北京建筑大学 常昊 王成 朱心月 岳云涛
摘要：体育场馆的场地照明作为重要的技术支撑，为冬奥会的运动员发挥应有的水平和观众体会竞技体育的魅力起到非常重要的作用。本文通过对奥林匹克广播服务公司（OBS）提出的冬奥会场地照明相关标准与JGJ 153－2016《体育场馆照明设计及检测标准》进行对比，分析了两者之间差别，并且对某些冬奥会比赛项目的特殊要求进行了说明。
关键词：体育场馆 照明 冬奥会 照明标准
距离北京2022年冬奥会越来越近，许多奥运场馆都在紧张建设中。由于冬季奥运会比赛项目与场地的多样性以及照明水平的重要性，对照明的要求更加严格。冬奥会比赛传统分为冰上与雪上项目两大类[1]：冰上项目包括速度滑冰、短道速滑、花样滑冰、冰球、冰壶；雪上项目包括跳台滑雪、高山滑雪、自由式滑雪等。根据北京冬奥委员会官网[2]显示，第24届北京－张家口冬奥会规划使用25个场馆。冰上项目将全部由北京赛区承办，具体是国家游泳中心（冰壶）、国家体育馆（冰球）、首都体育馆（短道速滑）以及新建的国家速滑馆（速度滑冰）；雪上项目将分别在北京延庆赛区和张家口崇礼赛区举办。
本文主要依据奥林匹克广播服务公司（OBS）提供的冬季奥运会照明要求和JGJ 153－2016《体育场馆照明设计及检测标准》，总结和分析了冬奥会通用项目标准、冰壶项目、冰球项目、速度滑冰和跳台滑雪的照明要点，以便能够同时满足奥委会和国内标准的要求。
1 冬奥会比赛项目通用照明标准
奥林匹克广播服务公司（OBS）提供的冬季奥运会通用照明标准要点如下：
（1）每个比赛区域的场地照明必须满足最高等级的摄影要求。
照明的详细要求和灯具位置将取决于比赛和场地本身，并将与各新闻机构协商确定。在灯光和天然光混合的场所，必须特别注意灯具的色温。在室内场地，通过窗户或半透明屋顶照射进来的阳光可能会对运动员或者摄像机造成干扰，所以必须解决这个问题。所有媒体直播或报道区域（比赛领域、休息室、混合区和采访室）的灯光效果必须由各新闻媒体单位通过。
（2）比赛区域照度相关及灯具要求。
场地照明的计算区域应延长实际比赛区1m～2m。比赛场地的任何地点主摄像机方向上的垂直照度不应小于1600lx，一些体育项目可能需要2000lx以上。
在均匀度方面，最高和最低照度之比不超过1.5：1，相当于U 1 ≥0. 67；平均水平和垂直照度之比不超过2：1；比赛场地和观众场地垂直照度之比不超过4：1。
高速慢镜头摄像机要求其方向上的垂直照度有非常高的均匀度。
在运动员飞行的情况下，照明设计的所有相关要求包括飞行中的运动员身体。
灯具的构造或安装应使用特制的眩光控制装置，并且照明设备的位置应尽量减少直接眩光和反射眩光（由冰面或者雪面反射投射光引起）。
在应急照明方面，在停电的情况下，OBS要求备用电源提供平时照明标准的50%。此外，OBS还要求应急照明的均匀度较高。
在灯具方面，统一色温高于5600K；所有灯具的显色指数大于90。灯具应以某种方式固定在天花板或建筑物上或悬挂在建筑物上的马道上，灯最好不要安装在灯杆上（我们认为，此要求对雪上运动项目不太合适）。灯具仰角瞄准角（灯具照射方向与垂直向下方向的夹角）应小于等于65°；光线应该至少从3个方向到达比赛区域的任何一点；任何灯具和竞赛区域中的任何一点之间必须有一条清晰的路径；没有构筑物或物料（旗帜、横额、影像板等）阻挡光线；除了空中运动外，原则上灯具的设计和安装应该保证其水平面以上没有光。
（3）比赛区域外相关照度要求。
每个场地至少应有两个灯光控制系统（对应不同区域），以便在最后调整时有很大的灵活性。比赛区域将是第一个区域，观众席前20排通常是这些单独控制区中的第二个。此要求比较特别，需特别注意。
在观众区域照明方面，前12排对摄像机的平均垂直照度应大于等于比赛区域的25%，小于等于比赛区域的30%；在第12排以后均匀减少，直到最后一排对摄像机的平均垂直照度在比赛区域的10%以下。并且比赛区域外的光线水平应均匀降低。
2 JGJ 153－2016《体育场馆照明设计及检测标准》[3]
冰上项目均在体育馆内，雪上项目在室外进行。本文仅列举冰上项目和跳台滑雪项目Ⅳ级～Ⅵ级的标准值，以便和冬奥会标准对比。JGJ 153－2016《体育场馆照明设计及检测标准》标准相关要求如表1所示。
表1 我国冰上项目和跳台滑雪项目照明标准值
表1中，E h、E vmai和E vaux和分别表示水平照度，主摄像机方向上的垂直照度和辅摄像机方向上的垂直照度；U 1、U 2分别表示最小照度与最大照度之比和最小照度与平均照度之比；Tcp、Ｒa、CR分别表示灯具的色温、显色指数和场地的眩光值。
JGJ 153-2016《体育场馆照明设计及检测标准》在照度要求方面还做了以下相关规定：
（1）有电视转播时场地平均水平照度与平均垂直照度的比值宜为：体育场0.75～1.8，体育馆1.0～2.0。
（2）有超高速摄像要求时，摄像机方向的垂直照度不应低于1800lx，场地照明的频闪比不宜大于6%。
（3）HDTV转播重大比赛时，比赛场地每个计算点4个方向上的最小垂直照度和最大垂直照度之比不应小于0.6。
（4）重大比赛时TV应急照明的照度标准值宜为该级照度的50%，且主摄像机方向上的垂直照度不应低于750lx。
（5）有电视转播要求的观众席前12排和主席台面向场地方向的平均垂直照度不应低于比赛场地主摄像机方向平均垂直照度的10%。主席台面的平均水平照度值不宜低于200lx，观众席的最小水平照度不宜低于50lx。
（6）对观众和摄像机，冰面的反射眩光应减至最小[4]。
（7）对冰球比赛项目来说，应提供足够的照明来消除围板产生的阴影，并保证在围板附近有足够的垂直照度，并增加球门区照明。
通过JGJ 153－2016《体育场馆照明设计及检测标准》中照明标准与奥运会照明标准的对比可发现，照度要求大多满足，但是冬奥会对灯具的要求更高，色温达到5600K以上，并且对高速高清晰慢镜头的要求会更高。以上是通用标准，对于某些比赛项目OBS对它们有特殊的要求。本文将介绍几个比赛项目对照明的特殊要求。
3 冬奥会某些比赛项目的特殊要求
3.1 冰壶运动
根据OBS的照明需求，冰壶运动对照明的特殊要求如下。
（1）由于冰壶场地大多由冰面组成，是一个半镜面反射平面，所以在设计灯具位置和瞄准点用来计算摄像机方向上的照度和眩光时要考虑到这一点。
（2）场地照明需要两个独立的照明场景。照明场景如下：
（a）预赛：4条赛道；半决赛：两条不相邻的赛道。
（b）总决赛（中间位置）：一条赛道。
赛道平面图如图1所示。在灯光模式切换到场景2的时候，使非决赛区域处于较低的照度水平，并且不会降低决赛场地的灯光质量，使相邻赛道的平均水平照度约为决赛赛道的70%。为实现这一目标可以通过在决赛时增加附加灯具或者通过调光系统来达到这一目标。后者只有在使用LED灯具的情况下才可能实现。
图1 冰壶场地赛道平面图
（3）一般照明要求适用于冰壶场地照明。特别要求每个“主”高清摄像机场地中心线上的最低照度与最高照度的比值( E vmin /E vmax) ≥0.9。
决赛时的照明相关质量和相关定性标准与初赛和预赛时相同。在初赛和预赛时，主高清摄像机的垂直照度不得小于各方向上的垂直照度。
（4）眩光等级计算时按照CIE 112技术报告计算，反射系数为0.7。
（5）灯具的最低安装高度应比比赛区域冰层高4.5m。照明设备必须放在适当位置以确保消除对摄像机的直接眩光以及消除主摄像机方向上的冰面反射眩光，并尽量减少对次要摄像机的反射眩光，故不允许布灯区域如图2所示。
图2 冰壶场地不允许布灯区域
原则上照明设计时应确保没有硬阴影，而软阴影是建模所必要的。为尽量减少硬阴影，灯具应均匀分布，可以分组摆放但相邻灯具组之间需要有合适的间距。
照明布局（灯具位置和光束类型）应该是关于比赛场地长轴和短轴对称的。
（6）主摄像机的机位位于赛道长轴的末端区域和每个赛道正上方，如图3所示。初赛、半决赛以及决赛时的机位如图4所示。
图3 主摄像机机位参考图
图4 冰壶决赛、半决赛和预赛的摄像机参考机位图
3.2 冰球运动
（1）关于比赛场地的要求。冰球场的尺寸为60m×30m，如果获得国际冰球联合会（IIHF）的批准可能会有所不同。
冰场由107cm高的挡板围成，挡板可能会产生阴影，并且在挡板上方会有不同高度的保护性玻璃，可能会产生反射光，这些需要在照明设计中加以考虑。为了降低由于瞄准角度相对陡峭而造成的高水平照度，可以将冰面涂成蓝色或灰色。
（2）关于比赛场地照度以及均匀度的要求。冰球场地照明适用冬奥会场地照明通用标准。此外主摄像机方向上的最大垂直照度应在SRZ范围内，场地平面图如图5所示。
图5 冰球场地平面图及其区域划分
朝向替补席的摄像机，其方向上的垂直照度应大于1200lx。
从休息室到赛场的通道，其中心线上对摄像机方向上的垂直照度最低要求为800lx，并且最小照度与最大照度的比值≥0.4，最小照度与平均照度的比值≥0.6。
（3）灯具的设置应避免减少硬阴影，灯具之间的距离不超过5m，并且照明设备关于比赛场地长轴和短轴对称。
为避免灯具光线经过冰面反射而直接射向主摄像机，主摄像机对面灯具的安装高度应该高于场地边的木板以及其他障碍物，形成的夹角大于或等于场地边到主摄像机的夹角，如图6所示。灯具的位置应避免放在四角，如图7所示。
图6 冰球场地灯具布置角度示意图
图7 场地四角不能布置灯具示意图
（4）眩光等级按照CIE 112技术报告计算，反射系数为0.7。
（5）灯具不得位于球门正后方，且应该是交叉瞄准的，并配合合适的眩光控制装备，以防止眩光直接照射到对面的守门员。
（6）主摄像机主要设置在四周看台中心的高处、与比赛区域同一平面的四角、球门附近位置、替补席附近、更衣室到比赛场地的通道里，具体机位参考图如图8所示。
图8 冰球场地摄像机机位参考图
3.3 速度滑冰
（1）400m的速滑跑道外径为180m×66m，有两条4m宽的相邻跑道和一条内侧热身跑道，如图9所示。
图9 速度滑冰赛场平面图
（2）在赛场中心区域也就是内场区域的垂直照度应大于1200lx，平均水平照度为赛道的0.7倍。
（3）眩光等级计算时按照CIE 112技术报告计算，反射系数为0.6。
（4）速度滑冰的冰面比较潮湿，所以更像是一面镜子，更要避免灯具光线通过冰面反射到摄像机而产生眩光。图10展示的灯具位置可能会产生反射到摄像机灯光以及产生摄像机眩光后的效果图。
图10 可能产生摄像机眩光的灯具位置及效果图
为减少硬阴影，灯具应均匀分布，灯具可以数量相似但相邻灯具之间的间距不超过5m，布局与瞄准角应该是关于比赛场地长轴和短轴对称的。
（5）主摄像机主要设置在看台高处，距终点的水平距离约为9m、看台高处，距起点的水平距离约为5m、在1000m起点位置、在比赛场地护栏外，比赛时第一圈结束的位置、在比赛护栏外，比赛时最后一圈的结束位置、比赛场地中心位置、轨道摄像机布置在围栏外，轨道从1000m起点位置到终点位置，具体机位图如图11所示。
图11 速度滑冰摄像机机位图
3.4 跳台滑雪
（1）场地要求。起跑区附近的热身室；准备区域；教练区；运动员飞行与着陆区域；结束区域。
（2）计算水平和摄像机方向上的垂直照度时，计算平面与赛道均为1.5m并模拟整个比赛区域的坡度变化。比赛场地还分为如下两个计算平面。如图12所示。
图12 比赛过程垂直照度计算网格
起跳计算平面：从起点到起飞点，距离赛道均为3m的平面。
飞行计算平面：从起飞到着陆点，距离赛道均为5m的平面。
在起跳，飞行以及着陆的过程中，摄像机方向上的最小照度应大于1600lx。
（3）眩光等级按照CIE 112技术报告计算，反射系数为0.7。
在起飞和飞行阶段时GR≤30，除了运动员和摄像机考虑眩光之外，还应考虑教练、裁判塔中间区域、运动员观看区域的眩光值。
（4）比赛场地设有90m级和120m级两个比赛区域。灯光控制系统可以有一个或者两个。当进行不同场地的比赛时应该采用开关控制，以满足要求。
在开始区域为了满足参赛者准备，照明应该满足360°覆盖，并且从3个主要方向发光。在结束区域为了报道各运动员的反应，照明要求同上。建议在起飞处到着陆区一般采用40m以上的高桅杆照明，以避免山坡一侧的眩光。灯具的瞄准方向一般为横向或者为下坡方向；向上坡瞄准的灯具瞄准角度越小越好，以避免眩光。
照明设备如果安装在起飞前的护栏或者结构上，不得将光线直接投射到运动员或者摄像机的方向。如果有跟踪摄像机，照明设计应避免阴影在滑道上。
（5）主摄像机位置：热身和准备区域；赛道顶部，侧面；起飞处侧面；裁判塔顶部；着陆点到终点区域；跑道终点区域；空中跟踪摄像机。具体摄像机布局如图13所示。
图13 跳台滑雪90m级和120m级摄像机参考机位图
4 总结
本文对《体育场馆照明设计及检测标准》（JGJ 153－2016）与冬奥会照明标准进行了对比研究，可以发现JGJ 153－2016中照度基本符合国际标准要求，但灯具的色温需要提高至5600K，对高速摄像机方向上的照度均匀度需要提高，主摄像机方向上的最低垂直照度要达到1600lx，并做好在冰面以及雪面的眩光控制。照明设计师可以通过本文较为全面地了解冬奥场馆的通用标准以及部分项目的特殊要求，从而设计出高质量的冬季奥运会场地照明，为运动员提供良好的比赛环境，让现场和电视机前的观众拥有高质量的视觉感受。
参考文献：
[1]李农，于猛.北京-张家口冬奥会体育场馆的照明设计标准研究[J].照明工程学报，2017，28（2）：70-74.
[2]北京2022年冬奥会和冬残奥会组织委员会.赛区场馆[EB/OL].http：//www.beijing2022.cn/.
[3]体育场馆照明设计及检测标准：JGJ 153-2016[S].北京：中国建筑工业出版社，2016.
[4]李炳华，董青.体育照明设计手册[M].北京：中国电力出版社，2009.
来源：《照明工程学报》
《照明技术与设计》2021年1+2月
