李炳華，常 昊，王 成 ，朱心月，岳云濤

(1.悉地(北京)國(guó)際建筑設(shè)計(jì)顧問(wèn)有限公司，北京 100013；2.北京建筑大學(xué)，北京 100044)

引言

距離北京2022年冬奧會(huì)越來(lái)越近，許多奧運(yùn)場(chǎng)館都在緊張建設(shè)中。由于冬季奧運(yùn)會(huì)比賽項(xiàng)目與場(chǎng)地的多樣性以及照明水平的重要性，對(duì)照明的要求更加嚴(yán)格。冬奧會(huì)比賽傳統(tǒng)分為冰上與雪上項(xiàng)目?jī)纱箢?lèi)[1]：冰上項(xiàng)目包括速度滑冰、短道速滑、花樣滑冰、冰球、冰壺；雪上項(xiàng)目包括跳臺(tái)滑雪、高山滑雪、自由式滑雪等。根據(jù)北京冬奧委員會(huì)官網(wǎng)[2]顯示，第24屆北京-張家口冬奧會(huì)規(guī)劃使用25個(gè)場(chǎng)館。冰上項(xiàng)目將全部由北京賽區(qū)承辦，具體是國(guó)家游泳中心(冰壺)、國(guó)家體育館(冰球)、首都體育館(短道速滑)以及新建的國(guó)家速滑館(速度滑冰)；雪上項(xiàng)目將分別在北京延慶賽區(qū)和張家口崇禮賽區(qū)舉辦。

本文主要依據(jù)奧林匹克廣播服務(wù)公司(OBS)提供的冬季奧運(yùn)會(huì)照明要求和JGJ 153—2016《體育場(chǎng)館照明設(shè)計(jì)及檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)》，總結(jié)和分析了冬奧會(huì)通用項(xiàng)目標(biāo)準(zhǔn)、冰壺項(xiàng)目、冰球項(xiàng)目、速度滑冰和跳臺(tái)滑雪的照明要點(diǎn)，以便能夠同時(shí)滿足奧委會(huì)和國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)的要求。

1 冬奧會(huì)比賽項(xiàng)目通用照明標(biāo)準(zhǔn)

奧林匹克廣播服務(wù)公司(OBS)提供的冬季奧運(yùn)會(huì)通用照明標(biāo)準(zhǔn)要點(diǎn)如下：

1)每個(gè)比賽區(qū)域的場(chǎng)地照明必須滿足最高等級(jí)的攝影要求。

照明的詳細(xì)要求和燈具位置將取決于比賽和場(chǎng)地本身，并將與各新聞機(jī)構(gòu)協(xié)商確定。在燈光和天然光混合的場(chǎng)所，必須特別注意燈具的色溫。在室內(nèi)場(chǎng)地，通過(guò)窗戶或半透明屋頂照射進(jìn)來(lái)的陽(yáng)光可能會(huì)對(duì)運(yùn)動(dòng)員或者攝像機(jī)造成干擾，所以必須解決這個(gè)問(wèn)題。所有媒體直播或報(bào)道區(qū)域(比賽領(lǐng)域、休息室、混合區(qū)和采訪室)的燈光效果必須由各新聞媒體單位通過(guò)。

2)比賽區(qū)域照度相關(guān)及燈具要求。

場(chǎng)地照明的計(jì)算區(qū)域應(yīng)延長(zhǎng)實(shí)際比賽區(qū)1～2 m。比賽場(chǎng)地的任何地點(diǎn)主攝像機(jī)方向上的垂直照度不應(yīng)小于1 600 lx，一些體育項(xiàng)目可能需要2 000 lx以上。

在均勻度方面，最高和最低照度之比不超過(guò)1.5∶1，相當(dāng)于U1≥0.67；平均水平和垂直照度之比不超過(guò)2∶1；比賽場(chǎng)地和觀眾場(chǎng)地垂直照度之比不超過(guò)4∶1。

高速慢鏡頭攝像機(jī)要求其方向上的垂直照度有非常高的均勻度。

在運(yùn)動(dòng)員飛行的情況下，照明設(shè)計(jì)的所有相關(guān)要求包括飛行中的運(yùn)動(dòng)員身體。

燈具的構(gòu)造或安裝應(yīng)使用特制的眩光控制裝置，并且照明設(shè)備的位置應(yīng)盡量減少直接眩光和反射眩光(由冰面或者雪面反射投射光引起)。

在應(yīng)急照明方面，在停電的情況下，OBS 要求備用電源提供平時(shí)照明標(biāo)準(zhǔn)的50%。此外，OBS 還要求應(yīng)急照明的均勻度較高。

在燈具方面，統(tǒng)一色溫高于5 600 K；所有燈具的顯色指數(shù)大于90。燈具應(yīng)以某種方式固定在天花板或建筑物上或懸掛在建筑物上的馬道上，燈最好不要安裝在燈桿上(我們認(rèn)為，此要求對(duì)雪上運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目不太合適)。燈具仰角瞄準(zhǔn)角(燈具照射方向與垂直向下方向的夾角)應(yīng)小于等于65°；光線應(yīng)該至少?gòu)娜齻€(gè)方向到達(dá)比賽區(qū)域的任何一點(diǎn)；任何燈具和競(jìng)賽區(qū)域中的任何一點(diǎn)之間必須有一條清晰的路徑；沒(méi)有構(gòu)筑物或物料(旗幟、橫額、影像板等)阻擋光線；除了空中運(yùn)動(dòng)外，原則上燈具的設(shè)計(jì)和安裝應(yīng)該保證其水平面以上沒(méi)有光。

3)比賽區(qū)域外相關(guān)照度要求。

每個(gè)場(chǎng)地至少應(yīng)有兩個(gè)燈光控制系統(tǒng)(對(duì)應(yīng)不同區(qū)域),以便在最后調(diào)整時(shí)有很大的靈活性。比賽區(qū)域?qū)⑹堑谝粋€(gè)區(qū)域，觀眾席前20排通常是這些單獨(dú)控制區(qū)中的第二個(gè)。此要求比較特別，需特別注意。

在觀眾區(qū)域照明方面，前12排對(duì)攝像機(jī)的平均垂直照度應(yīng)大于等于比賽區(qū)域的25%,小于等于比賽區(qū)域的30%;在第12排以后均勻減少，直到最后一排對(duì)攝像機(jī)的平均垂直照度在比賽區(qū)域的10% 以下。并且比賽區(qū)域外的光線水平應(yīng)均勻降低。

2 JGJ 153—2016《體育場(chǎng)館照明設(shè)計(jì)及檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)》[3]

冰上項(xiàng)目均在體育館內(nèi)，雪上項(xiàng)目在室外進(jìn)行。本文僅列舉冰上項(xiàng)目和跳臺(tái)滑雪項(xiàng)目Ⅳ～Ⅵ級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)值，以便和冬奧會(huì)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比。JGJ 153—2016《體育場(chǎng)館照明設(shè)計(jì)及檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)》標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)要求如表1所示。

表1 我國(guó)冰上項(xiàng)目和跳臺(tái)滑雪項(xiàng)目照明標(biāo)準(zhǔn)值Table 1 Standard value of lighting for ice project and ski jump project in China

表1中，Eh、Evmai和Evaux分別表示水平照度，主攝像機(jī)方向上的垂直照度和輔攝像機(jī)方向上的垂直照度；U1、U2分別表示最小照度與最大照度之比和最小照度與平均照度之比；Tcp、Ra、GR分別表示燈具的色溫、顯色指數(shù)和場(chǎng)地的眩光值。

JGJ 153—2016《體育場(chǎng)館照明設(shè)計(jì)及檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)》在照度要求方面還做了以下相關(guān)規(guī)定：

1)有電視轉(zhuǎn)播時(shí)場(chǎng)地平均水平照度與平均垂直照度的比值宜為：體育場(chǎng)0.75～1.8，體育館1.0～2.0。

2)有超高速攝像要求時(shí)，攝像機(jī)方向的垂直照度不應(yīng)低于1 800 lx，場(chǎng)地照明的頻閃比不宜大于6%。

3)HDTV轉(zhuǎn)播重大比賽時(shí)，比賽場(chǎng)地每個(gè)計(jì)算點(diǎn)四個(gè)方向上的最小垂直照度和最大垂直照度之比不應(yīng)小于0.6。

4)重大比賽時(shí)TV應(yīng)急照明的照度標(biāo)準(zhǔn)值宜為該級(jí)照度的50%，且主攝像機(jī)方向上的垂直照度不應(yīng)低于750 lx。

5)有電視轉(zhuǎn)播要求的觀眾席前12排和主席臺(tái)面向場(chǎng)地方向的平均垂直照度不應(yīng)低于比賽場(chǎng)地主攝像機(jī)方向平均垂直照度的10%。主席臺(tái)面的平均水平照度值不宜低于200 lx，觀眾席的最小水平照度不宜低于50 lx。

6)對(duì)觀眾和攝像機(jī)，冰面的反射眩光應(yīng)減至最小[4]。

7)對(duì)冰球比賽項(xiàng)目來(lái)說(shuō)，應(yīng)提供足夠的照明來(lái)消除圍板產(chǎn)生的陰影，并保證在圍板附近有足夠的垂直照度，并增加球門(mén)區(qū)照明。

通過(guò)JGJ 153—2016《體育場(chǎng)館照明設(shè)計(jì)及檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)》中照明標(biāo)準(zhǔn)與奧運(yùn)會(huì)照明標(biāo)準(zhǔn)的對(duì)比可發(fā)現(xiàn)，照度要求大多滿足，但是冬奧會(huì)對(duì)燈具的要求更高，色溫達(dá)到5 600 K以上，并且對(duì)高速高清晰慢鏡頭的要求會(huì)更高。以上是通用標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)于某些比賽項(xiàng)目OBS對(duì)它們有特殊的要求。本文將介紹幾個(gè)比賽項(xiàng)目對(duì)照明的特殊要求。

3 冬奧會(huì)某些比賽項(xiàng)目的特殊要求

3.1 冰壺運(yùn)動(dòng)

根據(jù)OBS的照明需求，冰壺運(yùn)動(dòng)對(duì)照明的特殊要求如下。

1)由于冰壺場(chǎng)地大多由冰面組成，是一個(gè)半鏡面反射平面，所以在設(shè)計(jì)燈具位置和瞄準(zhǔn)點(diǎn)用來(lái)計(jì)算攝像機(jī)方向上的照度和眩光時(shí)要考慮到這一點(diǎn)。

2)場(chǎng)地照明需要兩個(gè)獨(dú)立的照明場(chǎng)景。照明場(chǎng)景如下：

(a)預(yù)賽：四條賽道；半決賽：兩條不相鄰的賽道。

(b)總決賽(中間位置)：一條賽道。

賽道平面圖如圖1所示。在燈光模式切換到場(chǎng)景2的時(shí)候，使非決賽區(qū)域處于較低的照度水平，并且不會(huì)降低決賽場(chǎng)地的燈光質(zhì)量，使相鄰賽道的平均水平照度約為決賽賽道的70%。為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)可以通過(guò)在決賽時(shí)增加附加燈具或者通過(guò)調(diào)光系統(tǒng)來(lái)達(dá)到這一目標(biāo)。后者只有在使用LED燈具的情況下才可能實(shí)現(xiàn)。

圖1 冰壺場(chǎng)地賽道平面圖Fig.1 Planes of curling field tracks

3)一般照明要求適用于冰壺場(chǎng)地照明。特別要求每個(gè)“主”高清攝像機(jī)場(chǎng)地中心線上的最低照度與最高照度的比值(Evmin/Evmax)≥0.9。

決賽時(shí)的照明相關(guān)質(zhì)量和相關(guān)定性標(biāo)準(zhǔn)與初賽和預(yù)賽時(shí)相同。在初賽和預(yù)賽時(shí)，主高清攝像機(jī)的垂直照度不得小于各方向上的垂直照度。

4)眩光等級(jí)計(jì)算時(shí)按照CIE 112技術(shù)報(bào)告計(jì)算，反射系數(shù)為0.7。

5)燈具的最低安裝高度應(yīng)比比賽區(qū)域冰層高4.5 m。照明設(shè)備必須放在適當(dāng)位置以確保消除對(duì)攝像機(jī)的直接眩光以及消除主攝像機(jī)方向上的冰面反射眩光，并盡量減少對(duì)次要攝像機(jī)的反射眩光，故不允許布燈區(qū)域如圖2所示。

原則上照明設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)確保沒(méi)有硬陰影，而軟陰影是建模所必要的。為盡量減少硬陰影，燈具應(yīng)均勻分布，可以分組擺放但相鄰燈具組之間需要有合適的間距。

照明布局(燈具位置和光束類(lèi)型)應(yīng)該是關(guān)于比賽場(chǎng)地長(zhǎng)軸和短軸對(duì)稱的。

6)主攝像機(jī)的機(jī)位位于賽道長(zhǎng)軸的末端區(qū)域和每個(gè)賽道正上方，如圖3所示。初賽、半決賽以及決賽時(shí)的機(jī)位如圖4所示。

圖3 主攝像機(jī)機(jī)位參考圖Fig.3 Reference position of main camera

圖4 冰壺決賽、半決賽和預(yù)賽的攝像機(jī)參考機(jī)位圖Fig.4 Reference positions of camera for curling finals,semifinals and preliminaries

3.2 冰球運(yùn)動(dòng)

1)關(guān)于比賽場(chǎng)地的要求。冰球場(chǎng)的尺寸為60 m×30 m，如果獲得國(guó)際冰球聯(lián)合會(huì)(International Ice Hockey Federation，IIHF)的批準(zhǔn)可能會(huì)有所不同。

冰場(chǎng)由107 cm高的擋板圍成，擋板可能會(huì)產(chǎn)生陰影，并且在擋板上方會(huì)有不同高度的保護(hù)性玻璃，可能會(huì)產(chǎn)生反射光，這些需要在照明設(shè)計(jì)中加以考慮。為了降低由于瞄準(zhǔn)角度相對(duì)陡峭而造成的高水平照度，可以將冰面涂成藍(lán)色或灰色。

2)關(guān)于比賽場(chǎng)地照度以及均勻度的要求。冰球場(chǎng)地照明適用冬奧會(huì)場(chǎng)地照明通用標(biāo)準(zhǔn)。此外主攝像機(jī)方向上的最大垂直照度應(yīng)在SRZ范圍內(nèi)，場(chǎng)地平面圖如圖5所示。

圖5 冰球場(chǎng)地平面圖及其區(qū)域劃分Fig.5 Planes and zones of ice hockey field

朝向替補(bǔ)席的攝像機(jī)，其方向上的垂直照度應(yīng)大于1 200 lx。

從休息室到賽場(chǎng)的通道，其中心線上對(duì)攝像機(jī)方向上的垂直照度最低要求為800 lx，并且最小照度與最大照度的比值≥0.4,最小照度與平均照度的比值≥0.6。

3)燈具的設(shè)置應(yīng)避免減少硬陰影，燈具之間的距離不超過(guò)5 m，并且照明設(shè)備關(guān)于比賽場(chǎng)地長(zhǎng)軸和短軸對(duì)稱。

為避免燈具光線經(jīng)過(guò)冰面反射而直接射向主攝像機(jī)，主攝像機(jī)對(duì)面燈具的安裝高度應(yīng)該高于場(chǎng)地邊的木板以及其他障礙物，形成的夾角大于或等于場(chǎng)地邊到主攝像機(jī)的夾角，如圖6所示。燈具的位置應(yīng)避免放在四角，如圖7所示。

圖6 冰球場(chǎng)地?zé)艟卟贾媒嵌仁疽鈭DFig.6 Layout angle of luminaires in ice hockey field

圖7 場(chǎng)地四角不能布置燈具示意圖Fig.7 Zones without luminaires at the four corners of the field

4)眩光等級(jí)按照CIE 112技術(shù)報(bào)告計(jì)算，反射系數(shù)為0.7。

5)燈具不得位于球門(mén)正后方，且應(yīng)該是交叉瞄準(zhǔn)的，并配合合適的眩光控制裝備，以防止眩光直接照射到對(duì)面的守門(mén)員。

6)主攝像機(jī)主要設(shè)置在四周看臺(tái)中心的高處、與比賽區(qū)域同一平面的四角、球門(mén)附近位置、替補(bǔ)席附近、更衣室到比賽場(chǎng)地的通道里，具體機(jī)位參考圖如圖8所示。

3.3 速度滑冰

1)400 m的速滑跑道外徑為180 m×66 m，有兩條 4 m寬的相鄰跑道和一條內(nèi)側(cè)熱身跑道，如圖9所示。

2)在賽場(chǎng)中心區(qū)域也就是內(nèi)場(chǎng)區(qū)域的垂直照度應(yīng)大于1 200 lx，平均水平照度為賽道的0.7倍。

3)眩光等級(jí)計(jì)算時(shí)按照CIE 112技術(shù)報(bào)告計(jì)算，反射系數(shù)為0.6。

4)速度滑冰的冰面比較潮濕，所以更像是一面鏡子，更要避免燈具光線通過(guò)冰面反射到攝像機(jī)而產(chǎn)生眩光。圖10展示的燈具位置可能會(huì)產(chǎn)生反射到攝像機(jī)燈光以及產(chǎn)生攝像機(jī)眩光后的效果圖。

為減少硬陰影，燈具應(yīng)均勻分布，燈具可以數(shù)量相似但相鄰燈具之間的間距不超過(guò)5 m，布局與瞄準(zhǔn)角應(yīng)該是關(guān)于比賽場(chǎng)地長(zhǎng)軸和短軸對(duì)稱的。

5)主攝像機(jī)主要設(shè)置在看臺(tái)高處，距終點(diǎn)的水平距離約為9 m、看臺(tái)高處，距起點(diǎn)的水平距離約為5 m、在1 000 m起點(diǎn)位置、在比賽場(chǎng)地護(hù)欄外，比賽時(shí)第一圈結(jié)束的位置、在比賽護(hù)欄外，比賽時(shí)最后一圈的結(jié)束位置、比賽場(chǎng)地中心位置、軌道攝像機(jī)布置在圍欄外，軌道從1 000 m起點(diǎn)位置到終點(diǎn)位置，具體機(jī)位圖如圖11所示。

3.4 跳臺(tái)滑雪

1)場(chǎng)地要求。起跑區(qū)附近的熱身室；準(zhǔn)備區(qū)域；教練區(qū)；運(yùn)動(dòng)員飛行與著陸區(qū)域；結(jié)束區(qū)域。

2)計(jì)算水平和攝像機(jī)方向上的垂直照度時(shí)，計(jì)算平面與賽道均為1.5 m并模擬整個(gè)比賽區(qū)域的坡度變化。比賽場(chǎng)地還分為如下兩個(gè)計(jì)算平面。如圖12所示。

圖12 比賽過(guò)程垂直照度計(jì)算網(wǎng)格Fig.12 Calculation grids of vertical illuminance in the competition process

起跳計(jì)算平面：從起點(diǎn)到起飛點(diǎn)，距離賽道均為3 m的平面。

飛行計(jì)算平面：從起飛到著陸點(diǎn)，距離賽道均為5 m的平面。

在起跳，飛行以及著陸的過(guò)程中，攝像機(jī)方向上的最小照度應(yīng)大于1 600 lx。

3)眩光等級(jí)按照CIE112技術(shù)報(bào)告計(jì)算，反射系數(shù)為0.7。

在起飛和飛行階段時(shí)GR≤30，除了運(yùn)動(dòng)員和攝像機(jī)考慮眩光之外，還應(yīng)考慮教練、裁判塔中間區(qū)域、運(yùn)動(dòng)員觀看區(qū)域的眩光值。

4)比賽場(chǎng)地設(shè)有90 m級(jí)和120 m級(jí)兩個(gè)比賽區(qū)域。燈光控制系統(tǒng)可以有一個(gè)或者兩個(gè)。當(dāng)進(jìn)行不同場(chǎng)地的比賽時(shí)應(yīng)該采用開(kāi)關(guān)控制，以滿足要求。

在開(kāi)始區(qū)域?yàn)榱藵M足參賽者準(zhǔn)備，照明應(yīng)該滿足360°覆蓋，并且從三個(gè)主要方向發(fā)光。在結(jié)束區(qū)域?yàn)榱藞?bào)道各運(yùn)動(dòng)員的反應(yīng)，照明要求同上。建議在起飛處到著陸區(qū)一般采用40 m以上的高桅桿照明，以避免山坡一側(cè)的眩光。燈具的瞄準(zhǔn)方向一般為橫向或者為下坡方向；向上坡瞄準(zhǔn)的燈具瞄準(zhǔn)角度越小越好，以避免眩光。

照明設(shè)備如果安裝在起飛前的護(hù)欄或者結(jié)構(gòu)上，不得將光線直接投射到運(yùn)動(dòng)員或者攝像機(jī)的方向。如果有跟蹤攝像機(jī)，照明設(shè)計(jì)應(yīng)避免陰影在滑道上。

5)主攝像機(jī)位置：熱身和準(zhǔn)備區(qū)域；賽道頂部，側(cè)面；起飛處側(cè)面；裁判塔頂部；著陸點(diǎn)到終點(diǎn)區(qū)域；跑道終點(diǎn)區(qū)域；空中跟蹤攝像機(jī)。具體攝像機(jī)布局如圖13所示。

4 總結(jié)

本文對(duì)《體育場(chǎng)館照明設(shè)計(jì)及檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)》(JGJ 153—2016)與冬奧會(huì)照明標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了對(duì)比研究，可以發(fā)現(xiàn)JGJ 153—2016中照度基本符合國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)要求，但燈具的色溫需要提高至5 600 K，對(duì)高速攝像機(jī)方向上的照度均勻度需要提高，主攝像機(jī)方向上的最低垂直照度要達(dá)到1600 lx，并做好在冰面以及雪面的眩光控制。照明設(shè)計(jì)師可以通過(guò)本文較為全面地了解冬奧場(chǎng)館的通用標(biāo)準(zhǔn)以及部分項(xiàng)目的特殊要求，從而設(shè)計(jì)出高質(zhì)量的冬季奧運(yùn)會(huì)場(chǎng)地照明，為運(yùn)動(dòng)員提供良好的比賽環(huán)境，讓現(xiàn)場(chǎng)和電視機(jī)前的觀眾擁有高質(zhì)量的視覺(jué)感受。