国家大剧院舞台机械控制系统服务演出的使用体会

秦晓明

（国家大剧院 舞台技术部，北京 100031）

1 概述

国家大剧院共有4个专业剧场，分别是歌剧院、戏剧场、音乐厅和小剧场。由于各剧场演出节目的特点不同，舞台使用功能各不相同，其舞台机械控制系统也各有特点。

音乐厅和小剧场都采用神舟系列控制系统，其中音乐厅采用的是神舟4000，小剧场采用的是神舟3000，完成机械设备运行及位置控制的工控设备主要是PLC（可编程序控制器）和变频器，采用的是工控系统中常见的PROFIBUSDP系统，如图1所示。

音乐厅设备的主要用途是布置会场，在音乐会演出过程中几乎不需要机械设备配合演出情节进行动作。小剧场虽然只有500多个坐席，但从使用的角度而言最具灵活性和多变性，可满足室内音乐会、会议、小型歌剧、话剧、芭蕾舞比赛等各种使用需求。音乐厅、小剧场的舞台机械配置和操作简单灵活，维护方便，根据近几年上千场次的现场使用情况反馈和分析，该系统完全能够满足使用要求。

图1 音乐厅控制系统简图

歌剧院的操作系统是STATE 5，控制系统的工控设备是轴控制器，台下设备及部分台上设备在轴控制器的基础上设置了PLC的辅助控制系统，轴控制器分为调速型和恒速型两种，系统配置简图如图2所示。

图2 歌剧院控制系统简图

图3 戏剧场控制系统简图

表1 各剧场控制系统

戏剧场的操作系统是SYB2000，控制系统的工控设备主要是轴控制器，不频繁参与演出的设备，如防火幕、假台口、后舞台吊杆，由PLC进行控制，而频繁参与演出的设备则由轴控制器进行控制，轴控制器分为电气型和液压型两种，系统配置简图如图3所示。

综上所述，国家大剧院拥有3种不同风格的舞台机械控制系统，见表1。以下从演出节目的类型出发，重点分析歌剧院STATE 5和戏剧场SYB 2000两套操作系统的一些特点。

2 演出要求

国家大剧院是国家高级艺术殿堂，也是中国与世界艺术交流的主要平台，所上演剧目以及所接待的艺术团体都具有其独特性。自2007年12月22日开业到2011年底，共计演出3061场，相当于平均每天有两场演出，演出频率非常高。截止到2011年底，国家大剧院自有的原创剧目数目达到了21部。在这些自创剧目中，无论是歌剧、舞剧，还是京剧、话剧都大量使用了剧场舞台机械设备，设备的动作效果与剧目的舞美创作深度融合，已经成为原创剧目演出的一个亮点。这些大体量、高频率、变化复杂的演出需求，要求舞台机械控制系统必须做到安全、高效、灵活。

2.1 安全性

2.1.1 舞台设备安全

舞台上的安全分为舞台安全管理和设备安全两个方面，这里着重探讨设备方面的安全。根据舞台机械设备的行业设计、制造标准的要求，舞台机械设备厂家为保证设备在演出中实现故障的可预见性及可控性，采取了各种安全配置。如图4所示，这是戏剧场舞台机械控制系统轴控制器冗余配置图，其中，服务器、路由器、轴控制器都是双份配置，包括各个部件之间的通讯线路也都是独立的，其服务器是一用一备的工作模式，具有互相切换使用的功能。轴控制器双份配置的概念不是主备切换的使用方式，而是两个轴控制板互相对比数据的运行方式，当其中任意一个出现故障或者两者输出数据不一致时，轴控制器认为输出有错，会导致设备运行的不安全，便立即停止。这完全是从设备安全保护的角度去考虑的，这种舞台机械设备设计理念是保证设备安全而放弃演出的动作。

演出的正常进行与设备安全是一个需要探讨的课题。既然在设备配置中已经采用了双份的配置模式，能不能在轴控制器输出不一致的情况下，采取一些措施，自动切换到备用轴控制器上继续运行，既保证设备的安全又保证演出能够继续进行呢? 特别是在国家大剧院这种演出场所，演出与安全是同等的重要。据悉，目前的舞台机械控制系统已经能够实现上述需求了。

图4 轴控制器冗余配

图5 轴控制器+可编程控制器PLC图

图6 SYB2000 CUE表（部分）

歌剧院采用的是轴控制器加PLC的控制模式，如图5所示。现代的机电系统，即使设备制造厂家在安全方面做了大量的设计工作，也不可能保证每一台设备不出现任何故障。在歌剧院的操作系统中，当主控模式的轴控制器出现故障时，可以切换到备用模式的PLC系统继续进行控制。

2.1.2 人性化操作系统

人性化的操作系统能大大提高设备的使用效率。在SYB2000控制台上，可非常清晰地看到台上台下设备布置，与设备在剧场中的实际布置非常相近，设备在界面上的设置很有规律。当操作人员想要控制某一台设备时，直接根据其在舞台上的位置去触摸一下就可以选中。另外，设备名称完全与日常口语习惯称呼相近，使用人员能够很容易地从操作界面中认出相关设备。

相对这种便利性，STATE 5控制台在操作时选取设备，是通过键盘输入设备的轴线号。这种设备选取方式因设备名称与日常习惯有所不同，一方面需要记忆设备与对应的轴线号，另一方面有安全隐患，一旦不小心输入错了，就可能会带来事故。

不同的操作系统有不同的设计理念，但方便、快捷、易于掌握的人性化设计是用户高度关注的内容之一。

2.2 高效性

2.2.1 操作系统响应排练的速度

操作系统的响应速度也是非常重要的指标，这里主要是指设备在响应排练要求方面的速度。一个剧目在合成时，同一个场景经常会反复排练，这就要求舞台机械设备要随时做好准备恢复到上一个场景。歌剧院的系统是顺序控制的，不具备立即恢复场景的功能，在遇到这种情况时，需要操作人员重新输入相关设备，设置好位置后再去恢复，很浪费时间。而戏剧场的系统专门设有恢复功能，在遇到这种情况时，只需要按一个按钮就可以直接恢复到上一个场景，非常节省时间。响应速度的快慢与操作者对演出内容的了解程度、设备操作方式的熟悉程度都有直接的关系。

2.2.2 演出动作程序（CUE表）编写与修改

CUE表是剧场中相关机械设备在每个剧目中动作的集合，包括设备动作的顺序、速度、位置、时间等参数，是舞台机械参与演出的必要软件。从操作的角度，希望编写CUE表的方法简单、方便，CUE表中能够显示设备动作的基本数据。

如图6所示，这是戏剧场CUE表的一部分，从表中可以清晰地看到需要动作的设备名称、启停位置、速度、时间、加速度等信息。此CUE表在操作台中显示并可以直接打印出来供演出使用，舞台技术人员可以分头拿着此CUE表，在舞台不同区域，随着演出的进行随时检查即将动作的设备。

SYB2000系统还有两个特点。一个是通过设定时间的方法自动计算运行速度，因为很多舞美设计人员对设备运行速度并不清楚，但是他会告诉操作人员，某一段音乐有多长时间，只要在这段时间内把这个动作走完就可以了，这时编程人员就可以运用这个功能很轻松地解决难题。另一个特点是程序修改和存储方便，操作人员可以在排练过程中随时根据当时的设备位置、速度的调整进行程序修改和存储。

图7所示的是歌剧院CUE表，图的上半部分是操作台中显示的信息，程序中可以看到设备的轴线号、当前位置、目标位置、行程、速度、加速度等信息，但是没有启始位置、设备名称。这个表在演出中用来指导在舞台上的工作人员是可以的，但用来提前做准备工作就不太方便了。歌剧院工作场地大，大型节目中涉及到多个岗位，都需要使用同一个CUE表工作，目前采用的是其他办公软件制作翻译版的“CUE表”，专门用于演出中使用，如图中下半部分所示。对于台上、台下设备都动作的演出，经常在演出开演前还需要调整动作，如果程序发生改变，对翻译版的“CUE表”也得进行相应修改。

当演出使用的设备数量、品种不多，特别是仅用台上设备时，上述两套系统差别不太明显；当使用设备数量、品种较多，并且有大量台下设备参与的演出，程序修改量大，这时两者的差距就显而易见了。

2.2.3 转台使用方法

转台是在演出中使用频率比较高的设备。戏剧场转台采用的是绝对值编码的方式，歌剧院转台采用的是增量值编码的方式。下面用两个例子来对比这两种编码方式的优缺点。

案例1：转台从0°运行到300°，中间270°时出现暂停，重新启动运行到300°位置，如图8所示。

两套系统对这样的演出程序的运行结果是不同的。戏剧场SYB2000暂停后，就可以继续运行原来的程序，到达预设定的位置停下来。而歌剧院STATE 5再去运行原来的程序时，转台就会停在相对于现在位置再加上300° 的位置，就会出现偏差。如果想要停在设定位置，必须修改程序，使得程序响应效率低，容易产生偏差。而这种偏差如果在演出中出现，是使用人员决不能接受的。

案例2：转台从0°运行到300°后，从300°逆时针到0°位置，如图9所示。

在剧目的排练中，当需要返回到上一个场景时，戏剧场的转台必须沿相反方向转回去，才能保证位置的数值有效，这就会产生既浪费时间又浪费电能的不良结果；也许有人认为直接调整过去就节省时间了，这样做虽然场景位置对了，但是转台在操作台中的位置就成了360°，如果继续运行后续程序，结果肯定是错误的。而歌剧院的转台恰恰因为它的相对位置编码方式，就可以通过输入目标位置的方法，使转台选择捷径，在较短的时间内恢复到上一个场面，而且不影响后续的动作。

转台旋转的位置设定方式不同，实际使用的便利程度也略有区别。相对位置、绝对位置都能考虑的情况下，对用户的使用更加方便。

2.3 灵活性

2.3.1 演出中多CUE运行

操作系统同时能够运行多个CUE，也是非常有必要的。比如，演出中4个升降台要分别在站好演员后动作，有可能一个一个地动作，也有可能同时动作，当需要同时动作时，歌剧院的一个操作台就可以同时运行4个CUE，而戏剧场就不行，因为它的一个操作台同一时间只能运行一个CUE，要想实现这一功能必须通过增加操作台的方式实现，略显不够灵活。

2.3.2 紧急预案

全世界演出界都遵循“SHOW MUST GO ON!”（演出不能停止）这一基本原则。从演出的角度而言，不希望出现因设备故障而引起演出的停顿，从设备的角度而言，又不可能绝对避免设备出现故障。所以，操作人员要针对每一场演出制定紧急预案。

紧急预案包括管理层预案和设备层预案两个方面，如图10所示。管理层预案是指导演或舞台监督与机械操作之间的互动内容，解决舞台上演出流程如何进行下去的问题，机械操作需要告知导演或舞台监督，设备的状况、处理故障的大致时间、可变通使用的设备等，以便导演或舞台监督临时调度演出流程。而设备层预案则主要是指设备专业的主操作人员与其他人员之间、舞台面与设备现场之间的协调与配合。

在紧急预案里，需要舞台设备具有较强的备用驱动控制系统，在歌剧院具备两地紧急控制系统，在控制室有备用变频器控制系统，在控制柜室有就地控制系统，能够实现短时间自动投入工作，当然，其投资也是巨大的。戏剧场就只设置了电机处的紧急控制模式。

表2 歌剧院与戏剧场的控制系统总结

备用控制模式配置越多，使用中的可选择性就越强，同时，基础设施费用的投入也就越大。所以，最好的备用控制配置不能用“多和少”来评价，而应以最适合演出场所使用的配置模式为佳。

2.3.3 比较

每个厂家的控制系统都各有特点，都是经过大量调研、一代又一代的升级推出的产品。在国家大剧院使用的舞台控制系统可以说是功能强大、界面友好、适应性强的系统。即便这样，从长期为演出服务的角度来看，从总结性的表2中，可以将这些被重点标识（蓝色部分）出的特点看作是演出中非常需要具备的特点。表2中所强调的特点（黄色部分）应该是不太适合演出要求的，转台的设计方法应该同时具备增量式和绝对值式编码方式。

3 维修保养

舞台机械控制系统通常是非常庞大的，在日常维护保养过程中，单纯依靠人工目测无法进行全面检查，所以，针对电气元器件单独设立一个工控监视系统，能够对直接影响到设备运行的通讯、电压、电流、互连锁信号、主板温度等参数做一个历史记录，这个功能对指导剧场技术人员有目的地跟踪重点设备很有帮助。

当设备出现故障时，能够快速查出故障产生的原因，是维修工作的首要条件。因此，如果系统能够提供一个专门用于故障显示的界面，很清晰地提示问题产生的原因、发生故障的设备的地理位置和故障发生的时间，这对于剧场检修人员来说，是非常必要的。

4 设备管理

4.1 设备互换性

无论是多么复杂的控制系统，最好采用标准的模块化配置，以便在临时救急维修过程中能够实现设备之间快速互换，这对演出保障工作是最有利的。

整个舞台机械控制系统中，除了轴控制器，其他部件都可以通过各种方法实现紧急控制，包括变频器，检修人员可以做到不用原有品牌产品进行应急之用。由于轴控制器是设备厂家的专利产品，其软件的使用授权有限制，当轴控制器出问题时就没办法临时解决，所以，只能采购具有应用程序的备件。轴控制器作为系统的核心部件，其价格也是最高的，故在备件采购时需要的资金量非常大。

4.2 产品更新换代

舞台机械控制系统运行4年左右，产品即将进入疲惫期，就需对关键部件大量备份。这时供应商的产品也即将进入更新换代的时间段，有些产品已经停产了。以戏剧场台上设备的载荷传感器为例，最近集中损坏了十几台，而该品牌产品在国外已经没有了，系统设备厂家推荐的替代品每台需要5000欧元，如果全部更换，需要的资金数量很大，所以只能尝试开发国产的替代品。设备厂家不希望用户这样做，但对用户来说，从资金和及时排除故障的角度考虑，这是不得已而为之的事。设备厂家在选用工控设备时，应给几年后的备品备件留有一些选择空间，或者在选用关键元器件时多考虑一下产品的后续服务及技术支持等因素。

5 设备的更新与发展

在使用现有机械设备的同时，也需不断地关注设备的更新与发展。举例来说，戏剧场舞台机械操作系统SYB2000现在已经升级到3.0的版本，如图11所示。新的系统继承了原有安全、高效、方便的特点，其硬件设备配置有了很大的提升，通信速率等得到了加强。此外，新版本系统增设了舞台装置的扩展接口，这一点对现代演出应用非常有利。现在剧目的演出中，大量地使用了舞台装置，这些装置通常都单独做一套控制系统。所以，该产品应会对目前演出中舞台装置发展趋势有引领作用。

新的系统还推出全功能的无线操作台，可以实现所有在有线固定台才能实现的功能，如图12所示。

6 结束语

舞台机械控制系统的升级，除了硬件，更应该强调其软件升级，需要紧紧围绕演出的要求，不断地改进软件功能，使它越来越适合演出使用。前面提到的转台位置设定、多个CUE同时运行等问题在新版本的操作系统中都得到了解决。演出在发展，设备也在发展，产品的更新换代，不能仅停留在硬件上，要把更多精力放在软件上，演出要求的很多功能都可以通过软件的更新来满足。

国家大剧院作为国家级表演艺术中心，在舞台技术人员的配置上既考虑了服务于演出的操作要求，也考虑了设备紧急维修的要求。因此，国家大剧院不仅是国内外演出团体的艺术交流的平台，也是舞台技术交流的平台。希望设备使用方与设备厂家能够更好地沟通与交流，为舞台机械行业发展起到更大的推动和促进作用。