2022中國舞臺影視燈光調研分析報告
——吊掛·控制篇

鐘國淼，秘根杰，李傳舵，秦小剛，郭振淵，王京池

(1.杭州大劇院，浙江 杭州 310020；2.河北廣播電視臺，河北 石家莊 050031；3.蘇州廣播電視總臺，江蘇 蘇州 215127；4.云南廣播電視臺，云南 昆明 650504；5.北京廣播電視臺，北京 100098；6.中央廣播電視總臺，北京 100020)

引言

2022年9月—2023年3月，中國照明學會舞臺電影電視照明專委會組織40位專家(名單附后)，組成了六個調研組，先后赴廣州、杭州、泰州、上海、北京、佛山等地，深入企業進行調研，內容涵蓋吊掛、控制、燈具、工程等方面。調研組通過實地考察、測試產品，進一步了解行業技術發展的最新動態。企業直面疫情帶來的困難，深度解讀客戶的需求，升級優勢產品，投入研發和創新，推動企業設備升級換代，更好地滿足用戶需求。

本篇主要介紹吊掛與控制等方面的技術應用、發展趨勢。由于篇幅所限，報告中所列例證僅作為個案的參考代表，并非唯一獨有。

本篇所涉及的企業有：廣東華晨影視舞臺專業工程有限公司(以下簡稱：華晨影視)、廣州彩熠燈光有限公司(以下簡稱：彩熠燈光)、廣州佰藝精工有限公司(以下簡稱：佰藝精工)、廣州方達舞臺設備有限公司(以下簡稱：方達燈光)、江蘇建聲影視設備研制有限公司 (以下簡稱：江蘇建聲)、浙江大豐實業股份有限公司(以下簡稱：浙江大豐)、上海匯焰智能科技有限公司(以下簡稱：上海匯焰)、北京金東高科科技有限公司(以下簡稱：金東高科)、北京星光影視設備科技股份有限公司(以下簡稱：星光影視)、北京北特圣迪科技發展有限公司(以下簡稱：北特圣迪)、ARRI中國公司(以下簡稱：阿萊燈光)、廣州市歐瑪燈光設備有限公司(以下簡稱：歐瑪燈光)。

1 吊掛系統升級換代

隨著演藝項目越來越出新出奇的特殊要求，傳統功能的吊桿已不能滿足使用需求。燈具和舞美道具隨吊掛設備動態運動來創造更加絢爛的舞臺，成為了舞臺吊掛系統設計的標配，舞臺燈光與舞臺機械統一控制系統成為一種必然。如何保障燈光設備在演出運動中的安全性？吊掛系統的安全、檢測和預警問題成為亟待解決的問題[1]。企業應需求順勢而為，安全性更高的高精度多維吊掛系統應運而生。

1.1 吊掛設備升級換代應對時代需求

吊桿上下、水平和旋轉運動，實現三維立體布光，亦可吊掛道具在演出中按程序運行，豐富了演出效果[2]。華晨影視的數字三維吊桿(圖1)和江蘇建聲的智能化吊桿(圖2)是實現機動靈活的方案之一，除具有邏輯運算防碰撞多級保護功能外，還配置了雷達和機械等多重防碰撞措施，激光測距能精確位置檢測，實現了精確定位，確保吊桿安全運行。華晨影視針對吊桿晃動問題增加了防抖動機構，確保效果燈具運轉平穩。

圖1 數字三維吊桿Fig.1 Digital 3D bar

圖2 智能化吊桿Fig.2 Intelligent bar

1.2 吊掛控制跨界融合

為了追求更多的藝術效果，燈光“動”了起來，特別是演唱會和綜藝晚會上，大量電腦燈吊掛在TRUSS架上，上下、左右、前后做全方位運動，營造各種燈光效果，舞臺燈光控制與舞臺機械控制的跨界融合應運而生。

上海匯焰的吊掛控制臺可通過接入控制系統網絡(圖3)，管理控制網絡中所有的受控設備，同時能通過圖形化控制界面觀察設備的狀態信息，包括高度、重量、異常狀態等?？刂婆_采用類似MA基于對象的操作設計理念，支持吊點智能編組、靜態的場景CUE和動態的序列Sequence編程。系統采用基于Linux內核的自主操作系統，運行速度變頻可調，同時運行的吊點數量不受限制，讓操作人員同一視圖內可觀察200臺以上設備運行狀態。

圖3 上海匯焰吊掛控制系統Fig.3 Hanging control system

彩熠燈光的FINE LINE舞臺吊掛數控系統是一種基于對象編程的控制系統，包括控制臺、吊掛終端及驅動控制器、電力分配及急停復位單元、安全監護單元等。據介紹，系統采用面向對象的編程模式，智能的運動仿真處理可縮短編程時間，避免物體空間干涉；系統采用能源回收技術，實現了電能的雙向流動，當懸掛物體下行時，將制動動能轉化為電能。系統軸控制器技術的應用，遵循SIL3安全標準設計，支持矢量運動控制算法，動態力矩響應快，軟件限位、開關限位以及機械限位三重安全保護；分布式處理的控制方案，采用多個邏輯主控冗余控制。據稱，系統指令響應時間低于0.1 ms，異常處理時間低于100 ns。

1.3 吊掛系統的安全預警

確保吊掛系統安全運行是核心的問題，而影響安全運行的最大隱患就是重量超載[3]。為了實時檢測監控吊掛重量，上海匯焰研發的重量檢測模塊很好地解決這個問題。

檢測吊掛系統中各吊點承載的重量實時反饋給中央控制單元，當出現超載或欠載時，重量檢測模塊立即做出安全響應，發聲音提示、燈光警示或者急停功能，確保系統安全[4]。據介紹，每個重量檢測模塊最大檢測重量3 t，測量精度達到10 kg。模塊的疲勞額定負荷傳感器能長期承受連續負荷循環，而不會對鋼材造成損壞。

上海匯焰利用重量檢測模塊設計了一種母架系統。該母架一次安裝到位，可整體升降到指定高度，把所有要吊裝的設備安裝在母架上即可。母架的每個吊裝點都安裝了重量檢測模塊，實時檢測監控各個吊點的載荷狀態。母架系統解決了大型場館高空作業中，電動葫蘆取點不規范、受力吊掛節點缺少、桁架升降過程中無法時時觀察吊點高度和載荷等各種安全隱患問題。該母架系統成功運用于寧波奧體中心(圖4)。

圖4 寧波奧體中心母架結構圖Fig.4 Structure diagram of the main frame

2 燈光管理系統的可視化

演出場所的燈光系統通常包括控制臺、信號柜、配電系統、調光直通柜、燈具、場燈等，通過光纖、以太網絡線、DMX信號線把系統內的設備組成一個網絡，管理人員能在控制端查看到系統所有設備的運行狀態和參數設置，以提高系統運行的安全性和可靠性[5]。RGB可視化燈光管理系統(圖5)是種不錯的選擇，該系統包括可視化調光控制系統、可視化雙網絡控制系統、可視化場燈控制系統、可視化配電監控系統、可視化環境監控系統、可視化RDM協議燈具及設備。

圖5 RGB可視化燈光管理系統Fig.5 RGB visual lighting management system

3 調光柜的智能化

隨著傳統光源燈具使用的減少，對調光柜需求大量減少，不少廠家紛紛轉型。但仍有些企業一直堅守，根據使用環境和用戶需求的變化，不斷升級調光柜的智能化，解決了負載性質變化、脈沖高壓沖擊、DMX信號空置等問題，使調光柜變得更安全、更智慧。

(1)負載自動識別。舞臺燈具基本上分為阻性負載和非阻性負載兩種，阻性用可控硅調光，非阻性用繼電器調光。RGB 10i系列調光柜可通過負載自動識別技術，自動切換控制單元至相應的工作模式，提高工作效率和燈光系統安全性。

(2)效率補償技術。調光柜中的繼電器閉合瞬間會產生脈沖高壓，RGB 10i系列采用了繼電器接觸瞬間高壓補償技術，使近900 V高壓降低到350 V，保護了繼電器，解決瞬間脈沖高壓對負載燈具的沖擊，延長使用壽命。

(3)抗干擾技術。調光柜會產生各種諧波，對周邊的設備造成干擾，業界通常采用在回路中加入抗干擾電感。電感的上升時間常用是300～400 μs，據介紹，RGB 10i系列和方達燈光的雄安11系列調光柜的電感抗干擾上升時間大于500 μs，減少了浪涌電流的電磁干擾，有效提高了控制柜及終端設備的使用壽命和穩定性。

(4)無限制DMX控制技術。DMX協議的控制地址范圍為1～512，通常96回路的調光柜連續5個柜子只用了1～480地址，第6臺調光柜需要從513 開始，導致481～512 的32個地址空置。RGB10i系列可以實現DMX協議下回路號零空置，調光的起始地址任意設置。

4 追光控制智能化

追光作為一個很重要的舞臺燈具，在大型體育場館的演出活動中會遇到安裝困難和操作人員無法站立等問題，為解決此痛點，歐瑪燈光和彩熠燈光各自推出了解決方案。

歐瑪燈光的一款搖頭電腦燈(圖6)，既可以作為手動操控追光燈使用也可作為遠程控制的搖頭追光燈使用。該燈具光學結構采用追光模式，且亮度高，能夠滿足遠距離照度要求；水平垂直動作使用多級減速，可用常規控臺控制或專用控臺手柄操縱。使用時，動作平滑無抖動，實現時時精準跟隨。配有一個30倍變焦夜視攝像頭，可在暗場情況下捕捉舞臺影像，用十字光點定位顯示在控臺顯示器上，方便實用。

彩熠燈光的追光控制系統，DMX512信號與視頻信號合二為一，運用光纖通信技術，實現了云臺和燈具自帶交換機功能，云臺與云臺之間、燈與燈之間采用菊花鏈方式連接，布線簡單快捷美觀，傳輸距離遠，低延遲。系統最多可連接12臺追光燈具同時追蹤同一目標，所有從燈光斑跟隨主燈光斑在空間移動，始終保持重合或交匯。

5 常規燈具智能化

常規燈具由于功能單一，運用領域越來越窄，如何打開其運用局面，常規燈具智能化是企業做出的回應。如何智能化，各企業主要有以下幾點改進措施：

(1)“動”起來。讓常規燈具運動起來，具備類似電腦燈的位置變化功能。華晨影視電腦聚光燈，具有水平、俯仰、聚焦、4個扉頁和燈口旋轉八個動作。佰藝精工電動搖臂，實現了燈具水平/垂直無極移動調節和角度精準定位的功能，搭配人性化的控制軟件，支持RDM功能，可實時狀態顯示，帶旋轉角度記憶、點位記憶、鎖位功能。

(2)“色”起來。為了讓常規燈具的光譜更全、顏色更純，各企業都在色彩管理方面加大了研發力度，也達到了很好的效果。佰藝精工通過對彩色LED光源的深入研究，開發出彩色混光優化控制MixCol-OPT系統，使光源混光更均勻、色彩變化更多、顏色更純。阿萊燈光歐必德(Orbiter)內置色彩感應模式，自動測量識別周邊環境光特征，以極高的相似度模擬它的色彩。

(3)“靜”下來。隨著LED光源不斷增加，噪聲指標有著相當重要的意義，彩熠燈光、華晨影視、佰藝精工等企業不斷嘗試從新材料、新工藝入手，減輕散熱器重量，降低風扇風速，提升散熱效率。據介紹，佰藝精工300 W成像燈，在原有體積不改變的前提下，滿功率運行，1 m噪聲控制在35 dB以下的水平。

6 高標準的舞臺機械控制設計助力冬奧

大型國際賽事活動是檢驗行業發展水平的重要舞臺，也是最新舞臺科技與藝術深度融合的一次展示機會。在舉世矚目的北京冬奧會開閉幕式，北特圣迪和金東高科利用自身技術優勢為開閉幕式提供如你所愿的非標準專用舞臺機械設計和控制設計。

北特圣迪作為技術協作單位，完成了地面中央舞臺系統、空中威亞、冰瀑大型表演裝置、主火炬執行機構、場外火炬雙轉臺等工程項目及核心設施設備，將導演團隊的創意和藝術效果完美呈現在全世界面前。

展示五環的核心設備——“冰立方”(圖7)由金東高科承接研制。“冰立方”升降速度最快能達到0.42 m/s，是普通升降臺速度的1.4倍；采用直線導軌的導向方式，嚴格控制了設備的穩定性，全行程位置偏差小于5 mm；定位精度偏差小于0.5 mm，與視頻配合的同步偏差小于200 ms，完美實現了與視頻的配合?！氨⒎健豹毺氐娘@示模式實現了裸眼3D的視覺效果，再通過地面LED的倒影等視頻配合，給人一種極致真實的感覺。尤其是“冰立方”設備下降運動結合碎冰視頻時，給觀眾展示了五環從冰塊中“破冰而出”藝術效果，體現了設備運動和碎冰視頻的高精度配合，實現了技術與藝術的完美結合。

7 可視化舞臺控制系統

通過不斷完善和升級控制系統，從智能安全可靠、操作簡便易行上下功夫，根據系統的復雜性，采用先進的計算機控制及工業網絡技術實現多級控制[6]。

浙江大豐DAFENG STACONTM多功能全媒體演藝控制系統集綜合控制、智慧場館、運維管理三大功能為一體?？筛鶕O備數量、類型、布局、優先級等靈活配置，系統達到了歐盟的SIL3認證，僅低于核電和高鐵(SIL4)。DAFENG STACONTM總控臺(圖8)支持遠程控制、管理、維護、在線無縫熱拔插、自動時鐘同步功能、時間軸編輯功能、主機自備份功能，保證演出數據的完整性。根據實際環境和使用要求，各系統分別具備獨立的控制系統，可進行單獨控制，也可以集中控制(總控)；系統具備兼容性、可擴展性，各系統根據表演要求獨立編程，表演時統一接收總控信號完成表演。

北特圣迪神舟7000舞臺機械控制臺(圖9)，結合舞臺機械人機工程學理念，在運行安全可靠的基礎上，結合高速實時現場總線，融合自適應控制、魯棒控制和模糊控制等先進控制技術，解決了舞臺控制過程中的多設備聯動耦合復雜度、位置空間不確定性、運行時間基準不統一以及軌跡解析過程非線性等技術難題，能夠滿足不同場合的多元化、動態化等舞臺機械的需求。網絡遠程維護系統服務以虛擬現實的方式及可以在三維環境中展示傳統設備的運行狀態，大幅提升了操作者的操作體驗，實現了舞臺機械吊掛的預知、預判、預演的目標。

金東高科控制系統的X3 控制臺可提供包括單體設備控制、設備連鎖、設備狀態監視、預選擇設備、設定運動參數、編組運行、場景技藝、場景序列、手動介入BD、故障診斷、系統維護等舞臺機械的全功能控制與操作。實現四級控制：控制臺上位機程控→控制臺下位機程控→控制臺手控→就近控制(柜控)。控制系統設有主控制臺和控制柜，該控制系統軟件易于修改和管理，可以實現企業內部控制系統和管理系統的無縫連接，實現了整個劇場的信息化管理控制。

8 科技與藝術融合創新的新模式

隨著計算機技術、視頻技術、網絡技術的高速發展，藝術創作者把目光逐漸投向日趨進步的虛擬現實手段上。“思想+藝術+技術”融合創新，科技賦能下的別樣舞臺效果給觀眾帶來了全新的體驗，XR、AR、AI等前沿技術讓虛擬世界變得足夠真實，讓虛擬和現實的邊界變得更為模糊。

star-xrbox(圖10)是星光影視利用XR技術打造的XR移動式虛擬演播室，在UE5中，先后解決了攝像機標定、校準的技術實現，利用ocio實現了顏色的管理，采用廣電級同步信號發生器，實現了移動位置同步的穩定性。在composure插件的幫助下，進行了XR、AR等應用的實時合成。它的主要功能是生產各種視覺特效視頻作品和直播，其特點是突破空間尺寸限制，小空間拍出大世界，核心系統基于UE5開發打造，配備有全套XR虛擬制作系統，占地45 m2，內部制作空間35 m2，包括LED大屏幕、XR渲染與合成服務、攝像機、攝像機跟蹤、專業燈光、網絡等系統。

圖10 Star-xrbox移動式虛擬演播室Fig.10 Star-xrbox mobile virtual studio

9 結束語

近年來，舞臺設備的硬件技術及工藝水平越來越高，吊掛控制系統的綜合性與復雜度大幅提升。對吊掛控制系統的智能化要求不斷提高，促使燈光與機械融合控制成為一種潮流。隨著國家對演出安全的重視，吊掛控制系統的安全性擺在首要位置，安全管理系統的研發也將成為一個新課題。

創新才有未來，領軍企業在基礎研發方面投入巨大、碩果累累，在獨立自主的創新中尋求專攻特精突破點。諸多企業不斷推出具有自主知識產權和專利技術的硬件設備和控制系統，無論是設計理念、生產工藝，還是產品性能、實用性、安全性，都有明顯進步。更令人欣喜的是，從設計環節開始的人性化和實踐性更加深入和具體，標志著中國企業的設計生產從粗放型向精細化的轉變正在加速，進口產品的國產替代已經是大勢所趨。

附：調研組成員名單(按參加調研組時間先后順序)

王京池 曲國軍 林培群 陳永剛 鐘國淼

劉建臻 朱小華 祖長山 劉敏燕 秘根杰

江中鴻 謝渝熙 熊 英 林宏恩 牛學丑

張婷玉 郭 亮 李傳舵 高園緣 羅洪峰

張 勇 白文國 秦小剛 吳劍敏 葛廣利

譚 磊 王 江 張良學 樊長青 胡耀輝

劉 明 郭振淵 金 明 周 聞 王允禎

馮德仲 陳建民 陳江榕 鐘國虹 李愷平