蘭州音樂廳舞臺機械設備配置及控制系統

劉建國 王宏武 龔建興 張瑾

[摘要]從舞臺機械配置方案和控制系統兩個方面，介紹蘭州音樂廳舞臺機械設計的特點。

[關鍵詞]蘭州音樂廳；舞臺機械；設備配置；控制系統

蘭州音樂廳位于水車博覽園東側、金雁黃河大橋西南側。該劇場地理位置特殊，背靠黃河，建筑設計特將舞臺天幕區后墻設計為開放式，以黃河為演出“背景”，由此在臺下設備配置方面進行了創新設計。音樂奏起，舞臺天幕位置后墻兩臺對開門裝置緩緩打開，視線透過對開門的幕墻，黃河璀璨迷人的夜景一覽無余，懸掛在舞臺后側的LED屏演繹出燦爛奪目的蘭州文化，吱呀的水車伴著嘩啦啦黃河水緩緩轉動，營造出實景黃河與與古老水車交相輝映的精彩效果，全方位展現出蘭州音樂廳的新奇魅力。

蘭州音樂廳建成后成為蘭州市重要的集大型歌舞表演、文藝演出、大型音樂會，兼顧會議、展覽的多功能劇院，同時也是一座兼顧城市文明與社會公共效益的大型文化交流中心。

舞臺設計為鏡框式，設主舞臺和兩側舞臺。

平而：舞臺進深22.5m，開間64.6m；側臺進深15.0m；主臺寬度35.0m，左、右側臺寬度（凈寬）均為14.8m；舞臺臺口寬度22.0m；樂池開口寬度14.5m～17.0m，進深大于3.6m；舞臺后區對開門裝置開口寬度22.0m（劇院背靠黃河，舞臺天幕區后墻設計為開放式，特配置一套對開門裝置，可將實景黃河作為演出背景）：各層天橋寬度2m～3m，保證天橋邊緣間距不小于29m，且在臺倉邊緣設置夾層（演出通道），以方便演出使用。

剖而：舞臺臺口凈高11.Om，主臺設三層天橋；舞臺后區對開門裝置開口高度12.Om；主舞臺凈高26.5m（屋架卜^弦）；主舞臺吊點梁設計要求凈高26.2m（吊點梁、柵頂設計為雙層結構形式，間距2.5 m）；側臺通主舞臺高度12.0m；舞臺后區升降臺基坑深度10.0m，設一層夾層（根據設備安裝、運行空間、安全空間、演出通道空間需要）；樂池基坑深度大于4.5m。

（1）不同的藝術表演形式和內容對舞臺布局及舞臺設備、舞臺燈光、建筑聲學都有不同要求。蘭州音樂廳在建造形式上要完全滿足現代大型歌舞劇表演對舞臺臺深、臺寬的需要。舞臺表演區的正確分區至關重要，決定著主舞臺工藝布置是否合理。在各類劇種中，舞劇主要以舞蹈和音樂來演繹劇情，演員表演活動范圍相對較大，一般認為舞劇的表演區最大；歌劇的表演區相對于舞劇較淺，但其景區通常要比舞劇的表演區深。所以，該劇場以大幕線為工藝布置的基準線，對舞臺進行如F分區：大幕線前的1.5m設置為臺口深度區，大幕線后約14m為表演區，表演區后為遠景區及天幕燈光區。吊桿均設置在表演區和遠景區，且應分區布置。一般情況下，要滿足這些要求，主舞臺臺深需要設置在20m以上。

（2）通常話劇、戲曲這兩類劇種要求的表演區深度較淺，在該劇場中，舞臺大幕線后6m設置為這兩類刷種表演區，在此位置設置一道“二道幕”，滿足戲曲表演的需要。根據舞臺分區需要，可設置兩道二道幕及一道底幕，舞臺天幕采用升降天幕。

（3）主舞臺較寬，天橋橋光很難滿足演出時對側光及舞臺兩側流動燈光的要求，所以，設置二維燈光吊籠（吊架）增加舞臺側光，可設置流動燈架解決舞臺兩側流動燈光照明的要求。

（4）根據專業劇場功能特點，為滿足各類演出需要，增加表演的立體效果，實現表演過程中的快速換景等功能，臺面設備在舞臺表演區配置升降臺，使整個舞臺從功能和安全性方面更加完善。

（5）大部分舞臺設備控制采用計算機控制方式，部分設備采用變頻調速，可有效保證設備的控制定位精度及安全性能。

（6）因劇場地理位置特殊，舞臺背面為黃河，為增加演出效果，舞臺天幕區后墻為“開放式”，配置了一套對開門裝置。

3舞臺機械配置方案

3.1臺上機械設備配置

臺上機械設備（圖1）包括臺口單點吊機（能將幾個吊點組合在一起進行同步運行，也可分別運行[2]）、主舞臺自由單點吊機（可變頻調速，可以根據演出需要在設定的行程范圍內移動吊點）、臺口防火幕、舞臺吊桿、大幕機、活動假臺口頂片、側片、聲反射罩翻轉吊桿、二道幕機、音樂反射板、側燈光吊籠、臺上舞臺計算機控制系統。其具體參數見表1，工藝布置見圖2。

3.2臺下機械設備配置

鑒于建筑初設特點及功能定位要求，臺下機械設備的配置方案（圖3）為“樂池升降護欄+樂池升降臺+后區升降臺（分塊式）”，具體參數見表2，工藝布置見圖4。該方案為專業性劇場比較流行、超前且實用的舞臺臺而工藝方案。

（1）在舞臺和觀眾廳之間配置樂池升降護欄（JCl.1）1臺，樂池升降臺（JCl.2）2臺，兩者配合使用可調整舞臺和觀眾廳的有效而積。當樂池升降臺臺面上升至與舞臺而平齊的位置時，就會使舞臺表演區域擴大；當樂池升降臺臺而卜.降至與觀眾廳地而甲齊時，觀眾廳的使用而積就會增大；當樂池升降臺下降到某一位置，可作為樂隊演奏的區域；可根據劇情需要參與表演：欄桿升起還能起到安全防護作用，以確保升降樂池安全使用。

（2）在主舞臺主表演區后區設置6臺升降臺（JCl.3、JCl.4），升降臺行程均為升3.0m、降4.5m（以舞臺而為基準），既可同時升降，也可獨立升降。

（3）在舞臺天幕區設置2臺后舞臺對開大門（JCl.5），可參與演出，外側與外墻裝飾一致，內側還可作為懸掛后區“LED背景墻”的載體。

4舞臺機械控制系統概述

4.1系統總述

該控制系統控制的設備由1套升降對開大幕機（調速），42遂舞臺吊桿（調速），1套活動假臺口（定速、包括頂片及兩個側片），2道二道幕（調速），8套側燈光吊籠（定速），1道聲反射罩翻轉吊桿（調速），1道聲反射罩頂片提升機（調速），6臺臺口單點吊機（調速），12臺自由單點吊機（調速），1臺樂池升降護欄（定速），1臺樂池升降臺（調速），6臺主升降臺（調速）和1套（兩片）后臺口對開大門（調速）組成。

控制系統具備主控臺備份操作、主控計算機操作（通過工業以太網對設備進行控制）、移動計算機操作（通過工業以太網對設備進行控制）及手持式操作盒（緊急控制）操作等四種操作方式。此外，上位管理計算機設有一個針對內部人員開放的最高權限用戶，具有整個劇場舞臺機械的全方位管理、配置和操作權限（包括劇目場次操作等功能的權限）。

控制系統上、下位機間采用以太網通信，下位機與各變頻器之間采用PROFIBL'S-DP通信，完全滿足實時控制需要。所有設備實現計算機管理控制，所有設備均具備行程、超行程保護和過載保護功能（對自由單點吊機還設有防鋼絲繩纏滿保護功能）；對有定位要求的設備實現任意位置定位，定位精度不大于±3 mm，對有同步要求的設備實現任意設備組合同步運行，同步精度不大于±5 mm。

控制系統配備在線式不間斷電源（ L-PS）供電。當主電源出現故障時，UPS可以向控制系統供電；UPS的容量滿足控制系統運行30 min。UPS裝置有故障顯示、報警、故障診斷和保護措施。當UPS能源不足以維持控制系統正常運行之前，系統可按適當的順序關閉。

4.2控制要求

（1）同步運行功能。42道電動吊桿、6道燈光吊桿、2道側燈光吊桿、6臺臺口單點吊機、12臺自由單點吊機及6臺主升降臺要求具有同步運行功能，同步運行功能分為同步運動（速度同步與位移同步）以及追擊同步運動（以甲目標為參照物，乙目標快速響應，追擊甲目標，從而與甲目標保持同步）兩種。6臺主升降臺采用雙環控制，均利用絕對型旋轉編碼器檢測設備的運行距離。

（2）調速設備制動器與電機之間的協調控制，即變頻器采用制動器邏輯控制模式（變頻器停止前先減速，停止時與制動器同時動作）。調速設備用變頻器的最小工作頻率為在調速設備最大載荷下能使調速設備動作的最小速度頻率[3]。

（3）一場次可以運動的設備個數原則上沒有限制、設備的運行方向不受限制。可存儲的最少場次不小于3000場。

（4）單臺調速設備運行，通常分為設定位置、速度和設定行程、速度兩種運行模式，即任一調速設備在初始位置時，依據設定的位置或行程以設定的速度來運行。位置量用相對調速設備的某一個限位的高度來表示，而行程量則是以該調速設備初始位置為基準，并且具有方向性。

（5）所有臺上定位設備均利用增量型旋轉編碼器檢測設備的運行距離。不同的設備每個脈沖對應的距離傣可能不同，程序中應有可設置比例系數的參數，將不同設備的脈沖輸入使進行處理后顯示。

（6）每個定位設備在每次運行停止時，均應檢測設備停止位置與要求位置的誤差。如果誤差大于3mm，則應啟動誤差修正系統，使之在下次運行時將誤差減去（提前停止），或設有誤差修正界面由用戶自行選擇來修正。

（7）多臺同類調速設備運行：分為設定位置（各調速設備位置、速度相同或不同）速度或設定行程（各調速設備行程、速度相同或不同）速度幾種，并以設定的速度（各調速設備速度相同或不同）運行。

（8）所有具有定位要求的設備零位均以舞臺面作為零位，高于舞臺面位置值為正值，低于舞臺而位置使為負值；所有具有定位要求的吊掛類設備均應設有上下軟限位。

4.3故障診斷及安全保護措施

對于控制系統的異常現象和控制元器件的故障，系統會發出報警，提示操作人員。對于危險信號則直接中斷設備運行，避免造成設備和人員損傷[4]。

（1）調速設備在行程開關位置之前設有減速開關，一旦減速開關閉合，設備被強制以低速運行。

（2）設備升降限位：設備升降時有行程開關；行程開關使電機停止運行；系統檢測設備到達行程開關位置則不允許再向極限外方向運行。

（3）設備均設置有超程保護開關，在行程控制失靈時起作用，強制斷開電機主回路，防止設備損壞和事故發生。

（4）系統設置超載保護功能。當設備負載超過額定負載時將終止設備運行。

（5）危險設備運行限制：對于某些暫時不宜運行的有危險的設備，可以限制其運動。

（6）未運行急停：應該運行的設備由于某種原岡未運行時，系統可診斷出故障，并迅速報警與處理。

（7）對于升降臺等的防剪切信號的響應與處理，同時立即終止設備運行。

（8）對變頻器的報警要求有相應的處理以及各種抗干擾措施。

5結語

隨著舞臺機械行業的發展，劇場對舞臺機械設備配置和控制技術的要求也在不斷提高。蘭州音樂廳舞臺機械的設備配置和控制系統設計，借鑒國內外劇場建設的優秀經驗，融合中國舞臺表演藝術的豐富實踐，再結合特殊地理位置和當地傳統文化，自主創新，采用新技術、新工藝，將蘭州音樂廳打造成集演出劇場、群眾文化活動、多媒體教育、承接大型會議等功能于一體的綜合性專業文化場館。蘭州音樂廳建成后，作為絲路重鎮的古老金城第一次真正擁有了屬于自己的音樂廳，一座屬于百姓的高雅藝術殿堂，一處展現文化自信、而向世界的文化之窗。

參考文獻：

[1]張青梅.現代劇場舞臺機械的配置[J].機械研究與應用，2002（02）.

[2]程軒.劇場舞臺機械常規配置概述[J]，甘肅科技縱橫，2014（08）.

[3]李煒，李青朋，毛海杰，龔建興.舞臺調速吊桿群同步控制策略研究與仿真[J]電子技術應用，2014（05）.

[4]徐奇.國內、外舞臺機械的發展狀況[J].藝術科技，2001（01）.