曹志刚，杭州市建筑设计研究院有限公司建筑师；

卢士亮（通讯作者），哈尔滨工业大学建筑学院教授。

本文节选自《基于视觉质量评价的大型专业足球场看台参数化设计研究》，原文发表于《建筑师》杂志2022年10月，第218期，P107-115。 微信版已省略文中所有注释、图片来源、参考文献等信息，正式版以原文为准。

作者注

2022年卡塔尔世界杯将于11月20日至12月18日举行，虽然中国足球队未能参赛，但中国建筑企业主导建设了主场卢塞尔体育场，并打破了世界杯专业足球场的纪录从规模、跨度、设计标准等指标来看。 体育场总座位数为9.2万个，其中8万个座位无视线遮挡。 这个指标背后的技术内容是什么？ 本文将从视线设计的角度比较多个世界杯场馆案例，分析观看足球比赛的视线原理，进而评估不同看台的选择。

总结了目前6万座专业足球场常见看台形式，提取设计参数并组合，建立多种看台模型。 根据观众的视觉特点和观看需求，通过参数化编程对影响视觉质量的因素进行量化，形成专业足球场视觉质量评价方法。 通过对看台视觉质量的模拟，比较不同形式看台视觉质量的差异，揭示看台平面及剖面设计参数对视觉质量的影响，提供理论和数据支持用于大型专业足球场看台的选型、设计优化和视觉质量评估。

目录概览

自2015年《中国足球改革发展总体方案》发布以来，中国足球进入了新的发展阶段。 《建设体育强国纲要》明确提出探索中国式足球发展道路。 随着2022年世俱杯和2023年亚洲杯的备战，我国职业足球场建设和改造迎来了前所未有的热潮。 与过去国内建设的大量兼顾田径和足球的综合体育场相比，专业足球场更注重足球观看的视觉质量，比如观众的最佳观看距离不超过150m，最大观看距离不超过190m，看台视角不超过34°。 这些要求与综合体育场馆的设计理念和技术要点形成鲜明对比，形成了看台选型和设计的困难。

国际足联在《国际足联足球场馆技术建议和要求》（2011）中提出了专业足球场的最佳观看距离为90m（图1）。 谢光召、徐强生等人在《关于体育馆平面形式和看台剖面设计的探讨》中，对不同观看距离和高度下的运动员特征识别进行了实验，制定了体育馆视觉质量分区图。 梅继奎在《体育建筑设计研究》中探讨了标准观看点的选择，将方位角和高度角归纳为透视变形和观看距离差，绘制了体育馆视觉质量分区图。

《建筑设计资料集（第三版）》提出了距离、高度角、方位角对视觉质量的影响，并提供了综合体育场视觉质量分区方案（图2）。 上述文献研究多基于二维图形，缺乏对看台三维参数变化的考虑，或着眼于单一因素，缺乏对多因素规律的分析。 为此，本研究从视觉和心理学原理出发，分析影响职业足球场视觉质量的因素并进行参数化编程，结合典型看台的三维模型计算视觉质量，探讨视觉质量的看台设计参数，以科学评价不同形式的职业足球场的视觉质量，为职业足球场看台的选择和优化设计提供判断依据。

图 1：最佳和最大观看距离

图2：综合体育场馆视觉质量分区图

1、专业足球场看台参数设置及模型建立

本文选取最具代表性的6万座专业足球场作为研究对象。 作为世界杯半决赛的场馆规格，案例相对丰富，看台较大，有利于视觉品质特征的呈现。 通过收集和总结国内外该规模的专业足球场看台数据，提取典型看台形式的平面和剖面参数作为变量，并控制其取值范围。 根据现有体育场馆常用值进行赋值，建立一系列带有参数信息的典型看台3D模型。

1.平面参数提取与设置

专业足球场看台的平面由外轮廓和内场形状决定。 根据外轮廓形状产生的原因，看台可分为两类：等座看台，即外轮廓形状与内场形状相同，设计参数为排数F ; 不等座看台，外轮廓有圆形、四心椭圆形、八心椭圆形。 圆形支架的参数为半径R； 四中心椭圆和八中心椭圆看台的设计参数参考了多种情况的常用值（表1），其中四中心椭圆看台以控制圆弧半径R为变量，控制圆中心到场地中心的距离D为30m，控制弧角N为60°； 八中心椭圆看台以长轴控制圆半径r1为变量，长轴控制圆中心到场地中心的距离d1为85m，短轴控制圆半径r2为220m，控制圆中心到场地中心的距离d2为120m，角球半径e为60m（表2）。

内场一般为矩形或略呈圆形（图3），控制参数为长轴方向圆弧半径p和短轴方向圆弧半径q。 矩形内场视为p和q无穷大，略呈圆形的内场p和q分别为100m和300m，角半径r为6.5m。

图3：微圆形看台内部

2、断面参数提取及设置

展位轮廓由视线采用逐行计算方法确定：

综合平面相关参数采用标准最小值设定：矩形内场看台在东西看台交界处取视点，微圆形内场看台在东西看台边界处取视点在经过角球点的内场偏线上（见图3）； X1在边线和端线分别取9.5m（边线起始距离X0+第一行深度d1）和11m（端线起始距离X0+第一行深度d1）； 第一排眼点高度Y1为2.15m（第一排座椅高度h0+1.15m，1.15m为中国人体坐高）； 第一行深度d1为1m，其余行深度d为0.8m； C值90mm（FIFA规定专业足球场C值极限值60mm，推荐值90mm，舒适值120mm。本文结合实际常用值60000 - 座椅体育场箱尺寸为90mm）； 上下看台高差G为3m。 支架有两层，第一层有35排，第二层的排数根据切割后的外轮廓而定。 候车微圆形内场看台考虑了看台分层的变化。

结合平面图和剖面图中的两类影响因素及相关参数，为了便于各项参数的比较，将常见的6万座专业足球场看台分为13种类型，即A1、A2、A3、A4、A5 、B1、B2、C1、C2、D1、D2、E1 和 E2（参见表 2）。 根据经验计算，上述类型看台的鸟瞰视角不超过34°。

2、专业足球场看台视觉质量评价体系的建立

本研究从观众的视觉特征和观看需求出发，对球员的运动模式、足球活动轨迹、赛事特点、大型看台的特殊性等进行统计分析，提出影响视觉的主要因素。质量是清晰度、真实性和舒适性。 其中，清晰度决定是否能看清观看物体，真实性和舒适度则考虑视线与球场的角度。 应避免视觉失真，观看范围应控制在中心视野与周边视野之间。 以上三个因素根据重量共同决定了大型专业足球场看台的视觉质量。

1. 愿景

视觉清晰度是指观看物体的清晰度，主要与观看距离有关。 专业足球场以场地的四个角点为标准观看点，使用Grasshopper计算每个眼点到四个角点的观看距离L1、L2、L3、L4，得到平均观看距离。 为了简化计算，本文将影响视觉质量的因素的系数缩放到0-1的范围。 计算最远观看距离（190m）时各眼点的平均观看距离，取最大值约160m； 计算起始距离、第一行高度、第一行深度为规格最小值时第一行各眼点的平均观看距离，取最小值约73.5m。 由此，可以计算出落在最大和最小平均观看距离区间内的平均观看距离的视力系数：

2. 真实性

真实性是指观众观看足球比赛时的视角扭曲和观看距离均匀性。

1）透视畸变

透视畸变是足球比赛信息在人眼中的畸变程度，根据观众的视觉规律计算得出。 观众从足球比赛中获得的信息主要包括两个方面：一方面是足球和球员的运动特征，从而区分比赛的进攻状态； 另一方面，场上球员的分布特征，从而判断球员的位置和球队的阵型。 足球主要分为沿场地长轴的边路进攻和中路进攻； 根据场上各区域球员分布频率的差异，分为前场分布、后场分布和中场分布（图4）。

图4：足球场划分

通过2014年和2018年世界杯小组赛和决赛的124场比赛统计可以看出，足球中的中路进攻比例在25%左右波动，两侧进攻比例相近，均为37.5% ; 中场分布频率在50%左右波动，前后场分布频率相近，均为25%（图5）。 将中心和侧面的进攻比例分配给相应区域的透视变形计算，得到足球场运动特征的透视变形权重系数。 取中心和边的中心线进行透视变形计算（图6），得到以下公式：

图5：2014年和2018年世界杯统计数据

图6：运动特征透视变形图解

w1——运动特征透视变形权重系数

A——中路中心线

a——中心透视变形

B、C——机翼中心线

b、c——侧面透视变形

将前、后、中场的不同分布比例分配给相应区域的透视变形计算，得到足球场分布特征的透视变形加权系数。 根据透视网格法，在现场划分5m×5m的网格（图7）进行透视计算：

图7：分布特征透视变形示意图

w2——分布特征透视变形权重系数

q——中场透视变形系数

m、n——前后场透视变形系数

观众获取运动特征和分布特征信息的需求同样重要。 综合这两个因素，可以得到透视变形系数：

2）观看距离的均匀性

视距均匀性主要考虑眼点与拍摄区域的视距差比对视觉质量的影响。 视距差比是指眼点到两个射门区域（足球比赛中最精彩的区域）的视距差与眼点到较远射门区域的距离之比。 一般认为，当视距差比最小时，即眼点在短轴上时，距拍摄区域的视距相同，可以同等地看到两半的拍摄信息。 而视距差比最大的端看台距离球门较近，因此可以第一时间感受到进球等比赛精彩时刻。

足球场按射门区域可分为小禁区、大禁区和其他区域，按射门方向可分为中射门和边射门（见图4）。 根据2014年、2018年世界杯小组赛及决赛124场比赛的射门方向和射门区域统计可以看出，射门方向普遍以中路射门为主，射门区域主要集中在大罚球区内（见图5）。 因此，取大禁区到小禁区中线的中点作为射门区的计算点。 得到视距差比的计算公式：

ou——眼点到较远拍摄区域的距离

ov - 眼点到较近拍摄区域的距离

考虑到视距差比在最大值和最小值时视觉质量较好，因此以专业足球场边线与端线交汇处的视距差比（约0.64）作为划分点，用分段函数来描述视距均匀性系数：

考虑到透视变形的影响占80%，视距均匀性的影响占20%，综合以上计算得到真实性系数：

Z=W×80%+E×20%

3、舒适度

舒适度由视野决定。 Grasshopper可以用来计算足球场上每个眼点的视场v。 人眼的中心视野为60°，周边视野为120°。 当视场在这个范围内时，可以获得更好的观看舒适度。 当视野小于60°时，会看到更多视野外的区域。 当视野大于120°时，需要转动头部，影响舒适度。 舒适系数也可以用分段函数来描述：

参考现有文献中影响视觉质量因素的权重，考虑专业足球场的观看特性，以及6万个座位的体育场观看距离较大、清晰度要求相应较高的实际情况。 较高的影响指数为视力，为60%，真实性和舒适度分别为20%，得出视觉质量的综合评价指数：

G=M×60%+Z×20%+S×20%

利用Grasshopper编写算法程序，建立职业足球场综合视觉质量评价体系（图8）。

图8：视觉质量评价计算图

该视觉质量评价体系将视觉质量计算结果分为10个区间，其中视觉质量计算结果越接近1，视觉质量越好。 通过输入展位参数，可自动进行展位视觉质量计算，并输出视觉质量模拟图。

3、专业足球场看台视觉质量模拟与分析

利用视觉质量评价系统对表1所列体育场看台类型的视觉质量进行模拟，结合“各视觉质量区的座位比例、各视觉质量区的座位比例、各视觉质量区的座位比例”等参数，研究不同类型看台的视觉质量特征。视觉质量为0.8及以上的座椅比例和平均视觉质量”，并分析了各种设计参数对视觉质量的影响（表3和表4）。

1、展位选择总体评价

候车台周围的排数是统一的。 与其他类型看台相比，北、南、四个角落视觉质量较低的区域较多，降低了整体视觉质量。 A1和A2的平均视觉质量分别为0.6932和0.6856。 这种看台具有规则的屋顶结构，与体育场立面处于同一高度。 建议施工方便。

非对等展台周围的行数不同。 随着四边中间看台排数的增加，尤其是东西两侧看台排数的增加，角落视觉质量较差的看台数量相应减少，整体视觉质量优于相当于同等立场的立场。 看台外轮廓起伏较大，场内聚集气氛不如同等看台。 从评价结果来看，在剖面参数一致的情况下，矩形内场看台的平均视觉质量为：D1（0.7099）>B1（0.7076）>C1（0.704）>E1（0.6969），平均视觉质量微圆内场支架的数量为：D2(0.7)>B2(0.698)>C2(0.696)>E2(0.6929)。 可以看出，非对等支架的视觉质量排序为：四心椭圆控制圆中心位于长轴支架>圆形支架>四心椭圆控制圆中心位于长轴支架。短轴支架 > 八心椭圆支架。

2、展台平面形式对视觉质量的影响

对比AE类中矩形和略圆形内场看台的视觉质量，可以看出，矩形内场看台比略圆形内场看台整体更接近球场，观看距离更短，视觉质量更好。 因此，在其他参数相同的情况下，A1、B1、C1、D1、E1整体优于A2、B2、C2、D2、E2。 在靠近边线和端线中点的区域，略呈圆形的内场看台相对于矩形内场看台后退，观看角度减小，视觉质量稍好。

看台越集中在高视觉质量区域，即看台外轮廓越接近视觉质量模拟图的外圆，视觉质量越好。 然而，随着轮廓参数的变化，视觉质量区域也会随之变化，视觉质量模拟图像变得不规则。 不同类型看台在相同外形参数下的视觉质量规则如下：

(1)候车台外轮廓与内场一致，视觉质量模拟图与外圆重叠最差。 南北及角落大部分区域视觉质量在0.6以下，其中A1区平均视觉质量为0.6932，视觉质量在0.8以上的座位占比51.74%。 但这种支架的行数较少，水平角度较小。

(2)圆形看台与视觉质量模拟图外圆重叠度较高。 视觉质量低于0.5的区域几乎消失。 南北看台后排看台视觉质量稍差。 其中，B1的视觉质量最好，平均视觉质量为0.7076。 视觉质量在0.8以上的座位占52.16%。 设计时可适当减少南北区域的座位数量。 例如，波尔图龙体育场采用方形内场。 设计时保留了南北方向的一线看台，将视觉质量较差的二层看台进行了剪裁，使座位更加集中在东西方向。

(3)四心椭圆控制圆的圆心位于短轴支架上。 南北看台排数较多，与视觉质量模拟图外圈所示的排比相反。 视觉质量不如圆形支架。 南北后排视觉质量均在0.5以下。 其中，C1的视觉质量最好，平均视觉质量为0.704。 视觉质量在0.8以上的座位占52.83%。

(4)四心椭圆控制圆中心位于支架长轴处与视觉质量模拟图外圆重叠度最高，0.5以下视觉质量完全消失。 其中，D1视觉质量最好，平均视觉质量为0.7099，视觉质量在0.8以上的座位占比52.78%。 日本2002年为世界杯修建的埼玉体育场就采用了这种看台形式，内场略呈圆形，东西两层看台，南北各一个连续看台。

（5）八中心椭圆看台基本保留了等座看台的造型特征，减少了四角高位看台，视觉质量比等座看台稍好。 其中，E1视觉质量最好，平均视觉质量为0.6969，视觉质量在0.8以上的座位占比51.07%。

3 看台不同位置的视觉质量特征

AE看台中，东、西看台视觉质量较好，眼点在边线向外，视觉质量先增加后逐渐下降。 边线1/4、3/4处，看台低，透视畸变大，视场角大，视觉质量0.75-0.85； 边线中点区域视距均匀性提高，视觉质量稍高。 距边线中点10～35排时视觉质量最佳，达到0.85以上，适合作为VIP座位； 眼点从短轴逐渐向上移动，视觉质量下降，但透视畸变减少，有更好的视野。 一般来说，西看台的这个区域被用作媒体座位。 南北看台整体视觉品质不高。 随着眼点向外移动，视觉质量先增加后逐渐降低。 其中端线区域视觉质量稍好，为0.75-0.85，是铁杆球迷最喜欢的位置； 看台四个角观看距离较远，透视畸变较大，视觉质量较差，大多在0.5以下。 因此，大多数看台采用增加东西方向看台数量，或减少南北方向及四个角的看台数量的方法。 基于以上特点，三维专业足球场看台视觉质量计算得到的规律与一般视觉质量分区图不同，这是由于引入了三维专业足球场看台特征的参数描述和指标。观看足球比赛（图9）。

图9：A1视觉质量分区图

4 展位分层对视觉质量的影响

随着一层看台比例减少，二层看台眼点平面位置不变，垂直相对标高增大，看台水平角度增大，面向眼睛方向的距离识别点增强，透视变形减少，但观看距离变大，视力下降，整体视觉质量下降。 其中，A3比A2少了15排首层看台，视觉质量降低了0.0014。 因此，在设计看台时，可以适当增加一层看台的排数。 建议首层看台设置在35排左右，这样视觉质量最好的VIP区可以布置在首层看台的上部，与普通观众座位分开，可以从层间通道直接到达。

两个看台之间高度G的增加也会导致第二个看台升高更多，视觉质量下降。 A4相比A2在两个支架之间多了一个盒子，视觉质量下降0.0031。 针对眼点抬高造成的视觉质量下降，看台之间的重叠可以使后看台更接近球场，减少视觉距离，增加视觉质量，从而提高视觉质量。 展位数量越多，重叠部分越多，视觉质量的提升越显着。 A5相比A2多了一层看台，第二、第三看台向前延伸3排。 平均视觉质量提高了0.0134，视觉质量0.5及以下的区域几乎消失。 增加看台数量还可以带来增设包厢的机会，这将使体育场更具商业价值，更具运营潜力。 例如，巴西利亚国家体育场在两个看台之间设有三层贵宾包厢，并配备了大量的贵宾席。 通过重叠第二支架，一定程度上提高了视觉质量。

四． 结论

本研究将6万个专业足球场的各类看台整理成不同的参数组合并建立模型。 使用参数工具，对看台的视觉质量特征进行了定量分析，并直观地评估了不同支架形式的视​​觉质量。 提取的林分类型全部来自实际体育场病例，是代表性的。 对微妙的数据进行了一定的摘要处理，这有助于发现视觉质量的定律和特征，并揭示了平面参数和配置参数对视觉质量的影响。 希望将为相关的展位选择，优化和视觉质量评估提供想法。 一般的视觉质量定律也可以用作其他大小体育场的摊位的参考。 当前的研究主要基于对视觉质量的全面评估。 在随后的工作中需要改善看台特定区域的差异以及更多的看台大小和类型的补充。

（本文摘自“基于视觉质量评估的大型职业足球场的参数设计研究”，该研究最初发表在2022年10月的“ Architect”杂志上。微信版省略了所有注释，图像来源，参考文献，参考文献官方版本中的其他文本未经许可。

建筑师编号219 | 2022 年 10 月