体育场照明设计技巧

日期：2013-06-05

一、概述

体育场照明设计主要是为满足空间的足球运动和田径运动照明的需要亮度。足球运动因球的运行不仅在地面上，同时还在距地10～30m的空间进行。因此在一定的空间高度的各个方向上要保持一定的亮度，一般足球场上空15m以下空间的光分布要非常均匀。

田径比赛大部分在距地面约3m高度的范围内进行，这类运动设施的照明，主要是满足地面上的光分布均匀的要求，标枪、铁饼、链球等项目运动高度可达20m，但这类项目往往不在晚上举行，体育照明不必专门为此设计专用照明。

为了适合于彩色电视实况转播比赛的要求，要求运动员和场地以及观众之间的亮度比率应具有一定数值。由于要知道运动员、运动场和观众的反射比，因此把这些指标规定下来。

二、体育场照明要求

要做好一个体育场照明设计，设计者必须了解和掌握体育场照明：应有足够的照度和照明的均匀度，足够的亮度和无眩光照明，适当的阴影效果，颜色的正确性等。

1. 照度要求

国家体育行业标准TY/T1002.1—2005《体育照明使用要求及检验方法第1部分：室外足球场和综合体育场》中规定，室外足球场和综合体育场的照明标准值见表14-1，国家标准GB50034—2004《建筑照明设计标准》规定的照明指标见表14-2～14-4。

表14-1 室外足球场和综合体育场的照明标准值

等级	运动分级	摄像类型	照度（1x）		均匀度				光源		眩光等级GR
			水平E	垂直E	水平		垂直		色温（K）	显色指数Ra
			水平E	垂直E	U	U	U	U	色温（K）	显色指数Ra
Ⅰ	业余训练和娱乐	—	150	—	0.3	0.5	—	—	﹥4000	≧65	﹤55
Ⅱ	业余俱乐部	—	300	—	0.4	0.6	—	—	﹥4000	≧65	﹤50
Ⅲ	专业训练/国内比赛	—	500/750		0.5	0.7	—	—	﹥4000	≧80	﹤50
Ⅳ	有电视转播的国内、国际比赛	固定摄像机	1000～2000	1000	0.6	0.8	0.4	0.6	﹥4000	≧80	﹤50
Ⅴ	有高清晰度电视转播的比赛	慢动作	1500～3000	1800	0.6	0.8	0.5	0.7	﹥5500	≧90	﹤50
		固定摄像机		1400			0.5	0.7
		移动摄像机		1000			0.3	0.5
---	应急电视转播	固定摄像机	1000	700	0.5	0.7	0.3	0.5	﹥4000	≧80	﹤50

注：1.表中垂直照度及其均匀度的规定是指主摄像机方向，辅摄像机方向可降低一级采用。

2.水平照度指地面上的维持平均照度。垂直照度指离地1.5高垂直面或主摄像机方向的维持平均照度。

3.水平照度可为垂直照度的0.5～2.0倍（推荐采用0.75～1.5倍）。

4.表中所列照度值为维持平均照度会值，维持系数取0.80。对于多雾和污染严重地区此值可降低到0.70。

表14-2 《建筑照明设计标准》关于无彩电转播的体育建筑照度标准值

运动项目			参考平面及其高度	照度标准值（1x）
				训练	比赛
足球、曲棍球	观看距离（m）	120	地面	—	300
		160		—	500
		200		—	750

注足球和曲棍球的观看距离是指观众席最后一排到场地边线的距离。

表14-3 《建筑照明设计标准》有于无彩电转播的体育建筑照度标准值

项目分组	参考平面及其高度	照度标准值（1x）
		最大摄影距离（m）
		25	75	150
A组：田径、柔道、游泳、摔跤等项目	1.0m垂着面	500	750	1000
B组：篮球、排球、羽毛球、网球、手球、体操、花样滑冰、速滑、垒球、足球等项目	1.0m垂着面	750	1000	1500
C组：拳击、击剑、跳水、乒乓球、冰球等项目	1.0m垂着面	1000	1500	—

表14-4 《建筑照明设计标准》关于体育建筑照明质量标准值

类别	GR	Ra
无彩电转播	50	65
无彩电转播	50	80

注GR值仅适用于室外体育场地。

彩色电视转播照明应以场地的垂直照度为设计的主要指标，一般场地照明必须满足运动员、观众和摄像师三方面的要求。为此要求水平照度、垂直照度及摄像机拍摄全景画面时的亮度，必须保持变化一致性。运动员、场地和观众之间的亮度变化比率不是超过某一数值，这样才能适应彩色电视摄像要求。

彩色电视转播要求照度比黑白电视高，因为它的“体系敏感度”低、另外，照度与电视摄像所能采用的方向之间的关系，如照度低，那么电视转播报道仅限于摄取全景，如果照度高，那么可摄取特写镜头，从而使电视播送更生动。

1. 照度均匀度

均匀度的要求主要取决于电视摄像机的要求，而不相称的均匀度，会给运动员和观众带来视角上的痛苦。照度均匀度定义为表面上的最小照度（E ）与最大照度（E ）之比（U ），或最小照度（E ）与平均照度（E ）之比（U ）。U 有利于视看功能。U 有利于视觉舒适。

在和镜头轴线的主要方向相垂直的比赛场地上1.0～1.5m高的范围内测得的平均照度应不低于14001x，实际上10001x对于摄影也是可以的。既要能保持转播所需的照度梯度，又要满足照度均匀度的要求，才能保证电视摄像机能摄取优质的电视画面。

运动员的动作愈迅速、运动器具愈小，对于垂直照度、照度均匀度及照度梯度要求就全愈严格。

TY/T1002.1—2005标准规定彩色转播足球比赛时，水平面或垂直面上相邻网格点间的变化率每5m不应超过20%，非彩电转播时不应超过50%。

2. 亮度和眩光

电视摄像机的作用与人的视觉有些相似，摄像机和人眼都是以感觉照明的强度作为亮度，因此，画面对比以及其背景，对于画面质量来说都是最重要的。一方面由于缺乏充分的对比，好的画面就不能取得，另一方面由于难于处理明暗，同样地也妨碍高质量画面的产生。

亮度和眩光对于运动员和观众的视觉舒服与否都是很重要的，考虑到要避免太暗的背景，一部分光线应当射向看台，观众席座位面的平均水平照度应满足1001x的要求，主席台面的照度不宜低于2001x。靠近比赛区前12排（15排）观众席的垂直照度，TY/T1002.1—2005标准规定潮安县小于场地垂直照度的25%。这不但使对面看台上观众眩光减少，而且电视画面也因为有了一个明亮的看台背景，使画面质量更好。

总的来说，眩光在很大程度上系由照明设施的亮度、灯具布置的实体角、发光的面积、灯具的方向与正常观看方向之间的角度、照明设施亮度与其观看时的背景亮度之间的关系、以及人眼适应的条件（主要系由视野亮度来决定）等一系列因素来决定。如果要获得舒适的观看条件，必须使视野内的直接亮度，不得过背景可依据的某一亮度值。

眩光问题，只要协调好观众、运动员之间的矛盾就能解决，这一协调工作由设计工程师来完成，即设计时就应考虑投光灯的光线分布、安装方案、灯悬挂高度以及其他因素。宽光束的投光灯容易获得场地的均匀效果，但会增加对看台上的观众的眩光，因此，适当选用中等光束和窄光束投光灯相结合的方案来解决眩光问题。投光灯光束角与光束类型的关系见表14-5。

表14-5 投光灯光束角与光束类型的关系

光束角（゜）	光束类型
10～18	特窄光束
18～29	窄光束
29～46	中等光束
70～100	宽光束

3. 阴影影响

亮度对比强，同时又有阴影，这些都是有碍于电视摄像机对照度的正确调整，因而会影响电视画面的质量。过于黑暗也会影响视觉的舒服。另一方面，阴影对于电视转播和观众来说却又很重要，特别是当具有快速动作的高速传球特点的足球比赛时，如果没有阴影的影响，距球远的观众是无法跟踪上目标的。

4. 颜色校正

颜色校正对于观众和彩色电视转播业务两者都很重要。电视摄像机色温在很大范围内能够加以调节，以使用色温3000～6000K的光源进行电视转播。但是体育场是室外运动场，在选择光源时，要考虑日光的色温，即5000～6000K。可能发生这种情况，比赛在日光下开始，而在夕阳西下时，即在冷光照明下结束（通常用“全天候”这一词来形容这一情况）。在夕阳和人工照明双重光线下，要求日光色温与人工照明光源的色温相一致，这样电视摄像机可以进行连续调整，由日光顺利地过渡到人工照明。

近年来，金属卤化物灯得到很快发展，其具有5200～600K的色温，完全可以满足室外彩色电视转播的目的，所以得到广泛的应用。

5. 维护系数和大气吸收系数

照明装置在使用一定周期后，在规定表面上的平均照度或平均亮度与该装置在相同条件下新装时，在同一表面上所得到的平均照度或平均亮度之比，称为维护系数（maintenancefactor）,照明计算时维护系数一般取0.8。室外体育场照明计算时还应计入5%～15%的大气吸收系数，主要是考虑大气中水分扩散、人群散热、高温空气等对照明的影响。大气吸收系数可以作为维护系数的一个因素来纺一考虑，此时维护系数可取0.7。而JGJ31—2003《体育建筑设计规范》中要求室外时维护系数应取0.55，另外还计入30%大气吸收系数，将会造成较大浪费。经综合体育场为例没考虑维护系数时，使用350套2000W的金属卤化物即可满足要求，考虑维护系数0.7时，用灯量为350/0.7=500套，如果维护系数和大气吸收系数按JGJ31—2003取值，则为350/（0.55*0.7）=909套灯具，比上述取值多出909-500=409套灯具，相应还需增加电缆、配电、荷载等费用，维护费用和工作量也增加不少，在实际体育场照明案例中，按JGJ31—2003取值也是不尽合理的。

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