体育场馆照明标准及工程检测

赵建平

北京申办2008年奥运会取得成功，将新建、改扩建大批体育设施，为运动员提供环境优美、设施先进的比赛、训练场馆。本次奥运会计划使用37个比赛馆和59个训练场馆。每一项体育运动的进行基本上都离不开照明，照明是保证运动员、裁判员进行正常比赛、训练及观众良好的视看效果的基础。国际照明委员会（简称CIE）是国际照明界的权威学术团体。CIE发表的技术文件实际上已成为各国照明设计的主要依据和设计标准。到目前为止，CIE已有8篇关于体育照明的技术文件公开发表，相关部门仍在对体育照明未来的发展进行研究和探讨。中国也已开始制订国家的《体育场馆照明设计及检测标准》行业标准。2008年奥运会大多数场馆的照明都需要重新设计实施，本文就CIE的有关体育照明标准及中国正在制订的相关标准谈点看法，供同行参考，不妥之处请指正。

1  CIE对体育照明的技术要求

CIE对各种体育运动的照明要求比较细，也比较具体，如网球、足球、冰上运动、游泳、体育馆等，综合起来主要体现在以下几个方面。

1.1  照度及其均匀度

（1）垂直照度

体育照明是以运动着的人和物为对象，一般来说运动速度也比较快，水平照度虽然能够照亮整个水平面，但垂直照度更能看清运动着的人和物，从电视摄像来讲，垂直照度更能够获得比较好的画面，而且垂直照度也是最易于测量和评价的照明技术指标。因此，CIE确定垂直照度为考察的主要指标。如图1为不同位置摄像机所考虑的不同方向的垂直照度。

（2）垂直照度水平

表1是CIE对体育照明垂直照度的要求，垂直照度值是根据标准的摄像机的信噪比为50 dB，并考虑不同的运动项目、拍摄距离来确定的。

A：射箭、田径、台球、保龄球、标枪、跳水、马术、射击、游泳。

B：羽毛球、棒球、排球、雪橇、足球、体操、手球、曲棍球、滑冰、柔道、武术、网球、赛车、溜冰、滑雪、垒球、篮球、摔跤。

C：拳击、击剑、冰球、乒乓球。

（3）垂直照度均匀度

在进行电视拍摄时，由于运动着的人或物运动速度很快，因此要快速移动摄像机，为确保拍摄时各个画面的的稳定性，规定垂直照度均匀度：

① Evmin：Evmax≥0.4  （主摄像机方向）

② Evmin：Evmax≥0.3 （场地四个侧面方向）

（4）水平照度均匀度：Ehmin：Ehmax≥0.5。

（5）水平照度变化梯度：每4米内小于20%。

1.2  立体感：水平照度与垂直照度之间的关系

因为在摄像机拍摄时要扫视整个场地，虽然前面规定了垂直照度，但对于水平照度而言，非常重要。水平照度与垂直照度应满足：Ehav：Evav=0.5～2。如果Eh、Ev1、Ev2、Ev3、Ev4接近，立体感就比较平淡，体现不出三维的感觉;如果Eh、Ev1、Ev2、Ev3、Ev4差别太大，立体感就太强烈，歪曲物体的外观形象。

1.3  显色指数、色温

（1）显色性：一般显色指数  Ra>65

為保证摄像机的色平衡系统减少，在现场看到的和在电视上看到的图像的视觉色差最小，CIE对显色指数进行了规定，《室内照明指南》CIE.Publication №.29.2 （1986），见表2。

（2）色温：4 000 K～5 000 K，偏差平均值不大于±500 K

色温和显色指数是评价颜色质量的两个不同指标，色温过高会给人一种生硬、发冷的感觉，过低会给人一种昏暗的感觉。同时彩色摄像机一般是按照3 200 K的色温进行设计的。S008/E-2001《室内工作场所照明》中，用光源的相关色温给出了色表，见表3。

（3）彩色电视转播用光源

根据规定的显色指数和色温，CIE确定常用的光源及其技术指标，见表4。

1.4  眩光限制

眩光已越来越引起人们的注意，它对人们特别是运动员带来的危害很大，CIE对体育照明的眩光限制非常严格，分别按室内、室外采用不同方法进行限制。

（1）室内：采用遮光角法进行限制

遮光角法：人工照明时，灯具的最小遮光角不应小于表5给出的数值（引自S008/E-2001《室内工作场所照明》）。各种灯具遮光角的确定见图3。

（2）室外：采用眩光值（GR）进行评价

眩光值的计算：

眩光值GR=27+24（Lvi/Lve0.9）

眩光等级GF=10-GR/10

式中：

Lvi——由灯具产生的光幕亮度

Lve——由背景产生的光幕亮度

对于室外体育运动场所，CIE规定眩光值（GR），如表7（《室外体育场和广场照明的眩光评价系统》CIE.Publication  №.112，1994）。

1.5  推荐的主要表面的反射系数

（1）顶棚的反射比：0.6

（2）地板的反射比：0.2

（3）墙的反射比：

0.2（适用于乒乓球、网球、手球）

0.5～0.6（适用于体操、舞蹈、篮球）

1.6  观众席照度水平：观众平均垂直照度大于0.25倍的场地平均垂直照度

1.7  频闪：减少频闪

（1）相邻灯具迎接在电源的三相线上;

（2）由三相线产生相同的照度。

1.8  安装、运行和维护

CIE对安装、运行和维护非常重视，几乎在每一篇技术文件中都讲到了此类问题，为了保证现场的原始照明效果，安装时就要考虑以后的维护。

（1）安装、运行：便于维护管理，移动后容易恢复原位。

（2）维护：定期清洁，及时更换。

1.9  人工照明与天然采光

绿色照明很重要的一点是充分利用太阳能，以减少能源的消耗。在CIE的报告中，也强调要充分利用天然光，但在利用天光时，如何避免天然光对运动员产生眩光，影响比赛的进行等都有所规定。例如窗的位置、高度、大小等。

（1）充分利用天然采光。

（2）避免天然采光对运动员的影响。

2  编制《体育场馆照明标准及工程检测》的基本情况

根据建设部[2004]66号文《二00四年工程建设城建、建工行业标准制订、修订计划》的通知，中国的《体育场馆照明设计及测量标准》由中国建筑科学研究院建筑物理研究所负责主编，编制工作于2004年8月28日启动，目前已完成了标准的征求意见稿的意见征求工作，正在对征求到的意见进行整理和研究，预计本标准将于2006年底完成标准的审查工作上报建设部进行批准发布。本标准由总则，术语，一般规定，照明标准，照明光源、灯具及附件，照明设计，照明配电与控制，照明检测共八章和三个附录组成。

2.1  关于运动的分级

本标准根据使用功能和电视转播要求，在进行照明设计时按表8进行运动分级。

2.2  关于照明标准

本标准根据运动项目的分类，共分为：篮球、排球、手球、室内足球、羽毛球、乒乓球等36个运动项目。规定了相关项目不同级别要求时对照明的照度、颜色特性、眩光、均匀度等的要求。同时提出了不同运动项目对光源、灯具、设计原则以及控制的要求。应该说该标准内容全面系统，它包括了各类体育场馆照明设计的数量指标（如照度）、质量指标（照度均匀度、眩光限制、光源颜色、显色性、反射比等）、照明配电、控制以及检测方法标准等。该标准技术先进，具有一定的创新性和前瞻性，对于我国体育场所的照明领域节约照明能源、保护环境、提高照明质量、实施绿色照明、促进照明科技进步和高效照明产品的推广具有重要作用。

本标准有以下几个突出的特点：

（1）引进了使用照度的概念

使用照度的定义：照明装置在一个维护周期内，在规定表面上所要求维持的平均照度。

E使用=0.8×E初始

E维持=0.8×E使用

维持照度的概念是照明设施寿命期中照度的最低值。

使用照度与维持照度的关系见图4。

（2）增加了高清晰度（HDTV）级别

高清晰度是一种数字电视技术，可提供相对于传统模拟电视技术更高清晰度图象质量。因而高清晰度电视转播对照度和均匀度有高要求，特别是对垂直照度要求很高，对于重大的体育赛事，基本都采用这种转播技术。在本标准中增加了高清晰度转播的级别。

（3）在照明质量方面，除了对均匀度有较高的要求外，还引进了均匀度梯度

均匀度梯度的定义：相对于8个邻近点（见图5）的平均照度的变化百分比。

（4）增加了TV应急照明照度的规定

TV应急照明的定义：因正常照明的电源失效，为确保比赛活动和电视转播继续进行而启用的照明。应急照明的垂直照度值应保证正常转播时50%以上。

3  体育照明工程的检测

3.1  检测的必要性

体育场馆照明工程的检测工作已开展多年，由最初单纯的照度水平检测发展到目前的照度、亮度、显色指数、色温和眩光等各项指标的现场检测。不仅包括了照明的数量，也包括了照明的质量，这些照明要求不仅考虑了运动员比赛的要求，同时也考虑到满足裁判员、观众以及电视转播的要求。检测设备、检测技术也随着检测工作的开展逐步完善和逐步提高。照明检测的作用也越来越明显。通过近年来诸多体育场馆的照明工程检测，促使体育场馆照明水平有了进一步的改善，真正起到了质量保证的作用。完成一個高水平的照明工程除了合理选用照明产品，科学的照明设计计算外，在工程竣工后进行照明工程检测，以科学的方法进行照明调试，以检验照明的实际效果是很有必要的。

从照明检测中所反映出来的问题也说明了照明工程检测的必要性。

（1）在已检测过的100多个体育场馆中，在对各项照明指标检测时，一次检测全部指标合格的比例并不高，多数都需要进行现场调试，各项指标才能合格，有的需要整改后才能合格。随着照明设计水平的提高，合格率也在不断提高。

（2）因为照明标准中未规定照度指标的上限值，有的加大用灯数量或照明光源功率选取不合理，致使实际照度值比标准值高，有的甚至超出2倍以上，不但浪费能源，而且还会产生不利影响。

（3）关于照明质量问题：照明标准中对均匀度要求较高，往往达不到;水平照度和垂直照度之间比例不合适，立体感效果欠佳;布灯位置不合理，从而引起眩光等等。

（4）照明产品中存在的问题：设计计算时有的灯具效率取值过高，现场显色指数和色温有时与标书上给出的不符等。当现场检测发现问题时，可将照明产品取下，重新进行各项技术性能检测。

（5）建筑和灯光的配合：建筑设计师和照明设计师在整个场馆设计中应密切配合，现在有的场馆照明达不到标准要求，有时不是因为光源、灯具不好，而是在建筑设计时建筑师没有给灯具留出合适的安装位置，通过反复的调试，也无法达到理想的设计效果。

3.2  检测项目与检测标准

在上述照明标准中均有对照明检测的具体规定，而且对每种运动的测量场地大小和网格点规定得很具体，很详细。如足球场规定的测量场地为105 m×68 m。网格点间距10 m，测量网格点77个，其他运动项目也都有相应的规定。由上述照明标准确定的检验项目及照明指标按不同运动项目分等分级很细，需详见各类标准。检测的照明指标主要有：水平照度、垂直照度、照度均匀度、照度梯度、现场显色指数、眩光值等。

（1）照度

分水平照度和垂直照度，水平照度是照亮环境的基本条件，而且对地面移动目标，如冰球、曲棍球等项运动很重要。与水平照度相比垂直照度同样也很重要，特别是对于跑动中的人和空中移动的目标，它能够使电视转播画面更清晰，在照明设计时，不但要保证水平照度和垂直照度达到一定数量要求，而且要保证它们之间能有合适的比例，通过检测这一比例一般可以控制在1?2之间，以求得更好的照明立体感效果。

（2）显色指数和色温

在体育照明中显色指数和色温是重要的质量指标，直接影响到彩电转播和现场的比赛与观看。

（3）眩光值

眩光值是衡量照明质量的重要指标之一，各国照明工作者也一直致力于这方面的研究。1994年CIE提出了室外照明眩光的评价方法，通过测量光幕亮度，计算室外眩光值。

3.3  检测机构

国家建筑工程质量监督检验中心采光照明质检部是国家唯一授权的照明工程检测部，先后完成了国内第六届全运会一直到第十届全运会以及我国举办的世界大学生运动会的主要场馆照明的检测任务，具有先进的检测仪器设备和很强的检测实力。

举办2008年奥运会，必将推动中国体育事业的发展，照明技术也将随之发展，新光源、新灯具会大量涌现。2008年奥运场馆将汇集当代世界一流的技术，照明检测将在其中发挥质量保证作用。

（选编自第四届论坛演讲稿）