橫濱國際體育場照明系統(tǒng)改造工程

朱曉勇，楊 波，于莎莎

(瑪斯柯照明設(shè)備(上海)有限公司，上海 201107)

引言

橫濱國際體育場，又稱日產(chǎn)體育場，坐落于日本神奈川縣橫濱市，是日本目前規(guī)模最大、容納人數(shù)最多的多用途體育場，1998年3月落成啟用，體育場共設(shè)有73 237座位，曾經(jīng)舉辦過2002年世界杯決賽等多項(xiàng)橄欖球、足球和美式足球賽事以及國際足聯(lián)世界杯和奧運(yùn)會，現(xiàn)為橫濱水手隊(duì)主場。為了順利完成2019年橄欖球世界杯和2020年東京奧運(yùn)會足球比賽的承接任務(wù)，橫濱國際體育場于2018年進(jìn)行了LED燈光的改造，其目標(biāo)是改善體育場的照明質(zhì)量，并希望滿足球員和觀眾對照明的不同需求，在滿足賽事組織要求的特定照明標(biāo)準(zhǔn)的同時(shí)，幫助場館提升能源效率。橫濱國際體育場照明系統(tǒng)改造工程選用了TLC for LED?照明系統(tǒng)，其眩光控制技術(shù)可以改善場地內(nèi)眩光對場內(nèi)球員的影響，并讓球迷體驗(yàn)前所未有的夜間賽事氛圍和娛樂體驗(yàn)。

1 體育場照明的要求

1.1 優(yōu)質(zhì)照明系統(tǒng)的重要性

1)體育照明首先必須滿足運(yùn)動(dòng)員的功能需要，并給裁判提供舒適的光環(huán)境，特別針對足球運(yùn)動(dòng)，燈具的布置必須避開足球場的眩光區(qū)，主要定義為角球線區(qū)域及球門線區(qū)域，以營造一個(gè)更為舒適的競技和觀賞環(huán)境。

2)場地照明燈具最重要的目標(biāo)除了照亮比賽場地，還需要給媒體提供高質(zhì)量的數(shù)字視頻信號，為了保證每個(gè)攝像機(jī)接收到足夠的光線，照明設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該考慮實(shí)際使用的攝像機(jī)位及不同攝像機(jī)性能特點(diǎn)。

3)體育照明設(shè)備需將周邊環(huán)境的光污染降到最低，在防止外溢光和眩光產(chǎn)生的同時(shí)，盡可能減少照射到場地外的光線，保護(hù)美麗的夜空。

4)現(xiàn)代大型體育場以體育運(yùn)動(dòng)為主，兼容文藝、集會、展覽等多種應(yīng)用，由于其特殊的功能要求，系統(tǒng)除了日常所需的照明及轉(zhuǎn)播，還需要兼有燈光秀等演繹效果。

1.2 照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)橄欖球世界杯(RWC)TIER 1+指標(biāo)[1](見表1)，及國際足聯(lián)(FIFA)Class IV標(biāo)準(zhǔn)[2](見表2)設(shè)計(jì)，結(jié)合奧林匹克廣播服務(wù)公司(OBS)提出的要求，橫濱國際體育場足球場固定攝像機(jī)照度最小值≥2 000 lx，場地?cái)z像機(jī)照度最小值≥1 600 lx，水平照度值與固定攝像機(jī)垂直照度值小于或等于2.0；橄欖球場地固定攝像機(jī)平均垂直照度≥2 000 lx，場地?cái)z像機(jī)平局垂直照度≥1 200 lx，平均水平照度值≥2 500 lx。各攝像機(jī)位置布置圖見圖1、圖2。本次照明系統(tǒng)改造共采用580套1 400 W大功率LED燈具，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)很好地滿足了RWC、FIFA及OBS的比賽要求。

表1 橫濱國際體育場橄欖球照度要求 Table 1 Lighting requirement of rugby for Yokohama International Stadium

表2 橫濱國際體育場足球照度要求Table 2 Lighting requirement of soccer for Yokohama International Stadium

圖1 OBS要求的足球場攝像機(jī)位置Fig.1 Camera locations for soccer from OBS

圖2 RWC要求的橄欖球場攝像機(jī)位置Fig.2 Camera locations for soccer from RWC

1.3 燈具選型及安裝

橫濱國際體育場使用的LED燈具參數(shù)如下：重量為48 kg,尺寸為長813 mm×寬660 mm×高300 mm，顯色指數(shù)為90，色溫為5 700 K，功率因數(shù)為0.95，頻閃比為2‰～4‰，燈具示意圖見圖3，燈具平面布置圖見圖4。

圖3 LED燈具示意圖Fig.3 LED fixture photo

圖4 燈具平面布置圖Fig.4 Lighting layout

2 照明系統(tǒng)改造的難點(diǎn)與挑戰(zhàn)

2.1 安裝位置的挑戰(zhàn)

針對本項(xiàng)目，設(shè)計(jì)時(shí)首先分析了燈具的安裝高度和位置，根據(jù)FIFA對安裝高度的要求[2](見圖5)，燈具高度宜滿足安裝位置至場地中線與場地平面之夾角不小于25°，由于橫濱國際體育場主體結(jié)構(gòu)較低，燈具安裝高度僅為35 m，安裝位置距離場地較遠(yuǎn)，網(wǎng)架結(jié)構(gòu)距離場地中線約為85 m，該夾角僅為22°，無法滿足FIFA的要求。較低的安裝高度會導(dǎo)致垂直照度均勻度差，增加了眩光的控制難度，格外考驗(yàn)設(shè)計(jì)師對燈具、配光的選擇，及對燈具投射角度的控制。

圖5 FIFA對安裝高度的要求Fig.5 Mounting height requirement from FIFA

所有燈具需安裝在體育場現(xiàn)有網(wǎng)架前沿，結(jié)合FIFA及RWC標(biāo)準(zhǔn)中“No floodlight zone”(無泛光區(qū))的要求[1，2]，最終安裝位置見圖6中藍(lán)色部分的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)。選擇具體的燈具位置和投射方向時(shí)，需要考慮燈具對運(yùn)動(dòng)員的影響，特別避開容易對運(yùn)動(dòng)員造成眩光的區(qū)域，同時(shí)考慮場地布置、場地內(nèi)觀眾以及運(yùn)動(dòng)員的視覺感觀效果，避免相鄰光線投向同一位置形成光斑，使光線盡量均勻分布，互相覆蓋，場地內(nèi)的點(diǎn)位有多個(gè)方向的光線來源。

圖6 燈具安裝位置要求Fig.6 Requirement for fixture installation position

2.2 燈具配光的選擇

根據(jù)照明要求、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及LED燈具的特性，照明設(shè)計(jì)采用近邊配寬光束、中線配較窄光束、遠(yuǎn)邊配窄光束三層疊加的組合方式配比燈具并進(jìn)行交叉投射[3]，使照明及轉(zhuǎn)播效果最佳，配光方案圖如圖7所示。

圖7 配光方案圖Fig.7 Light distribution plan

2.3 眩光控制

經(jīng)現(xiàn)場考察舊照明設(shè)備存在較大的眩光問題，除了避開足球運(yùn)動(dòng)的眩光區(qū)，本次改造綜合考慮多方面因素，選用適合于該場地并具有防眩光裝置的LED照明燈具，每顆燈珠均配有透鏡及反射罩，見圖8。這大大提高了光輸出效率及防眩光效果，并有效降低外溢光的輸出，解決夜間照明造成的光污染問題。同時(shí)在照明應(yīng)用設(shè)計(jì)時(shí)采取有效措施控制了眩光值，得到了較好的場地照明效果。

圖8 防眩光透鏡及反射罩Fig.8 Anti-glare lens and reflector

2.4 設(shè)備的安裝維護(hù)

橫濱國際體育場所有燈具要求僅能安裝在一圈環(huán)形網(wǎng)架前沿，安裝空間小，一般的單層支架無法滿足580套燈具的安裝，量身定制的特殊結(jié)構(gòu)燈具安裝支架可最多提供三層的安裝空間，解決了這一難題。所有支架均設(shè)有簡易爬梯及平臺，利于維護(hù)或重新調(diào)整安裝位置，外形簡潔、美觀、堅(jiān)固，無外露導(dǎo)線，使現(xiàn)場更規(guī)范、更整潔、更美觀、更安全。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)等比例模擬燈具實(shí)物與網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的關(guān)系，并將結(jié)構(gòu)尺寸大小3D效果圖導(dǎo)入專業(yè)體育照明設(shè)計(jì)軟件中模擬，使安裝后的照明結(jié)果與設(shè)計(jì)結(jié)果相符，結(jié)構(gòu)大樣圖及現(xiàn)場安裝圖見圖9、圖10。

圖9 結(jié)構(gòu)大樣圖Fig.9 Detail drawing of structure

圖10 現(xiàn)場安裝圖Fig.10 Site photo for installation

2.5 精準(zhǔn)控光

為了使現(xiàn)場照明效果與設(shè)計(jì)保持一致，所有燈具配有專利的萬向節(jié)及刻度盤，見圖11。

圖11 燈具萬向節(jié)Fig.11 Knuckle cone of lamp

燈具出廠前按照照明設(shè)計(jì)精確瞄準(zhǔn)并鎖定，每套燈具均有對應(yīng)的瞄準(zhǔn)角及瞄準(zhǔn)點(diǎn)，確保安裝完成及維護(hù)后的水平及垂直角度保持不變，部分燈具投射角度圖見圖12，所有燈具亦可根據(jù)新的照明要求，新的刻度要求，現(xiàn)場重新調(diào)節(jié)水平及垂直角度并鎖定，調(diào)試靈活，操作便捷，解決了不同比賽、不同照明要求的設(shè)計(jì)及使用需求。

圖12 部分燈具投射角度圖Fig.12 Projection angle of partial lamps

精準(zhǔn)的控光需要精準(zhǔn)的設(shè)計(jì)軟件，橫濱國際體育場照明設(shè)計(jì)使用MUSCO體育照明設(shè)計(jì)軟件AIM，見圖13，該軟件已經(jīng)成功運(yùn)用于各類型各級別的體育場館照明設(shè)計(jì)中，包括從高級別的奧運(yùn)場館到普通訓(xùn)練館及社區(qū)體育娛樂的照明設(shè)，實(shí)踐證明該軟件的計(jì)算結(jié)果準(zhǔn)確可靠。

圖13 設(shè)計(jì)軟件AIMFig.13 Design software AIM

2.6 控制設(shè)計(jì)

隨著LED在體育場館中越來越廣泛的運(yùn)用[4]，將金鹵燈替換為可控性優(yōu)越的LED燈具，除了需滿足日常所需的照明及轉(zhuǎn)播要求，還需要兼有實(shí)現(xiàn)燈光秀等演繹效果的功能。

LED燈具有瞬時(shí)開啟、關(guān)閉和漸變的特性，既能用于比賽照明，又能通過控制系統(tǒng)編程，打造燈光秀，提升現(xiàn)場氣氛。漸變效果可以降低燈光突然開啟時(shí)人眼的不適應(yīng)感，讓整個(gè)體育場在明與暗之間漸變切換，仿佛眼睛一眨一眨，給現(xiàn)場熱烈的氣氛增添一份靈動(dòng)，見圖14、圖15。

圖14 眨眼模式Fig.14 Blink mode

圖15 跑序模式Fig.15 Running order mode

2.7 實(shí)際效果

橫濱國際體育場照明工程選用了TLC for LED燈具系統(tǒng)，實(shí)際照明效果見圖16。

圖16 體育場照明實(shí)際效果圖Fig.16 Site photo of stadium lighting

3 結(jié)束語

本文從照明、電氣、安裝、維護(hù)等方面，對橫濱國際體育場照明系統(tǒng)改造工程的要求、難點(diǎn)與挑戰(zhàn)進(jìn)行了剖析。項(xiàng)目選用了全新優(yōu)質(zhì)的LED照明系統(tǒng)，不僅可以滿足體育場高質(zhì)量照明及電視轉(zhuǎn)播要求，還可以改善場地內(nèi)眩光對球員、裁判的影響，將給現(xiàn)場觀眾、球員、裁判及電視機(jī)前的觀眾帶來全新的舒適的視覺體驗(yàn)。