觀演建筑電氣設計要點

陳 校(北京建院建筑設計咨詢有限公司，北京100045)

觀演建筑電氣設計要點

陳 校
(北京建院建筑設計咨詢有限公司，北京100045)

依據以往項目的設計咨詢經驗及JGJ 57-2016《劇場建筑設計規范》，明確了觀演建筑設計的關注要點，并給出了一定條件下舞臺燈光、舞臺機械、舞臺音響的負荷估算參考值及電源預留位置，以期在施工圖階段對舞臺工藝資料進行復核時，電氣專業能夠盡可能減少翻改。

觀演建筑 舞臺工藝 負荷估算

0 引言

觀演建筑主要包括歌劇院、音樂廳、電影院、多功能劇場等建筑功能，由于在工程實踐中很多設計師從未接觸過相關設計，對常用名詞術語不熟悉，對舞臺燈光、舞臺機械、舞臺音響等負荷特點又不了解，導致設計無從下手，或在方案階段考慮的不夠周全，引起后續不必要的改動。

筆者經過部分工程前期可行性調研及工程實踐的積累對觀演建筑的電氣設計要點做簡單總結，供廣大設計師參考。

1 設計規范及基礎資料

1.1設計規范

除公共建筑常用的電氣設計規范外，根據觀演建筑類型，還需對JGJ 57-2016《劇場建筑設計規范》、JGJ 58-2008《電影院建筑設計規范》等設計規范有所掌握。2016版的《劇場建筑設計規范》于2017年3月1日正式實施，和舊規范中電氣相關的部分相比有如下改動，需引起設計師注意。

1)調整了劇場規模的劃定，原特大型劇場觀眾坐席數量>1 600座，現改為>1 500座；取消了丙等劇場的相關要求。

2)完善了舞臺工藝的有關內容，增加了舞臺音響章節，有利于建筑設計院根據舞臺音響系統的設備位置及尺寸確定其安裝條件、用電負荷及技術用房預留。

3)完善了舞臺區域消防疏散的相關規定。

4)完善了觀眾廳滿場混響時間的相關規定，補充了舞臺和觀眾廳隔聲降噪的要求。

5)增加了舞臺區域用電的規定[1]。

1.2設計基礎資料

對電氣專業來講，進行電氣設計需首先明確劇場的規模劃分和建筑等級。

JGJ 57-2016《劇場建筑設計規范》第1.0.5條闡述了劇場建筑規模的劃分，與GB 50016-2014《建筑設計防火規范》第10.1.2條與第8.4.1條相呼應，用以確定劇院建筑消防用電的負荷等級以及是否需裝設火災自動報警系統。

JGJ 57-2016《劇場建筑設計規范》第1.0.6條為劇場的建筑等級劃分，與本規范第10章相呼應，用以確定劇院建筑非消防用電的負荷等級、防雷等級以及劇院建筑的建設標準和主要技術指標。

此外，劇院建筑的舞臺類型對于燈光、機械、音響設備的容量和配置也有較大影響，因此，觀眾廳和舞臺的關系以及舞臺的幾種規模也需要提前明了。

觀眾廳和舞臺的關系主要分為3類：鏡框式舞臺、伸出式舞臺和島式舞臺[1]。舞臺是劇場演出部分總稱，主要包括主舞臺、側舞臺、后舞臺、樂池、臺唇、耳臺、臺口、臺倉、臺塔等[1]。各部分可以根據需要和劇場規模自由配置。

目前常見的組合主要有以下幾種形式，根據組合不同，舞臺燈光、舞臺機械的負荷類型和容量往往差別較大。

1)主舞臺+側舞臺(雙側)+后舞臺(與主舞臺面積相當)，我國大型劇場常采用這種形式。

2)主舞臺+側舞臺(雙側)+后舞臺(約為主舞臺面積50%～60%)。

3)主舞臺+側舞臺(或候場區)。

4)主舞臺或活動舞臺。

2 供配電系統

2.1負荷分級及供電電源

根據JGJ 57-2016《劇場建筑設計規范》第10.3.1條，特等、甲等、乙等劇院常用負荷分級[1]可參照表1。

表1 劇場用電負荷分級

其中，乙等劇場若為一類高層建筑或具備I類汽車庫，則依據GB 50016-2014《建筑設計防火規范》或GB 50067-2014《汽車庫、修車庫、停車場設計防火規范》的要求，消防用電應按一級負荷供電[3]。

劇場建筑根據規模劃分建筑等級和負荷分級，其供電電源應滿足國家規范對于一、二、三級負荷的供電要求。特、甲等劇場舞臺燈光、音響、機械、通信與監督控制等計算機系統用電要求連續供電或允許中斷供電時間為毫秒級，需另設置不間斷電源裝置。

2.2負荷容量估算

劇院建筑在方案設計階段，可以采用單位指標法確定計算負荷，劇場的用電指標為50～80W/m2，變壓器裝機指標為80～120VA/m2。

由于劇院的舞臺工藝用電負荷容量非常大，因此在初步設計階段，應將主要建筑功能區和舞臺工藝分開進行負荷估算，再將其兩部分用電容量相加，核算總用電容量。

在無工藝設計提資時，劇院的主要建筑功能區及其負荷密度可參考表2進行估算。

筆者結合工程經驗，并參考若干工藝設計資料，總結了舞臺工藝負荷的估算數據供讀者參考，實踐中該數據需根據舞臺組合的類型和實際使用需求進行調整，詳見表3。

2.3供配電系統設計要點

劇場建筑供配電系統諧波源較多，應選用D，yn11接線組別的配電變壓器，且應采取抑制高次諧波對其他系統產生干擾的措施，例如，舞臺調光裝置應采取有效的抑制諧波措施，需在舞臺燈光專用低壓配電柜的進線處設置諧波治理裝置；電聲、電視轉播設備的電源不宜接在舞臺照明變壓器上；音響系統供電專用線路上宜設置隔離變壓器，有條件時可設置諧波治理裝置；舞臺機械設備的變頻傳動裝置應采取有效的抑制諧波措施，其配電回路中性線截面不應小于相線截面；舞臺機械為沖擊負荷，宜與其他用電設備分開配電，采用專用變壓器或專用回路供電等[3]。

表2 主要建筑功能區的負荷密度參考值

JGJ 57-2016《劇場建筑設計規范》第10.3.20條及第10.3.21條提到, 在主舞臺的四角均應預留三相專用電源，兩側應預留流動功放電源插座，且明確了主舞臺預留電源的最小整定值，在工藝配合之前為設計師提供了有效的設計措施[1]。

3 照明系統

劇場照明系統分為舞臺燈光、觀眾廳照明、舞臺工作燈和配套用房常規照明等。下面逐一介紹各照明系統的設計配置和要點。

表3 舞臺工藝負荷估算表

1)舞臺燈光系統

舞臺燈光系統設計是舞臺工藝設計的核心，通常包括供電、燈具、控制、網絡支持、線纜系統、插頭插座終端及舞臺效果等幾個方面：(1)供電系統一般包含電源柜、開關柜、舞美配電箱、場燈及工作燈控制柜、調光柜等；(2)燈具系統一般包含成像燈、聚光燈、天地排燈、追光燈、三基色會議燈等燈具，一般在觀眾席區域需設置追光、面光、耳光，在舞臺區域需設置頂光、側光、流動光、天地排光、逆光、腳光等功能，工程實踐中，中型劇場的調光回路宜在180路左右，大型劇場的調光回路宜在300路以上，舞臺燈光的電源通常由專用回路供電，每路可按2～6kW計算[2]；(3)控制系統包括數字常規燈控制臺及無線控制器、數字電腦燈控制臺及無線控制器、視頻處理器及控制計算機等；(4)網絡支持系統包括控制室、可控硅室、柵頂及舞臺區域網絡基站等；(5)舞臺燈光線纜系統一般包括低煙無鹵阻燃電纜、以太網線、DMX信號線等；(6)插頭插座終端一般包括卡儂型DMX插頭插座、卡儂型RJ45插頭插座及歐標電源插頭插座；(7)舞臺效果系統設備一般包括煙機、泡泡機、雪花機等。

舞臺燈光系統的配置主要與舞臺規模和組合形式有關，如后舞臺或側臺(候場區)面積受限，控制系統、網絡系統、舞臺效果系統的配置可根據需要取舍，但一般對燈具、纜線、供電系統的影響不大。

舞臺燈光工藝設計雖較為復雜，但與電氣專業的配合卻較為簡單，通常只需要提供兩處主要電源即可，一處送至調光柜室(大型劇場中，該房間面積可按50m2預留)，并設于側臺附近(若此處應用可控硅調光會產生大量諧波，建議就地裝設有源濾波裝置，以減少諧波的影響)；另一處送至舞臺燈光控制室(一般位于觀眾席的后部，面積不小于20m2)，用電可按20～25kW 考慮，該房間除雙路電源供電外還需配備UPS。

2)觀眾廳照明系統

對廣大設計師而言，觀眾廳照明并不陌生，但筆者要強調的是，設計時要以人為本，確保功能。

3)舞臺工作燈系統

舞臺工作燈系統對沒有劇場設計經驗的工程師來講是比較陌生的。舞臺區域的工作照明與演出活動密切相關，具有特殊的工藝要求。舞臺工作照明通常由非演出、排練狀態時的白光和演出狀態時的藍光構成，又稱藍白光照明。

另外，裝臺、拆臺等舞臺區域的作業照明，臺倉、柵頂等舞臺機械設備的檢修照明等也被納入到舞臺工作照明的范疇。因此，藍白光工作照明設計區域主要為主舞臺、側舞臺、后舞臺、走道、天橋等處。

演出活動的需求和藍、白光的特性剛好切合，一般來講，沒有演出排演時，舞臺上基本照明由白色工作燈提供，平均照度為100lx；演出排練時，舞臺周邊區域采用低照度的藍色工作燈，平均照度為20lx；拆裝臺時，主舞臺區域的工作燈通常采用大功率泛光燈，平均照度250lx；設備層和舞臺設備檢修時的工作燈也常采用大功率泛光燈，平均照度250lx。隨著LED燈具的普及，舞臺工作照明由日光燈管逐步轉為新型節能燈具，可減小用電容量，進一步降低能耗。場燈、工作燈控制系統的控制器應在燈控室和舞臺監督臺等處設置，并按藍、白光分別控制。

4)配套用房常規照明系統

JGJ 57-2016《劇場建筑設計規范》就劇場建筑配套用房的照度標準進行了修訂，走廊、存衣間、接待室、行政管理用房、觀眾廳、化妝室、候場室、搶妝室、理發室、排練室、服裝室、布景道具服裝制作間等場所照度標準與GB 50034-2013《建筑照明設計標準》基本取得一致，相比舊規范提升了1～2級， 并補充了繪景間、燈控室、調光柜室、聲控室、功放室、電視轉播室、舞臺機械控制室、舞臺機械電氣柜室、棚頂工作照明、同聲傳譯室、主舞臺等特殊場所的照度標準，使得劇院照明系統的設計標準有據可查，更加完善。

4 舞臺機械

舞臺機械設備包含臺上機械設備、臺下機械設備、舞臺機械電氣和控制系統等。臺上機械設備可采用變頻調速或定速，速度和載荷根據舞臺功能和規模選定；臺下機械設備主要含主升降設備和旋轉設備，變化形式多樣，多數采用變頻調速，也可選擇配置備用驅動；一般主升降臺、電動調速吊桿、單點吊機有同步要求。電氣控制系統可采用一對一配置或選通配置，可整體冗余或部分冗余，操作臺可根據功能需要選配。

臺上及臺下機械在舞臺各區域常用的設備可參見表4～5。

表4 臺上機械在舞臺各區域的常用設備

表5 臺下機械在舞臺各區域的常用設備

臺上機械部分的雙電源互投配電柜可設在側臺上方的舞臺機械配電室內，電源由變電所不同變壓器的不同母線段直接放射引來。需要注意的是，臺上機械設備中的臺口防火幕為消防負荷，應該由專門的消防電源供電。

臺下機械設備的雙電源互投配電柜可設在臺倉內，電源由變電所不同變壓器的不同母線段直接放射引來即可。

在工程中舞臺機械的配置種類根據使用功能和舞臺類型不同，可以豐儉由人，一般來講，乙等劇場主舞臺必備的臺上機械設備有防火幕、電動調速吊桿、單點吊機、變頻調速大幕機、燈光吊籠、二三道幕機，臺下機械設備為主升降臺及樂池升降臺；側舞臺區域和后舞臺區域常見的舞臺機械設備，需根據舞臺的組合類型進行取舍，根據目前國內劇院的實際使用情況調研，側舞臺車臺、后舞臺車載轉臺、補償升降臺的實際使用次數較少，若非大型復雜演出需要，可不設置。

舞臺機械控制室可對各機械設備進行集中操作控制，主要包括主操作臺、移動式和垂吊式操作盤、現場控制器和控制系統等，是整個舞臺機械的管理中心。其用電量可預留為15～20kW，雙電源互投配電柜可設在側臺上方的舞臺機械控制室內，并需設置UPS 電源，以滿足不間斷供電的要求。

5 聲學及音響系統

5.1聲學效果控制要點

觀演建筑的聲學包括建筑聲學和電氣擴聲兩個部分，這里只討論和電聲相關的內容。如果觀演建筑是綜合劇院或者歌劇、戲劇院，應該裝設完備的電聲系統；如果使用功能是音樂廳，尤其是室內小廳，那么可以根據需要設置電聲輔助。

影響聲學效果的三要素為觀眾廳規模、混響控制和噪聲控制[1]。因此噪聲控制在觀演建筑中尤為重要，2016版《劇場建筑設計規范》也針對該問題新增了相關章節介紹具體的技術措施。如果處理不好，噪聲是觀演建筑的“硬傷”，后期很難彌補，就機電專業來講，噪聲較大的設備機房、變電室、柴油發電機房的合理選址與噪聲控制措施，應該在方案設計階段中就予以考慮，應從設備消聲降噪、隔振降噪(較少結構噪聲)和遠離噪聲干擾源三方面落實減噪措施[3]。

5.2舞臺音響系統

舞臺音響系統(電聲)由聲源至傳聲器所處的聲學環境，傳聲器至揚聲器的擴聲系統設備，以及揚聲器系統和聽眾區的聲學環境(即擴聲聲場)3個部分組成[3]。

舞臺音響的工藝配合較為明確，工藝設計向建筑設計提供設備位置、尺寸、安裝條件、用電負荷(裝機容量、使用系數、功率因數)及技術用房的要求。一般來說，需設置聲控室、功放室及舞臺技術用房，電氣專業需為舞臺音響系統預留電源，電源與負載之間宜安裝隔離變壓器或有源濾波器。

聲控室一般設置在觀眾廳后部中央位置，面積≥20m2，用電可按15～20kW 考慮，該房間除雙路電源供電外還需配備UPS；功放室一般設置在主舞臺兩側臺口高度的位置，面積40～50m2，容量可按60～100kW預留；舞臺技術用房(信號交換機房)一般設置在上場口附近，面積5～8m2，容量可按20～40kW預留；電氣專業除預留以上機房的電源以外，還建議在舞臺的上、下場門的兩側分別預留30kW/380V 的電源，用于特殊演出團體自帶設備用電，如LED 大屏、舞臺音視頻設備等，這樣可以方便物業方承租各種規格的商業演出。

6 結束語

觀演建筑電氣設計最大的難點在于舞臺工藝的容量大、位置分散、需求繁雜，需與專業顧問密切配合。在工藝設計無法提早介入的情況下，設計師往往迷茫于如何保證設計方向的準確性。本文依據以往項目的設計咨詢經驗，立足JGJ 57-2016《劇場建筑設計規范》，明確了觀演建筑設計的關注要點，并給出了一定條件下舞臺燈光、舞臺機械、舞臺音響的負荷估算參考值及電源預留位置，以期在施工圖階段對舞臺工藝資料進行復核時，電氣專業能夠盡可能減少翻改。

[1] JGJ 57-2016劇場建筑設計規范[S].北京:中國建筑工業出版社,2016.

[2] 任紅,劇場舞臺燈光的電氣設計[J].建筑電氣, 2003,22(1):34-37.

[3] 北京市建筑設計研究院.建筑電氣專業技術措施[M].北京:中國建筑工業出版社,2015.

觀演建筑空調系統設計中耐火等級和防火分區的確定

1)根據《建筑設計防火規范》的要求，大型的影劇院因其容納人數多，發生火災后現場人員疏散緩慢，易造成群死群傷惡性火災事故，所以應采用耐火等級不低于二級的建筑。

2)有效的設置防火分區能在空間和時間上最大限度地限制火災蔓延，觀演建筑本身及演出部分與出租部分都應有可靠的分隔措施。觀演建筑的舞臺、觀眾廳、前廳之間必須作為獨立的防火分區來設置，相互之間的隔墻耐火極限不得低于4h。

3)應在疏散主通道上設置地腳燈，在安全出口處設置指示光標，在觀眾廳設置應急照明燈，其數量以照度不低于0.5lx為宜。

KeyPointsofElectricalDesignofTheatricalBuilding

Chen Xiao

Through the previous project design consulting experience, based on JGJ 57-2016 “theater building design code”, the key design points of theatrical building are identified, and in order to conduct a review of process data during the construction phase of the stage when the electrical field can be reduced as much as possible to change, the load estimation reference value and the reserve position of the stage lighting, stage machinery and stage acoustics are proposed under certain conditions.

theatrical building, stage process, load estimate