舞臺機械技術(shù)、工藝、應用系列談
——舞臺機械設(shè)備的多樣性和發(fā)展趨勢

智 浩，王 強，金艷苓，何 浩

（北京金東高科科技有限公司，北京 100000）

直接或間接為演出服務(wù)的機械設(shè)備統(tǒng)稱為舞臺機械設(shè)備。由于技術(shù)的發(fā)展、需求的多樣性，目前更多的把在劇場或舞臺固定安裝、具有電力驅(qū)動及機械傳動的機械設(shè)備，稱為舞臺機械設(shè)備，筆者主要討論這類設(shè)備。對于簡單手動設(shè)備或臨時性的設(shè)備，如手動威亞、機械道具等，仍按照其常規(guī)習慣的稱謂，不劃歸到舞臺機械設(shè)備類中。

舞臺機械的作用概括起來主要有切換場景、燈具音響建聲等劇場設(shè)備輔助、改變舞臺形式、改變劇場形式、參與表演、劇場或演出安全輔助、運景裝景輔助等。有些設(shè)備功能是獨立的，如防火幕、軌道吊機、反聲罩等，只能起到各自獨立的功用，有些設(shè)備功能是綜合性的，如假臺口即可改變臺口尺寸又可作為臺口燈橋使用，吊桿既可以掛景片也可以掛燈具。

1 舞臺機械設(shè)備的分類

舞臺機械設(shè)備的分類有多種方法。

常見的有按空間位置分類，如臺上設(shè)備、臺下設(shè)備、觀眾席設(shè)備等。臺上設(shè)備包括防火設(shè)備、大幕場幕設(shè)備、布光設(shè)備、有限改變臺口大小的設(shè)備、上空懸吊設(shè)備、改善局部聲音效果的設(shè)備等，臺上設(shè)備運動或靜止時，允許演員在其下方長時間停留、活動；臺下設(shè)備指設(shè)置在舞臺面及臺面以下，用于改變舞臺形狀與形式、移動景物或演員的機械設(shè)備，包括升降臺類、車臺類、轉(zhuǎn)臺類等，設(shè)備在運行或靜止時，均允許演員在其上長時間停留、活動。

按功能或特征分類，涉及直接為演出服務(wù)的設(shè)備、間接為演出服務(wù)的設(shè)備、改變劇場形式的設(shè)備、保障演出安全的設(shè)備、配合其他專業(yè)的設(shè)備、特殊功用的設(shè)備等，包括電動吊桿、燈桿吊桿、大幕機、二幕機、燈光吊籠、燈光渡橋、假臺口、防火幕、固定單點吊機、雙點吊機、音響鏈式吊機、吊點可移單點吊機、反聲罩、銀幕架、飛行機構(gòu)、側(cè)吊桿、側(cè)燈光吊架、側(cè)臺軌道吊機、后舞臺吊桿、升降欄桿、樂池升降臺、主升降臺、演員升降小車、演員活門、升降提詞間、側(cè)車臺、側(cè)輔助升降臺、補償升降臺、后車轉(zhuǎn)臺、座椅車臺、翻轉(zhuǎn)座椅臺、芭蕾舞車臺、鼓筒式轉(zhuǎn)臺等；特殊用途或組合功能的舞臺設(shè)備還會有獨特的命名，如冰車臺、水車臺、跑馬機、3D飛行機構(gòu)、機械臂、回轉(zhuǎn)觀眾席、水中升降臺、升降LED幕架、回轉(zhuǎn)吊臂、平移旋轉(zhuǎn)大門、旋轉(zhuǎn)升降觀眾席、弧形升降臺、弧形吊桿等。

按運動形式分類，包括升降類設(shè)備、吊掛類設(shè)備、旋轉(zhuǎn)類設(shè)備、平移類設(shè)備、復合運動類設(shè)備等。

2 舞臺機械設(shè)備的安全

舞臺機械設(shè)備的安全包括設(shè)備本身的質(zhì)量安全和使用過程的運營安全。這里先討論設(shè)備質(zhì)量安全問題。

（1）設(shè)備的選型設(shè)計計算應滿足基本的舞臺機械和非標機械設(shè)備規(guī)范標準的相關(guān)安全要求。如不同使用條件鋼絲繩及升降傳動鏈的安全系數(shù)，滿載狀態(tài)設(shè)備結(jié)構(gòu)剛度及強度核算，電機、減速機、制動器扭矩驗算，全速滿載時電機過載及驅(qū)動力驗算，滑輪卷筒直徑校核，設(shè)備結(jié)構(gòu)及傳動系統(tǒng)布置合理性等，只有這些基本的機械設(shè)備安全要求考慮充分合理，舞臺機械設(shè)備才可具備基本的安全條件。

（2）舞臺機械設(shè)備還應根據(jù)設(shè)備定位和需求，配置相應的安全輔助裝置和檢測元器件。臺上設(shè)備安全裝置常用的排繩機構(gòu)、亂繩松繩檢測、防沖頂開關(guān)、防溜車檢測、載荷檢測、速度檢測、位置檢測、極限位開關(guān)、定位開關(guān)等；臺下設(shè)備安全裝置常用的安全定位插銷、防剪切裝置、防擠壓裝置、防護網(wǎng)、安全門、防護欄桿、狀態(tài)警示、導向系統(tǒng)，固定支承、各類傳感器、編碼器、限位定位開關(guān)等。臺上臺下設(shè)備的許多安全輔助裝置是通用的。

（3）舞臺機械設(shè)備的控制系統(tǒng)應充分考慮相應的安全措施。硬件系統(tǒng)應考慮設(shè)備系統(tǒng)冗余備份、急停控制、電磁兼容防護、電壓電流過載保護、接地保護、安全電路與安全電器、標準接口、數(shù)據(jù)安全、操作權(quán)限用戶管理等方面；軟件系統(tǒng)應具備一定智能及邏輯判斷能力，具備智能互鎖、安全同步、誤操作保護、密碼保護、主從控制實時切換等功能，保證設(shè)備狀態(tài)可知可控，緊急狀態(tài)可一鍵處置。

以上是滿足舞臺機械設(shè)備質(zhì)量安全需要考慮的基本問題，其中的安全輔助裝置可以根據(jù)實際需要取舍。

目前有些舞臺機械設(shè)備由于造價等因素影響，其基本的安全配置幾乎都不具備，僅僅滿足設(shè)備的基本功能需求，使用過程有非常大的隱患。又由于舞臺機械設(shè)備使用頻率較低，使用強度也不高，類似的安全隱患不容易暴露，這也給一些廠家和用戶造成了一定的錯覺和僥幸心理。但這樣的情況實際是非常危險的，作為專業(yè)性很強的特殊設(shè)備，舞臺機械設(shè)備必須符合相關(guān)的設(shè)備安全規(guī)范標準要求，建立明確的設(shè)備選型理念。

3 舞臺機械設(shè)備的發(fā)展趨勢

對常規(guī)劇場，升降臺、車臺、吊桿等設(shè)備形式和功能比較常見。對于非常規(guī)劇場或舞臺，舞臺機械設(shè)備功能需求特殊，形式多種多樣、不拘一格，既有與舞臺或劇場密切相關(guān)的固定設(shè)備，也有與演出或舞美大型道具相關(guān)的特種機械，需要根據(jù)不同的使用狀態(tài)及功能做具體分析，采用的設(shè)計及制作方法也會因需求而異。下面通過新疆大劇院、“無極幻影”實景演出等實際應用案列，反映舞臺機械設(shè)備發(fā)展的趨勢。

（1）多樣性

新疆大劇院（見圖1）單體建筑面積超過10萬平米，舞臺是以品字形舞臺為基礎(chǔ)，對臺口和耳臺進行了擴充，并結(jié)合觀眾席過道、后舞臺、側(cè)舞臺形成一個寬86 m、進深68 m，臺口寬27 m、高15 m的大型舞臺，對觀眾席成120°的包圍；觀眾席上空為大面積LED穹頂，見圖2、圖3，給觀眾營造一個超大面寬和浸入式的實景秀演出空間。新疆大劇院共有400多臺套舞臺機械設(shè)備，見圖4、圖5、圖6、圖7，設(shè)備種類幾乎涵蓋了目前常見的各類舞臺機械設(shè)備類型，集中反映了舞臺機械設(shè)備的應用方向。

圖1 新疆大劇院外觀及內(nèi)景

圖2 大劇院平面圖

圖3 大劇院縱剖圖

圖4 主舞臺區(qū)臺下設(shè)備布置圖

圖5 觀眾席區(qū)臺下設(shè)備布置圖

圖6 主舞臺上空設(shè)備布置圖

圖7 觀眾席上空設(shè)備布置圖

其中，僅主舞臺區(qū)域的主升降臺，就配備有LED屏幕的雙層臺，水池、噴泉的雙層升降臺，可實現(xiàn)大洪水的瀑布升降臺，以及能實現(xiàn)四層立體表演的三層升降臺；臺口升降臺，除了配備升降子臺，實現(xiàn)演員從下層換場的功能，還與水車臺、冰車臺、花車臺組合使用，在臺口實現(xiàn)冰舞臺、水舞臺、干舞臺、花舞臺的轉(zhuǎn)換，形成多種表演場景，提供豐富表演形式；水車臺自重達100 t，配備有水面90 m2、水深1 m的水池，可干濕變換的水中升降臺，以及營造氛圍的水中彩燈和噴泉裝置；冰車臺自重超過40 t，并在下層臺倉配備存放冰車臺的冰庫，冰車臺冰面可容納5~8名冰上芭蕾演員的表演，還有冰面噴水環(huán)廊的效果，實現(xiàn)水中環(huán)廊的冰舞表演，結(jié)合中心升降子臺營造多環(huán)境、立體表演空間。

圖9 冰車臺實景演出效果

圖10 水車臺及主升降臺瀑布實景

圖11 縱向無線遙控車臺運行中

圖12 縱深68 m的舞臺和噴泉主升降臺

新疆大劇院的車臺有3種，一種為主舞臺區(qū)域的常規(guī)車臺，在側(cè)舞臺存放，與輔助升降臺、側(cè)臺補償臺、主升降臺聯(lián)動，實現(xiàn)側(cè)舞臺道具側(cè)向移動轉(zhuǎn)換，其中靠近臺口的兩套側(cè)車臺可由一側(cè)舞臺貫穿主舞臺，平移到另一側(cè)舞臺，實現(xiàn)側(cè)車臺的單向貫穿運行；在耳臺還布置有左右各兩組環(huán)形車臺，平時在兩側(cè)耳臺庫存放，需要時可從耳臺庫沿圓弧軌道開到耳臺上，前側(cè)的耳臺車臺覆蓋跑馬機，后側(cè)的耳臺車臺可與耳臺升降臺配合升降，這類車臺由電池供電，無線遙控有軌運行；在主舞臺后區(qū)，還設(shè)置有兩套縱向移動的車臺，平時儲存在后臺下層臺倉，需要時從下層臺倉開到后臺運景升降臺上，隨運景升降臺升到舞臺面，再沿舞臺面縱向運行到臺口附近，實現(xiàn)下層大型道具垂直和縱向的場景轉(zhuǎn)換，這類車臺采用電池供電、無軌沿導向槽縱向遙控運行。

在兩側(cè)耳臺各配置了3臺跑馬機，速度達到9 m/s，可實現(xiàn)馬匹在舞臺面四蹄翻開的奔馳效果，并形成6匹馬室內(nèi)同時奔跑的震撼場面，為了讓馬匹盡快適應設(shè)備，還在馬場設(shè)置2臺跑馬機，便于馬匹日常訓練。跑馬機的控制系統(tǒng)要考慮馬匹特性，設(shè)置緊急情況的快速停機但不能急停，既保證安全又不會對人員馬匹造成傷害。

此外，側(cè)舞臺設(shè)置可升降旋轉(zhuǎn)的側(cè)LED幕條，主舞臺后區(qū)設(shè)置可左右平移的LED背景屏；臺口、耳臺、觀眾席上空分別設(shè)置燈景吊桿、面光吊桿、弧形吊桿、環(huán)形吊架、旋轉(zhuǎn)8點吊機、3D飛行機構(gòu)、道具吊機等多種設(shè)備，實現(xiàn)空間、地面立體交叉表演。

新疆大劇院通過舞臺機械與舞美道具、布景和演員的自由轉(zhuǎn)換，完成觀眾席上空、過道、耳臺、前區(qū)舞臺、主舞臺、側(cè)臺、后臺、地下臺倉、空中等多種形式的場景變換，為觀眾提供了全方位的表演和多形態(tài)的舞臺呈現(xiàn)，實現(xiàn)舞臺機械設(shè)備與劇場舞臺空間、表演內(nèi)容的融合，如圖8~圖13所示，做到藝術(shù)創(chuàng)意與技術(shù)實現(xiàn)的有機結(jié)合，取得良好的效果，在展現(xiàn)舞臺機械多樣性的同時，也充分體現(xiàn)了舞臺機械設(shè)備對演出效果的有力支持。

圖8 四層立體表演舞臺實景

圖13 跑馬機實景演出效果

（2）高度集成

蘇州華誼兄弟影城的“無極幻影”實景演出，采用了遠程供電三自由度雙點高速飛行器，完成雙人吊掛互動、360°自由旋轉(zhuǎn)及飛行升降的全自動控制，實現(xiàn)空中雙人無約束飛行對打表演，在實景中再現(xiàn)了電影中的經(jīng)典畫面。

其采用的復合纏繞遠程牽引（見圖14）、高速防擺啟停控制、安全無供電軌道小車（見圖15）等技術(shù)，具有功能及結(jié)構(gòu)的高度集成，體現(xiàn)了臺上設(shè)備的適應性及今后發(fā)展的方向。

圖14 復合纏繞遠程牽引原理圖

圖15 安全無供電軌道小車

（3）技術(shù)聯(lián)合應用

用于尼山圣境“金聲玉振”項目的虛鉸三自由度組合舞臺設(shè)備，如圖16所示，采用串聯(lián)式三自由度機械系統(tǒng)的技術(shù)方案，構(gòu)成正反兩面70°翻轉(zhuǎn)虛鉸機構(gòu)的同時，實現(xiàn)舞臺面升降平移功能，如圖17所示。設(shè)計長6.5 m、寬1 m，共23套上覆LED地屏的三自由度運動設(shè)備組成演出舞臺面，可實現(xiàn)活動竹簡演出的創(chuàng)意要求。

圖16 虛鉸三自由度組合舞臺設(shè)備簡圖

圖17 升降錯位平移實景圖

這種利用虛擬樣機技術(shù)、采用三維設(shè)計、有限元分析、動力學仿真的技術(shù)聯(lián)合應用路線，實現(xiàn)復雜機械設(shè)備研發(fā)的方法，也是今后舞臺機械設(shè)備滿足藝術(shù)創(chuàng)意需求的重要手段。

此外，類似大型舞臺面翻轉(zhuǎn)升降設(shè)備、觀眾席整體旋轉(zhuǎn)平移設(shè)備、酒吧組合吊掛變形設(shè)備等非常規(guī)的舞臺機械設(shè)備，也已應用于一些劇場和實景演出中，實現(xiàn)劇場舞臺形式變化，提供不同觀演體驗，滿足特效演出效果。

舞臺機械的常規(guī)設(shè)備逐步趨于標準化，而根據(jù)劇場和演出創(chuàng)意需求定制的舞臺機械設(shè)備則趨于智能化、多功能及聲光視頻機電集成一體化、聯(lián)合技術(shù)應用等，這對舞臺機械設(shè)備的研發(fā)能力提出了更高的要求。

4 結(jié)語

舞臺機械設(shè)備由于具有非常發(fā)散的形式、功能和使用狀態(tài)，既有永久劇場建筑中的固定常設(shè)設(shè)備，也有為具體演出效果定制的臨時大型道具，還有露天演出需要的空中吊掛設(shè)備，以及水下特種需求設(shè)備等，針對不同的項目、設(shè)備需求應該具體問題具體分析，既要合理參照相關(guān)的規(guī)范標準，也要根據(jù)實踐經(jīng)驗有所定位取舍，所以舞臺機械設(shè)備的具體技術(shù)參數(shù)、功能需求和使用狀態(tài)是決定設(shè)備選型和配置的關(guān)鍵因素。特別是對舞臺機械設(shè)備的安全問題，需要由充分安全的設(shè)計和配置來保證，一些強制的安全規(guī)范標準以及必要的安全配置是必須的，舞臺機械設(shè)備提供和建設(shè)使用方均應引起足夠重視。

注釋：

① 演藝設(shè)備技術(shù)培訓教材編寫委員會. 舞臺機械教材.中國演藝設(shè)備技術(shù)協(xié)會,2014.8.