李炳华：游泳馆照明详解
文▕ 李炳华
编辑手记：
游泳馆一般分为娱乐型和专业比赛型游泳馆，娱乐型的游泳馆对照明标准没有太严格的界定，以对人视觉接受度在能调节的范围内，根据个人风格和实际需求设计即可，但专业比赛型的游泳馆对照明的需求比较严格，要充分考虑到运动员、观众、裁判的视觉角度，下面就一起来看看游泳馆的照明到底应该怎么做。
1概述
游泳馆正式比赛的标准泳池长50m，标准短池长为25m，宽25m，并有9条分道线构成8条泳道，各泳道的宽度为2.5m。特级、甲级、乙级游泳馆池深2.0m，丙级游泳馆池深1.3m。跳水池水深为5.25m。
游泳馆的照明在某些方面与室内体育馆及室外体育场有相同之处，不同之处在于游泳池水面在运动员游泳时有波浪并有可能产生光的反射。
游泳馆照明既要满足游泳运动员、跳水运动员、服务员、教练员和观众的要求，又要满足彩色电视转播体育比赛的需要。游泳池照明最大的难题是如何控制水面的光幕反射。水面的光幕反射对人产生许多危害：游泳运动员看不清对手或他人；跳水运动员看不清水面，不能准确判断入水的时机，影响动作的质量；裁判员不能准确看清楚是否有犯规、违例等现象；由于反射光亮度要比池底的亮度高得多，致使观众不能看到水里的情况。
游泳馆照明的设计、灯具的安装应确保没有视觉干扰，保证观看比赛的最佳效果。在游泳池水面上，光的反射和透射的比例取决于光线入射角度。
游泳馆照明设计时要特别注意彩色电视现场实况转播，为保证转播图像生动清晰、色彩逼真，为此务必注意照明灯具安装的位置和投射方向，这样才能满足照明标准和照明质量的要求。
2照明的基本要求
游泳馆内照明的主要目的是为场地内每一个人提供良好的视觉条件。因此，设计要达到以下要求：
1.游泳池内任一点的最低水平照度不应低于250lx；
2.光线应能向水中折射；
3.避免直射光或反射光产生眩光。
1、水面反射光
图1 灯光经墙、顶棚、水面反射的反射率
图1所示，光线经过顶棚、墙面、水面反射的情形，图1（a）表示静止水面的光线反射，图1（b）为波动水面时产生的反射光。观众在看台上视角相对较高，典型观看位置为站在游泳池边的运动员、裁判员、工作人员、服务员或救生员，如图2，他们有较低的视角，因此，其入射角一般较大，从而有较高的反射率。
图2 水面折射
（1）静止水面：观看者只能看到墙壁上或顶棚上特定发光点所形成的反射影像。
（2）波动水面：观看者能看到一个光源所形成的多个光源反射影像，图1为夸张的示意图，实际上，任何时候，水面波动都不会超过水平面的±20%，见图2。同理可见，人眼能看到墙壁上，顶棚上或窗户上的多点影像。背向窗户的观察者是看不到水中窗户的反射影像的。
2、水面的透射光
从图2可知，游泳池水面上的入射角度越大，其水面反射率就越高，同时伴随着折射光越小。折射光经过光在水中传输到达池底，并在池底反射之后，人就可以在游泳池（场、地）的观众厅、池边等处看到池底的反射光。也就是说，人在池边可以看到游泳池底的亮度，这样的亮度与水面条件无关，即水面的静止或波动对池底亮度没有影响。因此，池底和水下游泳者的可见度随水面亮度的提高而减少。
游泳池底的亮度主要由进入水中的总光通量决定，因此影响池底的亮度取决于建筑的大小、灯具的光源分布、灯具的光输出、灯具的效率、墙和顶棚的反射率等因素。
水面的平均亮度除取决于总的光通量外，还取决于观看者的位置。这一点从图1可以看出。例如，游泳池边的服务员和救生员要确保游泳者的安全，照明的安装应能有最佳的视看条件。因此，水面的平均亮度不应比游泳池底的亮度高得太多。
3、改进水中观看条件的措施
( 1 )用可调节的百叶窗，固定的室外遮光板遮挡玻璃窗，用以遮挡50°以上入射角的光线；
( 2 )用窗帘、卷帘或有色玻璃来减少进入室内的自然光；
( 3 )顶棚上灯具最大光强与垂直线的角度不要超过50°，但又不能过多地影响灯具效率；
( 4 )提高池底的反射率，反射率不应小于70%；
( 5 )对于直射照明的系统，墙和顶棚内的反射率应在0.4~0.6范围内。对于间接照明系统，在保证照明的效率前提下，提高顶棚的反射率并保证墙面的低照度；
( 6 )用水下照明系统来提高水下亮度，用人工照明来改善池中的观看的视觉条件。但是水下照明不能有效地改善由窗户带来的水面反射光，不能修正不合适的电气照明设计；
( 7 )游泳池四周和观众看台的照明不能产生干扰的反射光。
3照明的设计要点
1、照度
对游泳者来说，游泳池照明首先要为游泳者提供安全保障。因此，游泳池照明必须满足如下要求：
（1）工作人员、服务人员必须能清晰地看到发生危险的游泳者，这可通过限制水面的反射光以及有一个符合标准的水平照度来实现；
（2）在水球比赛时，裁判员和观众要能看清楚运动员的快速移动；
（3）游泳比赛时，当运动员触池时，裁判员和观众能清楚地看到触池动作，这样裁判员方可准确的判定；
（4）跳水比赛时，裁判员和观众要能看清楚运动员完成翻转及动作细节。
游泳、跳水、水球、花样游泳的照明指标推荐值参见“体育场馆照明标准综述”。
2、均匀度
设计时应注意游泳池四周的照度均匀度，文章“李炳华：体育场馆场地照明标准综述”有详细要求，还要注意跳水运动员运动轨迹全过程照度均匀度。要特别注意，避免墙面上的高亮度，因为高亮墙面更容易在游泳池水面上产生反射眩光。
3、光源的颜色
原则上显色指数 Ra在 65 及以上即可满足大部分比赛要求，使用高显色性的光源其代价是牺牲光源的光效，无论金卤灯还是LED都证明了这一点。对于要求高照度或需遮挡自然光的地方，灯的色温最好 大于4000K。采用LED灯的游泳馆，特殊显色指数R9也要加以注意，目前国内外正在研究其具体数值。
较好的解决方案是采用金属卤化物灯或LED灯，因为其效率高，寿命长，色温、显色性尚佳。光源的最终选择取决于多种因素。例如每年使用的小时数，初始投资与运转费用，光的控制、开关要求和颜色质量。
4、灯具
室外游泳池照明可采用普通的泛光灯，维护也是日常维护；但是室内游泳池则不同，因室内环境为高温、潮湿、并有化学腐蚀，灯具要能适应这种不利的环境，维护工作也不同于室外。因为游泳池大厅的顶棚是密闭的，与其说是顶棚，不如说是夹层，而灯具通常在顶棚下面，给维护工作带来不少困难。当然，如果顶棚是干燥的和通风的，所有维修工作，能在顶棚空间内进行，也不存在什么特殊问题。
为此，游泳池比赛场部分选用全密封灯具，以防止尘土积聚在光源上和光学反光器上，万一光源破碎，玻璃将掉在灯具内，不致于伤人。
由于潮湿和凝结水，灯具外壳的防护等级不应低于 IP55，且在不便维护或污染严重的场所灯具外壳的防护等级不应低于 IP65，水下灯具外壳的防护等级应为 IP68。
灯具的安装位置还要考虑方便灯具的维修、清扫和更换。因此，一般不要在游泳池上面的顶棚安装灯具，而照明灯具应安装在侧边。如果侧向布灯灯具安装高度受到限制，有可能产生水面射光问题，为避免出现这种情况，应选择合适配光灯具。
4照明设计原则
为了游泳池场地得到较高的照度，对室内游泳池要做一般要求，即游泳池底表面应有较高的反射率。
室内游泳池照明系统往往受建筑和结构的限制，室内游泳池的电气照明只能作为对自然采光的补充，当自然采光不足和无自然采光时，电气照明为运动员、工作人员、裁判员和观众提供最佳的视看条件。但是，电气照明不能减弱自然光的眩光，不能减少自然光在水面上产生的反射光。同时，照明装置必须适应环境条件，便于维护。但是，正式比赛不允许采用自然光照明！
1、直接照明
( 1 )采用高强度气体放电灯或LED灯
通常采用金卤灯或LED配反射器、格栅、或配棱镜板，照明装置近似为点光源，提供中、宽光束配光，可严格控制与垂直线成50°角以上的亮度。照明装置效率较高，灯具光束角较小，在光束角内灯具的发光强度高，从而在水中产生很高折射光，因此，游泳池有很高的亮度。同时，灯具在水面上的反射光面积小，亮度低。这种方案的缺点比较突出，由于照明装置向下的光强高，会对仰游运动产生眩光。如果要降低灯具的亮度，必定会增加灯具数量，以达到相同的照度，从而增加水面上反射光影的数量。
实际上顶棚的反射率应至少为0.6，从而降低灯具与其周围的亮度对比，墙面的反射率不应小于0.4，以防有郁闷的感觉。如果大面积玻璃窗的高度到顶棚，要采用窗帘和百叶窗，由于水中亮度很高，这种方案不必另设水下照明。
( 2 )采用带罩荧光灯或LED条形灯
条形灯要成排布置，而且要大面积布置灯具。这种方法的折射光仍然很高，反射光影响面积大，但其亮度低。其亮度比高强气体放电灯低的多，50°角以上的光强应加以控制。如果水中亮度能满足要求，可以不增加水下照明。对于小型游泳馆，如果顶棚较低，有时就难控制50°角以上的亮度，此时可采用水下照明来改善水下观看条件。
如果墙面和顶棚的反射率为0.6，通常对游泳运动员不存在眩光问题，同样在夜间也可采用百叶窗和窗帘进行比赛。
这种方案要求灯具排列应严格平行或垂直于游泳池的长轴，仰泳运动员参照灯排的方向，而很少参照泳道的标志线进行比赛。
这种方案仅适用于全民健身、娱乐性的游泳场所。
( 3 )发光顶棚
发光顶棚是将照明系统安装在顶棚上，它将少量高亮度、小面积的点光源变成顶棚的面光源，并形成很低的亮度。当然顶棚要选择在50°角内低亮度的漫射板。格栅灯照明效果不能令人满意，人能看见水中光源的反射影像；同时安全上也存在问题，万一光源玻璃破碎而掉入水中，有可能伤人。
由这种照明系统提供的反射光亮度是非常低的，折光性还是可接受的，可以获得满意的观看条件。但这种照明系统的缺点是造价高，效率较低，正式比赛场所很少使用。
( 4 )侧面照明
与体育馆一样，侧面照明是常用的照明方式，因为它的初始费用和运输费用通常是最低的，而且维修很方便。但是其缺点也很明显：一是系统效率低，二是直接眩光和水面上的反射眩光较大。如果照明系统不能满足推荐的角度，可以采用水下照明来抵消水面的反射光。
2、间接照明
为了减轻对运动员和观众眩光的影响，可采用间接照明方式。虽然一般认为间接照明效率不高，但在某种情况下，可能要比直接照明采用格栅式或其它措施限制眩光更经济。而且间接照明由于灯具可安装在两侧的墙上，维护管理更方便。在这种情况下，要采用浅色墙面和顶棚，墙面反射率应达70%，顶棚反射率应达到80%。控制反射眩光的措施如下：
(1)顶棚的反射面不能越出泳池太多；
(2)确保只在顶棚反射区有均匀的照明，这样将不会对游泳运动员和观众产生直接眩光，并避免在灯具上部的墙面上有高亮度值；
(3)从游泳池长轴方向看过去，要控制一定范围内高角度的顶棚亮度。方法如下：在顶棚下安装黑色档光板、利用横向结构梁或桥架。
间接照明系统可提供惬意的照明效果，特别适合于娱乐性的游泳池，不适合于正式比赛场所。采用大功率、高光效高强气体放电灯，并经合理设计，其运行费用比一些直接照明系统要低，维护工作也比较简便。
间接照明亮度较低，需要水下照明系统来改善观看条件。然而，有些情况下不需要增加水下照明系统也能达到可接受的观看条件。
3、多功能照明系统
多功能照明系统通常用于娱乐和比赛用的游泳池。比赛时可能有彩色电视转播，游泳池还可用于水上表演。此系统可调成不同照明效果，可由两种及其以上照明系统组合而成。
4、水下照明
有时为增加气氛需设置水下照明。尤其花样游泳，为了能看清运动员在水下的表演动作及彩色电视转播水下运动员比赛的情况，水下照明显得更为重要，另外，装设水下照明可增加水下的亮度，减少水面的反光。
水下照明系统可增加池底亮度，降低水面上的光幕反射；其次，教练员和观众要能清楚地看见游泳运动员的动作。但是水下照明要解决的最重问题是安全问题。
游泳池设置水下照明可参考下列指标：室内为1000~1100lm/m2（池面）。水下照明灯具上宜布置在水面下0.3~0.5m，灯具间距宜为2.5~3m（浅水池）和3.5~4m（深水池）。灯具应为防护性，并有可靠的安全接地措施。水下照明灯具应采用安全特低压供电，供电电压应不大于12V，并选用防触电等级为III类的灯具。
水下照明通常采用LED灯或高强气体放电灯，灯具一般布置在游泳池的长向侧边，灯的照射方向平行于游泳池的短边平面。这样，光束在水中距离最短，而且对游泳运动员的影响最小。泛光灯的峰值光强与水平线约成10°角，这样对于游泳运动员和四周的观众无反射光的危害。室内装饰面的反射率应尽可能的高，以获取最佳效果。考虑到水的吸收特性，高强气体放电灯比使用白炽灯效果更好。
水下照明灯具有二种安装方式：干壁龛和湿壁龛安装。湿壁龛方式是将特殊水下灯具嵌入游泳池壁墙内；而干壁龛应为防水、密封的，灯具则为普通灯具，它装在干壁龛内。干壁龛的优点是：便于安装、对游泳者比较安全；易于调整灯具；便于从维修走道或从池外维修；可采用各种新光源。
现代游泳馆很少采用水下照明，正常的场地照明即可满足水下照明要求。
5彩色电视转播的要求
室内游泳池，如果要求彩色电视转播，其电气照明系统可以采用永久性照明。电气照明系统可以是侧面照明系统。也可采用安装在灯桥上或马道上的泛光照明。直接向下照射的灯光不能满足垂直照度的要求。因此，采用光束控制性较好的金属卤化物泛光灯、LED灯，增加游泳池长轴方向的向下光通量，可以控制对摄像机和观众的光幕反射。
然而，泛光灯严禁对在池端的游泳运动员、裁判员和官员产生不良的眩光。只要灯具安装高度适当，在游泳池上面的灯桥以及侧面照明系统可以得到非常满意的照明效果。但必须注意照明装置的位置和投射方向，以免对裁判员、工作人员和观众产生眩光，以及不能影响跳水运动员和游泳运动员的情绪。
6实例
1、国家游泳中心——水立方
国家游泳中心——水立方是中国人自主创新的杰作，曾获国家科技进步一等奖、国家优秀设计金奖等诸多国内外奖项。其巧夺天工的设计创造了多项世界第一，多项国家和省市级科技攻关课题，数十项拥有自主知识产权的专利技术。整个建筑节能达9%以上，实现了美观与技术的统一。
2008年奥运会期间水立方可容纳1.7万名观众，奥运会后拆除临时座位，只保留6000座。奥运会时总建筑面积为8.7万m2,奥运会后进行改造，总建筑面积为9.4万m2，地下两层，地上四层，地面上高度31米。建筑围护结构采用双层聚四氟乙烯(ETFE)薄膜气枕单元。地下部分为砼结构，桩基础，地上为多面体钢架钢结构体系。内设奥林匹克游泳池（正式比赛用）、热身池（热身及全民健身用）、跳水池各一个。
图3 水立方场地照明布灯图
图3为水立方场地照明布灯图，共采用308套EF2000灯具，1000W双端短弧金卤灯。表1为主要模式下的开灯数量及用电负荷，表2为实测数据与设计标准、设计数据的对比，水立方的场地照明达到了奥运会比赛及高清电视转播的需要。
表1 主要模式下的灯具数量和用电负荷
表2 场地照明实测结果
2、上海浦东游泳馆
该馆是目前浦东新区最大的集健身、休闲、娱乐、竞赛、训练为一体的场馆，属于改造项目。拥有国际标准的比赛池，还有训练池、嬉水池等。原场地照明采用33套1000W和29套400W金卤灯，使用7年后灯体腐蚀严重，存在安全隐患。改造采用Musco公司单灯功率270W的高效、耐腐蚀LED灯具44套。改造后平均水平照度达600lx，照度提高34%，照度均匀度提高100%，而新的照明系统总安装功率只有原系统的12%，节能效果非常可观。
图4 上海浦东游泳馆实景（照片由Musco提供）
李炳华悉地（北京）国际建筑设计顾问有限公司
电气总工程师、设计副总裁教授级高级工程师、国家注册电气工程师
高级照明设计师
兼任北京市建筑工程学院客座教授 硕士研究生导师
2008年北京奥运会主体育场——鸟巢电气总设计师《体育照明设计手册》主编。
注：