世博中心大會堂伸縮式臺口設計

喬 偉

（現代設計集團 華東建筑設計研究院有限公司，上海 200002）

1 項目概述

世博中心作為上海世博會一個重要的集會中心，承擔著大量的會議、論壇及演出任務，是世博期間各國人士的一個主要的交流窗口。同時，在世博之后更長的時間內，世博中心將作為一個國際性的會議中心繼續發揮它的使命。世博中心的整體設計原則是“功能完善、形態莊重、節能環?！保@一原則滲透于整個建筑的外部形態與內部空間中。2 600人大會堂作為世博中心內最主要的一個使用功能區域，它的設計過程也始終貫穿了這一原則。

2 600人大會堂的坐席主要由前區1 000個帶課桌的座位、后區800個帶翻板座位的池座、一層樓座800個帶翻板的座位，以及作為旁聽記者席的二層樓座等組成。大會堂將在世博期間及世博之后承擔世博中心內最主要的社會活動，是建筑的核心功能場所，也是惟一設固定坐席的廳堂，其使用功能需最大限度加以完備，且需呈現出一個富有創意、有別于固有會堂模式的空間形態。

如果不考慮其他使用功能，純會議的使用功能會使建筑的未來利用效率較低，畢竟國際性的會議不可能天天有。所以，盡管主要以行使會議功能為目的來設計，但考慮今后的運營情況，更為世博會以后滿足市場需求打下基礎，必須充分地挖掘大會堂的使用功能。設計之初，大會堂就確定了以會議為主、演出為輔的功能設置，設計的各個階段也圍繞這個設計主題展開。

一個廳堂既作為會議使用，同時兼顧一定的演出功能，這在許多廳堂中是常見的一個功能布局，處理的方法也較多。兩種使用功能的主要差異體現在聲學指標的不同，其他的演出需配備的舞臺照明、舞臺音響及舞臺機械也可部分用于會議系統。所以，通常兼顧會議和演出的廳堂主要著重在聲學設計上作出一些如可變混響的設計，基本上可兼顧兩種使用功能。這種設計方法還是以演出為主，舞臺、觀眾廳布置形式也是按演出的要求進行的，所以稱為劇場模式。目前，會議與觀演功能的廳堂的設計多呈現出這種劇場模式的形態，在會議期間會使臺上臺下割裂開來。

世博中心大會堂作為一個國際性的會議廳，在空間設計上要有別于通常的劇院模式。在劇院模式中通常均是以觀眾廳的空間設計和裝飾為主，主席臺設在周圍空空蕩蕩的舞臺上，墻面均是簡單的裝飾，很多舞臺的墻面為了演出效果還要漆成黑色的。這樣的主席臺空間及裝飾與國際性的會議要求是不能相符的，所以，在設計之初就開始探討各種觀眾廳和主席臺布局的可能性，希望能有一種觀眾廳和主席臺之間的空間變換形式來滿足設計要求。

2 常用的變化形式

改變觀眾廳和舞臺之間的空間關系通常借助舞臺機械中的假臺口，可通過改變舞臺臺口尺寸，滿足不同使用狀況下的舞臺使用區域要求。但一般此方式只能改變舞臺與觀眾廳之間的二維尺寸，在空間和裝飾效果上沒有多大的變化。目前，只有法國巴士底歌劇院的假臺口可在舞臺上作縱向移動，但作用也僅是改變演出區域的位置和大小，在裝飾效果上無多大的變化。另一種更常用的是采用音樂罩的形式，可使整個舞臺空間與觀眾廳空間合為一體；如果裝飾設計充分結合觀眾廳的裝修設計，并融合到音樂罩的聲學設計中，整個臺上臺下的空間及裝飾就渾然一體了，而這也是本次設計所追求的效果。

音樂罩一般包括頂片、側片。許多劇場的頂片通過臺上的布景吊桿懸吊在舞臺上空，側片則通過一些臺車運送到舞臺周圍的貯藏空間。常見的舞臺音樂罩如圖1所示。但由于大會堂的臺口尺寸達42 m × 21 m，遠不是一般大型劇場的18 m × 12 m臺口所能相比的；而且，作為以會議為主的廳堂，舞臺周圍區域相對受限較大，不可能有較多的舞臺上部空間和面積高度均較大的儲存區域來存放這樣一個巨大的音樂罩的各種構件，此外，單純的音樂罩形式與國際性會議廳的空間設計和裝飾設計要求也還有一定的差距。

3 方案的演變和形成

設計之初，主要借鑒了音樂罩的設計理念，同時，結合大會堂自身的設計條件。第一個比較成型的設計方案是將觀眾廳的側墻做法延伸進入舞臺區域，而頂部采用類似音樂罩頂片的處理方法，設計了可拆卸吊頂的方案。具體為：將舞臺上的吊頂按觀眾廳吊頂模數進行分隔，會議狀態時以演出用的吊桿將這些吊頂塊懸吊在主席臺的上空，如圖2所示；演出狀態時，由于吊頂塊數量較多，且是弧形的，如旋轉后吊在舞臺上空會占用太多的舞臺演出用吊桿位置，所以，需將這些吊頂塊分片放至舞臺面，卸下后分片通過升降舞臺運送到舞臺下的貯藏空間，這樣舞臺上的布景吊桿、燈桿等在演出時仍可正常使用，可保證演出狀態的使用要求，如圖3所示。此方案在會議狀態下基本可使觀眾廳和主席臺作為一個完整一體的會議空間來使用，如圖4所示，在演出狀態下也可滿足演出工藝的需求。

圖1 常見的舞臺音樂罩

但這個方案在具體細化時發現有較大的局限性。首先是對觀眾廳的裝修風格有一定的限制。裝修不能變化太多，只能稍帶起拱，如果起拱太大，分塊的吊頂就會不便于保護和運送貯藏，弧線的準確對位也相當困難。其次是吊頂塊拆裝困難。由于舞臺空間尺度較大，每塊分隔尺寸結合觀眾廳吊頂的模數，寬度為2.8 m，長度為5.4 m，每塊尺寸已經不小。如果這樣分塊，整個主席臺上空有35塊，所以，在具體拼裝吊頂時不像音樂罩的頂片（一般只有幾片）那樣簡便，將這吊頂塊按預設的角度位置拼裝到位需花較多的時間。會議狀態時，主席臺上空所需要設置的照明、音響設備及噴淋等機電設施也要結合在可拆卸吊頂塊中，所以，每次改變使用狀態還需要對每塊吊頂板上的機電系統的拼裝拆卸。第三是演出狀態時舞臺上空兩側部分固定的吊頂對演出工藝也有所限制，臺口尺寸不能變化。42 m × 21 m的超大臺口尺寸遠遠超過了一般演出所需要的尺寸，雖然設置了縱摺串疊大幕機，使超大的臺口空間能根據演出要求進行變換，但演出的空間效果還是比較差。因此，這個方案雖然在一定條件下可滿足使用要求，但總的感覺還是變化比較繁瑣、復雜，在使用過程中可靠性也較差，對觀眾廳的空間裝飾、吊頂變化等均有一定的限制。

在結合觀眾廳的裝修及深化設計時，又提出了在主席臺上設可移動頂片的方案。根據觀眾廳吊頂的弧度，在舞臺長方向設4 ~ 5片可按舞臺垂直方向移動的頂片，在會議狀態時打開，使主席臺與觀眾席融為一體。在演出狀態時合起，舞臺上空的幕布、燈光吊桿等均可下降使用。這也是最終伸縮式臺口方案的雛形。但這一方案在具體結合舞臺機械、燈光、結構等方面時發覺也存在較大的困難。40多米跨度的自身結構尺寸和自重均太大，不能滿足裝修的厚度尺寸要求。每塊頂片必須在中間設幾條可承重的可拆卸式導軌，這樣在使用狀態的變化時就比較復雜，且存在不安全因素。頂片上的照明、噴淋、音響等設施的結合也比較麻煩，空間形狀也與觀眾廳確定的弧形吊頂和墻面的結合有一定的差距。

最終，結合基本確定的觀眾廳拱式裝修的方案，提出了目前實施的伸縮式臺口的方案：根據觀眾廳頂和墻形成的拱的形式，在舞臺方向上設置了5片拱式的門架式臺口，其中4片可向臺口方向移動，第5片固定在臺口處，這樣在外觀形式上與觀眾廳是完全一致的。由于采用拱式的輕鋼結構，40多米跨度自身的結構厚度可控制在1 m左右，與觀眾廳的每片拱的高度錯落但造型一致。在會議狀態時，各類幕布、吊桿等均升至舞臺的上空，4片可伸縮的活動臺口打開，形成與觀眾廳空間效果和裝修風格完全一致的形式，滿足會議的使用效果；在演出狀態時，4片可活動的臺口收攏至第5片固定臺口處，此時，吊在舞臺上空的大幕、側幕、各類吊桿等均可下降使用，并且收縮的活動臺口適當縮小了舞臺與觀眾廳的開口尺寸，自然形成了演出時所需要的臺口形式，滿足演出時的使用工藝要求。由于觀眾廳整體造型采用了整體端莊的形式，其層層分疊的造型恰恰有助于形成伸縮式臺口墻與頂一體式的拱形方式的移動，整體式的結構形式也比原分片懸吊的方式更安全。這樣伸縮式臺口方案完美地結合了觀眾廳、主席臺的空間裝修風格關系，且可實現兩種使用狀態的快速轉換。

圖2 第一種方案會議狀態設計圖

圖3 第一種方案演出狀態設計圖

圖4 第一種方案會議狀態效果圖

4 伸縮式臺口設計

伸縮式臺口集中了建筑、裝修、結構、舞臺機械、機電、音響、燈光等各專業設計于一體，設計協調工作相當繁重，而且沒有先例可以參考。經過了各專業的緊密配合和深化設計，最終完成設計并達到了預期效果。

4.1 會議狀態

在會議狀態時，各類幕布、布景、燈光吊桿等均升至舞臺上空，4片可伸縮的活動臺口依次打開，與固定的1片臺口一起形成與觀眾廳空間效果和裝修風格完全一致的會議形式，滿足會議的使用要求。會議狀態設計剖面圖、平面圖分別如圖5、圖6所示。

這5片臺口的外形與觀眾廳的拱形裝修一致，寬度也根據觀眾廳各片變化的拱架寬度稍作變化，高低錯落感也與觀眾廳各片拱架之間形成的高差趨勢一致，表面的裝飾處理與觀眾廳的裝飾一致，最終形成與觀眾廳完全融為一體的會議空間。在第4片臺口處設置了上下主席臺的門，第3片上也預留了門洞位置，為此舞臺機械的驅動裝置改為立式的，以求在有限的寬度內取得較大的開門尺寸，并在門洞處改變了結構形式，形成足夠的門洞高度。

最小一片的拱架的跨度為32.1 m，正好稍大于升降舞臺的寬度，可保證會議時升降舞臺形成臺階式的主席臺；最大一片的拱架的跨度為42 m，每片拱架的結構高度均控制在1 m，底面和正面預留100 mm的裝修厚度，各片之間還預留150 mm的間隙，以保證運行時晃動變形的空間。每片拱架搭接600 mm的寬度，在視覺上不會穿透到內部結構。會議狀態使用效果圖如圖7所示。

圖5 會議狀態設計剖面圖

圖6 會議狀態設計平面圖

圖7 會議狀態使用效果圖

圖8 演出狀態下設計剖面圖

圖9 演出狀態下設計平面圖

4.2 演出狀態

在演出狀態時，4片可活動的臺口依次收攏至第5片固定臺口處，此時，吊在舞臺上空的大幕、側幕、各類吊桿等均可下降使用，收縮的活動臺口也縮小了舞臺與觀眾廳的開口尺寸，將原先42 m × 21 m的超大臺口縮小至32 m × 16 m，并自然形成了演出時所需要的臺口形式，滿足演出時的使用工藝要求。寬度不一的各臺口在后部對齊，面對觀眾廳的收分式的臺口形式仍有強烈的拱形特征，與觀眾廳的空間形式仍然一致，并成為一種獨特的臺口形式。形成的演出臺口形式再結合臺口處設置的縱摺串疊大幕機，還能使較大的臺口空間根據演出要求進行變換，形成類似假臺口的形式，比通常劇場使用的假臺口節約舞臺空間，且構造簡單、投資較少，效果也相當不錯。收縮的臺口同時增加了原先較小的舞臺兩側的側臺空間，使舞臺的使用空間更加完善，能更好地滿足演出的需求。演出狀態下的設計剖面圖、平面圖、使用效果圖如圖8 ~ 圖10所示。

圖10 演出狀態下使用效果圖

4.3 伸縮式臺口的具體構成

伸縮臺口由一臺固定門架和4臺移動門架組成，固定門架位于舞臺臺口處，在演出狀態下，4臺移動門架在固定門架下方合攏； 在會議狀態下4臺移動門架依次向后展開，形成階梯狀具有吊頂和側墻的會議空間。所有門架除有裝修面層外，其上面均安裝有燈光、音響、消防和通風等設備；4臺移動門架驅動采用自行驅動方式。各門架相關參考數據如表1所示。

4.4 舞臺機械主要設計要點

伸縮臺口的結構構件及機械驅動主要由舞臺機械廠家進行實施。

門架移動時采用自行式齒輪齒條傳動，每個門架兩端各設置1套驅動裝置，每端均有4個直徑為400 mm的鋼輪支承運行。如圖11所示。門架兩端各設置2套支承輪平衡裝置，以使輪壓趨近一致。如圖12所示。

門架兩端各設置2個水平導向裝置，除了作為門架移動時的導向作用，還要承受拱式門架因受壓而產生的水平推力。由于原先預留的舞臺裝修面層厚度較小，導軌鋼梁會凸出舞臺面，經過權衡比較，將舞臺面的高度提升了100 mm，以保證導軌不影響正常的使用。這也是伸縮式臺口惟一對原建筑關系影響較大的地方，但也在設計的允許范圍內。

導軌上的蓋板可做成聯動翻轉或手動的，考慮到伸縮臺口的安全運行，一旦翻板卡住會對臺口的運行產生較大的不利影響，手動蓋板也較簡單可靠，最終蓋板做成手動的形式，每次伸縮臺口的運行前后均需手動拿起和安裝活動蓋板。

門架兩端各設置了1套齒輪嚙合自動調節裝置，以使齒輪齒條嚙合間隙控制在一定范圍內，同時，門架兩端各設置2套防傾翻裝置，可防止因意外原因而產生傾倒現象，以保證伸縮式臺口的正常運營。

表1 門架相關數據

根據結構計算，加強了每個門架轉角處剛度和強度，此處主桿壁厚增強為8 mm，其他位置主桿件壁厚為6 mm。

4.5 伸縮式臺口結構模型計算

雖然伸縮式臺口并不是主體結構，但考慮到結構體形較大，所處的位置也比較重要，不能出半點紕漏。針對伸縮式臺口的設計專門召開了來自結構、舞臺機械、設備安裝等方面的專家論證會。伸縮式臺口除了在普通受力情況下的進行結構分析驗算，也對在地震力作用下的結構安全進行了分析，以確保伸縮式臺口的使用安全。如圖13 ~ 圖16所示。

4.6 伸縮式臺口上的音箱布置設計

伸縮式臺口第5片上設置了指向觀眾席中前區的主音箱，第2片、第4片的頂部及第5片側面設置了主席臺區域的返聽音箱，其他幾片頂面設置了主席臺區域的輔助音箱。由于伸縮臺口的桿件較密，一些大的音箱通過周圍局部加強結構構件，預留一些較大的空間供音箱擺放和調試，一些小音箱的空間通過局部構件的變化來形成。

圖11 門架驅動裝置設計圖

圖12 門架平衡裝置設計圖

4.7 伸縮式臺口上的燈光布置設計

伸縮式臺口上設了大量的會議用照明燈具，會議用的頂光位于伸縮臺口上，其中五道頂光為垂直照明，一道天排為背景照明。考慮到燈具對主席臺區域的溫度控制以及會議時需要的照度、色溫、顯色性，以及光源的壽命、節能等因素，采用250 W陶瓷金鹵光源，燈具則選用長焦成像燈。該燈具在21 m處投射照度達到1 000 lx，色溫3 200 K ± 150 K，顯色指數Ra ≥ 90。由于會議燈具全部采用高效節能的金屬鹵化物光源，雖然大多有熱觸發功能，但重啟時光輸出較小，要延遲一段時間才能達到額定的光輸出，另配置部分白熾光源燈具作為備用照明。燈具基本結合頂部飾面板上與觀眾廳一致的開孔來設置。由于伸縮式臺口的結構桿件較密，燈具的尺寸也相對較大，飾面層又緊貼鋼架層，這些燈具數量較多、密度較大，安裝對位的難度也相當大，設計時均予以逐一核對預留。伸縮式燈光布置如圖17所示。

4.8 伸縮式臺口上機電設施設計

作為會議狀態下的一個封閉空間，需要在伸縮臺口上預留噴淋、報警等機電消防設施，并設置空調風口。而最困難的是如何在可移動的狀態下保證這些設施的快速投入使用。通過伸縮式臺口與舞臺周圍機電關系的反復研究，基本上確定了機電的末端和支管，如噴淋口、報警器、燈具等安裝在伸縮式臺口上。風口在伸縮式臺口的側邊預留，待伸縮式臺口移動就位后，用軟管將噴淋主管與預留在伸縮式臺口上的消防支管連接，而空調送風口正好對準預留的送風孔洞，這樣可保證使用狀態變化時機電設施的快速連接。

圖13 X向地震作用下結構位移（最大為50 mm）

圖14 X向地震作用下結構應力（最大為29 MPa）

圖15 Z向地震作用下結構位移（最大為58 mm）

圖16 Z向地震作用下結構應力（最大為45 MPa）

4.9 伸縮式臺口裝修構造設計

考慮到整個門架跨度很大，為了減少對結構受力的影響，臺口處的裝飾面板采用了輕質的蜂窩鋁板，而不像觀眾廳所采用的較厚重的GRG板。同時，蜂窩鋁板與門架鋼結構的鋼構件連接比較方便，本身材料的強度比較高，在移動門架的過程中不會開裂變形，可保證今后長時間反復移動使用。如圖18所示。

4.10 伸縮式臺口所引起的結構加固

由于伸縮式臺口上所有的自重及荷載均傳遞到兩側舞臺面上，兩側分別增加了約110 t的荷重，且集中在伸縮式臺口行走的狹長范圍內，大大超過了原先的結構設計，因此，對該區域的結構梁板進行了局部加強，以保證結構穩定受力，不會由于結構變形而影響伸縮式臺口的正常使用。

圖17 伸縮式燈光布置圖

圖18 伸縮式裝修構造

4.11 演出狀態下的消防問題

伸縮式臺口本身所帶的噴淋支管和噴淋在會議狀態下通過軟管與消防干管可快速連接，以保證會議狀態下的消防安全問題。同時伸縮式臺口也解決了一個困擾2 600人大會堂很久的消防問題。按照消防設計規范，有演出要求的舞臺需用防火幕與觀眾廳分隔開，但舞臺臺口尺寸達42 m × 21 m，既沒有這樣大的防火幕，舞臺塔的高度也不能滿足防火幕的行程高度。經過整個項目的消防性能化分析，雖可取消這樣一個巨大防火幕的做法，但仍要求設擋煙垂壁來隔絕舞臺與觀眾廳之間的煙氣，而伸縮式臺口方案的實施正好解決了這一困難。在演出的狀態下，伸縮式臺口各片合攏到臺口處，最低處比觀眾廳吊頂低約6.5 m，在舞臺和觀眾廳之間形成一個天然的擋煙垂壁，滿足了消防擋煙功能的要求。

5 結語

通常觀演建筑的多功能使用的界面相當廣泛，具體涉及的專業類別也較多，每個多功能觀演建筑都會有自己一定的特殊性，沒有統一的規程可參考。可以說，伸縮式臺口的設計開創了一種全新的舞臺和觀眾廳的變化模式，滿足了觀演建筑的多功能使用。伸縮式臺口的設計結合廳堂的使用要求和空間裝修風格作為切入點，完美解決了功能與建筑空間形式之間存在的矛盾，在沒有先例可參考的情況下，通過各專業的緊密協同和配合，成功解決了各種各樣的困難，使之成為一種有效的解決觀演建筑的多功能使用的途徑。伸縮式臺口方便轉換的模式可保證今后的運營需求，具有相當的社會效益和經濟效益，全新的變換模式對今后的類似工程也有相當的借鑒和實用價值。