新技术在剧场建设及舞台上的应用

穆怀恂

（中国艺术研究院，北京 100029）

1 前言

如何利用相应的高新科技手段振兴民族文化，是摆在当代人面前的一大挑战。文化的繁荣和发展离不开物质载体，剧场便是其中一个重要的物质保障，以技术创新实现文化场馆建设的科学化及经济实用化，是目前文化繁荣发展的迫切需求。

改革开放以来，文化设施特别是剧场建设取得了突破性的进展，国家对文化设施建设的投入规模屡创历史新高，尤其是中国各地剧场的建设，自上世纪90年代以来，出现了高潮。许多剧场在建设初期缺乏科学论证，片面追求“大而全”，普遍存在重外观轻实用功能的问题，且多数存在投资金额巨大，而硬件投入不科学、软件管理不到位的状况。如此高的建设资金投入是否符合我们国情和地方的经济实力？尤其是我国沿海城市与西部地区的文化建设极不平衡，的确应该引起足够的重视和思考。全国文化设施建设既要有高起点、高科技、高标准的大型文化设施建设（应以省会城市为准），也要有规模适当、标准适宜、满足群众文化活动的基本要求、千人左右的基础文化设施（欠发达地区）。我们的期望是：在文化建设中务实合理地引用新技术，实现更少的能耗。场馆是现代城市中重要的文化建筑类型之一，如何在保持传统文化艺术性质的基础上，运用新技术、新观念为传承我国的优秀文化、发展地域文化艺术搭建合理的平台，使其更适合现代文化市场运营管理的需要，是时代赋予我们的责任。

2 新弓式钢结构技术

2.1 技术特点

新弓式钢结构技术是目前国际上惟一的中国人拥有自主知识产权的钢结构技术，是预应力钢结构领域中的创新成就。其独特的结构形式和安装方法，使得大跨度、超大跨度的钢结构在实际运用中变得更经济、简单和具有可操作性，特别在屋顶开合式场馆中应用广泛。

传统钢结构技术受空间跨度的影响，不易过大，多数采用焊接、网球结点等手法，施工过程复杂，下压荷载低。新弓式钢结构技术不同于一般传统钢结构技术，是一项以“预应力结构系统”和“地面顶升、空中成型”为基本特征的建筑新技术。

从全国角度看，新建或改建的剧场，密集分布在沿海一带及部分中部地区（耗资都在几个亿到几十个亿之间），一般说来其规模、型式都过大，造价偏高。巨额的资金投入，80%以上用在了建筑施工上，致使用在舞台专业设备上的投资只有10% 左右。新弓式钢结构技术在设计施工运用中，具有建造工期短、建造成本低等特点，可大幅度增加用在舞台设备上的投资。并且，弓式钢结构的穹顶经力学结构的合理分配后，非常适合剧场演艺专业设施的荷载需要。例如：弓式钢结构十分适合舞台栅顶上部设备的安装要求，可以承受所有吊杆等设备的下压力荷载，以及观众厅上部的声场特性要求。同时，大空间也非常适合声场的布局。

2.2 现状及前景

该技术已获得了中国、美国、澳大利亚、俄罗斯、英国、德国、意大利、法国、西班牙、瑞典等39个国家的发明专利。原国家建设部、钢协等部门多次组织有关专家、学者对该技术进行了研究和鉴定，并给予了充分的肯定。这项创新技术自诞生以来，已应用在多项重要建筑项目中。如北京钓鱼台国宾馆内的网球馆就是使用这项技术建造的、我国首座开启式、大跨度、多功能网球馆；新疆石化总厂游泳馆以其80 m的跨度和独特的整体滑移式安装方法成为我国最大的室内游泳馆。在国内体育设施建设中，如网球馆、游泳馆等已应用近百处；在国内文化设施建设中的应用，有山东聊城“水城明珠”大剧院、北京昌平 “温都水城”大型文化娱乐设施、深圳东部华侨城剧场。目前应用该技术的在建项目，有国家网球训练中心开合场馆，及配合青岛文化资源整合项目设计规划的青岛“贝壳剧场”和文化艺术中心。本项目在行业内科技创新方面实现了提高工程建设质量、降低工程建设能耗和造价的目的。

2.3 应用实例

2.3.1 聊城水城明珠剧场

笔者曾在山东聊城水城明珠剧场建造过程中，首次尝试引用新弓式钢结构技术，积累了一定的经验，并获得文化部首届文化创新奖。剧场图例如图1所示。该剧场总投资只是相同规模的传统剧场建筑总投资的五分之一左右。因为新弓式钢结构技术的引入，具有以下一些特点。

（1）投资较低

该剧场建设总投资约7 500万，弓式钢结构投资2 400万元；总建筑面积约6 500 m2，直径约83 m，高约33 m；室内固定坐席3 600座。如建设一个相同规模的钢混结构的剧院或者艺术中心，估算需要几个亿的成本，投资应是该剧场现在造价的数倍。

（2）工期较短

如果建设一个相同规模的钢混结构的剧场或者艺术中心，估算至少需要2 ～ 3年。而水城明珠剧场从策划到初步建成只有12个月。由于弓式钢结构建造剧场采用了独特的安装方法，突破了传统的叠加式建造方法；无需大型吊装设备及满堂红脚手架，可不受施工场地的限制，地面施工作业，主体结构向高度和广度渐进生长，空中成型，施工快捷高效，可提高工作效率70%。

（3）理性配比

由于总体投资的降低，其用在舞台专业设备上的投资达到总投资的六分之一左右，保证了现场观演的舒适度和良好的视听效果。

2.3.2 青岛贝壳剧场

青岛贝壳剧场工程包括大剧场、小剧场以及文化艺术中心。大剧场计划容纳观众1 180人左右，配有300 m2的大型排练室，拥有化妆、服装等演出功能用房12间，并为其设计了“声、光、电”整体舞台工艺方案。小剧场可容纳600人左右，功能齐全，并为其规划了“物流、观众流向”。文化艺术中心为一座建设功能齐全，设施完备，集文化生产、演出、办公于一体的现代化综合楼。

在用地规划布局上，贝壳剧场与文化艺术中心相互呼应，具有相应的配套设施。贝壳剧场建筑结构，设施配备齐全后的概算投入约为1.5个亿左右，为交钥匙工程。贝壳剧场图例如图2所示。

2.3.3 深圳东部华侨城剧场

深圳东部华侨城剧场建筑面积3 500 m2，施工周期为8个月，结构投资950万元，可容纳观众1 200人。东部华侨城剧场图例如图3所示。

3 LED照明技术的应用

低碳经济已经成为一种不可逆转的时代潮流。而LED照明技术的应用，将为实现文化场馆及舞台的节能减排做出巨大贡献。

3.1 形势分析

笔者曾配合文化相关部门，对北京市可经营演出的文化场馆作了初步调研，北京范围大约有90余家可经营演出的文化场馆，多数为改革开放之前的建筑。而中国内地现有的2 500个左右的剧场和影剧院中，约20%左右是上世纪60年代以前修建的，70%左右是80年代左右修建的。由于当时我国许多设计院所没有专职剧场舞台工艺和声学设计人员，对剧场功能使用需求不熟，在建设中没有充分考虑演出功能的需求，舞台工艺设计不合理，大部分剧场缺乏空调、排风系统以及消防系统。剧场的大部分技术设备陈旧老化，照明、扩声设备布局不合理，舞台使用的设备高耗低效，没有安全监控和舞台通讯系统；电力容量不足、电线老化且不阻燃、舞台和观众厅之间无防火幕，存在着重大安全隐患。这些场馆的升级改造，刻不容缓。

在我国目前电力紧张的情况下，采用LED产品作为舞台灯光设备，对于国家倡导的发展低碳经济具有非常重要的现实意义。我国演艺设备领域已研发出一些高效节能的LED灯光设备，具有寿命长、维护费用低、动态色彩控制、白光色温可调等优点，希望在剧场建设和改造中积极采用这样节能降耗的设备。

3.2 技术介绍

LED半导体技术，被称为21世纪最前沿的尖端科技。采用LED技术研发出的光源，寿命是传统白炽灯的三十五倍而能耗仅为其八分之一，具有其他传统照明光源无法比拟的优势。目前，在灯光照明领域，因其具有体积小、重量轻、颜色纯正、节能、环保、低温和长寿的优点，发展势头强劲并已开始进入广播电视、舞台演艺、城市照明等众多新兴的应用市场，是取代白炽灯和卤钨灯最具潜力的照明光源。

3.3 技术优势

传统的影视舞台专业照明设备，多为1 kW ～ 5 kW的大功率卤钨光源灯具。卤钨光源光效低，消耗的电力95%以上转化成为热能，造成能源的极大浪费。卤钨光源在使用过程中产生巨大的热污染，并且，需要投资安装高负荷的空调进行降温，从而造成电能、资金的重复浪费；大量的红外辐射，造成演职人员的工作环境恶劣；卤钨光源寿命一般为200小时左右，受环境温度的影响很大，属易损消耗品，给剧场的运营管理增加了沉重的负担。

LED照明灯具在舞台影视照明领域具有明显的优势，主要特点是：为固体发光冷光源，红外辐射极低，白光LED光源的发光效率已高达100 lm/W，是卤钨光源的4 ～ 6倍；寿命长达60 000小时，是卤钨光源的300倍左右；使用过程中不产生污染，是目前最为绿色环保的光源。LED在舞台应用中的特点包括：高光效加之光利用率提高，使之与传统卤钨灯相比节电90%；极低的红外辐射明显改善使用环境；长寿命使维护费用大大降低，耗材费用降低90%以上；配套电缆和空调的初建费用下降50% ～ 70%；综合节能80%以上。

3.4 剧场灯光改造实例

深圳大剧院建成于20世纪80年代，是我国第一个实际建成的具有品字型舞台的剧场；历经20多年的使用，舞台线路老化、视听设备损耗严重。为确保作为2010年“九艺节”分会场各种剧目在此演出和比赛的需要，为其量身制定舞台专业系统改造方案，使其适合国内外大型艺术活动的使用。方案要求以安全为重点，注重科学、务实与国际接轨；优先选用低碳技术设备，以便于大剧院的运营管理。

改造前舞台原配的灯光用电量为540 kW，在采用了LED灯具等低耗设备后，改造后调整为330 kW，仅此项就节约了40%的用电量；且尚未计算因此而减排的因素。如图4所示。

4 多媒体投影系统的应用

中国大陆地区演出使用的投影系统经历了从最早的三洋等到如今的比利时巴可、美国科视等的品牌变化，也经历了从最早的单机定向投影机到2008年北京奥运会开闭幕式上的可以变向的多媒体数字投影灯的使用过程，随着艺术创作者及大众艺术审美水平的不断提高，演出的多媒体投影系统正在不断的发展进步。

投影机的发光流明数值在科技不断提高的基础上不断提升，目前，市场上20 000 lm及以上的投影系统已成主流。但随着多媒体制作技术的发展，以前标清时代的投影系统已经逐渐不能适应艺术创作者和观众的需求，具有前瞻性的、支持高清多媒体的投影系统已经在市场份额上逐步占优。

在2008年北京奥运会的开幕式和闭幕式上，大面积地使用多媒体数字投影灯，创造了美轮美奂的视觉特效。这依托了多媒体数字投影灯的特性，如，可控角度控制、能兼容流行媒体、多视频介入、无缝拼接技术、画面叠加技术等。虽然这一技术的弱点在于单机亮度不高，其体积小、重量轻、可以吊挂于几乎任意位置，而其随意可变、可控的角度操作，形成定向投影系统所不能达到的艺术效果。因此，如能和高清的定向投影系统结合，将给艺术工作者提供更广阔的创作空间。多媒体数字投影灯的出现大大丰富了艺术创作者的艺术表现，也使投影系统走上了像电脑灯一样的可控式发展之路。

5 结语

中国的文化设施建设不能简单模仿发达国家的老路，要依托于中华五千年博大精深的文化底蕴，继承和发扬我们的优良传统；文化建设的发展有赖于科技的研发与创新，要博采众长，需要把新的科学技术为我所用，应集中国人的智慧，同心协力，为提升我国的文化综合实力而共同奋斗。