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【鸟巢】姚梦明谈国家体育场照明设计

时间:2019-09-29 21:39来源:未知 作者:admin 编辑:admin 点击:
北京奥运会是奥运史上第一次全部采用高清信号转播的运动会,要求各比赛场馆提供最专业的比赛和转播照明,国家体育场( 鸟巢) 工程作为国家标志性建筑,2008年北京奥运会主体育场,其体育照明更应体现世界最高水平。 北京奥运会是奥运史上第一次全部采用高清信

  北京奥运会是奥运史上第一次全部采用高清信号转播的运动会,要求各比赛场馆提供最专业的比赛和转播照明,国家体育场( 鸟巢) 工程作为国家标志性建筑,2008年北京奥运会主体育场,其体育照明更应体现世界最高水平。

  北京奥运会是奥运史上第一次全部采用高清信号转播的运动会,要求各比赛场馆提供最专业的比赛和转播照明,国家体育场( 鸟巢) 工程作为国家标志性建筑,2008年北京奥运会主体育场,其体育照明更应体现世界最高水平。本文重点介绍了国家体育场奥运会高清电视转播的照明要求和详细的体育照明设计方案。

  国家体育场( 鸟巢) 位于北京奥林匹克公园中心区南部,北京城市中轴线 届奥林匹克运动会的主体育场。工程总占地面积21公顷,建筑面积258,000m2。场内观众坐席约为91, 000 个,其中临时坐席约11,000个。北京奥运会、残奥会开闭幕式、田径比赛及足球比赛决赛在这里举行。奥运会后,可承担特殊重大体育比赛( 如世界田径锦标赛、世界杯足球赛等)、各类常规体育赛事以及非体育竞赛项目( 如文艺演出、团体活动等) ,并将为北京市市民提供广泛参与体育活动及享受体育娱乐的大型专业场所。

  国家体育场将成为全国标志性的体育建筑和城市建设的新亮点,并成为奥林匹克运动留给城市的宝贵文化遗产。

  为使运动员发挥最佳的竞技水平,使全世界观众能真实、清晰地了解赛场的动态,融入最大的观赛热情,优秀的体育场馆必不可少;而优秀的体育场馆又需要最高质量的专业体育照明。良好的体育场馆照明能为现场的运动员、裁判、观众及全球数十亿电视观众带来最佳的现场效果和电视转播画面。照明在奥运场馆中的作用已越来越重要。

  由于比赛项目的多样性及赛事的重要性,国家体育场的照明设计的要求极为严格。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,还应充分考虑更多摄像机要求及更严格的眩光控制。

  为达到最佳的转播效果,BOB ( 北京奥运转播委员会)对国家体育场提出了历届奥运中最严格的照明要求,超过了各体育单项组织、CIE、其他相关照明机构的照明标准,也比2004 雅典奥运会主场地的照明标准更具体、更严格。

  作为全球赛事水平最高的奥运会主场的国家体育场,为满足赛事转播的需要,全场共布置了一百多台高清摄像机和高清超高速彩色摄像机作为转播设备,从大型的覆盖全场的主摄像机到各个区域的固定或移动摄像机,从慢动作回放摄像机到轨道或自动摄像机,从全景(气氛) 摄像机到局部特定位置的特殊摄像机( 如犯规摄像机、球门摄像机等),从起点摄像机、终点摄像机或实时摄影摄像机到颁奖典礼摄像机等等,对如此众多的摄像机,照明均必须满足BOB的要求,以提供最佳照明效果保证最全面的电视转播画面、以及不同摄像机间转播画面的平稳切换。

  国家体育场的奥运照明要求中,奥运比赛转播时对任一固定摄像机的最小垂直照度要求为Ev min 1400lx,要求对移动摄像机或垂直于场地四边的最小垂直照度大于1000lx; 而此前各体育单项组织及CIE的照明标准中要求在彩色电视转播时对主摄像机的平均垂直照度Ev ave 1400 lx或2000lx,对其他摄像机及垂直于场地四边的垂直照度则无特别要求。这充分体现了高清转播的要求及奥运比赛时对全场每一个地方、每一时刻的关注。

  这些均匀度的指标比之前的体育照明标准要求更高,更严格,尤其对主摄像机,同时对新增加的四边垂直照度的要求也更清晰。

  国家体育场奥运比赛的照明除了满足全场照度中最小、最大与平均的要求外,更明确提出照度梯度的数值指标,要求场地内任一点四周的照度与此点的照度的最大梯度不得超过20%( 4m 间隔) 和10% ( 2m 间隔) ,以满足场地小范围内的照度均匀,最大化地提高转播质量。

  2. 4 照明照度比要求提高国家体育场奥运比赛电视转播时,平均水平照度与平均主摄像机方向垂直照度之比应在0. 75 ~1. 5 之间( 最好为1∶ 1),以满足场地整体的立体感及场地照明的舒适度。比赛场地内任何一点上的与场地四边垂直的四个垂直照度中的最小值与最大值之比应不小于0.

  6,以满足场地内任一点上的各方向的垂直照度,从而增强照明的立体感,满足各个方向的摄像机的照明要求,从各个方向捕捉运动比赛的精彩。

  高清摄像机可以根据现场照明场景的色温调节白平衡,以再现与日光色照明下一致的白色,但是这种调节是非常困难和繁琐的,且不同摄像机、不同摄像师之间的调节无法保持一致,同时不同光源间的色偏差也会使这种调节更加困难。另外,即使相同色温的光源由于其光谱的不同其显色指数也会不同,同样日光色但CRI仅为70的光源也许会将红色和粉红色显示成类似失去光泽的棕灰色,这会使摄像机转播的画面中运动员的肤色失去健康的色泽,如果在比赛现场人的眼睛可以根据经验作适当的补偿,但摄像机的镜头无法作出类似的补偿。因此BOB要求光源的额定色温Tc =5600K,光源色温偏差不超过IEC 的容差范围,显色指数( CRIRa8)90。且要求光源为同一制造商、同一批次的产品,以最大限度地减小由于照明光源的色差或色漂移的不一致造成的对现场照明效果和电视转播画面质量的影响。

  为保证现场观众的气氛及电视转播画面的整体效果,要求前15 排观众席对主摄像机的平均照度不低于比赛场地平均垂直照度Ev-ave的10%,且不高于此平均照度的25%,15 排以后的观众席照度应按统一比率降低。

  为进一步提高场地照明舒适度、提高转播质量,国家体育场要求奥运比赛时照明对所有固定摄像机的眩光指数GR 均不得超过40,对场地内观察者的眩光指数GR不得超过50。灯具不得直接投射向固定摄像机,各个不同运动要求有不同的灯具最大投射仰角,以降低眩光。BOB 要求灯具的最大投射角不超过68。除控制直接眩光外,还需要控制由于场地材料反射引起的反射眩光,尤其对主摄像机更要控制其摄像范围内的反射亮点,提高转播画面的质量。

  由于赛事水平的提高及竞争的激烈,比赛时经常会发现比赛不仅仅在场地的划线范围内进行,因此国家体育场照明要求的范围更大,田径比赛区域FOP要求为场地划线 米的范围,田径比赛中100 米直道的照明范围为从起点前10 米到终点线米栏直道的照明范围为从起点前5米到终点线 米。

  为使比赛时的最精彩部分可以被全面地记录、观看,BOB 在国家体育场比赛项目的FOP 中又提出了特殊照明区域( 转播回放区域) 的概念,如径赛的100米直道的从起点前10 米到终点线 米到终点线 米起跑区、400 米/4 X100 米起跑区、800 米起跑区; 终点线; 障碍赛水池等,田赛的跳高/撑杆跳的助跑区、过杆区、垫子着落区;跳远/三级跳远的助跑区、沙坑着落区; 标枪的助跑区; 铁饼、链球、铅球的投掷区; 各起跳板/投掷线( 犯规线)等,这些区域的最小照度要求不变,但对照度均匀度及照度梯度的要求比全场更高。且有时此区域内对相关摄像机的最小垂直照度要求大于全场的主摄像机的平均垂直照度。

  除比赛区域外,国家体育场的照明应为马拉松通道、室外训练场、室内训练场、混合区、新闻发布厅、颁奖台、升旗区、万国旗和室外综合区等提供符合BOB要求的照明设计,以保证奥运比赛的顺利进行。

  由于国家体育场在奥运会期间需要举办足球决赛和全部的田径比赛,为向全世界转播精彩比赛,BOB 设置了100多台摄像机用于高清转播,因此在照明设计时,为满足全场所有摄像机的照明要求,首先需要了解全部转播摄像机的位置,同时还需要了解这些摄像机的功能及其转播覆盖的区域,以充分满足不同摄像机的照明要求。

  国家体育场的体育照明设计方案中共考虑了93个摄像机( 足球: 15 个,田径: 74 个,全场: 4个) 及移动摄像机( 四边垂直照度)的照明需求,满足不同比赛项目的要求。对同一区域有多个摄像机进行摄影跟踪,尤其是对100 米,110米栏等重大比赛项目的跑道、起点、终点线处进行多机摄影跟踪,从各个方向转播比赛的精彩画面。

  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MHNSA2KW/956 金卤灯,色温Tc = 5600K,Ra 90,完全满足BOB 要求,光效100lm/w,结合仅为2.5cm长的发光弧,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80% 以上,更节能;灯具体积小巧,迎风面积小,流线型设计,风阻系数小,很好地与建筑及马道配合。同时MVF403灯具配专用精确红外瞄准器,可在安装完成后,精确满足设计方案中灯具的瞄准点要求,尤其对国家体育场如此多的灯具数量和如此严格的照明要求,保证设计照明效果的最后实现。如图6所示。

  从2003 年年底国家体育场开工建设开始,国家体育场的体育照明就始终倍受各方面的关心和重视。在2003年底根据国家体育场可开启的屋盖结构及体育照明的基本要求、初步的转播要求,经过第一次的详细照明设计和计算后,提出体育照明内环、外环马道的基本位置,然后与建筑师进行了多次的沟通和讨论后,对内外马道位置进行了细微的调整,同时提出内藏式马道对灯具的挡光问题,在此基础上调整灯具位置,重新设计体育照明,包括观众席照明和应急照明。但2005年北京奥运的瘦身计划改变了国家体育场的屋盖结构,体育照明根据结构的改变重新设计,至此国家体育场的内外马道的位置基本确定。从2007 年开始与BOB配合设计室内训练场、室外训练场、混合区、新闻发布厅、马拉松通道、颁奖台、升旗区、万国旗、室外综合区的照明,同时配合奥运火炬台的设计,局部调整场地照明设计。

  由于在国家体育场体育照明设计中的早期介入,使建筑与照明的配合比较顺利。因此不论“奥运瘦身”计划还是与其他设备的冲突,体育照明的马道位置始终没有太大的变化,只是为了与建筑更好地协调,在外环马道灯具布置上将传统的下垂式连续马道改为沿建筑钢结构件的锯齿型不连贯的隐藏式马道,但这个改变给照明设计带来了极大的困难。

  外环马道全部嵌于观众席顶部的膜结构中。考虑到东西看台屋面向前倾斜,为避免前方顶棚张拉膜的挡光问题,在外环马道前的膜结构上各开了长度从1 米到6米的“豁口”,以保证灯光全部到达场地。考虑到建筑美观和施工方便,全部外环马道的灯具被设计成沿钢结构梁布置,而钢结构梁的排布非常不规则,因此外环马道被设计成28个非连续的小马道,同时又由于单一马道的方向各不一致,考虑到灯具之间相互遮挡的问题和安装的紧凑,同一马道上的灯具被设计成基本一致的水平瞄准方向,同时隐藏式的马道又必须考虑灯具热量对张拉膜的影响。尽管这些是非常困难和复杂的,但最后的实施效果是非常理想的。内环马道沿建筑的“碗口”而设,15 段长马道( 奥运火炬的位置占去了其中一段马道),而考虑到马道方向与“碗口”的膜结构接缝一致,同时保持与外马道的锯齿型不连贯马道的视觉上的一致,内环马道的15段长马道也是倾斜的俩俩锯齿组合,尽管灯具要求水平安装。

  场地照明灯具被布置在内环马道和外环马道上。内环马道高度从39. 3m 到47m,外环马道高度从36m 到48.5m。见图7。由于安装位置和空间的局限,内环马道上的部分灯具被双层安装,但内环马道的上下走势仍与所在位置的膜结构方向一致。在体育场西南部布置了156套MVF403 灯具,西北部布置了153 套,东北部布置了149 套,东南部布置了148 套,共606 套MVF403 /2KW灯具提供奥运体育照明,其中594 套为体育照明,12 套为颁奖、旗帜等的照明。

  同时在内外环马道上布置了32 套1KW 卤钨投光灯具作场地应急安全照明。

  为满足体育场观众席照明,在顶部外环马道上布置28 套MVF403 /1KW灯具,满足一层、二层观众席的基本照明和转播照明的需要。在体育场观众席根部上方布置了20 组观众席普通照明灯具和应急照明灯具。每组灯具包含7 套400W金属卤化物光源投光灯具( 普通照明) 和2 套1KW 卤钨投光灯具( 应急安全照明) 。共140 套400W 灯具和40 套1000W 应急安全照明灯具。

  确定照明光源、灯具,确定马道位置,也了解了场地转播摄像机后,根据国家体育场场地照明标准,设计场地照明。图8 为体育照明设计灯具2D布置图。

  为方便赛时、赛后的使用,国家体育场场地照明系统设计了20种开关模式,包括日常维护、训练/娱乐、俱乐部足球比赛、俱乐部田径比赛、无电视转播足球比赛、无电视转播田径比赛、一般彩电转播足球比赛、一般彩电转播田径比赛、彩电转播重大足球比赛、彩电转播重大田径比赛、奥运高清转播足球比赛、奥运高清转播田径比赛、奥运高清转播全场照明、应急电视转播足球比赛、应急电视转播田径比赛、观众席照明、应急安全照明、混合区照明、颁奖台/升旗区照明、马拉松通道照明等。

  设计中分别针对足球比赛、田径比赛作了详细考虑。而田径比赛的照明设计又按田赛、径赛项目分别考虑:

  径赛又分别考虑了100 米跑道、110 米栏跑道、200 米跑道、400 米跑道、障碍赛水池、100米起跑线 米起跑区、4 × 400米起跑区、终点线等区域的水平照度、垂直照度、照度均匀度/梯度及四边垂直照度之比;

  田赛分别考虑了跳远/三级跳远( 南北双向) 、撑杆跳( 4 个位置) 、跳高、标枪( 南北双向) 、链球、铁饼、铅球( 南北双向)等区域的水平照度、垂直照度、照度均匀度/梯度及四边垂直照度之比;

  对各个田赛项目,又分别考虑了助跑区、起跳板/投掷线( 犯规线) 、着陆区等不同区域的照明要求;

  又考虑了热身赛道、周边区、混合区、颁奖区等的照明水平。

  同时还对观众席、VIP席的照明进行了设计。还考虑了照明对大显示屏、广告牌、场地顶棚内侧的影响。

  设计中共考虑了93 个摄像机( 足球: 15 个,田径: 74 个,全场: 4 个) 及移动摄像机(四边垂直照度) 的照明需求,满足不同比赛项目的要求。对同一区域有多个摄像机进行摄影跟踪,尤其是对100 米,110米栏等重大比赛项目的跑道、起点、终点线处进行多机摄影跟踪,从各个方向转播比赛的精彩画面。

  设计中对全部区域,包括全场、足球场、田径跑道、田径内场、100 米/110米跑道、跳远/跳高/撑杆跳区域、标枪区、铅球区、链球/铁饼区、热身赛道、混合区、颁奖区等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,保证满足现场照明的立体感。

  根据FIFA 的要求,设计中计算了足球场全部11 个眩光观察点的最大眩光,同时增加球场区角上的眩光观察点,足球比赛时全场最大眩光指数仅为42. 0( 场地反射比0. 2) ,很好地满足标准要求的低于50 的要求;

  根据IAAF 的要求,设计中计算了田径场内全部16 个眩光观察点的最大眩光,同时又增加场内其他18 个眩光观察点,田径比赛时全场34个观察点中最大眩光指数为42. 6 ( 场地反射比0. 2) ,很好地满足标准要求;

  设计中对全场全部93 个摄像机的最大眩光,最大眩光指数仅为36. 5 ( 场地反射比0. 2) ,很好地满足标准要求的低于40 的要求。

  设计中充分遵循“绿色、人文、科技”的奥运理念,充分考虑照明对场地内设备的影响:

  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通比例ULR,各个灯具的最大上射光通比例ULR不大于2%,而各照明模式下的最大上射光通比例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。

  设计中考虑了全部照明模式下的观众席照明,各照明模式下的观众席平均照度均大于75lx。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21. 3% ( 东西看台) 和22. 7% ( 南北看台) ,满足要求的20% ~ 25% 的BOB 要求。

  由于国家体育场场地照明的灯具均安装在两层PTFE膜之间,前排马道上更是双层布置灯具,考虑到建筑的美观及一致性,灯具的安装位置离PTFE膜均很近,如图9。而场地照明用的灯具均为大功率2KW的投光灯具,灯具本身的温度较高,为保证灯具热量不影响PTFE 膜的性能,在设计的前期就已严格考虑了灯具发出的热量对体育场PTFE 膜的热辐射影响。

  所以设计中所选用的灯具及其安装位置、方式是正确可靠的,不会对PTFE 膜造成过热的影响而损坏其性能。

  在国家体育场的体育照明设计中,单独考虑了田径比赛和足球比赛的应急电视转播照明,共设计了259 套MVF403 /2KW的投光灯具,满足田径和足球比赛的应急电视转播主摄像机方向不小于1000lx的垂直照度,应急电视转播照明的照度水平见表1。此部分的259套灯具由不间断电源供电,以保证奥运电视转播的连续。

  国家体育场场地照明供电除了不间断电源外,还设置了双路市电供电,每路市电各带165 套和167套体育照明投光灯具。在体育场照明设计和配电系统深化设计中,充分考虑了场地照明供电特点,不仅在双路市电断电,仅由不间断电源供电时,场地照明效果能达到应急彩电转播田径或足球比赛模式的要求(主摄像机垂直照度不小于1000lx) ;

  而且在任意一路市电断电,由另一路市电及不间断电源共同供电的情况下,场地照明效果都能达到彩电转播重大田径或足球比赛模式的要求(主摄像机垂直照度不小于1400lx) ,见表2,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。

  国家体育场非场地区域包括马拉松通道、训练场、媒体混合区、新闻发布厅、颁奖台、升旗区等,这些区域在赛前、赛后是整个运动会的重要组成部分,缺少了这类区域,运动会和比赛将是不完整的,同样如果没有此类区域的照明,电视转播也将是不完整的。因此非场地区域的照明与场地照明同样重要。

  在混合区上方,设计了8 套MVF403 /1KW 灯具为混合区提供补充照明,光源Ra 90,Tc =5600K。运动员背对场地时,脸部的垂直照度不小于1000lx。

  由于马拉松通道也有电视转播,因此对固定摄像机的垂直照度要求不小于1400lx。在通道内共设计388 套400W 金属卤化物光源投光灯具和28 套1KW金属卤化物光源投光灯具,灯具所选光源色温为5600K,显色指数Ra 90,与场地内的照明完全一致,保证转播效果的一致和延续性。灯具被布置在通道的两侧顶部,高度从5 米到7. 5米。为满足垂直照度要求并降低眩光,所有灯具均斜向照射,同时采用非对称配光的1KW 投光灯具。

  室外训练场分为田径场和投掷区,在田径场的直道部分设有电视摄像机,要求对固定摄像机的垂直照度不小于1400lx。共设计了6 根37 米、7 根25米的灯杆,216 套MVF403 /2KW 灯具, 9 套MVP507 /2KW 灯具,灯具所选光源色温为5600K,显色指数Ra 90,与场地内的照明完全一致,保证转播效果的一致和延续性。灯具布置见图11。

  室内训练场位于一长70 米,宽13 米的房间内,中间有一宽度为5米的跑道,同样由于电视转播的要求,要求垂直于场地四边的垂直照度不小于1000lx。共设计了76 套400W金属卤化物光源投光灯具,灯具安装于通道两侧的顶部,安装高度为4米。与其他区域一样,灯具所选光源色温为5600K,显色指数Ra 90,与场地内的照明完全一致,保证转播效果的一致和延续性。

  新闻发布厅位于17 米× 24 米的房间内,要求新闻发布厅前台运动员脸部的垂直照度不小于1000lx ( 对移动摄像机),同时与背景墙有合适的照度比。考虑到赛后的再利用,所有灯具均为悬吊安装,共设计了28 套Mini300 /150W 灯具和11 套的Decoflood/150W 灯具,选用最新的陶瓷金卤灯( CDM) 光源,显色指数Ra 90,色温4200K,保证新闻发布厅电视转播的画面质量。

  国家体育场( 鸟巢) 体育照明设计从2003 年底的第一次方案征集、马道位置推荐开始到2008 年8 月13日北京奥运开幕式后的转场完成,历经了许多次的方案论证、修改、完善及效果调试,出色的体育照明效果已经让全世更加清楚地看清了“鸟巢”,而现场体育照明灯具的布置,许多个锯齿形的灯带组合,又象飞翔的鸟儿一起飞向体育场(鸟巢) ,似“百鸟归巢”,科学与艺术碰撞( 见图12) 。

  一项项优异成绩,一个个辉煌瞬间,北京奥运会终于成为一届创造奇迹、超越梦想的盛会。通过这些优异成绩和辉煌瞬间,国家体育场( 鸟巢)向世界展示了其体育照明水平已经完全与世界接轨,代表了目前世界最高水平,这是北京奥运给中国照明界的最好礼物。北京奥运场馆照明建设的成功经验一定可以提升中国体育场馆体育照明建设的水平。祥肮傑庈潔滇湃瞳薹衄珨隅船祑ㄛ啞苤賬笢杻厙郗泂尪香淃六香彩开奖结果记录论坛

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