横滨国际体育场照明系统改造工程

朱晓勇，杨 波，于莎莎

(玛斯柯照明设备(上海)有限公司，上海 201107)

引言

横滨国际体育场，又称日产体育场，坐落于日本神奈川县横滨市，是日本目前规模最大、容纳人数最多的多用途体育场，1998年3月落成启用，体育场共设有73 237座位，曾经举办过2002年世界杯决赛等多项橄榄球、足球和美式足球赛事以及国际足联世界杯和奥运会，现为横滨水手队主场。为了顺利完成2019年橄榄球世界杯和2020年东京奥运会足球比赛的承接任务，横滨国际体育场于2018年进行了LED灯光的改造，其目标是改善体育场的照明质量，并希望满足球员和观众对照明的不同需求，在满足赛事组织要求的特定照明标准的同时，帮助场馆提升能源效率。横滨国际体育场照明系统改造工程选用了TLC for LED®照明系统，其眩光控制技术可以改善场地内眩光对场内球员的影响，并让球迷体验前所未有的夜间赛事氛围和娱乐体验。

1 体育场照明的要求

1.1 优质照明系统的重要性

1)体育照明首先必须满足运动员的功能需要，并给裁判提供舒适的光环境，特别针对足球运动，灯具的布置必须避开足球场的眩光区，主要定义为角球线区域及球门线区域，以营造一个更为舒适的竞技和观赏环境。

2)场地照明灯具最重要的目标除了照亮比赛场地，还需要给媒体提供高质量的数字视频信号，为了保证每个摄像机接收到足够的光线，照明设计时应该考虑实际使用的摄像机位及不同摄像机性能特点。

3)体育照明设备需将周边环境的光污染降到最低，在防止外溢光和眩光产生的同时，尽可能减少照射到场地外的光线，保护美丽的夜空。

4)现代大型体育场以体育运动为主，兼容文艺、集会、展览等多种应用，由于其特殊的功能要求，系统除了日常所需的照明及转播，还需要兼有灯光秀等演绎效果。

1.2 照明设计标准

根据橄榄球世界杯(RWC)TIER 1+指标[1](见表1)，及国际足联(FIFA)Class IV标准[2](见表2)设计，结合奥林匹克广播服务公司(OBS)提出的要求，横滨国际体育场足球场固定摄像机照度最小值≥2 000 lx，场地摄像机照度最小值≥1 600 lx，水平照度值与固定摄像机垂直照度值小于或等于2.0；橄榄球场地固定摄像机平均垂直照度≥2 000 lx，场地摄像机平局垂直照度≥1 200 lx，平均水平照度值≥2 500 lx。各摄像机位置布置图见图1、图2。本次照明系统改造共采用580套1 400 W大功率LED灯具，各项技术指标很好地满足了RWC、FIFA及OBS的比赛要求。

表1 横滨国际体育场橄榄球照度要求 Table 1 Lighting requirement of rugby for Yokohama International Stadium

表2 横滨国际体育场足球照度要求Table 2 Lighting requirement of soccer for Yokohama International Stadium

图1 OBS要求的足球场摄像机位置Fig.1 Camera locations for soccer from OBS

图2 RWC要求的橄榄球场摄像机位置Fig.2 Camera locations for soccer from RWC

1.3 灯具选型及安装

横滨国际体育场使用的LED灯具参数如下：重量为48 kg,尺寸为长813 mm×宽660 mm×高300 mm，显色指数为90，色温为5 700 K，功率因数为0.95，频闪比为2‰～4‰，灯具示意图见图3，灯具平面布置图见图4。

图3 LED灯具示意图Fig.3 LED fixture photo

图4 灯具平面布置图Fig.4 Lighting layout

2 照明系统改造的难点与挑战

2.1 安装位置的挑战

针对本项目，设计时首先分析了灯具的安装高度和位置，根据FIFA对安装高度的要求[2](见图5)，灯具高度宜满足安装位置至场地中线与场地平面之夹角不小于25°，由于横滨国际体育场主体结构较低，灯具安装高度仅为35 m，安装位置距离场地较远，网架结构距离场地中线约为85 m，该夹角仅为22°，无法满足FIFA的要求。较低的安装高度会导致垂直照度均匀度差，增加了眩光的控制难度，格外考验设计师对灯具、配光的选择，及对灯具投射角度的控制。

图5 FIFA对安装高度的要求Fig.5 Mounting height requirement from FIFA

所有灯具需安装在体育场现有网架前沿，结合FIFA及RWC标准中“No floodlight zone”(无泛光区)的要求[1，2]，最终安装位置见图6中蓝色部分的网架结构。选择具体的灯具位置和投射方向时，需要考虑灯具对运动员的影响，特别避开容易对运动员造成眩光的区域，同时考虑场地布置、场地内观众以及运动员的视觉感观效果，避免相邻光线投向同一位置形成光斑，使光线尽量均匀分布，互相覆盖，场地内的点位有多个方向的光线来源。

图6 灯具安装位置要求Fig.6 Requirement for fixture installation position

2.2 灯具配光的选择

根据照明要求、结构特点及LED灯具的特性，照明设计采用近边配宽光束、中线配较窄光束、远边配窄光束三层叠加的组合方式配比灯具并进行交叉投射[3]，使照明及转播效果最佳，配光方案图如图7所示。

图7 配光方案图Fig.7 Light distribution plan

2.3 眩光控制

经现场考察旧照明设备存在较大的眩光问题，除了避开足球运动的眩光区，本次改造综合考虑多方面因素，选用适合于该场地并具有防眩光装置的LED照明灯具，每颗灯珠均配有透镜及反射罩，见图8。这大大提高了光输出效率及防眩光效果，并有效降低外溢光的输出，解决夜间照明造成的光污染问题。同时在照明应用设计时采取有效措施控制了眩光值，得到了较好的场地照明效果。

图8 防眩光透镜及反射罩Fig.8 Anti-glare lens and reflector

2.4 设备的安装维护

横滨国际体育场所有灯具要求仅能安装在一圈环形网架前沿，安装空间小，一般的单层支架无法满足580套灯具的安装，量身定制的特殊结构灯具安装支架可最多提供三层的安装空间，解决了这一难题。所有支架均设有简易爬梯及平台，利于维护或重新调整安装位置，外形简洁、美观、坚固，无外露导线，使现场更规范、更整洁、更美观、更安全。结构设计时等比例模拟灯具实物与网架结构的关系，并将结构尺寸大小3D效果图导入专业体育照明设计软件中模拟，使安装后的照明结果与设计结果相符，结构大样图及现场安装图见图9、图10。

图9 结构大样图Fig.9 Detail drawing of structure

图10 现场安装图Fig.10 Site photo for installation

2.5 精准控光

为了使现场照明效果与设计保持一致，所有灯具配有专利的万向节及刻度盘，见图11。

图11 灯具万向节Fig.11 Knuckle cone of lamp

灯具出厂前按照照明设计精确瞄准并锁定，每套灯具均有对应的瞄准角及瞄准点，确保安装完成及维护后的水平及垂直角度保持不变，部分灯具投射角度图见图12，所有灯具亦可根据新的照明要求，新的刻度要求，现场重新调节水平及垂直角度并锁定，调试灵活，操作便捷，解决了不同比赛、不同照明要求的设计及使用需求。

图12 部分灯具投射角度图Fig.12 Projection angle of partial lamps

精准的控光需要精准的设计软件，横滨国际体育场照明设计使用MUSCO体育照明设计软件AIM，见图13，该软件已经成功运用于各类型各级别的体育场馆照明设计中，包括从高级别的奥运场馆到普通训练馆及社区体育娱乐的照明设，实践证明该软件的计算结果准确可靠。

图13 设计软件AIMFig.13 Design software AIM

2.6 控制设计

随着LED在体育场馆中越来越广泛的运用[4]，将金卤灯替换为可控性优越的LED灯具，除了需满足日常所需的照明及转播要求，还需要兼有实现灯光秀等演绎效果的功能。

LED灯具有瞬时开启、关闭和渐变的特性，既能用于比赛照明，又能通过控制系统编程，打造灯光秀，提升现场气氛。渐变效果可以降低灯光突然开启时人眼的不适应感，让整个体育场在明与暗之间渐变切换，仿佛眼睛一眨一眨，给现场热烈的气氛增添一份灵动，见图14、图15。

图14 眨眼模式Fig.14 Blink mode

图15 跑序模式Fig.15 Running order mode

2.7 实际效果

横滨国际体育场照明工程选用了TLC for LED灯具系统，实际照明效果见图16。

图16 体育场照明实际效果图Fig.16 Site photo of stadium lighting

3 结束语

本文从照明、电气、安装、维护等方面，对横滨国际体育场照明系统改造工程的要求、难点与挑战进行了剖析。项目选用了全新优质的LED照明系统，不仅可以满足体育场高质量照明及电视转播要求，还可以改善场地内眩光对球员、裁判的影响，将给现场观众、球员、裁判及电视机前的观众带来全新的舒适的视觉体验。