摘要：針對(duì)目前綜合性體育場(chǎng)館場(chǎng)地照明設(shè)計(jì)中，照明系統(tǒng)一次投入大，運(yùn)行能耗高等問題，以陜西省十四運(yùn)場(chǎng)館為模型，采用單馬道兩側(cè)布燈方式，以Ⅳ級(jí)照明指標(biāo)為依據(jù)，借助DIALux模擬研究了燈具投射角度、旋轉(zhuǎn)角度、開啟數(shù)量和功率對(duì)場(chǎng)地照度空間分布的影響。結(jié)果表明：改變投射角α對(duì)場(chǎng)地照度影響顯著，而旋轉(zhuǎn)角β適用于局部照度微調(diào);場(chǎng)地底線外燈具對(duì)底線附近照度的影響高于底線內(nèi)燈具，調(diào)整其開啟數(shù)量和功率可以提高底線附近照度，從而有效提高場(chǎng)地照度均勻度。基于研究結(jié)果提出利用一套燈具，通過調(diào)整燈具角度、開啟數(shù)量、功率等參數(shù)滿足多個(gè)運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目場(chǎng)地照明設(shè)計(jì)方案，為場(chǎng)地照明優(yōu)化設(shè)計(jì)提供依據(jù)。

　　關(guān)鍵詞：綜合性體育場(chǎng)館;Ⅳ級(jí)照明指標(biāo);DIALux控制;照度空間分布;照明設(shè)計(jì);降低成本

　　體育照明是通過控制目標(biāo)物的亮度與背景，從而獲得良好的照明環(huán)境，使得運(yùn)動(dòng)物體和運(yùn)動(dòng)員能清楚的呈現(xiàn)在運(yùn)動(dòng)員、現(xiàn)場(chǎng)觀眾和電視機(jī)觀眾的眼前，以達(dá)到良好的比賽和觀賞效果[1]。《體育場(chǎng)館照明設(shè)計(jì)及檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)》[2](JGJ153-2016)中將體育照明等級(jí)分為六級(jí)，綜合性體育場(chǎng)館因要適用于多種比賽項(xiàng)目的照度需要[3]，且有電視轉(zhuǎn)播需求，場(chǎng)地照明等級(jí)一般在Ⅳ級(jí)以上。為達(dá)到高等級(jí)照明要求，場(chǎng)館中燈具往往數(shù)量多、功率大，這使得照明能耗成為了體育場(chǎng)館主要能耗之一，因此照明節(jié)能設(shè)計(jì)就顯得尤為重要[4、5]。

　　近年來，國(guó)內(nèi)外學(xué)者主要從照明設(shè)計(jì)和照明控制兩個(gè)方面對(duì)體育場(chǎng)館節(jié)能照明進(jìn)行了研究：在照明設(shè)計(jì)研究中，韓本慧[6]、黃顯雯等[7]分析了不同設(shè)計(jì)因素對(duì)體育照明質(zhì)量的影響，并根據(jù)結(jié)論進(jìn)行了場(chǎng)館照明節(jié)能優(yōu)化設(shè)計(jì);朱悅等[8]研究了燈光投射距離、角度對(duì)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(shù)量和高度對(duì)場(chǎng)地照度分布的影響，為節(jié)能設(shè)計(jì)提供了參考;SunWS等[11]、FredH.Holmes等[12]對(duì)體育館光源進(jìn)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(dá)到多種照明需求，張燕[13]、彭力[14]、古銘秀[15]提出可以根據(jù)使用需要事先設(shè)定燈具模式以進(jìn)行調(diào)節(jié)，使燈具可以重復(fù)使用;彭月月[16]設(shè)計(jì)了可根據(jù)不同照明需要燈具角度能智能調(diào)節(jié)的旋轉(zhuǎn)燈具，以獲得場(chǎng)地最佳照明;CAOShengmin[17]基于PID和Karatsuba乘法模型，設(shè)計(jì)了以測(cè)光、調(diào)節(jié)為一體的體育場(chǎng)館智能照明控制系統(tǒng)。目前我國(guó)綜合性體育場(chǎng)館場(chǎng)地照明系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)與研究尚存在一定距離。工程中多以面積最大的比賽場(chǎng)地為布燈依據(jù)，對(duì)于小面積的比賽場(chǎng)地僅采用關(guān)閉部分燈具的簡(jiǎn)單控制方式，有可能造成場(chǎng)地照度尤其是水平照度遠(yuǎn)高于標(biāo)準(zhǔn)值，使得照明能耗難以合理控制。

　　基于此，本文以“十四運(yùn)”場(chǎng)館為模型，以比賽場(chǎng)地為研究對(duì)象，選擇既滿足國(guó)際、國(guó)內(nèi)比賽轉(zhuǎn)播要求，又擁有良好節(jié)能效果和較低運(yùn)維成本的Ⅳ級(jí)指標(biāo)為照明標(biāo)準(zhǔn)，研究燈具投光角度、間距、數(shù)量和功率對(duì)綜合性體育場(chǎng)館賽場(chǎng)照度空間分布的影響，并以此為基礎(chǔ)，提出滿足手球、籃球、排球和羽毛球項(xiàng)目照度標(biāo)準(zhǔn)的場(chǎng)地照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，最后借助DIALux照明模擬軟件驗(yàn)證設(shè)計(jì)方案的可行性，為照明節(jié)能設(shè)計(jì)提供依據(jù)。

　　1比賽場(chǎng)地建模與空間照度采樣

　　1.1比賽場(chǎng)地建模

　　本文使用了操作較為簡(jiǎn)便且常用的DIALux照明模擬軟件[18、19]進(jìn)行“十四運(yùn)”某場(chǎng)館比賽場(chǎng)地建模。根據(jù)照明標(biāo)準(zhǔn)[2]中對(duì)燈具布置的建議和對(duì)馬道長(zhǎng)度、位置的規(guī)定。馬道端點(diǎn)與場(chǎng)地底線中點(diǎn)的連線的投影線與底線夾角宜大于30°，馬道上的燈具瞄準(zhǔn)角應(yīng)在25°～65°之間，且考慮場(chǎng)地尺寸和距離對(duì)照度的影響。

　　1.2空間照度采樣

　　《體育場(chǎng)館照明設(shè)計(jì)及檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)》中推薦采用中心點(diǎn)照度計(jì)算法反映場(chǎng)地內(nèi)照度分布情況，即將場(chǎng)地劃分為網(wǎng)格，取其中心作為照度計(jì)算點(diǎn)，其中手球場(chǎng)地網(wǎng)格為2m×2m，籃球、排球和羽毛球網(wǎng)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(jí)照明標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于主、輔攝像機(jī)方向垂直照度均有要求。場(chǎng)地內(nèi)的主攝像機(jī)位置一般都是固定的，根據(jù)其典型布置位置[2]，在場(chǎng)地中線延長(zhǎng)線的觀眾席上和羽毛球場(chǎng)地底線后分別布置一臺(tái)攝像機(jī)，測(cè)量主攝像機(jī)垂直照度時(shí)，測(cè)量高度取1.5m。

　　由于比賽項(xiàng)目不同，輔助攝像機(jī)位置很難固定，因此標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定可將與四條邊線平行的垂直面上的照度作為輔攝像機(jī)方向照度，即若所示的X+、X-、Y+和Y-四個(gè)方向的垂直照度達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求[20]，可認(rèn)為輔攝像機(jī)垂直照度滿足使用需要，測(cè)量高度為1m。

　　2比賽場(chǎng)地照度空間分布

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

　　2.2燈具數(shù)量與位置對(duì)照度空間分布的影響

　　賽場(chǎng)燈具數(shù)量對(duì)場(chǎng)地照度分布有直接影響。本文以手球場(chǎng)地底線為界，將燈具劃分為底線內(nèi)燈具與底線外燈具，以下分別分析底線內(nèi)、外燈具對(duì)場(chǎng)地照度分布的影響。

　　2.2.1改變場(chǎng)地底線內(nèi)燈具數(shù)量

　　將底線內(nèi)燈具間距分別設(shè)定為0.75m、1m、1.25m和1.5m，對(duì)應(yīng)的場(chǎng)地水平和垂直照度空間分布。可以看出燈具數(shù)量對(duì)場(chǎng)地照度影響顯著，隨著間距的增加，場(chǎng)地照度明顯下降。

　　2.2.2改變場(chǎng)地底線外燈具數(shù)量

　　除了水平和垂直照度以外，照度均勻度也是照度標(biāo)準(zhǔn)中一條重要指標(biāo)，增加底線內(nèi)燈具數(shù)量可以有效提高場(chǎng)地內(nèi)照度，但卻對(duì)底線附近照度改善不大，從而降低了場(chǎng)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(chǎng)地照度均勻度。底線外燈具間距仍取1m，由于馬道長(zhǎng)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(jù)旋轉(zhuǎn)角β對(duì)場(chǎng)地照度分布影響的研究，為了更有效的提高場(chǎng)地底線附近照度，應(yīng)盡可能使投光點(diǎn)靠近底線。以1/4場(chǎng)地為例，將底線外燈具分為三組，對(duì)應(yīng)的β分別為-10°、-20°和-30°。

　　3場(chǎng)地照明設(shè)計(jì)方案

　　3.1手球場(chǎng)地照明設(shè)計(jì)

　　上述場(chǎng)地照度空間分布研究以面積最大的手球場(chǎng)地為對(duì)象，結(jié)果表明當(dāng)燈具間隔為1m，投光角α=60°，增加底線外燈具功率時(shí)，可以滿足除X方向照度比率以外的所有指標(biāo)，并提出通過改變底線內(nèi)燈具旋轉(zhuǎn)角β改善照度比率的設(shè)計(jì)思路。以燈具照射點(diǎn)在賽場(chǎng)內(nèi)為邊界，于是βmax為|40°|，統(tǒng)一調(diào)節(jié)底線內(nèi)燈具，步長(zhǎng)取10°，不同β對(duì)應(yīng)的X方向照度比率，隨著β的增大，照度比率逐漸減小，當(dāng)β為40°時(shí)可滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

　　體育教學(xué)論文范例：基于信息化視野下民族傳統(tǒng)體育教學(xué)改革探究

　　4結(jié)論

　　本文以綜合性體育場(chǎng)館場(chǎng)地照明系統(tǒng)為對(duì)象，研究了燈具投射角度、旋轉(zhuǎn)角度、開啟數(shù)量和功率對(duì)場(chǎng)地照度空間分布的影響。基于研究結(jié)果，以體育場(chǎng)館Ⅳ級(jí)照明指標(biāo)為依據(jù)，提出了利用一套燈具，通過調(diào)整燈具角度、開啟數(shù)量、功率等參數(shù)滿足多個(gè)球類運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目場(chǎng)地照明指標(biāo)的設(shè)計(jì)方案。研究得到以下結(jié)論：

　　(1)投射角α對(duì)場(chǎng)地照度空間分布有顯著影響，而旋轉(zhuǎn)角β僅適用于局部照度調(diào)節(jié);場(chǎng)地底線外燈具對(duì)底線附近照度的影響高于底線內(nèi)燈具，調(diào)整其開啟數(shù)量和功率可以有效提高場(chǎng)地照度均勻度。

　　(2)目前體育場(chǎng)館場(chǎng)地照明設(shè)計(jì)采用雙馬道兩側(cè)布燈方案，本文提出單馬道雙側(cè)布燈的方案，二者在燈具數(shù)量、場(chǎng)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(huì)比單馬道增加1倍[23]。因此，在僅考慮以上條件時(shí)，本文的設(shè)計(jì)方案成本更低。

　　(3)文中主要針對(duì)比賽場(chǎng)地照明進(jìn)行研究，未涉及觀眾席等其他區(qū)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(chǎng)地眩光情況[25]，模擬實(shí)驗(yàn)表明增加了場(chǎng)館其他區(qū)域照明后，眩光指數(shù)能夠達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。本文針對(duì)具有電視轉(zhuǎn)播要求的賽場(chǎng)照明進(jìn)行了設(shè)計(jì)，實(shí)際運(yùn)行中，為滿足多種使用需求[26]，體育場(chǎng)館更多是作為訓(xùn)練、健身、業(yè)余比賽場(chǎng)地之用，此時(shí)照明等級(jí)較低，完全可通過此方法調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)，這種靈活的照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)方式有利于節(jié)能減排、降低用戶運(yùn)行維護(hù)成本。

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　　作者：于瑛1，崔梓豪1，陳笑1，孫晴2