体育建筑照明设计中垂直照度问题的研究

李 农，于 猛



体育建筑照明设计中垂直照度问题的研究

李 农，于 猛

(北京工业大学城市照明规划设计研究所，北京 100022)

随着社会的快速发展，良好的照明在现代体育建筑中占有越来越重要的地位,其中垂直照度的作用日趋重要。为了使设计者更方便地进行体育场馆照明设计，本文通过分析体育照明的相关规范标准，给出了各类体育场馆的水平照度与垂直照度比的推荐值，以及最为常见的综合体育场馆照明设计的推荐标准值，以使设计更具可操作性和便捷性。

体育照明；垂直照度；照度标准；体育场馆；照明设计；建筑

引言

体育运动门类众多，场地大小尺度不一，运动类型也“五花八门”，有空间运动，也有地面运动，对照明的要求也千差万别，但无论是使用自然光还是人工照明，项目比赛都是通过视觉才能得以欣赏，所以良好的照明在现代体育建筑中占有重要地位。其中除需要保证观众良好的视看效果外，还必须保证裁判员、运动员和比赛项目所需的照明要求。特别是随着电视技术的普及，体育赛事的转播已成为一种常态，而摄影摄像对照明又有其特殊的要求，因此体育建筑照明需要同时兼顾观众、运动员、裁判员、摄影摄像，甚至广告等各方面的要求，只有做好这些才能称其为合格的体育场馆照明设计[1]。

1 体育建筑照明中垂直照度的作用

众所周知，体育建筑照明不仅需要满足水平照度的要求，还需要根据不同的体育运动项目考虑相应所需的垂直照度。这是因为垂直照度是形成物体视看立体感的重要条件，不论运动员、裁判员和观众观看皆如此。此外,电视转播对照明的需求主要以场地电视摄像方向的垂直照度为指标，如果照度(亮度)低，电视转播报道仅限于摄取全景；如果照度(亮度)高，便可摄取特写镜头，从而丰富电视播送的效果。因此各国标准都规定了与镜头轴线主要方向的垂直照度水平，而且运动员的动作越迅速、运动方向越接近垂直方向、运动器具越小，对于垂直照度及其照度均匀度的要求就越高。

2 垂直照度设计标准

2.1 照明设计标准对垂直照度的规定

《建筑照明设计标准》(GB 50034—2013)[2](以下简称GB 50034)按照有无电视转播要求规定了体育建筑各运动项目场所的照明标准值，其中对比赛时场地照明均匀度要求见表1。标准不仅规定了比赛场地水平照度的U0(被照表面上的最小照度与平均照度之比)和Ul(被照表面上的最小照度与最大照度之比)的均匀度数值，而且还规定了主摄像机方向垂直照度的U0和Ul的均匀度数值，以及为保证比赛场地的合理亮度分布和电视转播画面质量，要求比赛场地观众席前排的垂直照度与场地垂直照度所应保持的比值。在这里需要特别说明的是，为控制比赛场地垂直照度的大小，标准以水平照度与垂直照度的比值形式提出了数值要求，即比赛场地水平照度平均值与垂直照度平均值之比应为0.75～2.0。

表1 体育场馆比赛时场地照明均匀度要求Table 1 Requirements for lighting uniformity of venues in sports venues

注：①U0为被照表面上的最小照度与平均照度之比；②Ul为被照表面上的最小照度与最大照度之比；③Evfs/Ev为观众席前排的垂直照度与场地垂直照度之比；④Ehav/Evav为场地水平照度平均值与垂直照度平均值之比

2.2 水平照度与垂直照度比推荐值

如上所述，我国的照明设计标准GB 50034没有明确提供垂直照度的标准值，而是通过其与水平照度的比值间接控制垂直照度，虽说这样做同样能起到控制垂直照度的作用，但不像国外的很多标准规范、手册那样直接给出垂直照度的具体数值那样明确且便于操作，特别是我国的照明标准GB 50034所规定水平照度与垂直照度比没有针对到具体运动项目，只是给出了一个数值范围，这对于设计师而言，设计时仍无法确定所设计运动项目场馆所需的水平照度与垂直照度比的确切数值，因此也无法具体实际操作。

为此笔者根据各体育运动项目的特点(空中运动或地面运动)、运动速度、对抗激烈程度、地面反射状况等因素，参考北美照明手册等相关资料，经过分析整理后给出了常见体育运动项目的水平照度平均值与垂直照度平均值之比的推荐值，见表2，以便设计时参考选用。

3 水平照度与垂直照度比的控制

体育场馆照明一般选用投光类灯具，显然对于投光照明而言，水平照度与垂直照度比值与投光方向有密切的关系，如图1所示。

图1 灯具投光方向与Ev和EhFig.1 Lighting direction of the lighting and Ev and Eh

灯具的投光方向会影响水平照度与垂直照度的比例。灯具的投光方向一般用灯具瞄准角θ描述, 即灯具的瞄准方向与垂线的夹角。顺便说一下，灯具的眩光限制一般用考虑视线作用下的灯光仰角φ描述,显然θ+φ=90°。一般体育照明规定仰角φ应大于25°，那么显然瞄准角θ就应小于65°。

如果瞄准角θ越大，垂直照度Ev就越大,就越容易提高观看物体的立体感和观看效果，因此，可以通过瞄准角θ来控制水平照度与垂直照度的比值。

对于体育场馆的投光照明方式而言，每一个投光灯都可以视为点光源，因此根据图1可知，被照点上水平照度与垂直照度之比的关系式为

Eh/Ev=ctgθ

(1)

式中，Eh为被照点上的水平照度；Ev为被照点上的垂直照度；θ为投光灯的瞄准角；一般要求θ<65°。

若要实现表2所推荐的体育运动项目的水平照度平均值与垂直照度平均值之比，所对应投光灯的最小瞄准角θ见表3。虽说被照面某点的水平照度或垂直照度的平均值是多个光源共同作用的结果，但在平行投光照射的情况下，表3中的数值还是具有参考价值的。

表2 体育建筑照明的水平照度与垂直照度比推荐值Table 2 The recommended value of horizontal and vertical illumination in sports building lighting

注：①当表中同一格有两个值时。“/”前为内场的值，“/”后为外场的值；②无电视转播情况下的水平照度为比赛场地参考平面上的使用照度；③有电视转播情况下的垂直照度为比赛场地主摄像机方向的使用照度

表3 符合水平照度与垂直照度比情况下的投光灯最小瞄准角选择Table 3 Comply with the horizontal and vertical illumination project-light lamp minimum aiming angle selection

表3给出的是在满足表2所推荐的各类体育项目所需水平照度与垂直照度比情况下所对应的投光灯瞄准角θ的最小值，其数值分布于18°～53°之间，可见一般能够满足体育场馆眩光限制的要求(θ< 65°)。

此外，由表3中数值可以看出，垂直照度要求越高，即水平照度与垂直照度比数值越小，需要的投光灯瞄准角θ越大。显然顶部均匀布灯方式(θ=0°)是无法满足垂直照度要求的。

当然，体育场馆的具体布灯方式，应根据体育场馆照明的需要和体育场馆的布局、看台的结构形式等，结合需要投光的距离和范围选用配光特性合适的投光灯具。

4 综合体育场馆照明设计推荐标准

综合体育场馆是建造最多的一类体育建筑，常见的有室内和室外两种，室外综合体育场主要进行田径和足球比赛；室内综合体育馆则比较多功能，可进行空间运动(篮球、排球、羽毛球、乒乓球等)和地面运动(体操、拳击、举重、武术、摔跤、柔道等)两类比赛。综合体育馆同时还要考虑文艺演出和展览展示等使用用途。由此可见，综合体育场馆在使用过程中可能进行的体育运动项目比赛的类型众多，而我国的照明设计标准GB 50034同样没有给出该类型体育建筑的照明设计标准值，但现实却是数量最多、分布最广的一类体育设施，因此同样笔者根据各地该类场馆的使用状况，经过分析整理后给出了常见综合体育场馆照明设计推荐值，见表4，以便设计时参考选用。综合体育场馆照明只要达到表4的要求，基本上都可以满足常见体育比赛、电视转播、展览展示和文艺演出的场所照明要求。

表4 综合体育场馆照明设计推荐值Table 4 Recommended value comprehensive sports lighting design

注：①参考平面及其高度：无电视转播时为地面，有电视转播时为距地1.5 m；②HDTV指高清晰电视；其特殊显色指数Ra应大于零；③U0为被照表面上的最小照度与平均照度之比，Ul为被照表面上的最小照度与最大照度之比；④Evfs/Ev为观众席前排的垂直照度与场地垂直照度之比；⑤Ehav/Evav为场地的水平照度平均值与垂直照度平均值之比

如表4所示，综合体育场馆(室外)水平照度平均值与垂直照度平均值之比的推荐值为：无电视转播3.00(室外)、2.50(室内)；有电视转播为2.00(室外)、1.75(室内)。根据表3所示，投光灯的瞄准角只要大于27°(室外)或30°(室内)就可以满足有电视转播的比赛场地照明要求，大于18°(室外)或22°(室内)就可以满足无电视转播的比赛场地照明要求，但均不得大于65°。对于主摄像机方向的垂直照度需单独复核。

5 结束语

随着2022年北京-张家口冬奥会筹办工作的开展，全民健身运动的开展，以及国民经济的进一步发展，各种级别、类别的体育建筑将陆续建设，且随着时间的推移，体育转播的几率也会逐步提高。为保证体育场馆照明建设的质量，本文针对各类体育场馆的垂直照度和设计类型最为普遍的综合体育场馆照明进行了深入的研究，并给出了相应的设计推荐值，相信会对未来的体育场馆照明设计提供一定的参考。之后笔者还将进一步针对各类冬季体育运动场馆的照明进行深入的研究。

[1] 李炳华,董青,中建国际设计顾问有限公司.体育照明设计手册[M].北京：中国电力出版社，2009.

[2] 建筑照明设计标准：GB 50034—2013[S].北京：中国建筑工业出版社，2013.

Research on the Vertical Illumination in the Lighting Design of Sports Building

LI Nong，YU Meng

(Urban Lighting Planning and Design Research Institute，Beijing University of Techmology, Beijing 100022，China)

With the rapid development of society, good lighting, especially the vertical illumination, plays an increasingly important role in modern sports building. To facilitate designers, this article, through analysis of the relevant standards in sports lighting, gives all kinds of sports venues of horizontal illumination and vertical illumination the recommended value and the recommendation of the most common comprehensive gymnasium lighting design standard. The purpose is to make the design more maneuverability and convenience.

sports lighting; vertical illumination; lighting standards； sports venues; lighting design; building

TM923

A

10.3969j.issn.1004-440X.2017.03.008