世博中心舞台机械与控制系统

杜安坤，王海林，孔宪旺，张丽萍，吴继轩，吴涧彤

（总装备部工程设计研究总院，北京 100028）

1 环境和功能的适应性

世博中心位于紧邻黄浦江的浦东滨江绿洲内，上海世博会后将永久保留。世博中心所展现的是一个开放的城市空间，一个包容的城市“客厅”，整个世博中心东西长约400 m，南北宽约90 m，高约40 m，建筑总面积约142 000 m2，共设8层，地下1层、地上7层。世博中心以会议功能为主，按多功能要求设计。世博会期间，世博中心将作为世博会庆典活动、招待宴请和论坛活动的举办场所。世博会后，世博中心将转型为国际一流会议中心，召开和举办高规格的大型国际性会议和活动。主题建筑由华东建筑设计院设计完成，舞台机械是其中的重要组成部分。

世博中心舞台机械和控制系统设计所体现的思想是：作为上海世博会主题“城市，让生活更美好”的内核， 贯穿“和谐”理念，以中华文化推崇“人际之和、天人之和、身心之和”，强调人与人、人与自然、建筑与人、建筑与环境的和谐共生；用舞台，包括舞台本身，来展现一个开放和包容的政治、文化及其人文的现代大都市环境。世博中心各厅、堂、馆、室的舞台机械的构建也相应地表现在“容”、“和”、“变”、“美”4个字的理念上。

“容”——有容乃大，以多样性的舞台机械展示开放的城市空间和包容的城市“客厅”的政治、文化的内涵和现代大都市风貌；

“和”——呼应建筑的内外风格，舞台机械设备与场馆的共荣共存的空间关系；

“变”——设备转换是可持续发展的多功能需要，舞台机械设备的功能与运动形态。

“美”——舞台工艺、设备布置、设备变换运动的展示。

2 舞台机械总体分布

完成舞台机械的“容”、“和”、“变”、“美”，首先要进行的是功能区域的分割。其关键是把握多功能、多用途、前瞻性及其经济投入的尺度，在建筑结构、空间、音响混合等因素的条件框架内，确定可转换的设备群组的位置分布、变换形式和操控功能。

地面以上的内部分区包括两部分，西侧为会展区，东侧为中庭和会议区。东西区之间的通道是顶部相接的两层连廊，连廊下部为挑空的视觉通廊，即东侧区的中庭。

内部空间主要由5大部分组成，包括4 000 m2的中央大厅，能容纳2 600人的大会堂和能容纳600 ~ 1 000人的政务厅，还有能供3 000人同时饮宴的宴会厅和7 200 m2的5 000人多功能厅等，分别被命名为绿厅、红厅、蓝厅、金厅和银厅。除中央大厅，其他各厅均需要配置舞台机械设备。

西侧的会展区东西长约216 m，南北宽约90 m，其中：会展区1 ~ 4层的大空间为多功能厅，内部设置了伸缩式的舞台，兼顾会议与演出功能，各种吊挂设备分布在设备转换层之上；会展区的5 ~ 6层为宴会厅。各种吊挂设备分布在设备转换层之上。

东侧的中庭和会议区东西长约180 m，南北宽约90 m。会议区的1 ~ 3层的大空间为会议厅，设有台上、台下舞台机械和伸缩台口；会议区的4 ~ 6层为政务厅，也是国际会议厅。各种吊挂设备分布在设备转换层之上。

3 方案策划的主旨

“容”、“和”、“变”、“美”的量化深度，是实施方案和设计的主要目标。在现有的相关标准规范下，既要做大，又要做细，既要有现代开放城市文化的内涵，又要有克服审美疲劳的创新突破。演艺设备服务于舞台表演艺术，只有技术装备满足不断推陈出新的文化艺术，才会被赋予生命，才会让生铁熟铜闪耀出灿烂的艺术光辉。

世博四大核心功能场馆均配置了舞台机械系统。设备分布呈现出一下特点：

（1）工艺布置面广、分布距离大，操作工位多且操作多样性，必须有更高的安全保证。

（2）同步编组设备多，包括了调速、定速设备。

（3）面对空间大的灵活组态，要求操作设备具有多点位布置的兼容一致性。

（4）伸缩台口赋予场馆建筑可变的创意。

（5）设备结构宏大，安全第一，功能和质量并重的要求更高。

（6）追求舞台设备形体美和运动美。

4 大会堂舞台建设

大会堂是世博中心的核心空间，其功能为召开大型会议并兼顾综艺演出。

大会堂既继承了上海市中心静安区展览中心具有俄罗斯古典主义建筑风格的多功能会议中心的特点，又被赋予了更多的功能和现代气息，透露着恢宏、壮丽、民主、开放、包容、继承、持续发展的大都市风尚，只是不见了东正教堂的宗教色彩。布置有现代壮观大气的舞台机械、电声、灯光和多媒体设备。内部各个厅堂的装修既涵盖了与外滩的希腊、罗马、歌德式的唯美主义印记，又具有绿色、环保、节能等与时俱进的时代精神，综合展示了上海地方的人文特色。

4.1 舞台建设思想

4.2 舞台建筑机构基本尺寸

主舞台台口宽约42 m，高约21 m，深18.35 m；后舞台台口宽约1 8m，高约14 m，深4.35 m；总体纵深22.5 m；舞台面标高+1 m；为超宽、超高的舞台。

4.3 体大载重的舞台机械设备组成

见表1。

表1 大会堂舞台机械设备参数

4.4 伸缩台口

伸缩台口是一厅多用和多功能舞台的关键。由固定门架、伸缩门架（1 ~ 4片）、地面导轨、下部驱动等组成。结构经过计算机仿真计算。

固定门架位于台口两侧呈拱状，与观众厅过渡衔接。在舞台演出状态下, 自外向内1 ~ 4片伸缩门架依次收到固定门架下面, 以形成舞台镜框式台口。在会议状态下, 伸缩门架将依次向后展开, 其中伸缩门架4的边缘在后舞台台口附近。伸缩台口通过自动控制机械传动装置来实现级联方式的变位，动力提供与信号控制依赖接力式拖缆。

控制系统安放在下场门侧台固定门架附近，设置从站控制系统。主系统通过DP网络与从站相连，从而实现在主操作室控制伸缩台，这种方式的优点是：

（1）线路敷设简单，到编码器的敷设线路短；只要编码器信号检测好，便可准确定位，同步效果好。

（2）伸缩台的运行可以和其他设备实现连锁，保证了系统的安全性。

（3）每个伸缩门架的运行由两台电机独立完成，两台电机按位置同步运行，同步误差不大于3 mm。

3)根据仿真结果进行样机设计和制造，通过对比证明，减小夹嘴长度可使导线卡线器整体尺寸减小、质量大幅减小。最终确定1 660 mm2导线卡线器夹嘴长度为328 mm，质量为24 kg，相较经验倍率关系设计结果夹嘴长度减小了21.9%，质量减小了25.0%，结果表明优化设计后减重效果明显。

主驱动采用SEW矢量变频器控制，变频器具有调速、定位功能，具有短路、过载、过压/欠压、过热、超速、失速、超程等保护功能。为了保证伸缩台的2台电机同步运行，在本案中使用了2台变频器分别控制2台电机，使用IPOSplus控制，即位置控制和逻辑控制系统，通过对电机编码器计数脉冲的计算，得到准确的位置信号，并根据位置信号实时快速调节变频器的速度，确保变频器的同步运行。

安全的互锁。通过编码器信号、位置开关和限位开关的检测，PLC软件可以实现安全的互锁，保证设备不发生误动作现象。

可靠的急停链。一旦发生紧急事故，操作人员可以通过控制台上的急停按钮停止运行设备，保证设备和人员的安全。

会议时，无台口，伸展开来可以把演出区和观众区连为一体，空间统一，场面宏丽多彩，简约而庄重，寓意民主开放和政治、文化意义层面的的包容理念。舞台上主席团桌椅不少于8排，主席台就座人数不少于150人；会议时，四周是一个完整的封闭空间，无镜框式台口，主席台的侧墙和顶部与大厅完全相同。如图1所示。

演出时，通过自动伸缩，形成演出台口，满足视觉以及舞台灯光、音响、布景功能的特殊要求。如图2所示。以综艺类节目演出为主，台口和演出空间能灵活调整，但由于如此高大的演出空间非常少见，是其特有的优势，也有可能完整地利用整个舞台，创造出更新颖的演出形式。舞台机械应尽量为多种演出形式提供条件。

台口处空间既是向观众厅传递声音的“咽喉”，又是舞台内、外两个声学空间的耦合处，兼顾音响系统在会议和演出时的混响效果。既要保证在会议状况下有良好的语言清晰度和声场不均匀度，还须考虑在大型文艺演出时又能有相应的音响效果。同时，还须注重会议设备配置的数字化及网络化，力求使所有与会人员能在实际使用中获得最好的感受效果。

图1 大会堂会议时的舞台

图2 大会堂演出时的舞台

表2 多功能厅舞台机械设备参数

4.5 控制系统

大会堂舞台机械控制系统为“神舟-3000”，是分布式开放控制系统。该系统已在国内数十个大中型剧场中投入使用，运行稳定、性能优良。其触摸屏界面可以实现选择设备、设备上电、选择变频器、执行场景、报警复位、察看场景、设置数据、设置场景、归零、系统操作、密码管理等功能。

其他系统设备：台下设备控制柜组位于-3 m标高的舞台机械设备控制室；台上设备控制柜组分别位于+27 m标高的上台口天桥和下台口天桥；伸缩台口设备控制柜组控制系统安放在下场门侧台固定门架附近；舞台机械控制室，位于下场门伸缩台口固定门架外侧（+5.4 m）处。有线移动操作面板转接箱，分布在主舞台台面中后部位等处。

6 多功能厅舞台机械设备组成

多功能厅舞台机械设备配置及参数如表2所示。设备控制柜西组、中组和东组，均位于设备转换层西侧。

政务厅

设有线移动操作面板转接箱，环形分布大厅内周边地面标高0.6 m部位，多点配置。其主要设计目的是满足在设备使用时的动态组合上，做到安全、灵活、方便。其他要求类似台上舞台机械。

宴会厅和政务厅的舞台机械配置与多功能厅类似。

7 结束语

随着机械化舞台技术的飞跃发展，舞台机械设计与布局愈加复杂多样，由数控技术实现的复杂的变换和运动，把科技转化为舞台的表现形式，成为一种不可或缺的舞台控制技术。

世博中心特别是大会堂的多功能舞台，其形体、运动形式、与建筑的空间关系、可转换的设备群组等，是现代综合科技水平的集中反映。演艺设备服务于舞台表演艺术，只有技术装备满足不断推陈出新的文化艺术，才会被赋予生命。如果舞台设备模式固定，只求量变，必然会带来审美疲劳，再好的技术应用也会失去艺术魅力。