李炳華，王炳錚，潘 鑫，李 鵬，岳云濤

(1.悉地國際設(shè)計(jì)顧問有限公司，北京 100013；2.北京建筑大學(xué)，北京 100044)

引言

國際足球聯(lián)合會(Fédération Internationale de Football Association，F(xiàn)IFA)關(guān)于足球場人工照明標(biāo)準(zhǔn)發(fā)生重大變化，這種變化是全面的、革命性的，對體育場建設(shè)將產(chǎn)生巨大影響。2020年11月住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部聯(lián)合體育總局根據(jù)2015年國務(wù)院辦公廳發(fā)布的《中國足球改革發(fā)展總體方案》推進(jìn)實(shí)施《中國足球中長期發(fā)展規(guī)劃(2016—2050年)》，提出把發(fā)展足球運(yùn)動納入經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展規(guī)劃，制定了包括“積極申辦國際足聯(lián)男足世界杯”等在內(nèi)的遠(yuǎn)期目標(biāo)，其中方案第六條指出要加強(qiáng)足球場地建設(shè)管理，市、縣(區(qū))要擁有專業(yè)比賽場、訓(xùn)練場[1]。

本文根據(jù)國際足聯(lián)新標(biāo)準(zhǔn)的變化，引入關(guān)注指數(shù)概念，主要介紹該標(biāo)準(zhǔn)的照明、電源、燈光布置等需重點(diǎn)關(guān)注的最新技術(shù)要求。意在引起行業(yè)的重視，以適應(yīng)當(dāng)前和預(yù)期的國際足聯(lián)比賽要求。關(guān)注指數(shù)是對國際足聯(lián)新標(biāo)準(zhǔn)某些變化的關(guān)注程度，是一項(xiàng)主觀評價(jià)指標(biāo)，最高為五星，最低為一星，需特別重視。

1 照明等級

關(guān)注指數(shù)：★★★★☆

2020最新版FIFA足球場標(biāo)準(zhǔn)將場地照明分級改為按FIFA舉行的賽事進(jìn)行分級。FIFA針對不同類型的賽事，對各級別場地的照明標(biāo)準(zhǔn)、供電標(biāo)準(zhǔn)的要求都有所不同，照明等級及供電標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定如表1所示[2]。

表1 照明等級及供電標(biāo)準(zhǔn)

從表1可以看出，2020最新版FIFA足球場人工照明標(biāo)準(zhǔn)推薦的照明水平分為A、B、C、D四個(gè)等級。相比于2011年、2007年、2002年的分級標(biāo)準(zhǔn)，新的賽事分級著重對有電視轉(zhuǎn)播需求的賽事進(jìn)行更細(xì)致的分類和分級。對于不需要電視轉(zhuǎn)播的足球場，不要求達(dá)到四個(gè)較高級別的照明要求，但照明條件仍應(yīng)滿足運(yùn)動員、工作人員、觀眾的相關(guān)需求。

2 照明標(biāo)準(zhǔn)

關(guān)注指數(shù)：★★★★★

2020最新版FIFA足球場標(biāo)準(zhǔn)關(guān)于場地照明的標(biāo)準(zhǔn)值匯總?cè)绫?所示[2]。

由表2可以看出，與2002版、2007版、2011版FIFA標(biāo)準(zhǔn)相比，2020最新版FIFA足球場照明標(biāo)準(zhǔn)值變化很大，傳統(tǒng)的指標(biāo)已經(jīng)改變，又增加新要求：

1)明確了四個(gè)方向(0°、90°、180°、270°)考核攝像機(jī)方向上的垂直照度及其均勻度，盡管舊版標(biāo)準(zhǔn)也采用四方向的垂直照度，但新標(biāo)準(zhǔn)不僅對四方向的垂直照度平均值有要求，同時(shí)還規(guī)定其垂直照度的最小值；

2)水平照度及垂直照度需要同時(shí)滿足最小值和平均值兩項(xiàng)指標(biāo)的要求；

表2 FIFA場地照明標(biāo)準(zhǔn)值

3)增加場地照明燈光連續(xù)性模式(MCM)要求：A級場地不允許中斷照明，B級場地3 min內(nèi)水平照度需大于1 000 lx、15 min內(nèi)水平照度需大于2 000 lx，C級場地3 min內(nèi)水平照度需大于1 000 lx、15 min內(nèi)水平照度需大于1 250 lx，D級場地?zé)o照明連續(xù)性要求；

4)增加頻閃比指標(biāo)：頻閃比指標(biāo)需要同時(shí)滿足最大值和平均值的要求；

5)增加最小相鄰均勻度比率(MAUR)指標(biāo)；

6)修改色溫標(biāo)準(zhǔn)值：FIFA2007、2011版標(biāo)準(zhǔn)比FIFA2002版標(biāo)準(zhǔn)的色溫指標(biāo)不升反降，對于頂級賽事如舉行具有電視轉(zhuǎn)播的國際比賽，色溫要求大于4 000 K，而2002版標(biāo)準(zhǔn)要求5 500 K以上[3,4]。FIFA2020新版標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)場地級別的不同，逐級定義了更為精確的色溫區(qū)間范圍；

7)針對LED和HID提出不同的維護(hù)系數(shù)值。

從以上七個(gè)指標(biāo)的變化可以看出，2020最新版FIFA足球場人工照明標(biāo)準(zhǔn)所考量的指標(biāo)更為全面。歐美發(fā)達(dá)國家足球類比賽標(biāo)準(zhǔn)較為完善，因此新版標(biāo)準(zhǔn)影響力很大，影響面很廣，認(rèn)真研究和分析新技術(shù)的變化，有益于我國足球場地建設(shè)，對我國足球場地建設(shè)有指導(dǎo)性意義。

3 電源要求

關(guān)注指數(shù)：★★★★★

3.1 電源類型

供電電源對場地照明的重要性不言而喻。每當(dāng)國際足聯(lián)舉辦賽事時(shí)，都會對主辦方場館電源提出要求，并對電源類型和要求進(jìn)行更全面的定義。2020最新版FIFA足球場人工照明標(biāo)準(zhǔn)關(guān)于場地電源的術(shù)語如表3所示[2]。

從表3可以看出，A+級電源為系統(tǒng)級冗余，A級電源為電源冗余，B級為公共電網(wǎng)正常供電。其中各等級電源均有詳細(xì)要求，具體說明如表4所示。

表3 FIFA關(guān)于電源的術(shù)語

表4 電源總體要求

可以通過以上幾個(gè)表看出，F(xiàn)IFA致力于進(jìn)一步細(xì)化場館的電源級別及相應(yīng)要求。由于本文重點(diǎn)介紹2020最新版FIFA足球場人工照明標(biāo)準(zhǔn)與前幾版的技術(shù)變化，因此與國內(nèi)體育場館電源標(biāo)準(zhǔn)的差別不再贅述，感興趣的讀者可以對比《體育建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范》(JGJ354—2014)和《民用建筑電氣設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》(GB 51348—2019)研究。2020最新版FIFA足球場人工照明標(biāo)準(zhǔn)對各等級電源詳細(xì)的要求見3.2節(jié)。

3.2 電源標(biāo)準(zhǔn)

每屆比賽的電力系統(tǒng)配置和拓?fù)湫问蕉加泻艽蟮牟煌?，這很大程度上取決于主辦方電力基礎(chǔ)設(shè)施的配置和條件。這點(diǎn)比較好理解，發(fā)達(dá)國家、我國在電力系統(tǒng)可靠性方面比較高，而國際足聯(lián)所屬成員還有相當(dāng)一些國家是貧困國，電力基礎(chǔ)設(shè)施比較差，例如非洲。因此，東道主需要國際足聯(lián)技術(shù)服務(wù)團(tuán)隊(duì)的支持，獲得國際足聯(lián)比賽的電力需求標(biāo)準(zhǔn)，按照國際足聯(lián)場地照明電源標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)可靠且有彈性的電源，并向國際足聯(lián)提交測試報(bào)告，確保比賽和電視廣播能夠不間斷得繼續(xù)進(jìn)行。國際足聯(lián)場地照明電源標(biāo)準(zhǔn)如表5、表6及表7所示。

表5 國際足聯(lián)場地照明電源標(biāo)準(zhǔn)

表6 國際足聯(lián)場地照明電源標(biāo)準(zhǔn)

續(xù)表6

表7 國際足聯(lián)場地照明電源標(biāo)準(zhǔn)

4 燈具布置

關(guān)注指數(shù)：★★★★★

4.1 禁止布燈區(qū)域

足球場場地照明設(shè)計(jì)一直存在一個(gè)誤區(qū)。一些區(qū)域禁止布置體育照明燈具，主要是底線兩側(cè)15°角(有電視轉(zhuǎn)播)或10°角(沒有電視轉(zhuǎn)播)范圍和球門后60°仰角以下范圍[4,5]。從2002年國際足聯(lián)(FIFA)標(biāo)準(zhǔn)，到2007年FIFA標(biāo)準(zhǔn)，再到2011年FIFA標(biāo)準(zhǔn)，經(jīng)過多次改版，對禁止布燈的區(qū)域要求越來越嚴(yán)格，如圖1～圖3所示，我國標(biāo)準(zhǔn)也采用了FIFA的標(biāo)準(zhǔn)要求，并一直延續(xù)至今[6]。

圖1 FIFA2002標(biāo)準(zhǔn)要求的禁止布燈區(qū)域Fig.1 The area of prohibited lighting required by the FIFA 2002 standard

圖2 FIFA2007標(biāo)準(zhǔn)要求的禁止布燈區(qū)域Fig.2 The area of prohibited lighting required by the FIFA 2007 standard

圖3 FIFA2011標(biāo)準(zhǔn)要求的禁止布燈區(qū)域Fig.3 The area of prohibited lighting required by the FIFA 2011 standard

國際足聯(lián)對于禁止布燈區(qū)域的要求是避免體育照明燈光對運(yùn)動員，尤其對守門員產(chǎn)生干擾，影響比賽正常發(fā)揮。出發(fā)點(diǎn)是正確的，但是措施是值得商榷的。

4.2 布燈新方式

禁止布燈不如禁止燈光干擾運(yùn)動員。要知道，干擾運(yùn)動員正常比賽的是燈光，不是燈具安裝位置。因此，布燈區(qū)域和燈光的投射角相比后者更加重要。

對于田徑和足球綜合體育場，上述禁止布燈區(qū)域是可以布燈的，工程實(shí)踐中常用的做法是在足球比賽模式下，將該區(qū)域燈關(guān)閉，僅在田徑比賽時(shí)使用。因此沒有光線投射到場地內(nèi)，也不會影響運(yùn)動員正常比賽。對于足球?qū)Ｓ皿w育場，這個(gè)區(qū)域同樣可以安裝體育照明燈具，但需注意燈具瞄準(zhǔn)角應(yīng)該避免投射到能影響運(yùn)動員比賽的區(qū)域，避免球門線周圍的過度眩光。

對于禁止布燈區(qū)域布燈主要有以下兩種情況：

1)角球區(qū)域禁止布燈區(qū)域，如圖4所示。首先應(yīng)確保在禁區(qū)內(nèi)的球員不受不舒適眩光的影響，即如果燈具的焦點(diǎn)能讓球員站在禁區(qū)內(nèi)，不受阻礙地看向角球區(qū)，那么燈具的直線排列就能保持可接受的不舒適眩光水平。因此球門線15°范圍內(nèi)如果布置燈具，要避免將燈光投射到禁區(qū)及周圍區(qū)域。

圖4 FIFA2020標(biāo)準(zhǔn)要求的禁止布燈區(qū)域Fig.4 The area of prohibited lighting required by the FIFA 2020 standard

上圖是2020最新版FIFA足球場人工照明標(biāo)準(zhǔn)的新變化，盡管該標(biāo)準(zhǔn)尚未頒布實(shí)施，但經(jīng)過2018年亞足聯(lián)AFC、2019年歐足聯(lián)UEFA標(biāo)準(zhǔn)的研究和應(yīng)用，F(xiàn)IFA新標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施近在咫尺。圖中原來不能布燈的區(qū)域照樣可以安裝燈具，但燈具投射點(diǎn)需在禁區(qū)外，而禁區(qū)內(nèi)的照明由其他區(qū)域安裝的燈具投射。

2)球門后面區(qū)域燈具投射角不能投射到禁區(qū)和場地內(nèi)，可以投射到底線外面的場地上，這樣對運(yùn)動員不會產(chǎn)生干擾，如圖5所示。

圖5 FIFA2020底線布燈區(qū)域Fig.5 Bottom Line Lighting Area required by the FIFA 2020 standard

圖中，粉色區(qū)域?yàn)榻麉^(qū)外底線仰角小于60°范圍內(nèi)不允許布燈；

黃色區(qū)域在禁區(qū)外底線大于60°范圍可以布燈；

綠色燈具允許在禁區(qū)外底線大于45°范圍內(nèi)安裝。

工程中可以將底線后面的體育照明燈具向東西兩側(cè)移位，如圖5所示綠色燈具部分，這樣有利于達(dá)到更好的效果。

4.3 應(yīng)用情況

國際足聯(lián)在2014年巴西世界杯足球賽時(shí)就容許上述禁止布燈區(qū)域內(nèi)布置體育照明燈具，在經(jīng)過各大洲足聯(lián)的研究、應(yīng)用實(shí)踐基礎(chǔ)上，F(xiàn)IFA新標(biāo)準(zhǔn)的推出也就水到渠成了。2018年俄羅斯世界杯足球賽莫斯科盧日尼基體育場就采用周圈式燈具布置，如圖6所示。

圖6 2018年俄羅斯世界杯足球賽周圈式布置燈具Fig.6 Lighting fixtures arranged in a circle for the 2018 FIFA World Cup Russia

不難看出，2020最新版FIFA足球場人工照明標(biāo)準(zhǔn)支持足球場場地照明采用周圈式布置方式，前提是要設(shè)計(jì)合適的投射角，這的確顛覆了傳統(tǒng)。因此，足球?qū)Ｓ皿w育場傳統(tǒng)嚴(yán)禁布置燈具的區(qū)域?qū)嵸|(zhì)是誤區(qū)，不如嚴(yán)禁燈光投射或穿越影響運(yùn)動員正常比賽的區(qū)域。

5 頻閃要求

關(guān)注指數(shù)：★★★★

2020最新版FIFA足球場人工照明標(biāo)準(zhǔn)對頻閃要求較高、也較嚴(yán)格。因?yàn)樵谵D(zhuǎn)播過程中，照明系統(tǒng)的頻閃將導(dǎo)致電視圖像在慢動作回放時(shí)閃爍，大大影響轉(zhuǎn)播的效果，損害電視觀眾的體驗(yàn)，對于體育商業(yè)化較發(fā)達(dá)的國家或運(yùn)動項(xiàng)目，這樣閃爍會造成較大的經(jīng)濟(jì)損失。電視轉(zhuǎn)播進(jìn)入到超高清的4K/8K時(shí)代，慢動作、超慢動作回放更顯得重要，頻閃是現(xiàn)代體育賽事轉(zhuǎn)播繞不開、不可忽視的關(guān)鍵問題。因此場地照明設(shè)計(jì)及實(shí)施應(yīng)盡可能消除燈光的頻閃。產(chǎn)生頻閃的情況將根據(jù)頻閃的調(diào)制、交變電壓頻率和攝像機(jī)的幀速率而變化。

5.1 術(shù)語

頻閃比：指在一個(gè)完整周期內(nèi)給定平面上亮度的調(diào)制量。它表示整個(gè)周期內(nèi)最大亮度值和最小亮度值之間的關(guān)系，以百分比表示。頻閃比準(zhǔn)確的名稱應(yīng)該稱為頻閃因子，英文為Flicker factor，但是大家已經(jīng)習(xí)慣頻閃比的稱謂，也就沿用至今。

頻閃：光的亮度隨時(shí)間快速而反復(fù)的變化。

調(diào)制：在周期振蕩期間光變化的度量。

5.2 頻閃比的計(jì)算

頻閃比可以用式(1)進(jìn)行計(jì)算：

(1)

或者

(2)

式中：Emax——一個(gè)完整周期內(nèi)的最大照度值(lx)；Emin——一個(gè)完整周期內(nèi)的最小照度值(lx)；Eave——一個(gè)完整周期內(nèi)的平均照度值(lx)。

5.3 頻閃比的參考值

頻閃比的參考值如表8所示，由表中可知，LED照明系統(tǒng)具有較好地控制頻閃能力，明顯優(yōu)于傳統(tǒng)的氣體放電燈。

表8 不同照明系統(tǒng)的頻閃比

5.4 頻閃的消除

小于5%的頻閃比通常不會對每秒300幀的慢動作回放造成問題。雖然每秒幀數(shù)會因所使用的技術(shù)而異，但對于體育電視行業(yè)中使用的大多數(shù)技術(shù)而言，頻閃比小于5%的照度系統(tǒng)會降低可感知的閃爍。對于頻閃的消除有以下兩種方式：

1)可以通過在照明系統(tǒng)中安裝電子鎮(zhèn)流器或方波鎮(zhèn)流器來消除頻閃；

2)可以通過計(jì)算機(jī)處理來消除每秒幀數(shù)很高時(shí)觀察到的閃爍。然而，這種方法也有一定的局限性。

5.5 三相交流電源供電的頻閃比

使用標(biāo)準(zhǔn)頻率鎮(zhèn)流器(即工頻鎮(zhèn)流器)和典型正弦波亮度調(diào)制特性的照明系統(tǒng)會產(chǎn)生大范圍的頻閃，這是由于測試點(diǎn)的變化引起的不同角度不同燈具光通量的重疊。不過可以通過細(xì)致的規(guī)劃，為所有區(qū)域和場地平面設(shè)計(jì)燈具焦點(diǎn)，以接收來自不同角度燈具的重疊光通量。這可能會產(chǎn)生實(shí)質(zhì)性的改善，并可能滿足國際足聯(lián)B和C體育場標(biāo)準(zhǔn)。

盡管上述方法可能會產(chǎn)生實(shí)質(zhì)性的改進(jìn)，但如果沒有減少亮度調(diào)制的額外解決方案，將無法滿足FIFA標(biāo)準(zhǔn)A級體育場的要求。電子或方波鎮(zhèn)流器與標(biāo)準(zhǔn)頻率正弦波鎮(zhèn)流器的混合可能產(chǎn)生低于5%的頻閃比，一般來說這種系統(tǒng)在大型場地中應(yīng)用效果較好，因?yàn)槠渲杏懈嗟臒艟呖捎糜谔峁﹣碜圆煌嵌鹊闹丿B光通量。

5.6 關(guān)于頻閃比的測量

涉及來自不同角度的重疊光通量的場地照度系統(tǒng)應(yīng)使用更多的頻閃比測試點(diǎn)，以確保所有區(qū)域的頻閃比一致。建議使用12個(gè)測試點(diǎn)，如圖7所示。

圖7 頻閃比測試點(diǎn)示意圖Fig.7 Schematic diagram offlicker factor test points

還要說明，用于降低頻閃比的措施不應(yīng)影響任何平面上照度的均勻性。

圖7所示的6個(gè)頻閃比測試位置中的每一個(gè)位置，應(yīng)在90°平面、270°平面、距地面高度1 m處讀取垂直頻閃比讀數(shù)。國際足聯(lián)各級別的最大允許頻閃比如表9所示，12點(diǎn)的平均值為算數(shù)平均值，即用這12個(gè)值之和除以12得到的，最大頻閃比是12個(gè)點(diǎn)中的最高測量值。

表9 FIFA各級別體育場最大允許頻閃比

6 結(jié)語

對國際足聯(lián)FIFA2020年提出的足球場照明標(biāo)準(zhǔn)與2002版、2007版、2011版標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行對比分析，可以發(fā)現(xiàn)新標(biāo)準(zhǔn)在技術(shù)層面上發(fā)生不小的變化，值得我們關(guān)注，應(yīng)引起專家、學(xué)者高度重視。照明設(shè)計(jì)師可以通過本文較為全面地了解國際足聯(lián)對足球場設(shè)計(jì)的通用標(biāo)準(zhǔn)及部分特殊要求，為運(yùn)動員提供良好的比賽環(huán)境，保證良好的轉(zhuǎn)播效果和電視機(jī)前的觀眾體驗(yàn)。