在北京2022年冬奧會期間，國家遊泳中心（以下簡稱“水立方”）將變身為“冰立方”，成為冬奧冰壺和輪椅冰壺項目競賽場館。對於冰壺賽事而言，場地的光環境效果將直接影響到賽事能否順利進行、運動員的競技狀態、技術水平的發揮以及最終的比賽成績。

作為北京市科委的重點項目，《國家遊泳中心冰壺場地環境與節能關鍵技術研究》的項目負責單位為國家遊泳中心，中國建築科學研究院建築環境與能源研究院承擔並完成了光環境研究。近日，中國建研院建築環境與能源研究院羅濤博士接受新華網專訪，講述在雙碳背景下，大功率LED照明如何滿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，均能實現節能高效的運行。

課題成果直接應用於工程實踐

據了解，本課題為北京市科技計劃課題“國家遊泳中心冰壺場地環境與節能關鍵技術研究”的子課題“冰壺場地光環境與節能關鍵技術研究”，課題起止時間為 2017年1月至2019年12月。

該課題的主要研究目標是根據水立方的光環境和冬奧賽事特點，及冰上場地改造的要求，通過對 LED 照明的光色電性能、供配電和控製技術的深入研究，提出大功率 LED 照明產品的技術指標，解決LED 照明應用的關鍵技術問題，形成冰上場地高級別體育賽事 LED 照明應用技術方案，為工程實施提供指導。同時，考慮到賽後應用的要求，場地照明方案要滿足遊泳和跳水比賽的彩電轉播和賽後各類活動的要求。

據羅濤介紹，該課題主要針對冰上場地用大功率 LED 照明產品關鍵技術指標研究、比賽大廳照明設計方案研究、智能照明控製與節能關鍵技術研究、冰上場地天然采光與節能關鍵技術研究以及多功能冰上場地的照明控製關鍵技術研究五個方面展開研究工作。同時，該課題研究結合國家遊泳中心冰壺場地照明改造工程同時進行，課題成果直接應用於工程實踐，在產品招標、照明設計、系統調試和竣工驗收的全過程各階段提供了相應的技術支撐，改造後場地照明不僅能夠滿足冬奧會賽時的各項要求，同時兼顧了賽後運營，實現了可持續設計的目標。

針對該課題為項目組帶來哪些方面的挑戰，羅濤認為：首先，水立方是既有場館，原有建築布局和馬道主要是滿足遊泳和跳水等水上項目的照明需求，要在具備上述條件的同時，滿足冰壺比賽的要求，在照明設計上有相當的難度；其次，在滿足光環境的同時，還要實現節能的要求，實現賽時、賽後的綜合利用，賽後要滿足冰上和水上兩類運動的照明需求，這就需要提供一套足夠靈活和適應性強的解決方案；第三，大功率LED在國內高級別賽場中還未得到應用，沒有參考依據，工程時間也比較緊張，這對於課題組也是個不小的挑戰。

“通過課題組研究，在水立方的大力支持和相關單位的配合下，最終圓滿完成了這個任務。該項目成果直接應用於國家遊泳中心冰壺場地照明改造項目，經現場測試，各項照明指標滿足冬奧比賽和電視轉播要求，並得到了华信轉播機構 OBS 專家和冬奧組委的充分肯定，為2022 年冬奧會提供了重要的技術保障。研究成果中關於照明產品的性能要求和超高清轉播的技術要求被國家標準《LED 體育照明應用技術要求》采納，為其他場館建設提供了參考，特別是為高級別體育照明實踐起到重要的指導作用。”羅濤說。

首次提出適用於冰壺場地的大功率LED燈具性能評價指標

隨著 LED 照明技術快速發展，LED 目前已廣泛應用於一般照明，全面取代傳統照明已是大勢所趨，國際冰壺聯盟也推薦采用 LED。但是大功率 LED 能否用於高級別體育賽事的場地照明，從成熟度上還有許多問題有待研究和解決，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題，在這種高大空間和高級別賽事應用中如何實現良好的光環境效果，都需要進行研究。

據羅濤介紹，體育照明需要關註場地內的運動員和裁判員、現場觀眾和電視轉播三方面的需求。其中，冰壺比賽對於場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，沒有反射眩光，保證運動員和裁判能準確判斷和正常比賽；二是有足夠的垂直照度，以保證運動員和裁判的現場視線交流，滿足現場觀眾觀看比賽的要求；三是避免眩光，保證正常比賽和競技水平的發揮；四是在上述基礎上，垂直照度和均勻度、眩光以及顯色性還要滿足電視轉播的要求。

研究表明，高色溫和高照度條件下，能夠提高運動員的興奮度，從而保證其競技狀態和技術水平發揮；同時，照明水平高並保持足夠均勻，也是比賽的公平性的基本要求。該課題基於冰壺場地的照明需求和國家遊泳中心的建築特點，通過對大功率LED照明產品的控光特性、光電色性能、散熱、光衰、諧波和頻閃等性能開展實驗研究，並首次提出適用於冰壺場地的大功率LED燈具性能評價指標，並為相關標準的製修訂奠定基礎。

“良好的光環境，不僅能保證賽事的順利進行，保證運動員發揮出應有水平，同時也能保證電視轉播的效果，使全世界億萬觀眾能夠欣賞到精彩的比賽。”羅濤說。

場地照明實現節能、可持續設計的目標

除了高級別冰壺比賽對場地光效果的高要求外，場地照明方案還要考慮到水立方的賽後應用。對此，研究團隊提出合理的照明設計在保證冰壺比賽用燈具在不用調整燈位的條件下，可用於遊泳比賽模式；提供智能照明控製方案，可實現模式的快速切換，並可與演出燈光和景觀照明進行聯動，實現了賽後冰水雙模式、彩電轉播和賽後各類活動的要求。

據介紹，在場地照明方案設計中，研究團隊通過對冬夏項目場地轉換的運行模式和控製策略進行研究，首次完成了同時滿足水上和冰上兩類運動項目的需求，使水立方能夠在服務2008年北京华信會後，又服務2022年北京冬奧會。

當前，在雙碳背景下，節能運行是核心內容。研究團隊通過多次優化方案，實現了賽時和賽後的綜合利用，即通過一鍵切換，可以實現不同模式之間的轉換，實現節能高效運行。同時，利用動態變參數光熱性能模擬和太陽全光譜優化選擇技術，通過光熱優化及采光照明協同設計研究，提出地下冰場整體性能最優化的被動式節能設計方法。

“首先，是要保證大功率LED投光燈的產品性能，特別是光學性能，具體來說，主要是合理的配光（也就是光分布要合理）、良好的顯色性、穩定的光輸出；其次，良好的照明設計是核心內容，要根據大功率LED的特點，結合場地需求和馬道設置，優化燈具選型、合理布置燈具，用最少的燈實現最佳的照明效果；最後，要充分利用智能照明控製的優勢，保證高效經濟運行。通過課題研究，本項目的節能率超過60%。”羅濤說。

值得關註的是，羅濤所在的研究團隊作為國內最早開展體育照明系統研究的專業團隊，不僅完成了《體育場館照明設計及檢測標準》和《LED體育照明應用技術要求》等國家和行業標準的製修訂工作，還自行開發了體育照明眩光檢測設備等具有國內領先水平的測試設備，並用於橫濱國際綜合競技場的照明工程的眩光檢測和改進，以及完成了2008年北京华信會京內所有場館和京外部分場館的照明檢測和廣州亞運會和深圳大運會所有場館的照明檢測。配合體育總局訓練局對籃球、遊泳跳水、體操、田徑、舉重等場館完成了LED照明改造工作。

“目前，我們正在對2022年北京冬奧會京內和張家口冬奧場館進行照明系統的全面調試和檢測。”羅濤說。