剧院舞台机械系统工程相关技术探讨

摘要：本文首先对剧场舞台机械及控制系统的特点进行有效的阐述，其次，根据相关的工程概述对剧院舞台机械系统工程相关技术进行简要分析。并对机械工程中出现的问题以及解决对策进行分析，最后提出相关技术的应用和创新。

关键词：剧院舞台；机械系统工程；施工技术

中图分类号：TU74 文献标识码： A

一、剧场舞台机械及控制系统的特点

传统的演播厅因其视点只考虑摄像机镜头，一般不太考虑现场观众的视觉完整性，大部分的节目采用录像方式经后期制作播出。所以，传统的演播厅更注重于灯光系统，其吊挂设备主要是为吊挂灯具而设置的。

由于传统的演播厅一般不设基坑，上空也不留藏景空间，因此，很少采用地面机械设备及景杆的设置。灯光吊挂设备一般采用短杆或单灯杆大面积满天星铺设，10m/min左右的低速运行。即使是节目直播，直播前也可一次性调整好，节目直播中一般不运行吊挂设备。

剧场具有电视演播厅和剧场的双重功能，既设有很大的观众厅，又设有多机位摄像机视点，因此，其视点兼顾摄像机镜头与现场观众的最佳视觉效果。达到综合性多功能的特点。剧场舞台机械设备在演出及直播中均需使用，其安全性、可靠性、快速性以及自动化程度都提到了很高的要求。剧场设备在配置上以电视演播为主，结合传统剧场的形式，柔和各种功能组合的方式，形成独特的剧场模式。现代剧场以多元化、工艺设计科学、技术可靠、配置优化实用、设备技术指标适当、设备标准化与规范化、经济合理为设计思想；设备的运行以安全可靠、运行平稳、定位准确、同步运行精度高、操作简便、低噪音为基本条件；控制系统应具有集网络化、自动化、智能化为一体的先进的控制模式。

剧场比传统剧场、演播厅更具有灵活的多功能舞台机械组合方式，可以形成互动式的表演模式，使剧场的表演模式及场景变化非常丰富，快捷而变化莫测的场景及表演模式会给观众带来更大的新奇感和视觉冲击力，为艺术家提供更为广阔的艺术创作空间，达到意想不到的效果。剧场与传统剧场舞台机械的控制系统没有太大的区别，由于剧场更注重多功能化，因此，控制的设备种类比较多，控制方式也更加灵活。

因剧场经常采用现场直播的方式，其受众面更广，影响面更大。因此，其安全性、可靠性以及自动化程度更高于传统剧场。

二、大型歌舞剧院概述

三、设计思路与原则

（1）设备配置能满足各种大型歌剧、舞剧、交响音乐会和大型综合文艺演出的要求，同时兼顾其他类型的演出。做到工艺设计科学、技术性能优良、配置优化实用、运行安全可靠、维修操作方便、经济合理。

（2）充分考虑国内外演出交流需求，机械舞台功能与国内外已建成的各大型剧场的机械舞台功能相同或优于后者。通过技术手段、材料工艺实现关键设备功能的突破，丰富传统品字形舞台设备的特殊功能。

（3）机械与电气设备的核心关键设备均为高品质、高可靠性。

（4）系统集成以性价统筹、品质优先为原则。核心元器件的选择以品质为主，价格成本为辅。重点考虑行业口碑与专业背景，优中选优。所有设备均实现工厂试装配，传动机构试运行。

（5）控制系统采用人工智能化管理，同时也可进行人工干预，并备有完善的安全保护及应急措施；人机界面友好，显示功能直观，故障诊断功能完善，具有自动、手动两种控制功能。

四、设备配置

（一）台下设备

歌舞剧院舞台台下机械设备包括：乐池升降护栏、乐池升降台、主舞台升降台、侧辅助升降台、侧台车台、侧台车台补偿台、运景升降台、后车载转台、后舞台补偿台、演员升降小车、卸货平台等，以及台下机械电气与控制系统。

（二）台上设备

歌舞剧院舞台台上机械设备包括：台唇（台口外）单点吊机、台唇链式吊机、台唇吊杆、防火幕、台口吊杆、大幕机、假台口、侧布景吊杆、电动吊杆、灯光吊杆、二道幕机、灯光吊笼、主舞台单点吊机、天幕吊杆、舞台吊杆、声反射罩、侧台装景吊机、台上机械电气与控制系统。

五、机械工程中出现的问题以及解决对策

（一）设备层栅顶上使用空间高度不足

如某歌舞剧院屋顶钢结构原设计中大梁横向布置，跨度大，高度为1.8m，研究讨论并通过设备技术改良，优化钢结构，增大使用空间。经过对舞台机械受力分析，充分利用结构纵横向跨度不同的特点，将主梁改为纵向布置，跨度减小，适当的提高栅顶净空高度。这样，既满足了屋顶强度和刚度要求，又满足了吊杆卷扬机钢丝绳排绳的高度要求。

（二）优化台上设备工艺布局

多道灯杆的卷扬机结构的问题需要分布在不同的层面，造成设备布置分散，不易维护与管理，布局零乱。经过卷扬机结构设计优化，可实现上空设备布置整齐统一。

（三）运景升降台基坑深度不足

运景升降台如果行程过大，相对而言基坑深度不够，传动机构无法安装布置。可优化基坑层抗浮荷载分布，将驱动设备位置重新布局，满足了该设备的功能要求，并解决了运景升降台四周均要求有升降栏杆的难题。

（四）狭窄台面钢丝绳传动系统布局实现

乐池升降台前后分为两块，窄条状弧形结构使得升降台钢丝绳传动机构布置几乎不可能实现；如果不采用钢丝绳传动，升降台的速度、噪声控制等指标难以实现。通过采用钢丝绳折线设计、增设倾斜导向轮、调整升降台中心等手段，最终实现了钢丝绳高速、低噪声的乐池升降台的功能指标。

六、技术创新与应用

（一）车台激光扫描防撞安全装置

目前，国内建设的大剧院，具有防撞功能的车台较少，究其原因，主要是：防撞设备资金投入较大、技术不够成熟、行业没有硬性规定。防撞装置一般有四种形式，机械式、光电式、激光式或超声式。新型激光扫描装置可以扫描到车台边缘4m范围内的物体，可以在扫描范围内任意设定扫描形状，可以在设定扫描形状的范围内定义雷达扫描分区：2m警告区，1m减速区和0.5m紧急制动区。

（二）地板可温控移动主席台

冬季天气较冷，舞台上空空调暖风难以迅速到达地面，并且能耗很大，可安装地板可温控的移动式主席台。它集成了电发热地板系统。自发热地板是一种以地板为载体的室内地面取暖材料，在地板中间内置了一种电能发热层，其显著特点是设备轻便、能源清洁环保、热效高。台体设计结合了主席台传统工艺尺寸，与主升降台等模数，将发热地板与移动台体一体化设计，并对车台结构和供电方式进行了防水、防火以及绝缘等专项设计。

（三）无导轨导向座椅台车（插拔式滚轮导向机构）

乐池座椅台车，为保证其在运行中的稳定性，需要在舞台面上设置导向机构。传统做法是在舞台木地板上开槽，将导轨藏于其中，这样会造成舞台面上的开槽纵横交错，影响美观和使用。为解决该难题，采用临时插拔式导向轮代替传统导轨，舞台面上只需预留固定插拔孔，平时用盖板封住，使用时将导向轮插入，用于座椅车台运行的导向，该设计使舞台面更完整。

（四）控制系统

通常，可靠性用平均无故障间隔时间（MTBF）和平均故障修复时间（MTTR）来表征。目前大多数集散控制系统（DCS）的MTBF一般可达几万小时，而MTTR一般只需几分钟。

要保证高可靠性首先采用分散结构设计及硬件优化设计。另一个不可缺少的技术就是冗余技术，系统中的人机接口、控制单元、电源、I/O接口等等都采用冗余化配置，冗余度为双重冗余和多重冗余（n：1）冗余。信息处理器、通讯接口、内部通讯总线、系统通讯网络都采用冗余化措施，保证高可靠性，系统内设故障诊断、自检专家系统。

故障自检、自诊断技术包括符号监测、动作间隔和响应时间的监视、微处理器及接口和通道的诊断。故障信息的积累和故障判断技术将人工智能只是引入到系统故障识别，利用专家知识、经验和思维方式，合理地做出各种判断和决策。此外，采用标准化软件也可以提高软件运行的可靠性，如采用著名的多用户分时操作系统LINUX、UNIX、XENIX，采用Windows编辑技术软件和关系数据库等。

（五）自动控制系统的网络化与“多网合一”

当前，信息技术的飞速发展，引起了自动化系统结构的变革，逐步形成以网络集成自动化系统为基础的信息系统，剧场舞台机械控制系统是以工业控制机、可编程控制器、轴控制器、变频器等、由多个具有CPU控制设备的递阶构成的集中、分散相结合的集散控制系统的网络结构，常用的有工业以太网（TCP/IP协议）和PROFIBUS、CAN、HART等现场总线和基金会现场总线等。

系统在整个工作范围内建立一套有线/无线局域网、互联网和GPRS网、短信网信息平台，实施剧场各设备控制系统和剧场相关控制系统的管理，使用便携式电脑、掌上电脑（PDA）、手提电话等作为移动信息终端，实现“管理个人信息订制模式”，充分发挥在剧场日常管理中信息网络化、专业化和个性化的作用，使系统在应用中不断增值。

系统具备与舞台机械、调光、灯具、换色器、各种效果设备等控制网络系统和办公自动化网络系统及剧场其它相关网络系统有良好的扩展性能，以实现“多网合一”，充分发挥网络系统的资源。

结语

影视剧场是在传统剧场、演播厅的基础上，结合现代科学技术与现代艺术的结合发展起来的新型现代化演出场所。随着文化设施建设的蓬勃发展，以及科学技术的进步，影视剧场正异军突起。影视剧场将电视演播与传统剧场的功能相结合，形成了一种多功能的现代化剧场形式，尤其是独具特色的舞台机械系统与丰富的舞美、灯光系统共同创造了令人惊叹不已的舞台艺术。