京工人体育场场地照明设计详解。




项目名称

北京工人体育场

设计单位

飞利浦(中国)投资有限公司

施工单位

中国建筑一局(集团)有限公司

业主单位

北京职工体育服务中心




项目简介

始建于1959年的北京工人体育场,曾是中国的“国家级体育场”,是当时北京“十大建筑”之一,在京城享有“无人不知无人不晓”的美誉。随着第一届全国运动会等五届全运会,第11届亚洲运动会开、闭幕式及比赛,第21届世界大学生运动会,第9届亚洲杯足球赛等大型体育赛事的举办,半个世纪来,这位目睹了不计其数的体育比赛和各类大型活动的“老人”,见证了新中国建立以来的中国体育事业发展历程。

工人体育场占地面积35万平方米,建筑面积8万平方米。整个体育场为椭圆形混凝土框架混合结构,南北长282米,东西宽208米,有24个看台。自2006年4月18日起,为迎接2008年北京奥运会,承办2008年奥运会足球赛,工人体育场奥运改扩建工程对体育场进行了全面改造,以满足奥运会的多方面要求。

改造主要集中在场地照明、结构加固、拆除大运会火炬台并增设120平方米的旋转显示屏、外窗玻璃保温性能处理、增设无障碍设施以方便残疾人观众、看台的防水处理、部分座椅的更换、塑胶跑道及颁奖旗杆、部分机电设备和给排水系统的更新改造(包括给水系统、热水系统、排水系统、雨水系统、消火栓系统、自动喷淋系统等),同时也完成了室外工程改造,包括室外道路、场地和绿化改造,以及基建配套设施改造。而场地照明是所有机电改造中最重要的部分。

改造完成后的体育场重新焕发了青春活力,成为可容纳观众坐席62000人规模的奥运会足球比赛场,场内设施,特别是场地照明完全满足奥运会足球比赛技术标准要求。

项目详细内容




1、详细的照明技术指标(包括照明质量与数量):

作为2008北京奥运会足球比赛场地,北京工人体育场的体育照明设计要充分考虑运动员、裁判员/官员、现场观众、电视观众(摄像机)、媒体读者(照相机)等多方面人士的视觉需求,为各方面人士提供最佳照明。除提供充足、均匀的水平照度和垂直照度外,还应充分考虑近20个摄像机的要求及更严格的眩光控制,同时满足照度梯度、照度比、照明立体感和光源色温、显色性等要求。体育场馆的照明设计完全按照BOB的照明要求、CIE No.169、CIE No.112的照明标准,同时参照FIFA的照明推荐, 以HDTV为目标,整个体育场的照明不但满足运动员/裁判及观众的要求,同时也满足了许多个摄像机的转播要求,为更多的电视观众提供了最佳的转播画面,保证图像画面传送清晰、色彩逼真,也考虑了赞助商、商、媒体等对现场灯光的要求。

体育场照明系统不仅要满足赛时足球比赛要求,还要满足各种大型活动的要求,因此设计了多种照明开关模式,并对照明灯具进行科学、合理的控制,保障照明光源和灯具及其所配的整流器的安全长期使用,同时节能省电。在为比赛场地提供照明设计的同时,也为混合区、新闻发布厅、颁奖台、升旗区、万国旗等提供了符合BOB要求的照明设计,保证奥运比赛的顺利进行。

照明设计全面考虑了足球比赛项目的特点及对照明的特殊要求,遵循“绿色、人文、科技”的奥运理念,符合总体设计图纸,满足并优于BOB技术要求。

照明产品选择:

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MHN-LA2KW/956金卤灯,色温Tc=5600K,Ra>90,完全满足标书及BOB要求,光效100lm/W,光源体积小,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81%以上,更节能;灯具体积小巧,迎风面积小,很好地与建筑及马道配合。







体育场场地照明灯架图

照明马道及灯具位置设计

作为奥运会的足球比赛场,草地和夜间灯光照明是至关重要的。之前作为国安主赛场的工人体育场,草坪可谓是世界一流的,但灯光照明还没有达到奥运会高清信号转播的需要。之前的工人体育场罩棚位置比较低(31米),离场地远(83米),灯的投射角度比较平,照度分配不合理。为了达到没有眩光的无影照明和完美的电视转播效果,我们增设了照明灯架,根据照明设备与场地角度25-30度之间的要求,在综合考虑了照明效果、灯架承重、灯具重量及风荷、投资等因数后,最终将灯架高度确定为43米,通过风洞试验,精心设计,从而满足了国际足联和奥运会比赛的照明要求。

另外,灯架还为赛后举行演唱会预留了照明设备的位置,分层次的照明系统还专设有为运动员热身的照明。从外观上看,由于灯架的增高让工人体育场整个外形都发生了改变,体育建筑的特点更突出了。

场地照明灯具:

东西两侧的灯架上各安装了92套MVF403/2KW 灯具,场地四角的灯架上各安装44套MVF403/2KW灯具,共360套MVF403/2KW专业体育照明灯具提供场地奥运比赛照明和热身场地照明。(43米)

观众席照明灯具:

100套400W金属卤化物光源投光灯具被布置在原有罩棚的外沿。(31米)

应急安全照明灯具:

90套1000W卤钨投光灯具被布置在原有罩棚的外沿。(31米)







体育场场地照明灯具布置(3D)




体育场观众席照明灯具布置

体育场照明开关模式

北京工人体育场主场地照明系统工程项目包括比赛场地照明、观众席照明、应急照明和混合区照明。开灯方案模式有日常清扫、足球训练、足球业余比赛、足球专业比赛、国内足球彩电转播比赛、国际足球彩电转播比赛、奥运高清彩电转播比赛、高清全场照明比赛、足球奥运供电1、足球奥运供电2、奥运足球应急电视转播、观众席照明、应急安全照明、混合区照明等15种开关模式。

各主要模式的灯具用量及耗电量见下表:




灯具型号及数量:




体育场照明设计摄像机考虑及最小垂直照度保证:

设计中共考虑了15个固定摄像机及多个移动摄像机(四边垂直照度)的照明需求,满足不同比赛项目的要求。

--- 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。




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;

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

体育场照明设计中立体感及四边照度比考虑:

设计中对全部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 (0.62), 保证在场地的全部区域内均有各个方向的照明,满足现场的照明立体感,满足最佳的现场照明效果及电视转播效果。

体育场照明设计中眩光考虑:

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300 禁区范围内无照明灯具;

--- 全部照明灯具的投射角均小于680,完全符合标书及BOB要求;

--- 根据FIFA的要求,方案中计算了足球场全部11个眩光观察点的最大眩光,同时又增加了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44.8(场地反射率0.2), 很好地满足标准要求的低于50的要求;

--- 为降低照明对现场转播用摄像机的眩光影响,方案中计算了对全场全部15个摄像机的最大眩光,最大眩光指数仅为39.9(场地反射率0.2),满足标准要求的低于40的要求。

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,设计中已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42.8 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比例ULR,各个灯具的最大上射光比例ULR不大于2%,而各照明模式下开启所有灯具时最大上射光比例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。

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,奥运比赛时前排观众席平均照度均大于300lx。同时观众席照明灯具布置均按建筑结构布置。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12%(东西看台)和12%(南北看台)。

体育场照明设计应急电视转播照明考虑:

照明设计时将全场照明灯具分成由不同电源供电的两组,每一组均可保证均匀的应急电视转播要求,避免了因一路电源断电,场地照明出现照度及均匀度不能很好满足彩电转播要求的情况发生。

奥运足球比赛时照明设计结果:




两组应急电视转播灯具照明结果:




其他照明数据

非奥运比赛照明结果:




奥运足球比赛时眩光控制:







2、照明设计理念、方法等的创新点:

1) 北京工人体育场的照明设计完全按BOB高清电视转播的要求设计,是国内第一个完全满足高清电视转播要求的足球场。

2) 国内第一个通过改造满足高清电视转播照明要求的综合体育场,第一次在场地的挑棚上加上一高度超过10米的支架,为以后同类场地的改造开创了先例。

3) 在体育场照明设计中兼顾15个固定摄像机和许多移动摄像机的垂直照度要求,固定摄像机/移动摄像机的最小垂直照度大于1400lx/1000lx。

4) 设计中在满足照度均匀性的同时,正式考虑了照度梯度的要求,并在全场的每一点满足奥运会BOB的照明要求。

5) 在体育场场地照明设计中提出全场地中某一点上四边垂直照度的任意两边照度之比的概念,并在全场任一点满足最小值大于0.6的要求(最小为0.62),极大地提高了转播质量,增加照明立体感。




6) 在体育场场地照明设计中采用双回路互为备用、同时工作、各带全场50%灯具的照明设计,满足照度及均匀度要求。这种方法不但解决了应急彩电转播照明,又大大降低成本,为中国、乃至整个体育照明的应急照明开创了一条全新之路。同时充分满足奥运电视转播要求。

7) 在体育场照明设计中提出了向上光比例的概念,并满足CIE No.126 的要求,ULR仅为2%。同时又降低了照明对大显示屏的影响。

8) 在体育场照明设计中提出前12排观众席的垂直照度要求,并满足BOB的要求。

9) 在体育场照明设计中同时提出对运动员/裁判和摄像机的眩光要求,并全部满足BOB的要求。




3. 照明设计中节能措施:

1) 采用高光效的光源,光源光效100lm/W。

2) 选用高效率的投光灯具,MVF403/2KW投光灯具的最高光效可达81%以上。

3) 综合考虑照明效果、灯架承重、灯具重量及风荷、投资等因数,合理布置照明马道,平衡马道位置(灯具数量)与照明眩光(马道越低,眩光越大,灯具数量较少)的矛盾,灯具数量最佳化。

4) 充分考虑了场地水平照度和垂直照度之比,最大化地减少灯具数量。

5) 充分理解BOB照明标准,合理满足照度指标要求。

6) 充分利用照明设计技术,利用场地的宽度合理布置灯具,科学地设计灯具瞄准点,提高场地的垂直照度值,并尽量减少各照明模式中在单一控制模式的灯具数量,减少灯具数量。

7) 充分利用照明控制技术,15种照明开关模式的设计,满足不同功能需求,节约能源。

8) 尽量减少场地溢散光,将灯具光线最大化地投射到有效场地范围内。




4、设计中使用了哪些新技术、新材料、新设备、新工艺:

1) 在照明中采用双回路互为备用、同时工作、各带全场50%灯具的新技术,满足照度及均匀度要求。这种方法不但解决了应急彩电转播照明,又大大降低成本,为中国、乃至整个体育照明的应急照明开创了一条全新之路。而且很好地满足了BOB的要求。

2) 设计中采用的双端大功率金属卤化物光源采用独特的双封接技术,将光源温度从电极的2800o经第一次封接降到550o, 再经第二次降到250o(灯脚接线处),有效地保证光源寿命。

3) 设计中采用大功率椭圆型投光灯具,为目前世界上最先进的专业体育照明灯具,为2004雅典奥运、2006都灵冬奥会和2006FIFA世界杯体育场馆照明的主要产品。

4) 照明设计时兼顾15个固定摄像机和许多移动摄像机的垂直照度要求,固定摄像机/移动摄像机的最小垂直照度大于1400lx/1000lx。

5) 首次对足球场摄像机的眩光提出要求。

6) 国内第一个通过改造满足高清电视转播照明要求的场地,第一次在场地的挑棚上加上一高度超过10米的支架,为以后同类场地的改造开创了先例。




5、照明设计中使用了那些环保安全措施:

1) 选用光效高、光衰小的光源。

2) 选用防护等级高、发光效率高的灯具。

3) 选用上射光、溢散光小的投光灯具。

4) 设置15种开关模式,充分降低能耗。

5) 充分理解照明标准,合理布置灯具,减少灯具数量,在同等照明要求下,国家体育场的照明灯具为同类体育场中最少。

6) 照明设计中提出了上射光比例ULR的概念,并满足CIE No.126 溢散光限制的要求,ULR仅为2%,满足CIE No.126中E2区域(远郊区)的要求。将光污染减少到最小,对周围的环境影响非常小。

7) 照明设计中选用高效低汞的光源,以减少对环境的污染。


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