1、智能建筑电气技术Electrical Technology of Intelligent Buildings2022 年 12 月第 16 卷 第 6 期国家体育场冬奥会升级改造例析曹 磊,杨小雨,王 昀(中国建筑设计研究院有限公司,北京 100044)摘要国家体育场作为北京冬奥会承接开闭幕式演出的重要场所,为配合冬奥会的顺利举办,赛前国家体育场内的各类设施进行了一系列升级改造,其中就包括国家体育场金色大厅照明改造及主席台增设电采暖改造,本文主要针对上述改造设计思路进行探讨。关键词 鸟巢;冬奥会;照明;电采暖中图分类号:TU892文献标识码:A文章编号:1729-1275(2022)06-00
2、16-05Analysis on Upgrading of National Stadium for Winter OlympicsCao Lei,Yang Xiaoyu,Wang Yun(China Architecture Design&Research Group Co.,Ltd,Beijing 100044,China)Abstract:National Stadium is an important venue for the opening and closing ceremonies of the BeijingWinter Olympic Games.In order to c
3、ooperate with the smooth holding of the Winter Olympic Games,aseries of upgrading and renovation of various facilities in the National Stadium have been carried outbefore the games,including the lighting transformation of the Golden Hall of the National Stadium and theaddition of electrical heating
4、transformation of the rostrum.This paper mainly discusses the design ideas ofthe above transformation.Keywords:National Stadium;Winter Olympics;lighting;electric heating作者简介:曹磊,硕士研究生,副总工程师,正高级工程师,Email:caol 。0引言 继 2008 年北京国家体育场”鸟巢”作为主场馆,成功举办了北京夏奥会和夏残奥会开闭幕及相关赛事后,2022 年国家体育场“鸟巢”作为北京冬奥会和冬残奥会开闭幕式场馆,再次令世
5、人瞩目,成为全球首个“双奥体育场”。为了以崭新的面貌再次引燃冬奥的热情、惊艳世界,国家体育场“鸟巢”在历时不到两年的时间里,完成了多项改造任务,这其中就包含金色大厅照明改造及主席台升级电采暖。1金色大厅照明改造 国家体育场金色大厅位于场馆西侧零层及二层区域,其中零层区域面积约为 980m2,二层区域面积约为 780m2,平时可作为举办大型商业活动的场所,重大比赛、演出等活动时,作为贵宾进出的主要通道及活动区域。1.1 改造前概况 (1)改造原因:照度不足由于本区域(图 15)。在重要活动期承载重要功能,建设方希望能提高照度,塑造舒适环境,还原其金色大厅的美名。(2)现场实测:设计团队经过现场多
6、次、多点的实际测量,发现实际照度与设计标准有较大出入。1)设计标准:金色大厅作为重要的贵宾接待、活动举办场所,按照规范建筑照明设计标准GB500342013 中 的 规 定,贵 宾 厅 的 照 度 应 满 足300lx,显色指数不低于 80。2)实际照度:一层金色大厅普遍照度约为75lx,最低照度只有 50lx;二层金色大厅由于设有外窗,且测试时间段为下午,受到自然光影响,靠窗区域照度高于一层金色大厅,可达到 110120lx,内侧区域照度仍只有 80lx 左右。1.2 原因分析 经过现场的勘察与测试,分析导致照度不足的原因可能有以下几点。(1)墙、顶、地面的反射比过低,现场顶面主要为深色涂料
7、,墙面颜色也多以深色为主,一层结构柱均采用灰色混凝土,地面主要采用红色地毯。以61DOI:10.13857/11-5589/tu.2022.06.030第 16 卷 第 6 期曹 磊,等.国家体育场冬奥会升级改造例析图 1 零层金色大厅灯具改造前效果图 2 世锦赛时现场效果图 3 零层金色大厅改造前现场照度实测图 4 一层金色大厅灯具改造前效果上墙、顶、地装饰的材料、颜色做法均会导致较低的图 5 一层金色大厅现场照度实测光反射比,从而影响照度降低。(2)灯具下方设置了大面积不规则的金色镂空吊顶,灯光的照射路径受到阻挡,使光线无法直接照射至地面,导致照度降低。(3)金色镂空吊顶表层受氧化,影响色
8、彩的还原性。(4)光效衰减,导致照度降低。(5)受装修效果的影响,照明均匀度不理想。(6)日常维护更换的灯具、光源指标不一致,影响整体效果。1.3 改造方案 (1)确定方案根据上述原因分析,初定了以下三种改造方案:1)更换灯具,适当增加灯具的功率及光通量,以提高平均照度。2)不更换灯具,适当增加灯具数量,提高平均照度的同时,弥补照明均匀度不足的问题。3)既换灯具又增加灯具数量,提高照度的同时满足照明均匀度要求。由于该区域涉及上千盏灯具,且异形吊顶为拼装式,拆卸复杂,经过与建设方的汇报、讨论,综合考虑施工难度及设备成本,并结合现场的施工条件,最终决定采用第一种改造方案。(2)改造设计为了实现设计
9、要求,满足呈现效果,避免不必要的返工,笔者所在团队选取了一个代表性区域进行实验性更换,满足要求后再进行整体改造。现场选取一个约 55m2(11m5m)样板区域,按照现有灯具的布置形式(2m2m 标准间距交叉布置),该区域共安装灯具 25 盏。按照图 6 进行灯具布置,墙、顶、地、吊顶的装饰材料,规范要求的 300lx 的标准照度作为输入条件,用利用系数平均照度法出具本区域的照度计算书。1)房间参数(表 1)71智能建筑电气技术2022 年图 6 灯具布置图房间基本参数表 1房间长度 L/m11.00房间宽度 B/m5.00灯具安装高度 H/m3.00工作面高度 H+/m0.00 2)利用系数查
10、表参数(表 2)利用系数法查表参数表 2计算高度 H/m3.00室空间比 RCR4.35室形系数 RI1.15利用系数0.82顶棚反射比(混凝土屋面板)/%40墙反射比(带有窗子的混凝土墙)/%40地面反射比(地毯)/%38 3)其他计算参数(表 3)其他计算参数表 3光源种类LED 筒灯单灯光源数/个1光源功率/W29光通量/lm2 489色温/K4 000光源显色指数80灯具光束角/75维护系数0.80要求照度值/lx300.00功率密度规范值/(W/m2)13.50 灯具参数如图 78 所示。图 7 灯具参数4)计算结果:参见式(1)(2)E=NUK/A(1)N=EA/(UK)(2)式中
11、,为光通量,lm;N 为光源数量;U 为利用系数;A 为工作面面积,m2;K 为灯具维护系数。图 8 配光曲线计算照度:749lx(底板平均照度,未考虑灯具下方设置不规则格栅吊顶的情况)实际功率密度:13.18W/m2(满足要求)5)等照度图(图 9)图 9 等照度图地面点照度值分布图(图 10)图 10 点照度分布图6)计算结果:实际计算平均照度:749lx。貌似理论计算值原高于目标值,但改造项目一定要结合现场实际情况进行考虑。由于本改造区81第 16 卷 第 6 期曹 磊,等.国家体育场冬奥会升级改造例析域内灯具均安装在格栅吊顶上,格栅吊顶对灯具有局部遮挡,且大面积的光需要靠格栅板反射下来
12、,结合现有格栅吊顶的材质及颜色,通过查得的反射比,推算出该吊顶对照度损失约 60%,以此为依据,地面计算照度实际可达到 300lx,满足规范要求。但由于利用系数受到建筑装饰材料及做法的影响,存在的不确定因素因素较多,理论计算值是否能通过实测的检验,尚不确定。(3)样板区域改造测试现场选取了一层金色大厅样板区域进行了测试,按照方案中给出的灯具参数总共更换了 25 套灯具(29W LED 筒灯),实测中心照度达到 297lx,边角照度达到 251lx,色温达到 3 647K,显色性达到83.2,接近方案结论,满足规范及设计要求。改造前后对比如图 11 所示。图 11 改造测试区两个不同角度的拍摄1
13、.4 最终成果 改造区域的测试结果满足规范照度要求,改造前使用的灯具为 218W 双头筒灯,LPD 计算值为16.36,改 造 替 换 为 29W LED 筒 灯,LPD 值 为13.18,实现了良好的节能效果。为了呈现更良好的氛围,在光源的色温选择上进行了多方案比对,确定色温控制在 3 5004 000K。经过测试发现,即使在同一种色温下,不同厂家灯具安装后呈现的效果并不相同,为了贴合金色大厅的设计定位,同建设方一起,针对入围的 3 家厂商,同时为其划分区域进行安装测试。最终协同建设方、“鸟巢”建筑专业负责人确定了实施方案。效果如图 12 所示。图 12 改造后现场效果2增设电采暖系统2.1
14、 改造概况 鸟巢作为举办北京冬奥会、冬残奥会开闭幕式的大型室外场馆,为避免冬奥会开闭幕式举行时的气候、环境因素影响主席台观礼舒适度,冬奥组委提出了精准加热保障要求。2.2 改造方案 因冬奥会、冬残奥会举办期间国家体育场主席台的特殊性,冬奥组委等多方要求项目必须做到万无一失、精益求精。由于大型室外场馆低温环境下的有效制热尚无可借鉴案例,项目组各方经过多重比对,最终确定主席台加热方案包含四部分内容:主席台座椅加热、主席台桌体加热、主席台地毯加热、主席台背板加热。(1)主席台座椅及桌体加热主席台座椅及桌体加热材料作为人体直接接触的用电设施,必须达到最高的安全性标准,故放弃了常规交流 220V 电辅热
15、方案,选用了由安全电压供电的加热方案。石墨烯发热布料质地柔软,在直流 24V 低电压下就可以高效发热,温度可控制在 30至 47。实施后的主席台的加热座椅及桌体内部均嵌入了这种石墨烯柔性发热织物(图 13)。图 13 石墨烯材料安装图座椅及桌体石墨烯发热织物的配电系统设计,采用高频开关电源设备,将交流电源转换为直流24V,经直流分配电箱为石墨烯发热织物供电。高频开关电源箱内部设置 8 个整流模块,单个高频开关电源箱输入功率仅 14.4kW,主席台仅集中设置两台高频开关电源箱,即可满足主席台全部座椅及桌体石墨烯发热织物的加热用电需求,该套加热系统体验安全舒适,应用节能高效。(2)主席台地毯加热1
16、)主席台地毯夹层采用交流 220V 供电的石墨烯发热材料,并采取多项措施切实保障用电安全。91智能建筑电气技术2022 年2)设备配电箱内设置专用温控器,达到预设温度后即刻自动切断电源。3)设置有远程控制措施,便于运维人员结合现场情况控制设备启停。4)地毯加热配电回路均设置漏电保护开关,确保故障及时切除。5)地毯加热材料安装区域设置辅助等电位联结,且覆盖有绝缘材料。地毯、座椅、桌体加热共同作用,形成温暖的局部环境。经现场实测,地毯内石墨烯材料发热温度均衡在 40,在室外温度-5 的环境下,地毯的表面温度约为 20。(3)主席台背板加热采用新型环保加热线缆。具体实施方案为:将背板分为 3m1.8m 共 11 个加热区域,每个加热区域采用 1 根双导电加热线缆(150m,加热功率2.95kW,运行电流为 12A);每两个区域一个回路供电并设置温控箱,保障用电安全的同时实现温度调节。线缆绕线间距约为 27mm,回字型盘绕在背板夹层内;每个加热区域配置单独的开关和温控器。背板加热设备安装过程中,为防止主席台背板内各层材料受热膨胀引发背板变形、损坏,现场进行了多次试验及安装方式调整,最终实现了加