摘要：針對目前綜合性體育場館場地照明設計中，照明系統一次投入大，運行能耗高等問題，以陜西省十四運場館為模型，采用單馬道兩側布燈方式，以Ⅳ級照明指標為依據，借助DIALux模擬研究了燈具投射角度、旋轉角度、開啟數量和功率對場地照度空間分布的影響。結果表明：改變投射角α對場地照度影響顯著，而旋轉角β適用于局部照度微調;場地底線外燈具對底線附近照度的影響高于底線內燈具，調整其開啟數量和功率可以提高底線附近照度，從而有效提高場地照度均勻度。基于研究結果提出利用一套燈具，通過調整燈具角度、開啟數量、功率等參數滿足多個運動項目場地照明設計方案，為場地照明優化設計提供依據。

　　關鍵詞：綜合性體育場館;Ⅳ級照明指標;DIALux控制;照度空間分布;照明設計;降低成本

　　體育照明是通過控制目標物的亮度與背景，從而獲得良好的照明環境，使得運動物體和運動員能清楚的呈現在運動員、現場觀眾和電視機觀眾的眼前，以達到良好的比賽和觀賞效果[1]。《體育場館照明設計及檢測標準》[2](JGJ153-2016)中將體育照明等級分為六級，綜合性體育場館因要適用于多種比賽項目的照度需要[3]，且有電視轉播需求，場地照明等級一般在Ⅳ級以上。為達到高等級照明要求，場館中燈具往往數量多、功率大，這使得照明能耗成為了體育場館主要能耗之一，因此照明節能設計就顯得尤為重要[4、5]。

　　近年來，國內外學者主要從照明設計和照明控制兩個方面對體育場館節能照明進行了研究：在照明設計研究中，韓本慧[6]、黃顯雯等[7]分析了不同設計因素對體育照明質量的影響，并根據結論進行了場館照明節能優化設計;朱悅等[8]研究了燈光投射距離、角度對照度及其均勻度的影響;田紫娟[9]、趙凱等[10]研究了馬道的形狀、數量和高度對場地照度分布的影響，為節能設計提供了參考;SunWS等[11]、FredH.Holmes等[12]對體育館光源進行了改造研究，以在較低的投入中獲得更好的照度均勻度。

　　在照明控制研究中，為使用較少燈具達到多種照明需求，張燕[13]、彭力[14]、古銘秀[15]提出可以根據使用需要事先設定燈具模式以進行調節，使燈具可以重復使用;彭月月[16]設計了可根據不同照明需要燈具角度能智能調節的旋轉燈具，以獲得場地最佳照明;CAOShengmin[17]基于PID和Karatsuba乘法模型，設計了以測光、調節為一體的體育場館智能照明控制系統。目前我國綜合性體育場館場地照明系統工程設計與研究尚存在一定距離。工程中多以面積最大的比賽場地為布燈依據，對于小面積的比賽場地僅采用關閉部分燈具的簡單控制方式，有可能造成場地照度尤其是水平照度遠高于標準值，使得照明能耗難以合理控制。

　　基于此，本文以“十四運”場館為模型，以比賽場地為研究對象，選擇既滿足國際、國內比賽轉播要求，又擁有良好節能效果和較低運維成本的Ⅳ級指標為照明標準，研究燈具投光角度、間距、數量和功率對綜合性體育場館賽場照度空間分布的影響，并以此為基礎，提出滿足手球、籃球、排球和羽毛球項目照度標準的場地照明系統設計方案，最后借助DIALux照明模擬軟件驗證設計方案的可行性，為照明節能設計提供依據。

　　1比賽場地建模與空間照度采樣

　　1.1比賽場地建模

　　本文使用了操作較為簡便且常用的DIALux照明模擬軟件[18、19]進行“十四運”某場館比賽場地建模。根據照明標準[2]中對燈具布置的建議和對馬道長度、位置的規定。馬道端點與場地底線中點的連線的投影線與底線夾角宜大于30°，馬道上的燈具瞄準角應在25°～65°之間，且考慮場地尺寸和距離對照度的影響。

　　1.2空間照度采樣

　　《體育場館照明設計及檢測標準》中推薦采用中心點照度計算法反映場地內照度分布情況，即將場地劃分為網格，取其中心作為照度計算點，其中手球場地網格為2m×2m，籃球、排球和羽毛球網格均為1m×1m。在采樣過程中，水平照度采樣高度為1m。

　　除了水平照度外，Ⅳ級照明標準對于主、輔攝像機方向垂直照度均有要求。場地內的主攝像機位置一般都是固定的，根據其典型布置位置[2]，在場地中線延長線的觀眾席上和羽毛球場地底線后分別布置一臺攝像機，測量主攝像機垂直照度時，測量高度取1.5m。

　　由于比賽項目不同，輔助攝像機位置很難固定，因此標準規定可將與四條邊線平行的垂直面上的照度作為輔攝像機方向照度，即若所示的X+、X-、Y+和Y-四個方向的垂直照度達到標準要求[20]，可認為輔攝像機垂直照度滿足使用需要，測量高度為1m。

　　2比賽場地照度空間分布

　　燈具投光角度、數量和功率直接影響比賽場地照度的空間分布，本文選擇目前體育場館照明使用較多的具有非對稱型配光曲線的LED燈具(425W)[2、21、22]，研究改變其投光角度、數量和功率對場地照度空間分布的影響規律。

　　2.2燈具數量與位置對照度空間分布的影響

　　賽場燈具數量對場地照度分布有直接影響。本文以手球場地底線為界，將燈具劃分為底線內燈具與底線外燈具，以下分別分析底線內、外燈具對場地照度分布的影響。

　　2.2.1改變場地底線內燈具數量

　　將底線內燈具間距分別設定為0.75m、1m、1.25m和1.5m，對應的場地水平和垂直照度空間分布。可以看出燈具數量對場地照度影響顯著，隨著間距的增加，場地照度明顯下降。

　　2.2.2改變場地底線外燈具數量

　　除了水平和垂直照度以外，照度均勻度也是照度標準中一條重要指標，增加底線內燈具數量可以有效提高場地內照度，但卻對底線附近照度改善不大，從而降低了場地照度均勻度，因此考慮在底線外布燈，通過增大底線附近照度，提高場地照度均勻度。底線外燈具間距仍取1m，由于馬道長度的限制，每條馬道可增加22盞燈，兩端各為11盞，所增加燈具投射角α皆取60°。根據旋轉角β對場地照度分布影響的研究，為了更有效的提高場地底線附近照度，應盡可能使投光點靠近底線。以1/4場地為例，將底線外燈具分為三組，對應的β分別為-10°、-20°和-30°。

　　3場地照明設計方案

　　3.1手球場地照明設計

　　上述場地照度空間分布研究以面積最大的手球場地為對象，結果表明當燈具間隔為1m，投光角α=60°，增加底線外燈具功率時，可以滿足除X方向照度比率以外的所有指標，并提出通過改變底線內燈具旋轉角β改善照度比率的設計思路。以燈具照射點在賽場內為邊界，于是βmax為|40°|，統一調節底線內燈具，步長取10°，不同β對應的X方向照度比率，隨著β的增大，照度比率逐漸減小，當β為40°時可滿足標準要求。

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　　4結論

　　本文以綜合性體育場館場地照明系統為對象，研究了燈具投射角度、旋轉角度、開啟數量和功率對場地照度空間分布的影響。基于研究結果，以體育場館Ⅳ級照明指標為依據，提出了利用一套燈具，通過調整燈具角度、開啟數量、功率等參數滿足多個球類運動項目場地照明指標的設計方案。研究得到以下結論：

　　(1)投射角α對場地照度空間分布有顯著影響，而旋轉角β僅適用于局部照度調節;場地底線外燈具對底線附近照度的影響高于底線內燈具，調整其開啟數量和功率可以有效提高場地照度均勻度。

　　(2)目前體育場館場地照明設計采用雙馬道兩側布燈方案，本文提出單馬道雙側布燈的方案，二者在燈具數量、場地照度及其均勻度方面基本相同，燈具總功率后者略高于前者，但雙馬道的成本投入往往會比單馬道增加1倍[23]。因此，在僅考慮以上條件時，本文的設計方案成本更低。

　　(3)文中主要針對比賽場地照明進行研究，未涉及觀眾席等其他區域照明，而背景亮度又是影響眩光的重要因素[24]，通過改善背景亮度可以改善場地眩光情況[25]，模擬實驗表明增加了場館其他區域照明后，眩光指數能夠達到標準要求。本文針對具有電視轉播要求的賽場照明進行了設計，實際運行中，為滿足多種使用需求[26]，體育場館更多是作為訓練、健身、業余比賽場地之用，此時照明等級較低，完全可通過此方法調節實現，這種靈活的照明系統設計方式有利于節能減排、降低用戶運行維護成本。

　　參考文獻References

　　[1]魏永健.體育照明質量檢測和設計的新方法[D].天津：天津大學，2005.WEIYongjian.Newmethodofqualitytestinganddesignofsportslighting[D].Tianjin:TianjinUniversity,2005

　　[2]體育場館照明設計及檢測標準：JGJ153-2016[S].北京：中國建筑工業出版社，2016.Standardforlightingdesignandtestofsportsvenues：JGJ153-2016[S].Beijing:ChinaArchitecture&BuildingPress,2016

　　[3]陳曉潔.體育場館的分類[J].中小企業管理與科技(上旬刊),2011,(11):181-182.CHENXiaojie.Classificationofsportsvenues[J].Management&TechnologyofSME,2011,(11):181-182.

　　[4]李炳華，董青.體育照明設計手冊[M].北京：中國電力出版社,2009.LIBinghua,DONGqing.Guideforthelightingdesignofsportsvenues[M].Beijing：ChinaElectricPowerPress,2009.

　　作者：于瑛1，崔梓豪1，陳笑1，孫晴2