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摘要：隨著計算機技術、控制技術、網絡技術以及大屏幕顯示技術的發展，體育場館的變配電系統、體育照明系統的智能化與常規的設計方式有著顯著的不同。從各個系統出發，結合國際上先進的設計思想和設計方法，將體育場館建設成既體現高科技含量、又完全滿足實際需求的現代化體育場館。

關鍵詞：體育場館照明系統智能化奧運

2002年中國奧運組委會開始對體育場館設計進行國際招標，根據奧申委在申辦2008年奧運會時的承諾，要將2008年奧運會辦成人文奧運、科技奧運和綠色奧運，這是可持續發展的戰略思想，也符合全中國人民的心愿。如何規劃設計奧運體育場館，在體育場館的設計中體現科技奧運的宗旨，這是2008年奧運會場館建設中必須始終如一貫徹的基本方針。

近幾年來，全國各省市為舉辦全國運動會、各省市運動會也投資興建設體育場館。但如何設計好體育場館、如何將現代科技運用到體育場館中來，使體育場館的建設跟上時代科技進步的步伐，是擺在我們面前的重要任務。

自上世紀90年代開始，許多國家的體育場館的建設逐漸發生了重大的轉變，從過去的片面追求大規模向規模適中、功能多樣、設備先進、安全舒適和節能、環保的方向發展。設備先進則充分體現在科學技術的發展與進步，尤其是信息技術的應用，使體育場館朝著信息化、智能化方向發展。在注重這些高科技應用的基礎上，充分體現著以人為本，使高科技更好地服務于社會，更加注重與環境的協調，充分體現節能與環保。2000年悉尼奧運會已給世人留下了深刻的印象。以下就體育場館設計中，有關電氣設計談談自己的想法：

隨著計算機技術、現代控制技術、通信網絡技術的飛躍發展，在建筑領域出現了智能建筑，它具有非常鮮明的信息社會的時代特征，也是人類社會進步、生產力發展的必然需求，對于改造提升傳統產業和改善人們的生活水平起到了積極作用，為人們提供了更為安全、舒適、方便、高效的工作與生活環境。我國國民經濟的快速持續發展，綜合國力的增強與城市信息化建設的推進，為智能建筑的發展提供了保障，智能建筑的建成，從另一方面來看，又起到了節約能源、降低能耗、保護環境的目的。

上述技術的發展，也為我國建設智能化體育場館，順利舉辦奧運會提供了技術保障。

1智能化變配電系統

現代體育場館中的系統和設施，對供配電系統可靠性的要求越來越高，有許多系統在運動會期間是絕對不允許出現供電故障。因此首先應對體育場館的用電負荷進行分級，不同等級的用電負荷，其供配電系統是有所區別。除消防設備用電屬于一級負荷之外，根據《供配電系統設計規范》GB50052-95

第2.0.1條電力負荷應根據對供電可靠性的要求及中斷供電在政治、經濟上所造成損失或影響的程度進行分級，并應符合下列規定：

一、負荷下列情況之一時，應為一級負荷：

1．中斷供電將造成人身傷亡時。

2．中斷供電將在政治、經濟上造成重大損失時?！?/p>

3．中斷供電將影響有重大政治、經濟意義的用電單位的正常工作。例如：重要交通樞紐、重要通信樞紐、重要賓館、大型體育場館、經常用于國際活動的大量人員集中的公共場所等用電單位中的重要負荷。

第2.0.2條一級負荷的供電電源應符合下列規定：

一、一級負荷應由兩個電源供電；當一個電源發生故障時，另一個電源不應同時受到損壞。二、一級負荷中特別重要的負荷，除由兩個電源供電外，尚應增設應急電源，并嚴禁將其它負荷接入應急供電系統。

在《民用建筑電氣設計規范》JGJ/T16-92負荷分級及供電要求中：

3.1.1.1一級負荷

（1）中斷供電將造成人身傷亡者。

（2）中斷供電將造成重大政治影響者。

（3）中斷供電將造成重大經濟損失者。

（4）中斷供電將造成公共場所秩序嚴重混亂者。

對于某些特等建筑，如重要的交通樞紐、重要的通信樞紐、國賓館、國家級及承擔重大國事活動的會堂、國家級大型體育中心，以及經常用于重要國際活動的大量人員集中的公共場所等的一級負荷，為特別重要負荷。

在該規范表3.1.2常用重要電力負荷級別中，省、自治區、直轄市及以上體育館、體育場中的計時記分用電子計算機系統電源、比賽廳（場）、主席臺、貴賓室、接待室及廣場照明，電聲、廣播及電視轉播，新聞攝影電源均屬一級負荷。并且對于計時記分用電子計算機系統電源為特別重要負荷。

3.1.3一級負荷的電子計算機，其機房及已記錄的媒體存放間的應急照明亦為一級負荷。

3.1.4當在主體建筑中有一級負荷時，與其有關的主要通道照明為一級負荷。

因此，在進行體育場館變配電系統設計時，應嚴格按照供電級別對用電負荷加以周密的考慮。并根據實際要求設置應急電源。

《體育建筑設計規范》送審稿10.3.1體育建筑電力負荷應根據體育建筑的使用要求，區別對待，并應符合下列要求：

1．甲級以上的體育設施電力負荷為一級，國家級大型體育中心為特別重要負荷；

2．以上系指體育場、體育館、游泳館的比賽廳（場）、主席臺、貴賓室、接待室、廣場照明、計算機房、電話機房、廣播機房、電臺和電視轉播、新聞攝影電源及緊急照明燈用電設備；

3．體育建筑的電氣消防用電設備負荷等級應為該工程最高負荷等級；

4．一、二項中非比賽使用的電氣設備及體育建筑使用要求為乙等的用電設備為二級。

體育場館的變配電系統，除少數地區外，基本上都是10KV及以下的系統。目前多數還是采用傳統的變配電系統，在這種系統中，所有高低壓柜上配有大量的模擬指針儀表，柜內主回路的二次接線回路中，配有大量的繼電器。高壓側以手動操作為主，低壓側則根據工程情況，實現部分自動（如聯絡開關），部分手動。這不僅給操作維護帶來不便，而且對稍微復雜的控制實現起來也不方便，需增設一定數量的繼電器等。一般來說，節點越多，出現的故障機率就越大。為了適應新技術的發展，在一些智能建筑中對變配電系統采用了以建筑設備自控系統的直接數字控制器（DDC）進行監測，隨著斷路器技術的發展，國內外一些廠家生產出了智能型斷路器，從而進一步減少了在開關柜中安裝CT等傳感器，而且可以直接從這些斷路器的接線端子上，根據需要引出相應的一些參數等?？傊@些技術的發展，其目的就是朝著變配電系統的自動化方向發展。但是我們必須看到，在這些系統中，無論是采用智能開關，還是采用建筑設備自控系統的直接數字控制器，系統僅僅是朝著智能化方向邁出了一步，對于真正的變配電系統智能化還有相當的差距。尤其是采用DDC控制器的系統，一般僅僅是對系統的幾個參數進行監測，根本無法達到自動化的目的。這種系統所采集的信息不全，數量有限，大量的參數和數據、故障和故障記錄采集不上來，而僅限于電壓、電流、斷路器的開關狀態等。另外每家從事建筑設備自動控制的承包商所采用的控制器，除少數采用開放型技術和產品外，一般均是自己的通信協議，與其它廠家產品之間互操作性差，協議轉換困難。而且對于承擔這些系統的建筑設備自控系統的承包商，絕大多數時從事自動控制的人員，對于變配電系統的工藝了解不深，因而很難做出符合要求的系統。

近幾年，國內外一些公司，對于智能化變配電系統進行了廣泛深入的研究，開發研制出了一系列用于變配電系統自動化的產品和設備，這些產品均是基于現場總線技術。現場總線是自動控制領域中一種互連通信網絡，它是實現現場設備數字化通信的一種現場層網絡通信技術。它具有協議簡單，并具備開放性，容錯能力強，實時性好，安全、成本低、適于頻繁交換等特點。采用現場總線技術，可以快速、簡單、低成本實現變配電系統的自動化。智能化變配電系統一般由計算機、通信網絡、智能化開關和控制設備組成。它是由通信網絡將變配電系統中帶有通信接口的開關和控制設備連接起來，并與計算機相連，由工作人員在計算機上進行智能化管理和操作，從而實現集中數據采集和處理，集中進行監控，真正達到變配電系統的遙測、遙調、遙控和遙信。

但目前國內外采用的現場總線有許多種，例如：MODBUS、PROFIBUS、FF、CANBUS、CONTROLNET、INCOM、LONWORKS、INTERBUS、ETHERNET等，國際上已出臺了IEC61158所推薦的8種總線標準，但仍未建立起國際統一的標準。隨著通信技術的發展，自動化技術的提高，用戶對變配電系統的可靠性和靈活性要求提高，在市場上將會出現多種類型的產品。這就造成了在一項工程中，可能會用到數種總線技術的產品。值得欣慰的是，針對這種多總線技術，現有大量的技術人員正從事于將多種總線技術用于一項工程的變配電系統的技術。采用通用型的現場總線、協議控制器，通過軟硬件的方法，共同對現場總線協議進行處理，解決智能化變配電系統中多總線的兼容問題。

采用智能化變配電系統，對于系統的操作，可通過編制程序，對系統的各種操作進行預先設定，并以圖形或表格的形式進行顯示，非常直觀、有效。對于信號的采集，一方面是信號的種類可根據實際情況的需要進行采集，尤其是一些直接關系到系統變化趨勢的信息，系統能不斷采集和分析，提前給出必要的提示或警告，便于系統安全可靠運行。智能化變配電系統可對每個回路上的斷路器狀態、柜內及母線溫度、操作機構的機械性能、絕緣水平等進行檢測，為系統運行的測量、保護、控制等提供必要的依據，并對發生故障的部分進行錄波、故障記錄，為故障分析提供可靠的數據。智能化變配電系統采用計算機技術、數據處理技術、控制技術、傳感技術、通信網絡技術、電力電子技術等，取代傳統的二次回路，具有接線簡單、性能可靠、易于維護的優點。尤其是對于具有數個變配電室的體育場館而言，各變配電室的系統均具有通信接口，為實現變配電系統自動化和減少工作人員，提高工作效率提供了保證。

智能型變配電系統的產品，目前國內外有許多廠家均有成熟、實用的技術和產品，這些產品為標準的模塊化結構，采用微電子技術，集成度高、體積小、功能全、便于各種功能的集成。而且這些設備布線簡單、易于維護，給用戶帶來方便。例如施耐德電氣公司的Powerlogic系統采用Modbus，能專業化地滿足電能管理的要求，主要體現在對電能成本、電能質量、供電連續性三方面，這正是我們對于體育場館供電系統中重點需要考慮的問題。對于供電成本，主要方面是在于減少損耗，系統可以識別主要的耗電源、在內部進行成本分配，讓用戶對成本有更直觀的了解，利用多站點集合的優勢，在降低成本方面，可隨時查看能源消耗模式，控制用電高峰。對于電能質量，該系統可以對供配電系統進行諧波分析，電壓波動探測，擾動探測，中性線電流監控。例如配電系統中的諧波，他導致設備運行效率降低，縮短設備的使用壽命，加大了容量，增大了系統的損耗。嚴重時，將會導致一些設備運行不正常，尤其是對于體育場館中的弱電系統的電子設備。在保證供電系統供電連續性方面，該系統可以幫助用戶分析和控制配電系統，從而提高供電的可靠性。該系統通過一個圖形互動界面，將收集到的測量數據集中起來，并將其格式化，它可以提前發現問題，并加以解決，從而避免設備出現故障以及由此而引起的停電。當出現故障時，要迅速判斷故障點以及故障原因往往是困難的，從而延誤了及時恢復供電的可能性，而Powerlogic系統可以及時診斷出問題所在，給維護人員提供有效的信息，保證了即使出現故障，也比傳統的供電系統能盡快消除故障，恢復供電。

場館照明

現代的體育場館建設，向規模適中、功能多樣方向發展。因此，體育場館的照明設計，往往不是僅僅考慮單一功能，而是要考慮多功能的應用。在一個城市，奧運會僅舉辦一次，但隨著全民體育健身運動的興起，這些場館還要在漫長的時間內為人們提供各種服務。2000年悉尼奧運會、2002年韓、日世界杯有些場館的照明，均是進行了綜合功能考慮后而設計的，而且是利用現代科技，利用計算機進行照明控制，達到采用簡單操作而實現不同功能和使用條件下的體育照明。

體育場館的照明，根據不同體育競賽的要求，對不同項目、功能的競賽，有其照度值等各方面的要求，如水平照度和垂直照度、對觀眾和運動員的眩光指數、顯色指數等。對于體育場地的照明方式，主要有四塔式、多塔式、光帶式、混合式等，不管采用何種方式，對于場地的照明效果應滿足不同功能的需求。而對于體育館內的照明，其方式有滿天星式、燈橋式、混合式等等。從智能照明的角度來看，不管體育場館的何種照明，應本著有利于運動員技術水平的發揮，有利于裁判員的正確判斷，有利于觀眾各方位的觀看效果，有利于現代電視轉播。照明一定要滿足體育競賽工藝的要求，并實現照明的現代化管理，節約能源，改變光空間，創造光變化，并應在設計中做到安裝簡便，適應性強，系統安全可靠。

長期以來，CIE的標準和我國的標準是指導我國體育照明基本的指導性文件，在上述標準的基礎上，不斷提出更新的、更切合實際需求的實用性標準。這些標準通過實際工程被應用到體育場館照明系統的實現過程當中。

值得提出的是，隨著彩色電視技術的發展，HDTV（高清晰度數字電視）轉播已正式進入了國際體育比賽（尤其是足球賽）的技術范疇。而CIE到目前為止，還沒有相關的標準出臺，在這種情況下，FIFA（國際足聯）制定了《足球場照明推薦值》，并將HDTV轉播所需的光環境正式納入其中。按照這樣的要求，賽場在主攝像機方向的垂直照度應在2000Lx以上。

目前國內新建體育場的照度水平，一般水平照度都至少在1600Lx以上，垂直照度則多在1400Lx以上。這樣的要求對現有的彩電轉播來講是足夠了，但還不能完全滿足HDTV轉播的要求。HDTV轉播已成功地應用于悉尼奧運會和韓日世界杯足球賽，我國目前也在大力推廣這一技術，在2008年奧運會上采用HDTV轉播（與普通彩電轉播并存）可以說是勢在必行，因此對于我國的奧運賽場和其他一些大型的、常用于國際比賽的體育場來說，采用FIFA的《足球場照明推薦值》作為照度指標的標準是非常值得考慮的。

由于體育場館的功能和結構特點不同，創造基本光環境的手段和方法有所不同。并不是所有體育場館的光環境越亮越好，對于舉辦國際賽事可能性很小的一些體育場館，照度水平設置在滿足一般彩色電視轉播這個層次上足夠了，而對于經常舉辦國際賽事和大型活動的大型體育場館，為滿足HDTV轉播的需要，而將照度水平設計很高，這主要不是考慮現場觀眾的感受，而更多地是考慮到廣大電視觀眾的感受。所以照明系統在充分滿足比賽和活動自身需要的同時，更多地是為電視轉播系統提供最好的光環境。

場地照明燈具是體育照明系統的核心，選擇是否恰當非常重要。如何在眾多的、各具特色的專業產品中選擇最適合自己需要的燈具，則是一個較為復雜的問題。燈具的光學性能、電氣性能、使用壽命、可靠性以及性能價格比，是最基本的衡量指標。

一旦確定選用的燈具，照度計算是場地照明設計最基本、最直接、最有力的設計效果的依據。照度計算書包括所采用燈具的型號、數量、布置方式、投射角度、瞄準點以及最終的合成結果。通常體育場館照明均分成多級，在照度計算時，應對各級照度度給出水平照度、垂直照度、對應的均勻度、眩光指數等一系列數據。當這些數據均滿足上面提到的基本光環境的要求時，則認為該設計基本符合要求。照度計算除了用于確定照度值外，同時成為燈具安裝調試的指導性文件。

在燈具布置時，應注意對于不同功能的場館，其照明燈具的布置是有嚴格的規定，設計人員一定要清楚這些規定。有時對于多功能的體育場館，為了滿足不同功能情況下的使用，須分別設置一些燈具，以滿足實際需求。

從計算書中得出的計算結果，僅僅是一種理想的情況。要獲得真正實際效果，需要在現場經過反復的調試。照明設計與現場實際之間存在著互動的調整，這是很正常的事情。當現場條件不允許將所有環節都做到最完美時，需要設計人員做出決定。所以說，照明的計算和實施，不但要依靠高素質的設計人員，而且還必須要有專業的施工力量來支持。如飛利浦、松下、希優等專業公司，由此可以看出，這實際是對照明設計和產品提供商綜合實力的全面考驗。

對于大型的體育場照明，采用通常的“窄光束型”或更窄的“投光型”燈具，往往很難達到滿意的整體光環境的效果。而以“窄光束型”或“投光型”燈具為主體，輔以其他配光的燈具（一般應為同種光源）的方式，則能獲得令人滿意的照明效果。這樣做的好處在于不但能保證場地大部分區域的光環境達到要求，而且對于個別特殊區域和觀察角度，也能給出周到的關照，從而使體育場館的整體光分布更趨于合理，照明效果更好。體育場館的照明節能，首先是在滿足基本功能要求的前提下進行節能。因此，需要在設計階段，認真研究實際需求和選擇高光效的燈具。一方面控制好眩光，另一方面盡最大努力減少光的溢散，合理決定分級照明的效果，從而達到節能的目的。

體育場館照明控制系統，作為整個工程照明系統的一個重要組成部分，不但要有效實現各級開關燈方案，而且還要具備安全保障功能。各級功率配比、與供配電設計的配合、防止頻閃、控制界面的反饋等都是必須仔細考慮的問題。做到在控制臺上可實現分組控制和集中控制，并具備聲光報警功能。智能控制是目前體育照明的一個發展方向。另一方面要提供一定程度的靈活組合的預留以針對特殊情況時調整。這種需求是采用傳統控制方式所難以達到的。

智能照明從目前技術發展來看，主要采用分布式集散控制方式。它是以計算機通信網絡為平臺組成的系統，將復雜的系統設計分層次進行，各層負責其須承擔的任務。層次之間采用模塊化設計方法，并提供層間接口的組合通道。以圖形化界面監視整個照明系統的工作狀態，包括各種控制器狀態，供電回路狀態。系統可對每個回路和各組燈具進行遙控，根據計算機程序的設定，分成多種場景，進行分門別類的控制。并根據各組燈具點燃時間進行統計，便于進行維護的提醒和管理，確保在競賽過程種，各燈具始終處于良好的工作狀態。采用計算機進行體育場館的照明控制，能夠對整個照明系統的工作狀態進行實時監控，對每個回路、每個燈具的狀態、故障進行監視，并能方便地進行各種照明場景模式的變換和更改，便于日常工作管理，減輕工作強度，確保照明的效果。智能照明控制系統采用模塊化結構，能對燈具起到全面的保護控制和狀態參數檢測，這是采用常規控制方式所不能達到的。它采用軟啟動和軟關斷技術，限制電網電壓浪涌，提高了燈具的使用壽命。

體育場館的照明，除滿足各類功能性的競賽照明外，還需要綜合考慮場館的觀眾席照明以及應急照明，這是在體育場館照明設計中一項重要工作。體育場館人員密集，觀眾的安全至關重要。絕對不能由于照明的失誤，而引起觀眾的騷亂，出現不必要的、人為的事故。智能照明系統能對場館中應急照明自啟動，確保場地內的安全。

對于多功能的體育場館，其照明系統的控制也是一個復雜的系統。采用智能控制系統，不僅能提升照明系統的控制功能，而且還可以很方便地與整個體育場館建筑設備綜合管理系統連接，向上層系統提供照明系統實時狀態和歷史資料信息，同時也可接收來自上層管理系統的場景模式照明控制指令，實現統一的、綜合的管理和控制。