兰州音乐厅舞台机械设备配置及控制系统

刘建国 王宏武 龚建兴 张瑾

[摘要]从舞台机械配置方案和控制系统两个方面，介绍兰州音乐厅舞台机械设计的特点。

[关键词]兰州音乐厅；舞台机械；设备配置；控制系统

兰州音乐厅位于水车博览园东侧、金雁黄河大桥西南侧。该剧场地理位置特殊，背靠黄河，建筑设计特将舞台天幕区后墙设计为开放式，以黄河为演出“背景”，由此在台下设备配置方面进行了创新设计。音乐奏起，舞台天幕位置后墙两台对开门装置缓缓打开，视线透过对开门的幕墙，黄河璀璨迷人的夜景一览无余，悬挂在舞台后侧的LED屏演绎出灿烂夺目的兰州文化，吱呀的水车伴着哗啦啦黄河水缓缓转动，营造出实景黄河与与古老水车交相辉映的精彩效果，全方位展现出兰州音乐厅的新奇魅力。

兰州音乐厅建成后成为兰州市重要的集大型歌舞表演、文艺演出、大型音乐会，兼顾会议、展览的多功能剧院，同时也是一座兼顾城市文明与社会公共效益的大型文化交流中心。

舞台设计为镜框式，设主舞台和两侧舞台。

平而：舞台进深22.5m，开间64.6m；侧台进深15.0m；主台宽度35.0m，左、右侧台宽度（净宽）均为14.8m；舞台台口宽度22.0m；乐池开口宽度14.5m～17.0m，进深大于3.6m；舞台后区对开门装置开口宽度22.0m（剧院背靠黄河，舞台天幕区后墙设计为开放式，特配置一套对开门装置，可将实景黄河作为演出背景）：各层天桥宽度2m～3m，保证天桥边缘间距不小于29m，且在台仓边缘设置夹层（演出通道），以方便演出使用。

剖而：舞台台口净高11.Om，主台设三层天桥；舞台后区对开门装置开口高度12.Om；主舞台净高26.5m（屋架卜^弦）；主舞台吊点梁设计要求净高26.2m（吊点梁、栅顶设计为双层结构形式，间距2.5 m）；侧台通主舞台高度12.0m；舞台后区升降台基坑深度10.0m，设一层夹层（根据设备安装、运行空间、安全空间、演出通道空间需要）；乐池基坑深度大于4.5m。

（1）不同的艺术表演形式和内容对舞台布局及舞台设备、舞台灯光、建筑声学都有不同要求。兰州音乐厅在建造形式上要完全满足现代大型歌舞剧表演对舞台台深、台宽的需要。舞台表演区的正确分区至关重要，决定着主舞台工艺布置是否合理。在各类剧种中，舞剧主要以舞蹈和音乐来演绎剧情，演员表演活动范围相对较大，一般认为舞剧的表演区最大；歌剧的表演区相对于舞剧较浅，但其景区通常要比舞剧的表演区深。所以，该剧场以大幕线为工艺布置的基準线，对舞台进行如F分区：大幕线前的1.5m设置为台口深度区，大幕线后约14m为表演区，表演区后为远景区及天幕灯光区。吊杆均设置在表演区和远景区，且应分区布置。一般情况下，要满足这些要求，主舞台台深需要设置在20m以上。

（2）通常话剧、戏曲这两类剧种要求的表演区深度较浅，在该剧场中，舞台大幕线后6m设置为这两类刷种表演区，在此位置设置一道“二道幕”，满足戏曲表演的需要。根据舞台分区需要，可设置两道二道幕及一道底幕，舞台天幕采用升降天幕。

（3）主舞台较宽，天桥桥光很难满足演出时对侧光及舞台两侧流动灯光的要求，所以，设置二维灯光吊笼（吊架）增加舞台侧光，可设置流动灯架解决舞台两侧流动灯光照明的要求。

（4）根据专业剧场功能特点，为满足各类演出需要，增加表演的立体效果，实现表演过程中的快速换景等功能，台面设备在舞台表演区配置升降台，使整个舞台从功能和安全性方面更加完善。

（5）大部分舞台设备控制采用计算机控制方式，部分设备采用变频调速，可有效保证设备的控制定位精度及安全性能。

（6）因剧场地理位置特殊，舞台背面为黄河，为增加演出效果，舞台天幕区后墙为“开放式”，配置了一套对开门装置。

3舞台机械配置方案

3.1台上机械设备配置

台上机械设备（图1）包括台口单点吊机（能将几个吊点组合在一起进行同步运行，也可分别运行[2]）、主舞台自由单点吊机（可变频调速，可以根据演出需要在设定的行程范围内移动吊点）、台口防火幕、舞台吊杆、大幕机、活动假台口顶片、侧片、声反射罩翻转吊杆、二道幕机、音乐反射板、侧灯光吊笼、台上舞台计算机控制系统。其具体参数见表1，工艺布置见图2。

3.2台下机械设备配置

鉴于建筑初设特点及功能定位要求，台下机械设备的配置方案（图3）为“乐池升降护栏+乐池升降台+后区升降台（分块式）”，具体参数见表2，工艺布置见图4。该方案为专业性剧场比较流行、超前且实用的舞台台而工艺方案。

（1）在舞台和观众厅之间配置乐池升降护栏（JCl.1）1台，乐池升降台（JCl.2）2台，两者配合使用可调整舞台和观众厅的有效而积。当乐池升降台台面上升至与舞台而平齐的位置时，就会使舞台表演区域扩大；当乐池升降台台而卜.降至与观众厅地而甲齐时，观众厅的使用而积就会增大；当乐池升降台下降到某一位置，可作为乐队演奏的区域；可根据剧情需要参与表演：栏杆升起还能起到安全防护作用，以确保升降乐池安全使用。

（2）在主舞台主表演区后区设置6台升降台（JCl.3、JCl.4），升降台行程均为升3.0m、降4.5m（以舞台而为基准），既可同时升降，也可独立升降。

（3）在舞台天幕区设置2台后舞台对开大门（JCl.5），可参与演出，外侧与外墙装饰一致，内侧还可作为悬挂后区“LED背景墙”的载体。

4舞台机械控制系统概述

4.1系统总述

该控制系统控制的设备由1套升降对开大幕机（调速），42遂舞台吊杆（调速），1套活动假台口（定速、包括顶片及两个侧片），2道二道幕（调速），8套侧灯光吊笼（定速），1道声反射罩翻转吊杆（调速），1道声反射罩顶片提升机（调速），6台台口单点吊机（调速），12台自由单点吊机（调速），1台乐池升降护栏（定速），1台乐池升降台（调速），6台主升降台（调速）和1套（两片）后台口对开大门（调速）组成。

控制系统具备主控台备份操作、主控计算机操作（通过工业以太网对设备进行控制）、移动计算机操作（通过工业以太网对设备进行控制）及手持式操作盒（紧急控制）操作等四种操作方式。此外，上位管理计算机设有一个针对内部人员开放的最高权限用户，具有整个剧场舞台机械的全方位管理、配置和操作权限（包括剧目场次操作等功能的权限）。

控制系统上、下位机间采用以太网通信，下位机与各变频器之间采用PROFIBL'S-DP通信，完全满足实时控制需要。所有设备实现计算机管理控制，所有设备均具备行程、超行程保护和过载保护功能（对自由单点吊机还设有防钢丝绳缠满保护功能）；对有定位要求的设备实现任意位置定位，定位精度不大于±3 mm，对有同步要求的设备实现任意设备组合同步运行，同步精度不大于±5 mm。

控制系统配备在线式不间断电源（ L-PS）供电。当主电源出现故障时，UPS可以向控制系统供电；UPS的容量满足控制系统运行30 min。UPS装置有故障显示、报警、故障诊断和保护措施。当UPS能源不足以维持控制系统正常运行之前，系统可按适当的顺序关闭。

4.2控制要求

（1）同步运行功能。42道电动吊杆、6道灯光吊杆、2道侧灯光吊杆、6台台口单点吊机、12台自由单点吊机及6台主升降台要求具有同步运行功能，同步运行功能分为同步运动（速度同步与位移同步）以及追击同步运动（以甲目标为参照物，乙目标快速响应，追击甲目标，从而与甲目标保持同步）两种。6台主升降台采用双环控制，均利用绝对型旋转编码器检测设备的运行距离。

（2）调速设备制动器与电机之间的协调控制，即变频器采用制动器逻辑控制模式（变频器停止前先减速，停止时与制动器同时动作）。调速设备用变频器的最小工作频率为在调速设备最大载荷下能使调速设备动作的最小速度频率[3]。

（3）一场次可以运动的设备个数原则上没有限制、设备的运行方向不受限制。可存储的最少场次不小于3000场。

（4）单台调速设备运行，通常分为设定位置、速度和设定行程、速度两种运行模式，即任一调速设备在初始位置时，依据设定的位置或行程以设定的速度来运行。位置量用相对调速设备的某一个限位的高度来表示，而行程量则是以该调速设备初始位置為基准，并且具有方向性。

（5）所有台上定位设备均利用增量型旋转编码器检测设备的运行距离。不同的设备每个脉冲对应的距离傣可能不同，程序中应有可设置比例系数的参数，将不同设备的脉冲输入使进行处理后显示。

（6）每个定位设备在每次运行停止时，均应检测设备停止位置与要求位置的误差。如果误差大于3mm，则应启动误差修正系统，使之在下次运行时将误差减去（提前停止），或设有误差修正界面由用户自行选择来修正。

（7）多台同类调速设备运行：分为设定位置（各调速设备位置、速度相同或不同）速度或设定行程（各调速设备行程、速度相同或不同）速度几种，并以设定的速度（各调速设备速度相同或不同）运行。

（8）所有具有定位要求的设备零位均以舞台面作为零位，高于舞台面位置值为正值，低于舞台而位置使为负值；所有具有定位要求的吊挂类设备均应设有上下软限位。

4.3故障诊断及安全保护措施

对于控制系统的异常现象和控制元器件的故障，系统会发出报警，提示操作人员。对于危险信号则直接中断设备运行，避免造成设备和人员损伤[4]。

（1）调速设备在行程开关位置之前设有减速开关，一旦减速开关闭合，设备被强制以低速运行。

（2）设备升降限位：设备升降时有行程开关；行程开关使电机停止运行；系统检测设备到达行程开关位置则不允许再向极限外方向运行。

（3）设备均设置有超程保护开关，在行程控制失灵时起作用，强制断开电机主回路，防止设备损坏和事故发生。

（4）系统设置超载保护功能。当设备负载超过额定负载时将终止设备运行。

（5）危险设备运行限制：对于某些暂时不宜运行的有危险的设备，可以限制其运动。

（6）未运行急停：应该运行的设备由于某种原冈未运行时，系统可诊断出故障，并迅速报警与处理。

（7）对于升降台等的防剪切信号的响应与处理，同时立即终止设备运行。

（8）对变频器的报警要求有相应的处理以及各种抗干扰措施。

5结语

随着舞台机械行业的发展，剧场对舞台机械设备配置和控制技术的要求也在不断提高。兰州音乐厅舞台机械的设备配置和控制系统设计，借鉴国内外剧场建设的优秀经验，融合中国舞台表演艺术的丰富实践，再结合特殊地理位置和当地传统文化，自主创新，采用新技术、新工艺，将兰州音乐厅打造成集演出剧场、群众文化活动、多媒体教育、承接大型会议等功能于一体的综合性专业文化场馆。兰州音乐厅建成后，作为丝路重镇的古老金城第一次真正拥有了属于自己的音乐厅，一座属于百姓的高雅艺术殿堂，一处展现文化自信、而向世界的文化之窗。

参考文献：

[1]张青梅.现代剧场舞台机械的配置[J].机械研究与应用，2002（02）.

[2]程轩.剧场舞台机械常规配置概述[J]，甘肃科技纵横，2014（08）.

[3]李炜，李青朋，毛海杰，龚建兴.舞台调速吊杆群同步控制策略研究与仿真[J]电子技术应用，2014（05）.

[4]徐奇.国内、外舞台机械的发展状况[J].艺术科技，2001（01）.