國家大劇院舞臺機械控制系統服務演出的使用體會

秦曉明

（國家大劇院 舞臺技術部，北京 100031）

1 概述

國家大劇院共有4個專業劇場，分別是歌劇院、戲劇場、音樂廳和小劇場。由于各劇場演出節目的特點不同，舞臺使用功能各不相同，其舞臺機械控制系統也各有特點。

音樂廳和小劇場都采用神舟系列控制系統，其中音樂廳采用的是神舟4000，小劇場采用的是神舟3000，完成機械設備運行及位置控制的工控設備主要是PLC（可編程序控制器）和變頻器，采用的是工控系統中常見的PROFIBUSDP系統，如圖1所示。

音樂廳設備的主要用途是布置會場，在音樂會演出過程中幾乎不需要機械設備配合演出情節進行動作。小劇場雖然只有500多個坐席，但從使用的角度而言最具靈活性和多變性，可滿足室內音樂會、會議、小型歌劇、話劇、芭蕾舞比賽等各種使用需求。音樂廳、小劇場的舞臺機械配置和操作簡單靈活，維護方便，根據近幾年上千場次的現場使用情況反饋和分析，該系統完全能夠滿足使用要求。

圖1 音樂廳控制系統簡圖

歌劇院的操作系統是STATE 5，控制系統的工控設備是軸控制器，臺下設備及部分臺上設備在軸控制器的基礎上設置了PLC的輔助控制系統，軸控制器分為調速型和恒速型兩種，系統配置簡圖如圖2所示。

圖2 歌劇院控制系統簡圖

圖3 戲劇場控制系統簡圖

表1 各劇場控制系統

戲劇場的操作系統是SYB2000，控制系統的工控設備主要是軸控制器，不頻繁參與演出的設備，如防火幕、假臺口、后舞臺吊桿，由PLC進行控制，而頻繁參與演出的設備則由軸控制器進行控制，軸控制器分為電氣型和液壓型兩種，系統配置簡圖如圖3所示。

綜上所述，國家大劇院擁有3種不同風格的舞臺機械控制系統，見表1。以下從演出節目的類型出發，重點分析歌劇院STATE 5和戲劇場SYB 2000兩套操作系統的一些特點。

2 演出要求

國家大劇院是國家高級藝術殿堂，也是中國與世界藝術交流的主要平臺，所上演劇目以及所接待的藝術團體都具有其獨特性。自2007年12月22日開業到2011年底，共計演出3061場，相當于平均每天有兩場演出，演出頻率非常高。截止到2011年底，國家大劇院自有的原創劇目數目達到了21部。在這些自創劇目中，無論是歌劇、舞劇，還是京劇、話劇都大量使用了劇場舞臺機械設備，設備的動作效果與劇目的舞美創作深度融合，已經成為原創劇目演出的一個亮點。這些大體量、高頻率、變化復雜的演出需求，要求舞臺機械控制系統必須做到安全、高效、靈活。

2.1 安全性

2.1.1 舞臺設備安全

舞臺上的安全分為舞臺安全管理和設備安全兩個方面，這里著重探討設備方面的安全。根據舞臺機械設備的行業設計、制造標準的要求，舞臺機械設備廠家為保證設備在演出中實現故障的可預見性及可控性，采取了各種安全配置。如圖4所示，這是戲劇場舞臺機械控制系統軸控制器冗余配置圖，其中，服務器、路由器、軸控制器都是雙份配置，包括各個部件之間的通訊線路也都是獨立的，其服務器是一用一備的工作模式，具有互相切換使用的功能。軸控制器雙份配置的概念不是主備切換的使用方式，而是兩個軸控制板互相對比數據的運行方式，當其中任意一個出現故障或者兩者輸出數據不一致時，軸控制器認為輸出有錯，會導致設備運行的不安全，便立即停止。這完全是從設備安全保護的角度去考慮的，這種舞臺機械設備設計理念是保證設備安全而放棄演出的動作。

演出的正常進行與設備安全是一個需要探討的課題。既然在設備配置中已經采用了雙份的配置模式，能不能在軸控制器輸出不一致的情況下，采取一些措施，自動切換到備用軸控制器上繼續運行，既保證設備的安全又保證演出能夠繼續進行呢? 特別是在國家大劇院這種演出場所，演出與安全是同等的重要。據悉，目前的舞臺機械控制系統已經能夠實現上述需求了。

圖4 軸控制器冗余配

圖5 軸控制器+可編程控制器PLC圖

圖6 SYB2000 CUE表（部分）

歌劇院采用的是軸控制器加PLC的控制模式，如圖5所示。現代的機電系統，即使設備制造廠家在安全方面做了大量的設計工作，也不可能保證每一臺設備不出現任何故障。在歌劇院的操作系統中，當主控模式的軸控制器出現故障時，可以切換到備用模式的PLC系統繼續進行控制。

2.1.2 人性化操作系統

人性化的操作系統能大大提高設備的使用效率。在SYB2000控制臺上，可非常清晰地看到臺上臺下設備布置，與設備在劇場中的實際布置非常相近，設備在界面上的設置很有規律。當操作人員想要控制某一臺設備時，直接根據其在舞臺上的位置去觸摸一下就可以選中。另外，設備名稱完全與日常口語習慣稱呼相近，使用人員能夠很容易地從操作界面中認出相關設備。

相對這種便利性，STATE 5控制臺在操作時選取設備，是通過鍵盤輸入設備的軸線號。這種設備選取方式因設備名稱與日常習慣有所不同，一方面需要記憶設備與對應的軸線號，另一方面有安全隱患，一旦不小心輸入錯了，就可能會帶來事故。

不同的操作系統有不同的設計理念，但方便、快捷、易于掌握的人性化設計是用戶高度關注的內容之一。

2.2 高效性

2.2.1 操作系統響應排練的速度

操作系統的響應速度也是非常重要的指標，這里主要是指設備在響應排練要求方面的速度。一個劇目在合成時，同一個場景經常會反復排練，這就要求舞臺機械設備要隨時做好準備恢復到上一個場景。歌劇院的系統是順序控制的，不具備立即恢復場景的功能，在遇到這種情況時，需要操作人員重新輸入相關設備，設置好位置后再去恢復，很浪費時間。而戲劇場的系統專門設有恢復功能，在遇到這種情況時，只需要按一個按鈕就可以直接恢復到上一個場景，非常節省時間。響應速度的快慢與操作者對演出內容的了解程度、設備操作方式的熟悉程度都有直接的關系。

2.2.2 演出動作程序（CUE表）編寫與修改

CUE表是劇場中相關機械設備在每個劇目中動作的集合，包括設備動作的順序、速度、位置、時間等參數，是舞臺機械參與演出的必要軟件。從操作的角度，希望編寫CUE表的方法簡單、方便，CUE表中能夠顯示設備動作的基本數據。

如圖6所示，這是戲劇場CUE表的一部分，從表中可以清晰地看到需要動作的設備名稱、啟停位置、速度、時間、加速度等信息。此CUE表在操作臺中顯示并可以直接打印出來供演出使用，舞臺技術人員可以分頭拿著此CUE表，在舞臺不同區域，隨著演出的進行隨時檢查即將動作的設備。

SYB2000系統還有兩個特點。一個是通過設定時間的方法自動計算運行速度，因為很多舞美設計人員對設備運行速度并不清楚，但是他會告訴操作人員，某一段音樂有多長時間，只要在這段時間內把這個動作走完就可以了，這時編程人員就可以運用這個功能很輕松地解決難題。另一個特點是程序修改和存儲方便，操作人員可以在排練過程中隨時根據當時的設備位置、速度的調整進行程序修改和存儲。

圖7所示的是歌劇院CUE表，圖的上半部分是操作臺中顯示的信息，程序中可以看到設備的軸線號、當前位置、目標位置、行程、速度、加速度等信息，但是沒有啟始位置、設備名稱。這個表在演出中用來指導在舞臺上的工作人員是可以的，但用來提前做準備工作就不太方便了。歌劇院工作場地大，大型節目中涉及到多個崗位，都需要使用同一個CUE表工作，目前采用的是其他辦公軟件制作翻譯版的“CUE表”，專門用于演出中使用，如圖中下半部分所示。對于臺上、臺下設備都動作的演出，經常在演出開演前還需要調整動作，如果程序發生改變，對翻譯版的“CUE表”也得進行相應修改。

當演出使用的設備數量、品種不多，特別是僅用臺上設備時，上述兩套系統差別不太明顯；當使用設備數量、品種較多，并且有大量臺下設備參與的演出，程序修改量大，這時兩者的差距就顯而易見了。

2.2.3 轉臺使用方法

轉臺是在演出中使用頻率比較高的設備。戲劇場轉臺采用的是絕對值編碼的方式，歌劇院轉臺采用的是增量值編碼的方式。下面用兩個例子來對比這兩種編碼方式的優缺點。

案例1：轉臺從0°運行到300°，中間270°時出現暫停，重新啟動運行到300°位置，如圖8所示。

兩套系統對這樣的演出程序的運行結果是不同的。戲劇場SYB2000暫停后，就可以繼續運行原來的程序，到達預設定的位置停下來。而歌劇院STATE 5再去運行原來的程序時，轉臺就會停在相對于現在位置再加上300° 的位置，就會出現偏差。如果想要停在設定位置，必須修改程序，使得程序響應效率低，容易產生偏差。而這種偏差如果在演出中出現，是使用人員決不能接受的。

案例2：轉臺從0°運行到300°后，從300°逆時針到0°位置，如圖9所示。

在劇目的排練中，當需要返回到上一個場景時，戲劇場的轉臺必須沿相反方向轉回去，才能保證位置的數值有效，這就會產生既浪費時間又浪費電能的不良結果；也許有人認為直接調整過去就節省時間了，這樣做雖然場景位置對了，但是轉臺在操作臺中的位置就成了360°，如果繼續運行后續程序，結果肯定是錯誤的。而歌劇院的轉臺恰恰因為它的相對位置編碼方式，就可以通過輸入目標位置的方法，使轉臺選擇捷徑，在較短的時間內恢復到上一個場面，而且不影響后續的動作。

轉臺旋轉的位置設定方式不同，實際使用的便利程度也略有區別。相對位置、絕對位置都能考慮的情況下，對用戶的使用更加方便。

2.3 靈活性

2.3.1 演出中多CUE運行

操作系統同時能夠運行多個CUE，也是非常有必要的。比如，演出中4個升降臺要分別在站好演員后動作，有可能一個一個地動作，也有可能同時動作，當需要同時動作時，歌劇院的一個操作臺就可以同時運行4個CUE，而戲劇場就不行，因為它的一個操作臺同一時間只能運行一個CUE，要想實現這一功能必須通過增加操作臺的方式實現，略顯不夠靈活。

2.3.2 緊急預案

全世界演出界都遵循“SHOW MUST GO ON!”（演出不能停止）這一基本原則。從演出的角度而言，不希望出現因設備故障而引起演出的停頓，從設備的角度而言，又不可能絕對避免設備出現故障。所以，操作人員要針對每一場演出制定緊急預案。

緊急預案包括管理層預案和設備層預案兩個方面，如圖10所示。管理層預案是指導演或舞臺監督與機械操作之間的互動內容，解決舞臺上演出流程如何進行下去的問題，機械操作需要告知導演或舞臺監督，設備的狀況、處理故障的大致時間、可變通使用的設備等，以便導演或舞臺監督臨時調度演出流程。而設備層預案則主要是指設備專業的主操作人員與其他人員之間、舞臺面與設備現場之間的協調與配合。

在緊急預案里，需要舞臺設備具有較強的備用驅動控制系統，在歌劇院具備兩地緊急控制系統，在控制室有備用變頻器控制系統，在控制柜室有就地控制系統，能夠實現短時間自動投入工作，當然，其投資也是巨大的。戲劇場就只設置了電機處的緊急控制模式。

表2 歌劇院與戲劇場的控制系統總結

備用控制模式配置越多，使用中的可選擇性就越強，同時，基礎設施費用的投入也就越大。所以，最好的備用控制配置不能用“多和少”來評價，而應以最適合演出場所使用的配置模式為佳。

2.3.3 比較

每個廠家的控制系統都各有特點，都是經過大量調研、一代又一代的升級推出的產品。在國家大劇院使用的舞臺控制系統可以說是功能強大、界面友好、適應性強的系統。即便這樣，從長期為演出服務的角度來看，從總結性的表2中，可以將這些被重點標識（藍色部分）出的特點看作是演出中非常需要具備的特點。表2中所強調的特點（黃色部分）應該是不太適合演出要求的，轉臺的設計方法應該同時具備增量式和絕對值式編碼方式。

3 維修保養

舞臺機械控制系統通常是非常龐大的，在日常維護保養過程中，單純依靠人工目測無法進行全面檢查，所以，針對電氣元器件單獨設立一個工控監視系統，能夠對直接影響到設備運行的通訊、電壓、電流、互連鎖信號、主板溫度等參數做一個歷史記錄，這個功能對指導劇場技術人員有目的地跟蹤重點設備很有幫助。

當設備出現故障時，能夠快速查出故障產生的原因，是維修工作的首要條件。因此，如果系統能夠提供一個專門用于故障顯示的界面，很清晰地提示問題產生的原因、發生故障的設備的地理位置和故障發生的時間，這對于劇場檢修人員來說，是非常必要的。

4 設備管理

4.1 設備互換性

無論是多么復雜的控制系統，最好采用標準的模塊化配置，以便在臨時救急維修過程中能夠實現設備之間快速互換，這對演出保障工作是最有利的。

整個舞臺機械控制系統中，除了軸控制器，其他部件都可以通過各種方法實現緊急控制，包括變頻器，檢修人員可以做到不用原有品牌產品進行應急之用。由于軸控制器是設備廠家的專利產品，其軟件的使用授權有限制，當軸控制器出問題時就沒辦法臨時解決，所以，只能采購具有應用程序的備件。軸控制器作為系統的核心部件，其價格也是最高的，故在備件采購時需要的資金量非常大。

4.2 產品更新換代

舞臺機械控制系統運行4年左右，產品即將進入疲憊期，就需對關鍵部件大量備份。這時供應商的產品也即將進入更新換代的時間段，有些產品已經停產了。以戲劇場臺上設備的載荷傳感器為例，最近集中損壞了十幾臺，而該品牌產品在國外已經沒有了，系統設備廠家推薦的替代品每臺需要5000歐元，如果全部更換，需要的資金數量很大，所以只能嘗試開發國產的替代品。設備廠家不希望用戶這樣做，但對用戶來說，從資金和及時排除故障的角度考慮，這是不得已而為之的事。設備廠家在選用工控設備時，應給幾年后的備品備件留有一些選擇空間，或者在選用關鍵元器件時多考慮一下產品的后續服務及技術支持等因素。

5 設備的更新與發展

在使用現有機械設備的同時，也需不斷地關注設備的更新與發展。舉例來說，戲劇場舞臺機械操作系統SYB2000現在已經升級到3.0的版本，如圖11所示。新的系統繼承了原有安全、高效、方便的特點，其硬件設備配置有了很大的提升，通信速率等得到了加強。此外，新版本系統增設了舞臺裝置的擴展接口，這一點對現代演出應用非常有利。現在劇目的演出中，大量地使用了舞臺裝置，這些裝置通常都單獨做一套控制系統。所以，該產品應會對目前演出中舞臺裝置發展趨勢有引領作用。

新的系統還推出全功能的無線操作臺，可以實現所有在有線固定臺才能實現的功能，如圖12所示。

6 結束語

舞臺機械控制系統的升級，除了硬件，更應該強調其軟件升級，需要緊緊圍繞演出的要求，不斷地改進軟件功能，使它越來越適合演出使用。前面提到的轉臺位置設定、多個CUE同時運行等問題在新版本的操作系統中都得到了解決。演出在發展，設備也在發展，產品的更新換代，不能僅停留在硬件上，要把更多精力放在軟件上，演出要求的很多功能都可以通過軟件的更新來滿足。

國家大劇院作為國家級表演藝術中心，在舞臺技術人員的配置上既考慮了服務于演出的操作要求，也考慮了設備緊急維修的要求。因此，國家大劇院不僅是國內外演出團體的藝術交流的平臺，也是舞臺技術交流的平臺。希望設備使用方與設備廠家能夠更好地溝通與交流，為舞臺機械行業發展起到更大的推動和促進作用。