新技術在劇場建設及舞臺上的應用

穆懷恂

（中國藝術研究院，北京 100029）

1 前言

如何利用相應的高新科技手段振興民族文化，是擺在當代人面前的一大挑戰。文化的繁榮和發展離不開物質載體，劇場便是其中一個重要的物質保障，以技術創新實現文化場館建設的科學化及經濟實用化，是目前文化繁榮發展的迫切需求。

改革開放以來，文化設施特別是劇場建設取得了突破性的進展，國家對文化設施建設的投入規模屢創歷史新高，尤其是中國各地劇場的建設，自上世紀90年代以來，出現了高潮。許多劇場在建設初期缺乏科學論證，片面追求“大而全”，普遍存在重外觀輕實用功能的問題，且多數存在投資金額巨大，而硬件投入不科學、軟件管理不到位的狀況。如此高的建設資金投入是否符合我們國情和地方的經濟實力？尤其是我國沿海城市與西部地區的文化建設極不平衡，的確應該引起足夠的重視和思考。全國文化設施建設既要有高起點、高科技、高標準的大型文化設施建設（應以省會城市為準），也要有規模適當、標準適宜、滿足群眾文化活動的基本要求、千人左右的基礎文化設施（欠發達地區）。我們的期望是：在文化建設中務實合理地引用新技術，實現更少的能耗。場館是現代城市中重要的文化建筑類型之一，如何在保持傳統文化藝術性質的基礎上，運用新技術、新觀念為傳承我國的優秀文化、發展地域文化藝術搭建合理的平臺，使其更適合現代文化市場運營管理的需要，是時代賦予我們的責任。

2 新弓式鋼結構技術

2.1 技術特點

新弓式鋼結構技術是目前國際上惟一的中國人擁有自主知識產權的鋼結構技術，是預應力鋼結構領域中的創新成就。其獨特的結構形式和安裝方法，使得大跨度、超大跨度的鋼結構在實際運用中變得更經濟、簡單和具有可操作性，特別在屋頂開合式場館中應用廣泛。

傳統鋼結構技術受空間跨度的影響，不易過大，多數采用焊接、網球結點等手法，施工過程復雜，下壓荷載低。新弓式鋼結構技術不同于一般傳統鋼結構技術，是一項以“預應力結構系統”和“地面頂升、空中成型”為基本特征的建筑新技術。

從全國角度看，新建或改建的劇場，密集分布在沿海一帶及部分中部地區（耗資都在幾個億到幾十個億之間），一般說來其規模、型式都過大，造價偏高。巨額的資金投入，80%以上用在了建筑施工上，致使用在舞臺專業設備上的投資只有10% 左右。新弓式鋼結構技術在設計施工運用中，具有建造工期短、建造成本低等特點，可大幅度增加用在舞臺設備上的投資。并且，弓式鋼結構的穹頂經力學結構的合理分配后，非常適合劇場演藝專業設施的荷載需要。例如：弓式鋼結構十分適合舞臺柵頂上部設備的安裝要求，可以承受所有吊桿等設備的下壓力荷載，以及觀眾廳上部的聲場特性要求。同時，大空間也非常適合聲場的布局。

2.2 現狀及前景

該技術已獲得了中國、美國、澳大利亞、俄羅斯、英國、德國、意大利、法國、西班牙、瑞典等39個國家的發明專利。原國家建設部、鋼協等部門多次組織有關專家、學者對該技術進行了研究和鑒定，并給予了充分的肯定。這項創新技術自誕生以來，已應用在多項重要建筑項目中。如北京釣魚臺國賓館內的網球館就是使用這項技術建造的、我國首座開啟式、大跨度、多功能網球館；新疆石化總廠游泳館以其80 m的跨度和獨特的整體滑移式安裝方法成為我國最大的室內游泳館。在國內體育設施建設中，如網球館、游泳館等已應用近百處；在國內文化設施建設中的應用，有山東聊城“水城明珠”大劇院、北京昌平 “溫都水城”大型文化娛樂設施、深圳東部華僑城劇場。目前應用該技術的在建項目，有國家網球訓練中心開合場館，及配合青島文化資源整合項目設計規劃的青島“貝殼劇場”和文化藝術中心。本項目在行業內科技創新方面實現了提高工程建設質量、降低工程建設能耗和造價的目的。

2.3 應用實例

2.3.1 聊城水城明珠劇場

筆者曾在山東聊城水城明珠劇場建造過程中，首次嘗試引用新弓式鋼結構技術，積累了一定的經驗，并獲得文化部首屆文化創新獎。劇場圖例如圖1所示。該劇場總投資只是相同規模的傳統劇場建筑總投資的五分之一左右。因為新弓式鋼結構技術的引入，具有以下一些特點。

（1）投資較低

該劇場建設總投資約7 500萬，弓式鋼結構投資2 400萬元；總建筑面積約6 500 m2，直徑約83 m，高約33 m；室內固定坐席3 600座。如建設一個相同規模的鋼混結構的劇院或者藝術中心，估算需要幾個億的成本，投資應是該劇場現在造價的數倍。

（2）工期較短

如果建設一個相同規模的鋼混結構的劇場或者藝術中心，估算至少需要2 ～ 3年。而水城明珠劇場從策劃到初步建成只有12個月。由于弓式鋼結構建造劇場采用了獨特的安裝方法，突破了傳統的疊加式建造方法；無需大型吊裝設備及滿堂紅腳手架，可不受施工場地的限制，地面施工作業，主體結構向高度和廣度漸進生長，空中成型，施工快捷高效，可提高工作效率70%。

（3）理性配比

由于總體投資的降低，其用在舞臺專業設備上的投資達到總投資的六分之一左右，保證了現場觀演的舒適度和良好的視聽效果。

2.3.2 青島貝殼劇場

青島貝殼劇場工程包括大劇場、小劇場以及文化藝術中心。大劇場計劃容納觀眾1 180人左右，配有300 m2的大型排練室，擁有化妝、服裝等演出功能用房12間，并為其設計了“聲、光、電”整體舞臺工藝方案。小劇場可容納600人左右，功能齊全，并為其規劃了“物流、觀眾流向”。文化藝術中心為一座建設功能齊全，設施完備，集文化生產、演出、辦公于一體的現代化綜合樓。

在用地規劃布局上，貝殼劇場與文化藝術中心相互呼應，具有相應的配套設施。貝殼劇場建筑結構，設施配備齊全后的概算投入約為1.5個億左右，為交鑰匙工程。貝殼劇場圖例如圖2所示。

2.3.3 深圳東部華僑城劇場

深圳東部華僑城劇場建筑面積3 500 m2，施工周期為8個月，結構投資950萬元，可容納觀眾1 200人。東部華僑城劇場圖例如圖3所示。

3 LED照明技術的應用

低碳經濟已經成為一種不可逆轉的時代潮流。而LED照明技術的應用，將為實現文化場館及舞臺的節能減排做出巨大貢獻。

3.1 形勢分析

筆者曾配合文化相關部門，對北京市可經營演出的文化場館作了初步調研，北京范圍大約有90余家可經營演出的文化場館，多數為改革開放之前的建筑。而中國內地現有的2 500個左右的劇場和影劇院中，約20%左右是上世紀60年代以前修建的，70%左右是80年代左右修建的。由于當時我國許多設計院所沒有專職劇場舞臺工藝和聲學設計人員，對劇場功能使用需求不熟，在建設中沒有充分考慮演出功能的需求，舞臺工藝設計不合理，大部分劇場缺乏空調、排風系統以及消防系統。劇場的大部分技術設備陳舊老化，照明、擴聲設備布局不合理，舞臺使用的設備高耗低效，沒有安全監控和舞臺通訊系統；電力容量不足、電線老化且不阻燃、舞臺和觀眾廳之間無防火幕，存在著重大安全隱患。這些場館的升級改造，刻不容緩。

在我國目前電力緊張的情況下，采用LED產品作為舞臺燈光設備，對于國家倡導的發展低碳經濟具有非常重要的現實意義。我國演藝設備領域已研發出一些高效節能的LED燈光設備，具有壽命長、維護費用低、動態色彩控制、白光色溫可調等優點，希望在劇場建設和改造中積極采用這樣節能降耗的設備。

3.2 技術介紹

LED半導體技術，被稱為21世紀最前沿的尖端科技。采用LED技術研發出的光源，壽命是傳統白熾燈的三十五倍而能耗僅為其八分之一，具有其他傳統照明光源無法比擬的優勢。目前，在燈光照明領域，因其具有體積小、重量輕、顏色純正、節能、環保、低溫和長壽的優點，發展勢頭強勁并已開始進入廣播電視、舞臺演藝、城市照明等眾多新興的應用市場，是取代白熾燈和鹵鎢燈最具潛力的照明光源。

3.3 技術優勢

傳統的影視舞臺專業照明設備，多為1 kW ～ 5 kW的大功率鹵鎢光源燈具。鹵鎢光源光效低，消耗的電力95%以上轉化成為熱能，造成能源的極大浪費。鹵鎢光源在使用過程中產生巨大的熱污染，并且，需要投資安裝高負荷的空調進行降溫，從而造成電能、資金的重復浪費；大量的紅外輻射，造成演職人員的工作環境惡劣；鹵鎢光源壽命一般為200小時左右，受環境溫度的影響很大，屬易損消耗品，給劇場的運營管理增加了沉重的負擔。

LED照明燈具在舞臺影視照明領域具有明顯的優勢，主要特點是：為固體發光冷光源，紅外輻射極低，白光LED光源的發光效率已高達100 lm/W，是鹵鎢光源的4 ～ 6倍；壽命長達60 000小時，是鹵鎢光源的300倍左右；使用過程中不產生污染，是目前最為綠色環保的光源。LED在舞臺應用中的特點包括：高光效加之光利用率提高，使之與傳統鹵鎢燈相比節電90%；極低的紅外輻射明顯改善使用環境；長壽命使維護費用大大降低，耗材費用降低90%以上；配套電纜和空調的初建費用下降50% ～ 70%；綜合節能80%以上。

3.4 劇場燈光改造實例

深圳大劇院建成于20世紀80年代，是我國第一個實際建成的具有品字型舞臺的劇場；歷經20多年的使用，舞臺線路老化、視聽設備損耗嚴重。為確保作為2010年“九藝節”分會場各種劇目在此演出和比賽的需要，為其量身制定舞臺專業系統改造方案，使其適合國內外大型藝術活動的使用。方案要求以安全為重點，注重科學、務實與國際接軌；優先選用低碳技術設備，以便于大劇院的運營管理。

改造前舞臺原配的燈光用電量為540 kW，在采用了LED燈具等低耗設備后，改造后調整為330 kW，僅此項就節約了40%的用電量；且尚未計算因此而減排的因素。如圖4所示。

4 多媒體投影系統的應用

中國大陸地區演出使用的投影系統經歷了從最早的三洋等到如今的比利時巴可、美國科視等的品牌變化，也經歷了從最早的單機定向投影機到2008年北京奧運會開閉幕式上的可以變向的多媒體數字投影燈的使用過程，隨著藝術創作者及大眾藝術審美水平的不斷提高，演出的多媒體投影系統正在不斷的發展進步。

投影機的發光流明數值在科技不斷提高的基礎上不斷提升，目前，市場上20 000 lm及以上的投影系統已成主流。但隨著多媒體制作技術的發展，以前標清時代的投影系統已經逐漸不能適應藝術創作者和觀眾的需求，具有前瞻性的、支持高清多媒體的投影系統已經在市場份額上逐步占優。

在2008年北京奧運會的開幕式和閉幕式上，大面積地使用多媒體數字投影燈，創造了美輪美奐的視覺特效。這依托了多媒體數字投影燈的特性，如，可控角度控制、能兼容流行媒體、多視頻介入、無縫拼接技術、畫面疊加技術等。雖然這一技術的弱點在于單機亮度不高，其體積小、重量輕、可以吊掛于幾乎任意位置，而其隨意可變、可控的角度操作，形成定向投影系統所不能達到的藝術效果。因此，如能和高清的定向投影系統結合，將給藝術工作者提供更廣闊的創作空間。多媒體數字投影燈的出現大大豐富了藝術創作者的藝術表現，也使投影系統走上了像電腦燈一樣的可控式發展之路。

5 結語

中國的文化設施建設不能簡單模仿發達國家的老路，要依托于中華五千年博大精深的文化底蘊，繼承和發揚我們的優良傳統；文化建設的發展有賴于科技的研發與創新，要博采眾長，需要把新的科學技術為我所用，應集中國人的智慧，同心協力，為提升我國的文化綜合實力而共同奮斗。