體育場照明設計主要是為滿足足球、田徑、橄欖球、曲棍球等運動的需要。足球運動因球的運行不僅在地面上，同時還在距地 10~30m 的空間進行。因此在一定的空間高度的各個方向上要保持一定的亮度，一般足球場上空 15m 以下空間的光分布要非常均勻。

田徑比賽大部分在距地面約 3m 高度的范圍內進行，這類運動設施的照明，主要是滿足地面上的光分布均勻的要求。標槍、鐵餅、鏈球等項目運動高度可達20米，原來這類項目往往不在晚上舉行，但現在這些運動晚上舉行的較多，而且往往是決賽或資格賽，重要程度可見一斑。因此場地照明必須滿足這類項目的需求。

橄欖球、曲棍球等運動在我國不普及，如有需要可參閱相關資料，在此不贅述了。

為了適合于彩色電視實況轉播尤其高清電視轉播的要求，要求運動員和場地以及觀眾之間的亮度比率應具有一定數值。

要做好一個體育場照明設計，設計者首先必須了解和掌握體育場照明要求：應有足夠的照度和照明的均勻度，無眩光照明，適當的陰影效果，光源色度參數的正確性等等，下面進行定性的描述。

彩色電視轉播照明應以場地的垂直照度為設計的主要指標，場地照明一般必須滿足運動員、觀眾和攝像機三方面的要求。為此要求水平照度、垂直照度及攝像機拍攝全景畫面時的亮度，必須保持變化的一致性。運動員、場地和觀眾之間的亮度變化比率不得超過某一數值，這樣才能適應彩色電視攝像要求。

彩色電視轉播要求照度比黑白電視高，高清電視轉播要求的照度又高于標清的彩電轉播，超高清電視轉播現在也在試驗中，對照明要求將會更高。另外，照度與電視畫面的畫幅有密切的關系，照度低，那么電視轉播僅限于攝取全景；如果照度高，既可攝取全景又能拍攝特寫鏡頭，從而使電視播送更生動。

均勻度的要求主要源于電視攝像機的要求，而不相稱的均勻度，也會給運動員和觀眾帶來視覺上的痛苦。照度均勻度規定表面上的最小照度（Emin）與最大照度（Emax）之比（U1），最小照度（Emin）與平均照度（Eave）之比（U2）。均勻度用來控制整個場地上的視看狀況，U1有利于視看功能。U2有利于視覺舒適。 

在和鏡頭軸線的主要方向相垂直的比賽場地上1.0-1.5m 高的范圍內測得的平均照度應不低于 1400lx，實際上 1000lx 對于攝影也是可能的。

對于一個面積相當大的體育場地(如球場周圍加上跑道，面積為120m×200m)來說，其水平照度的均勻度不如其中足球場地的均勻度。既要能保持轉播所需的照度梯度，又要滿足照度均勻度的要求，才能保證電視攝像機能攝取優質的電視畫面。

運動員的動作愈迅速、運動器具愈小，對于垂直照度、照度均勻度及照度梯度要求就愈嚴格。

彩色轉播足球比賽時，水平面或垂直面上相鄰網格點間的照度變化率每 5m 不應超過20%，非彩電轉播時不應超過50%。

電視攝像機的作用與人的視覺有些相似，攝像機和人眼都是以感覺照明的強度作為亮度，因此，畫面對比以及其背景，對于畫面質量來說都是最重要的。一方面由于缺乏充分的對比，好的畫面就不能取得；另一方面由于難于處理明暗，同樣也妨礙高質量畫面的產生。

亮度和眩光對于運動員和觀眾的視覺舒服與否都是很重要的，考慮到要避免太暗的背景，一部分光線應當射向看臺，觀眾席座位面的平均水平照度應滿足100 lx 的要求，主席臺面的照度不宜低于200 lx。靠近比賽區前12排（15排）觀眾席的垂直照度不宜小于場地垂直照度的25% 。這不僅使對面看臺上觀眾眩光減少，而且電視畫面也因為有了一個明亮的看臺背景，使畫面質量更為有利。

總的來說，眩光在很大程度上系由照明設施的亮度、燈具布置的實體角、發光的面積、燈具的方向與正常觀看方向之間的角度、照明設施亮度與其觀看時的背景亮度之間的關系、以及人眼適應的條件(主要系由視野亮度來決定)等一系列因素來決定。如果要獲得舒適的觀看條件，必須使得視野內直接亮度不超過背景可依據的某一亮度值。

眩光問題，只要協調好觀眾、運動員之間的矛盾就能解決，這一協調工作由設計師來完成，即設計時就應當考慮投光燈的光線分布、安裝方案、燈懸掛高度以及其它因素。寬光束的投光燈容易獲得場地的均勻效果，但會增加對看臺上的觀眾的眩光，因此，適當選用中等光束和窄光束投光燈相結合的方案來解決眩光問題。投光燈分類、光束角的關系見表1。

表1 投光燈燈具分類

亮度對比強，同時又有陰影，這些都有礙于電視攝像機的正確調整，因而會影響電視畫面的質量。過于黑暗也會降低視覺的舒適。另一方面，陰影對于電視轉播和觀眾來說卻又很重要，特別是當具有快速動作的高速傳球特點的足球比賽時，如果有陰影的影響，距球遠的觀眾是無法跟蹤上目標的。

可以細致地調整投光燈，同時避免了影響照明的不利因素就可以改善或消除陰影的影響。但是對于有雨棚的體育場，陽光下的陰影是很難避免的，盡管使用人工照明進行補光也無濟于事。

圖14-2 慕尼黑安聯體育場日光下的陰影

顏色較正對于觀眾和彩色電視轉播都很重要。電視攝像機色溫在很大范圍內能夠加以調節，可以使用色溫 3000-6000K 的光源進行電視轉播。但是，體育場是室外運動場，在選擇光源時，要考慮日光的色溫，即5000-6000K。可能發生這種情況，比賽在日光下開始，而在夕陽西下時，即在冷光照明下結束(通常用“全天候”這一詞來形容這一情況)。在夕陽和人工照明雙重光線下，要求日光色溫與人工照明光源的色溫相一致，這樣電視攝像機可以進行連續轉播，由日光順利過渡到人工照明。

金屬鹵化物燈在場地照明中應用極為廣泛，其具有 4000～6000K 的色溫，完全可以滿足室外彩色電視轉播的需求。

近年來，LED 在場地照明中得到試驗性的應用，效果良好，大有取代金鹵燈之勢，對色溫要求更為寬泛，但對顯色性的研究還在進行中。

照明裝置在使用一定周期后，在規定表面上的平均照度或平均亮度與該裝置在相同條件下新裝時在同一表面上所得到的平均照度或平均亮度之比稱為維護系數（maintenance factor）。照明計算時維護系數取值見本章第一節，室外體育場照明計算時還應計入5%～15%的大氣吸收系數，主要考慮空氣對光的吸收、反射、散射等因素，從而對照明的影響。大氣吸收系數與維護系數是不同的概念，但在工程中經常會統一考慮。

而《體育建筑設計規范》JGJ31-2003中要求室外時維護系數應取0.55，另外還計入30%大氣吸收系數，將會造成較大的浪費。以綜合體育場為例，假設某體育場沒考慮維護系數時，使用 350 套 2000W 的金鹵燈即可滿足要求，考慮維護系數0.7時，用燈量為350/0.7=500 套，如果維護系數和大氣吸收系數按 JGJ31-2003 取值，則為 350/(0.55x0.7)=909 套燈具，比上述取值多出909-500=409套燈具，相應還需增加電纜、配電、荷載等費用，維護費用和工作量也增加不少。

目前，《體育建筑設計規范》正在修編之中，相信關于大氣吸收系數的條款將會修訂。

另一方面，忽略大氣吸收系數也是不妥的，尤其多霧、霧霾嚴重的地區更要重視大氣的影響。仍以上述體育場為例，如果大氣吸收系數取10%，則該體育場使用 2000W 金鹵燈數量應為350/0.7×(1-10%)=556套，這樣才能保證場地上得到良好的照明。國家體育場“鳥巢”的場地照明計算取10%的大氣吸收系數。

立體感是指光照射在物體(即運動員和運動器具)上時所產生的效果，使物體的形體細部和輪廓都能看得清晰。例如在判斷距離和速度時，很大程度上取決于對物體形狀能夠清楚的辨認。

要取得良好的立體感，就必須從物體的各側都要有光，但并不要絕對均勻。立體感要把握好度，沒有立體感則轉播的電視畫面比較生硬、呆板；過度強調立體感則會產生類似重點照明中的戲曲效果，被照的人和物將會產生較嚴重的亮斑和陰影，電視轉播將不會清晰，轉播效果將大大折扣。

對于重要賽事，需要認真對待立體感問題。以奧運會為例，要求場地照明從不同方向照射到場地內，且場地內每個計算點的四個方向（平行于邊線和底線）垂直照度的最小值與最大值之比不小于0.6。

頻閃效應是在以一定頻率變化的光照射下，觀察到物體運動顯現出不同于其實際運動的現象，通常的表現形式有抖動、閃動等。頻閃效應對電視轉播影響較大，可以想象，如果電視畫面出現抖動、閃動等現象，電視觀眾將無法接受，電視廣告、電視轉播權等電視轉播經濟將會受到重大影響。尤其當今已經進入 LED 照明時代，頻閃效應更加突出，大大影響轉播的效果，尤其對高清電視轉播、慢動作等影響更大。

國際上頻閃效應的定量研究尚處在初級階段，其定義尚沒達成一致，有不同的定義方法。第10版的北美照明工程協會（TheIlluminating Engineering Society of North America）的《IES照明手冊》（IESLighting Handbook）給出了兩個描述頻閃效應的概念。頻閃比是描述頻閃效應的方法之一，即在某一頻率下，輸出光通最大值與最小值之差比輸出光通最大值與最小值之和，用百分比表示。

如圖2所示，A 和 B 分別是一個周期內的光輸出的最大值和最小值，頻閃比 Rf=（A-B）/(A+B)。頻閃比的描述見表2，因此，場地照明的頻閃比達到6%就會對電視轉播產生輕微的影響，該數值可以作為高等級賽事頻閃效應評判的限值。

表2  頻閃比的描述

另一種描述頻閃效應的方法是頻閃指數，即在一個周期內，光輸出平均值以上部分A1與整個光輸出（A1+A2）的比值，即FI=A1/(A1+A2)，其值在0~1.0。頻閃指數需要進行積分計算，使用起來比較繁瑣。

圖2  頻閃效應的描述

為減少頻閃效應，可以采用三相供電的場所，將照射在同一照明區域的不同燈具分接在不同相序的供電回路上，即三相同點法。在使用數量較多的寬光束燈具時，幾乎是自然地可達到上述要求，但在使用窄光束燈具時，則必須分三個相位以三相的組合方式投射。

使用高頻電子鎮流器也可以消除或減輕頻閃效應，但電子鎮流器只能用于中小功率的金鹵燈，大功率的金鹵燈尚沒有成熟的產品。

超慢鏡頭回放區域可以采用 LED 燈，且可采取直流系統供電。但由于直流供配電系統的局限性和經濟性，只能用于局部重要區域。

圖3 2004年雅典奧運會 Panathinaiko 體育場臨時照明系統

使用大型燈具可以減少投光燈數目，但是在多數情況下，從均勻度要求的觀點來看，不可能做到把光線照射的足夠均勻，而且在使用窄光束時，肯定不可能達到均勻度要求。為此，最好多種配光配合使用，并使用功率適宜的燈具。

對于體育場來說，目前較多使用 2000W 的金鹵燈，大型體育場使用窄光束、特窄光束燈具較多，并配以適量的中光束燈具，專用足球場燈具總數一般不超過300套就可滿足世界杯足球賽的要求。而綜合性體育場場地照明燈具將在400套以上。也有少數體育場采用1500W、1800W 的金鹵燈，這時燈具數量會多一些。

大型體育比賽，如奧運會，有時會采用臨時性照明系統，如圖3所示為2004年雅典奧運會 Panathinaiko 體育場臨時照明系統，該體育場為現代奧運會即1896年第一屆夏季奧運會的比賽場地，是現代奧運會的發源地。奧運會期間，臨時照明的光源為 6000W 金鹵燈，由于是臨時采用，這個方案是可以接受的，燈具數量將大大減少。

LED 燈逐漸在體育場場地照明中得到應用，并有快速普及的趨勢。燈具數量和功率將大大減少。限于技術和造價因素，目前多用在等級較低的體育場中。

圖4為汕頭大學室外場地，燈具由 Musco 公司提供，其中：

圖5為北京工人體育場國安足球練習場，該場地是標準的11人場地，共計采用96套180W的LED燈，兩側燈布，共6根燈桿，每根燈桿上安裝16盞燈，總安裝功率17.28kW，燈具由北京新能陽光公司提供。

圖4  汕頭大學室外場地（本照片由Musco公司提供）

圖5  北京工人體育場練習場（本照片由北京信能陽光公司提供）

描述燈具照射方向的有投射角、瞄準角、俯角、仰角等等，其中瞄準角是規范用詞，在我國多部標準中有所規定，正在修訂的《體育場館照明設計及檢測標準》試圖規范這些用語、用詞。

在圖6中，燈具瞄準角是燈具的瞄準方向（主光強方向）與垂線的夾角，如果瞄準角越大，垂直面照度Ev就越大，對運動員、觀眾的眩光就會增大。反之，如果燈具投射角越小，垂直照度也越小，不容易滿足電視轉播的要求。因此，在設計時，燈具投射角在25°~65°為宜。

圖6 燈具瞄準角

選用體育場照明光源要從光效、壽命、色溫、顯色性、投資和運行等諸方面綜合考慮，目前，體育場多選用金屬鹵化物燈，LED 燈也有所應用。金鹵燈是目前體育場照明性價比最佳的光源，比較適用于彩色電視轉播，該光源便于控制光束、光效高(50-110lm／W)、顯色性好(Ra=80-94)等優點。近年來異軍突起的 LED 燈則在體積、方向性、節能、控制等方面占有優勢，發展較快。

體育場照明所用燈具主要是投光燈。要重視投光燈的下述技術參數：燈具總光通量、燈具效率、燈具有效光通量、燈具有效效率、峰值光強、溢出光、燈具遮光角等。

如果采用 LED 燈，除上述因素需要考慮外，還要考慮色容差、色品坐標、特殊顯色指數R9、頻閃比等參數。

選擇金鹵燈燈具，首先要考慮光束的寬度和光斑的形狀。

投光燈按光學性能可分為三種。

首先，圓形投光燈，用于遠距離投光，必須用高強度光束。將拋物線弧形反光器和小體積高亮度的光源結合起來，容易得到高強度的光束。這種方法形成的光束是錐形，在場地上投射的光斑呈橢圓形。

其次，長方形投光燈，用于近距離投光。近距離投射場地時最好用水平方向寬光束燈具，可以用槽形的拋物線弧形剖面的反射器，配以線狀光源，光束是扇形的。

第三，蝸牛形投光燈，用于中距離投光。可以用圓形或槽形反射器使光束漫射，以獲得中距離投光的覆蓋能力。投光燈到被照面的距離近時用寬光束燈較經濟，距離愈遠采用光束愈窄，其利用程度越高。

而 LED 燈則采用透鏡，突破原有的反射器束縛，方向性更加優秀，配光更加多樣、靈活。