在北京2022年冬奧會(huì)期間，國(guó)家游泳中心（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“水立方”）將變身為“冰立方”，成為冬奧冰壺和輪椅冰壺項(xiàng)目競(jìng)賽場(chǎng)館。對(duì)于冰壺賽事而言，場(chǎng)地的光環(huán)境效果將直接影響到賽事能否順利進(jìn)行、運(yùn)動(dòng)員的競(jìng)技狀態(tài)、技術(shù)水平的發(fā)揮以及最終的比賽成績(jī)。
作為北京市科委的重點(diǎn)項(xiàng)目，《國(guó)家游泳中心冰壺場(chǎng)地環(huán)境與節(jié)能關(guān)鍵技術(shù)研究》的項(xiàng)目負(fù)責(zé)單位為國(guó)家游泳中心，中國(guó)建筑科學(xué)研究院建筑環(huán)境與能源研究院承擔(dān)并完成了光環(huán)境研究。近日，中國(guó)建研院建筑環(huán)境與能源研究院羅濤博士接受新華網(wǎng)專(zhuān)訪(fǎng)，講述在雙碳背景下，大功率LED照明如何滿(mǎn)足冰壺賽事的比賽需求，以及如何使水立方在不同的使用工況下，均能實(shí)現(xiàn)節(jié)能高效的運(yùn)行。
課題成果直接應(yīng)用于工程實(shí)踐
據(jù)了解，本課題為北京市科技計(jì)劃課題“國(guó)家游泳中心冰壺場(chǎng)地環(huán)境與節(jié)能關(guān)鍵技術(shù)研究”的子課題“冰壺場(chǎng)地光環(huán)境與節(jié)能關(guān)鍵技術(shù)研究”，課題起止時(shí)間為 2017年1月至2019年12月。
中國(guó)建研院建筑環(huán)境與能源研究院羅濤博士 新華網(wǎng)周靖杰攝
該課題的主要研究目標(biāo)是根據(jù)水立方的光環(huán)境和冬奧賽事特點(diǎn)，及冰上場(chǎng)地改造的要求，通過(guò)對(duì) LED 照明的光色電性能、供配電和控制技術(shù)的深入研究，提出大功率 LED 照明產(chǎn)品的技術(shù)指標(biāo)，解決LED 照明應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題，形成冰上場(chǎng)地高級(jí)別體育賽事 LED 照明應(yīng)用技術(shù)方案，為工程實(shí)施提供指導(dǎo)。同時(shí)，考慮到賽后應(yīng)用的要求，場(chǎng)地照明方案要滿(mǎn)足游泳和跳水比賽的彩電轉(zhuǎn)播和賽后各類(lèi)活動(dòng)的要求。
據(jù)羅濤介紹，該課題主要針對(duì)冰上場(chǎng)地用大功率 LED 照明產(chǎn)品關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)研究、比賽大廳照明設(shè)計(jì)方案研究、智能照明控制與節(jié)能關(guān)鍵技術(shù)研究、冰上場(chǎng)地天然采光與節(jié)能關(guān)鍵技術(shù)研究以及多功能冰上場(chǎng)地的照明控制關(guān)鍵技術(shù)研究五個(gè)方面展開(kāi)研究工作。同時(shí)，該課題研究結(jié)合國(guó)家游泳中心冰壺場(chǎng)地照明改造工程同時(shí)進(jìn)行，課題成果直接應(yīng)用于工程實(shí)踐，在產(chǎn)品招標(biāo)、照明設(shè)計(jì)、系統(tǒng)調(diào)試和竣工驗(yàn)收的全過(guò)程各階段提供了相應(yīng)的技術(shù)支撐，改造后場(chǎng)地照明不僅能夠滿(mǎn)足冬奧會(huì)賽時(shí)的各項(xiàng)要求，同時(shí)兼顧了賽后運(yùn)營(yíng)，實(shí)現(xiàn)了可持續(xù)設(shè)計(jì)的目標(biāo)。
針對(duì)該課題為項(xiàng)目組帶來(lái)哪些方面的挑戰(zhàn)，羅濤認(rèn)為：首先，水立方是既有場(chǎng)館，原有建筑布局和馬道主要是滿(mǎn)足游泳和跳水等水上項(xiàng)目的照明需求，要在具備上述條件的同時(shí)，滿(mǎn)足冰壺比賽的要求，在照明設(shè)計(jì)上有相當(dāng)?shù)碾y度；其次，在滿(mǎn)足光環(huán)境的同時(shí)，還要實(shí)現(xiàn)節(jié)能的要求，實(shí)現(xiàn)賽時(shí)、賽后的綜合利用，賽后要滿(mǎn)足冰上和水上兩類(lèi)運(yùn)動(dòng)的照明需求，這就需要提供一套足夠靈活和適應(yīng)性強(qiáng)的解決方案；第三，大功率LED在國(guó)內(nèi)高級(jí)別賽場(chǎng)中還未得到應(yīng)用，沒(méi)有參考依據(jù)，工程時(shí)間也比較緊張，這對(duì)于課題組也是個(gè)不小的挑戰(zhàn)。
“通過(guò)課題組研究，在水立方的大力支持和相關(guān)單位的配合下，最終圓滿(mǎn)完成了這個(gè)任務(wù)。該項(xiàng)目成果直接應(yīng)用于國(guó)家游泳中心冰壺場(chǎng)地照明改造項(xiàng)目，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，各項(xiàng)照明指標(biāo)滿(mǎn)足冬奧比賽和電視轉(zhuǎn)播要求，并得到了奧運(yùn)轉(zhuǎn)播機(jī)構(gòu) OBS 專(zhuān)家和冬奧組委的充分肯定，為2022 年冬奧會(huì)提供了重要的技術(shù)保障。研究成果中關(guān)于照明產(chǎn)品的性能要求和超高清轉(zhuǎn)播的技術(shù)要求被國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《LED 體育照明應(yīng)用技術(shù)要求》采納，為其他場(chǎng)館建設(shè)提供了參考，特別是為高級(jí)別體育照明實(shí)踐起到重要的指導(dǎo)作用?！绷_濤說(shuō)。
首次提出適用于冰壺場(chǎng)地的大功率LED燈具性能評(píng)價(jià)指標(biāo)
隨著 LED 照明技術(shù)快速發(fā)展，LED 目前已廣泛應(yīng)用于一般照明，全面取代傳統(tǒng)照明已是大勢(shì)所趨，國(guó)際冰壺聯(lián)盟也推薦采用 LED。但是大功率 LED 能否用于高級(jí)別體育賽事的場(chǎng)地照明，從成熟度上還有許多問(wèn)題有待研究和解決，特別是在光電性能、散熱、顏色一致性、諧波和頻閃等方面還存在哪些問(wèn)題，在這種高大空間和高級(jí)別賽事應(yīng)用中如何實(shí)現(xiàn)良好的光環(huán)境效果，都需要進(jìn)行研究。
據(jù)羅濤介紹，體育照明需要關(guān)注場(chǎng)地內(nèi)的運(yùn)動(dòng)員和裁判員、現(xiàn)場(chǎng)觀眾和電視轉(zhuǎn)播三方面的需求。其中，冰壺比賽對(duì)于場(chǎng)地照明的基本要求包括以下幾方面：一是冰面照明水平高，盡量均勻，沒(méi)有反射眩光，保證運(yùn)動(dòng)員和裁判能準(zhǔn)確判斷和正常比賽；二是有足夠的垂直照度，以保證運(yùn)動(dòng)員和裁判的現(xiàn)場(chǎng)視線(xiàn)交流，滿(mǎn)足現(xiàn)場(chǎng)觀眾觀看比賽的要求；三是避免眩光，保證正常比賽和競(jìng)技水平的發(fā)揮；四是在上述基礎(chǔ)上，垂直照度和均勻度、眩光以及顯色性還要滿(mǎn)足電視轉(zhuǎn)播的要求。
研究表明，高色溫和高照度條件下，能夠提高運(yùn)動(dòng)員的興奮度，從而保證其競(jìng)技狀態(tài)和技術(shù)水平發(fā)揮；同時(shí)，照明水平高并保持足夠均勻，也是比賽的公平性的基本要求。該課題基于冰壺場(chǎng)地的照明需求和國(guó)家游泳中心的建筑特點(diǎn)，通過(guò)對(duì)大功率LED照明產(chǎn)品的控光特性、光電色性能、散熱、光衰、諧波和頻閃等性能開(kāi)展實(shí)驗(yàn)研究，并首次提出適用于冰壺場(chǎng)地的大功率LED燈具性能評(píng)價(jià)指標(biāo)，并為相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的制修訂奠定基礎(chǔ)。
“良好的光環(huán)境，不僅能保證賽事的順利進(jìn)行，保證運(yùn)動(dòng)員發(fā)揮出應(yīng)有水平，同時(shí)也能保證電視轉(zhuǎn)播的效果，使全世界億萬(wàn)觀眾能夠欣賞到精彩的比賽?！绷_濤說(shuō)。
場(chǎng)地照明實(shí)現(xiàn)節(jié)能、可持續(xù)設(shè)計(jì)的目標(biāo)
除了高級(jí)別冰壺比賽對(duì)場(chǎng)地光效果的高要求外，場(chǎng)地照明方案還要考慮到水立方的賽后應(yīng)用。對(duì)此，研究團(tuán)隊(duì)提出合理的照明設(shè)計(jì)在保證冰壺比賽用燈具在不用調(diào)整燈位的條件下，可用于游泳比賽模式；提供智能照明控制方案，可實(shí)現(xiàn)模式的快速切換，并可與演出燈光和景觀照明進(jìn)行聯(lián)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了賽后冰水雙模式、彩電轉(zhuǎn)播和賽后各類(lèi)活動(dòng)的要求。
據(jù)介紹，在場(chǎng)地照明方案設(shè)計(jì)中，研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)對(duì)冬夏項(xiàng)目場(chǎng)地轉(zhuǎn)換的運(yùn)行模式和控制策略進(jìn)行研究，首次完成了同時(shí)滿(mǎn)足水上和冰上兩類(lèi)運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目的需求，使水立方能夠在服務(wù)2008年北京奧運(yùn)會(huì)后，又服務(wù)2022年北京冬奧會(huì)。
當(dāng)前，在雙碳背景下，節(jié)能運(yùn)行是核心內(nèi)容。研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)多次優(yōu)化方案，實(shí)現(xiàn)了賽時(shí)和賽后的綜合利用，即通過(guò)一鍵切換，可以實(shí)現(xiàn)不同模式之間的轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)節(jié)能高效運(yùn)行。同時(shí)，利用動(dòng)態(tài)變參數(shù)光熱性能模擬和太陽(yáng)全光譜優(yōu)化選擇技術(shù)，通過(guò)光熱優(yōu)化及采光照明協(xié)同設(shè)計(jì)研究，提出地下冰場(chǎng)整體性能最優(yōu)化的被動(dòng)式節(jié)能設(shè)計(jì)方法。
“首先，是要保證大功率LED投光燈的產(chǎn)品性能，特別是光學(xué)性能，具體來(lái)說(shuō)，主要是合理的配光（也就是光分布要合理）、良好的顯色性、穩(wěn)定的光輸出；其次，良好的照明設(shè)計(jì)是核心內(nèi)容，要根據(jù)大功率LED的特點(diǎn)，結(jié)合場(chǎng)地需求和馬道設(shè)置，優(yōu)化燈具選型、合理布置燈具，用最少的燈實(shí)現(xiàn)最佳的照明效果；最后，要充分利用智能照明控制的優(yōu)勢(shì)，保證高效經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。通過(guò)課題研究，本項(xiàng)目的節(jié)能率超過(guò)60%?！绷_濤說(shuō)。
值得關(guān)注的是，羅濤所在的研究團(tuán)隊(duì)作為國(guó)內(nèi)最早開(kāi)展體育照明系統(tǒng)研究的專(zhuān)業(yè)團(tuán)隊(duì)，不僅完成了《體育場(chǎng)館照明設(shè)計(jì)及檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)》和《LED體育照明應(yīng)用技術(shù)要求》等國(guó)家和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的制修訂工作，還自行開(kāi)發(fā)了體育照明眩光檢測(cè)設(shè)備等具有國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平的測(cè)試設(shè)備，并用于橫濱國(guó)際綜合競(jìng)技場(chǎng)的照明工程的眩光檢測(cè)和改進(jìn)，以及完成了2008年北京奧運(yùn)會(huì)京內(nèi)所有場(chǎng)館和京外部分場(chǎng)館的照明檢測(cè)和廣州亞運(yùn)會(huì)和深圳大運(yùn)會(huì)所有場(chǎng)館的照明檢測(cè)。配合體育總局訓(xùn)練局對(duì)籃球、游泳跳水、體操、田徑、舉重等場(chǎng)館完成了LED照明改造工作。
“目前，我們正在對(duì)2022年北京冬奧會(huì)京內(nèi)和張家口冬奧場(chǎng)館進(jìn)行照明系統(tǒng)的全面調(diào)試和檢測(cè)。”羅濤說(shuō)。
