田 徑，羅秀卿

(上海市水利工程設(shè)計研究院有限公司，上海 200061)

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基于Calculux Area的沙灘排球場照明設(shè)計

田 徑，羅秀卿

(上海市水利工程設(shè)計研究院有限公司，上海 200061)

以某沙灘排球場體育照明設(shè)計為例，從照度、光源及燈具等方面分析探討，制定排球場照明方案。針對Calculux Area專業(yè)應(yīng)用于體育照明設(shè)計的特點進行仿真計算，結(jié)果顯示通過不同的光源在不同方位、不同照射角度配合照明，可以滿足體育照明照度要求。

Calculux Area；體育照明設(shè)計；照度計算；沙灘排球

引言

為滿足體育照明需要照度及比賽實況真實清晰轉(zhuǎn)播的要求，體育場需要高質(zhì)量且專業(yè)的照明設(shè)計[1]。優(yōu)秀的體育照明設(shè)計需要考慮足夠的照度、均勻度、亮度、眩光要求、陰影效果及顏色正確性等因素[2-3]，要求遠高于民用建筑照明。因此，照明工程設(shè)計中照度、均勻度、眩光值等高精度要求的數(shù)據(jù)計算至關(guān)重要。國內(nèi)常用照度計算包括單位容量法、利用系數(shù)法及逐點計算法[4]，運用上述方法體育場照明設(shè)計將產(chǎn)生龐大的計算量，計算精度也很難滿足要求。

隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，照明計算仿真軟件廣泛應(yīng)用于照明設(shè)計中[5-7]，主要有荷蘭PHILIPS公司的Calculux Area，德國DIAL公司的DIALux,美國Lighting Analysis公司的Agi32等。本文以某沙灘排球場體育照明設(shè)計為例，采用體育照明專業(yè)設(shè)計軟件Calculux Area進行照度仿真計算，為體育照明設(shè)計提供參考。

1 某沙灘排球場照明方案

1.1 項目概況

沙灘排球場屬于甲級體育場，比賽場地(PA)為16 m×8 m矩形,總賽區(qū)(TA)為28 m×20 m矩形，總規(guī)模64 m×56 m，計劃容納3 000～4 000人，體育功能應(yīng)達到TV轉(zhuǎn)播國家國際比賽要求[8]。

1.2 照明方案分析探討

依據(jù)《體育場館照明設(shè)計及檢測標準》要求，沙灘排球場主攝像機方向垂直照度要求Evmail≥1 000 lx，輔攝像機方向垂直照度要求Evaux≥750 lx，一般顯色指數(shù)要求Ra≥80。

目前，體育場燈布置方式分為四塔式布置、多塔式布置、光帶式布置等方式。多塔式布置難以滿足電視轉(zhuǎn)播要求，且易對觀眾產(chǎn)生阻擋；光帶式布置對眩光控制技術(shù)較嚴格。為滿足比賽照度要求，本文采用四塔布燈方式。

本例中，金鹵燈由于體積小，便于精確控制光束、光效高、顯色性好等優(yōu)點，最適用于彩色電視轉(zhuǎn)播的體育照明；對于體育場安全照明，眩光度要求低，要求光源具有啟動速度高的特點，兼顧節(jié)能要求，采用LED投光燈光源，配以不間斷電源UPS供電。

投光燈單位面積功率見式(1)[2]。

(1)

式中P為單位面積功率，Emin為被照水平面最低照度，η為燈具效率，η1為光效率，U為利用系數(shù)，U1為照度均勻度，K為維護系數(shù)。

對某點垂直面照度如式(2)所示。

(2)

取比賽場地PA照度1 000/750 lx(主攝像機/輔攝像機)，而對于總賽區(qū)TA，《體育場館照明設(shè)計及檢測標準》并未明確規(guī)定。參考網(wǎng)球場地TA照度要求750/500 lx計算?？紤]觀眾席及通道照明，初步確定所需1kW金鹵燈48套(配套熱觸發(fā)裝置瞬時重啟[9])，200 W LED投光燈24套。

根據(jù)不同比賽對照度的要求及安全照明的要求，工程初步擬定了6種開燈方案，如表1所示。

表1 體育場照明控制方案Table 1 Lighting control scheme

2 體育照明仿真計算

2.1 Calculux Area仿真計算

啟動Calculux Area軟件，根據(jù)排球場面積及照度要求初步選定照度方案。設(shè)置燈具坐標、照射角度等參數(shù)，根據(jù)反饋照度值，修改調(diào)整各燈具坐標及角度，反復試算，生成計算書，最終確定選擇照明采用1 kW金鹵燈及光源：GT3000—TD2000-N1 28套，光源HQI-TS；GT3000—TD2000-N1 20套，光源HQI-TS。

2.2 仿真計算結(jié)果

Calculux Area生成報告包括沙灘排球場照明工程的項目描述、水平及垂直照度、材料設(shè)備清單、照度等值曲線、燈具投射角度、眩光點坐標及眩光值表等內(nèi)容。

沙灘排球場燈具照射角度如圖1所示。以矩形主賽場中心為坐標原點，建立平面直角坐標系，燈塔布置于四角，燈具均布于燈塔上，從燈塔上射出的每個箭頭(→)代表每套燈具的投射角度，PA場地內(nèi)符號“⊕”表示眩光點(由于對稱性僅選取6個眩光點)。

圖1 沙灘排球場燈具照射角度圖Fig.1 Lighting angle of the beach volleyball court

沙灘排球場主攝像機垂直照度如圖2所示。以PA的中心為坐標原點建立直角坐標系，1 m×1 m網(wǎng)格劃分PA(共153網(wǎng)格)，圖中x,y表示網(wǎng)格中心坐標，圖示數(shù)據(jù)表示Calculux Area軟件仿真計算的網(wǎng)格中心坐標照度值。

圖2 沙灘排球場PA區(qū)域主攝像機垂直照度Fig.2 Vertical illumination in PA area of beach volleyball court

PA等值輪廓線如圖3所示，不同深度色彩代表不同照度，比賽場地中心區(qū)域照度最大，外圍區(qū)域隨距離增加，照度逐漸遞減且呈對稱分布。

圖3 沙灘排球場PA區(qū)域等值輪廓線Fig.3 Illumination contour in PA area

排球場眩光點坐標如表2所示，根據(jù)《體育場館照明設(shè)計及檢測標準》規(guī)定，對于室外體育照明，對人產(chǎn)生的眩光指數(shù)GR≤50，表中眩光值符合規(guī)范要求。

表2 眩光點坐標及眩光值表Table 2 Glare point coordinate and glare value

由此可見，Calculux Area軟件針對體育照明的專業(yè)性使得原本復雜的照明設(shè)計過程變得可視化、簡單化，大大縮減工作量，且提高了照度計算的準確性。

3 結(jié)果分析

目前國內(nèi)體育照明設(shè)計，需滿足《體育場館照明設(shè)計及檢測標準》的相關(guān)規(guī)定，需要考慮照度、均與度、TV轉(zhuǎn)播及眩光值等方面因素。

Calculux Area軟件專業(yè)應(yīng)用于體育照明設(shè)計，生成的照度計算書共包括四大部分：項目描述、總結(jié)、計算結(jié)果及照明設(shè)備數(shù)據(jù)等。其中，計算結(jié)果部分羅列出場地水平照度及攝像機照度等方面的具體數(shù)值、等值輪廓線、眩光值等內(nèi)容；項目描述展示整個場地布局、3D圖及照明設(shè)備布置圖；照明裝置數(shù)據(jù)展示照明燈具數(shù)量、規(guī)格、坐標及不同照明方案情況下各燈具的開關(guān)具體情況。

Calculux Area計算書中，比賽場地網(wǎng)格內(nèi)中心主攝像機方向垂直照度均大于1000lx；總賽區(qū)內(nèi)平均照度1028，最小照度/最大照度=0.49>0.4，最小照度/平均照度=0.64>0.6；場地內(nèi)眩光值GR≤50。計算書內(nèi)包括《體育場館照明設(shè)計及檢測標準》要求的所有指標，且均滿足規(guī)范要求。

4 結(jié)語

Calculux Area是一款專業(yè)應(yīng)用于體育照明設(shè)計的軟件，在體育照明的設(shè)計過程中，仿真照度的計算結(jié)果較為精確。Calculux Area自動生成的計算書展現(xiàn)了較為全面的仿真結(jié)果，在目前實際的體育照明設(shè)計應(yīng)用中，有著較大的學術(shù)價值和現(xiàn)實意義。

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Design of Sports Lighting for Beach Volleyball Court Based on Calculux Area

TIAN Jing， LUO Xiuqing

(ShanghaiWaterEngineeringDesignandResearchInstituteCo.,Shanghai200061,China)

The design of sports lighting for beach volleyball court is analyzed and discussed from the aspects of illuminance, light source, luminaire and so on, and the scheme is designed. As a professional application software for sports lighting design, Calculux Area is used for illumination calculation. The results show that illumination of the different light sources at the different positions and different radiation angle can meet the illumination value of the sports lighting.

Calculux Area; sports lighting design; illumination calculation; beach volleyball

田徑，E-mail：jing_tian@swedri.com

TM923

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10.3969j.issn.1004-440X.2016.04.014