摘要:解析宛平剧场基于专业型戏曲剧场工艺特点和设备配置要求,采用矩阵式自控机械升降舞台运行模式、子母升降舞台的设计方案。
关键词:舞台机械;矩阵式升降台;子母升降台;共享活门;结构干涉分析;结构受力分析
0 引言
戏曲是中国的传统艺术,是中国文化瑰宝,需要传承和发扬。随着现代文化的发展和科技的进步,越来越多的剧场搭载了智能舞台或者自动控制舞台。而戏曲剧场舞台工艺设计一直以来受传统思想影响,舞台形式比较简单且固定,某种程度上不利于戏曲艺术的革新和发展。上海宛平剧场作为专业戏曲艺术演艺场馆,打破了原有思想的限制,大胆地尝试了智能机械舞台的应用。宛平剧场由同济建筑设计院总体设计,英国Theatre Projects Consultants公司负责舞台工艺设计,无论是在剧场空间设计、舞台设备配置上,还是在声学专业设计上都做了深入细致的研究。因其独特的设计理念和剧场的独特功能要求,舞台机械的设计更为复杂,精度要求也更为苛刻。
1 宛平剧场的工艺特点及设备配置
宛平剧场坐落于上海市徐汇区中山南二路和宛平南路口,地处上海核心城区,是一座兼具上海地域文化特质和中国戏曲繁荣发展标志的专业戏曲剧场,它承载着一代上海人的文化记忆。造型取意海派玉雕,外部体量简洁凝厚,内部空间灵活多彩。立面取意中国折扇,线条挺拔、连续延展、曲面温婉。
宛平剧场总用地面积6 472 m2,总建筑面积2.9万m2,其中,地上建筑面积为1.6万m2,地下建筑面积为1.3万m2。建筑高度24 m,局部的台塔高度34.3 m。地上高度5层,地下3层(图1)。
室内延续扇形的设计风格,在型与色上呈现中式特点(图2)。戏曲大剧场马蹄形观众厅,最大进深27.17 m,最大宽度27.8 m,分为楼座和池座,可容纳1 018名观众,其中池座座位771个,楼座座位225个,包厢座位22个。座椅造型汲取西方及日本的艺术设计理念,简洁精致,采用剧场专用座椅面料和泡棉,既满足了戏曲演出的声学要求,又为观众提供了舒适的观演感受。
宛平剧场作为专业的戏曲表演场馆,功能定位明确,舞台设备配置丰富。台口尺寸16 m(宽)×10 m(高),主舞台宽27.8 m,进深19.8 m;侧舞台宽8.0 m,进深19.8 m;主舞台台塔净高24.8 m。舞台机械系统配置包含台上设备、台下设备近200台套。
台上设备以65套均匀分布、高速运行的电动吊杆为主要承载设备,通过可移动灯光渡桥的形式实现灯杆位置可变的功能。其他设备均为常规剧场的通用配置,并无特别可述之处。
本文着重讲述台下设备中机械升降舞台系统的运行模式和功能体现,并重点分析和研究该升降舞台系统的机械解决方案。
2 矩阵式自控机械升降舞台的布置形式及运动模式
2.1 布置形式
机械升降舞台在常规剧场的应用较为广泛,但在专业型戏曲剧场的应用就较为少见了,而该项目采用的矩阵式自控机械升降舞台则更为少见。中国传统戏曲,尤其是一些武戏表演,对舞台台面的缝隙和平整度要求非常高,如果平整度不达标会存在伤害演员的风险,这就限制了这类升降舞台在戏曲剧场的应用。
宛平剧场的矩阵式机械升降舞台,由25块3 m(宽)×3 m(进深)的正方形台面组成,呈5行和5列均布于主舞台的核心表演区,如图3所示。其中,有10套内部还嵌装了独立升降的子升降台,子台面尺寸为1.8 m(宽)×1.5 m(进深)。因此,机械升降舞台分为A、B类。A类是单纯的单层升降舞台,升降行程为2.3 m,以1.000标高为基准,上升至3.000标高,下降至0.700标高(即相对于舞台面上升2.0 m,下降0.3 m)。B类是内部嵌装子升降舞台的子母升降舞台,子升降舞台的行程为3.5 m,以1.000标高为基准,下降至-2.500标高,上升至最高位置即为1.000标高;其他参数与A类相同。
每块机械升降舞台均由独立的驱动系统完成升降动作,每套子升降舞台也是由独立的驱动系统完成升降动作。这样的机械升降舞臺的分布模式,给整个舞台面带来了A类和B类台缝共100条(图4),而戏曲表演要求这些台缝要非常小,在舞台上面铺上地胶和地毯后台缝不能对演员表演产生任何影响。
2.2 运行模式
由于建筑结构受限,机械升降舞台基坑深度只能做到-4.0 m,因此,机械舞台的升降行程受到极大的限制,无法按常规的机械舞台模式进行设计,为了尽量发挥机械升降舞台对演出的作用,机械舞台设计可通过子母升降舞台接力的形式实现演员由台仓至舞台以上的完整运送,以达到丰富舞台表演形式的效果。
升降舞台的典型运行模式如下:
(1)所有机械舞台运行至上限位,形成整体高台模式,如图5所示。
(2)机械舞台成排编组,由前向后,每排高度递增,形成台阶舞台模式,如图6所示。
(3)机械舞台随机编组升降,形成多点高台模式,如图7所示。
(4)所有机械舞台上升至与周边固定舞台台面平齐,形成大平台模式,如图8所示。
(5)所有机械舞台处于下限位,低于周边固定舞台300 mm,可在此舞台凹坑内嵌装拼装式转台,转台的周边通过补平钢架进行补平,形成旋转舞台模式,如图9所示。
(6)拼装式旋转舞台嵌装在机械舞台后,所有机械舞台同时升降至一定高度,形成高台旋转舞台模式,如图10所示。
(7)机械舞台处于大平台模式时,子升降舞台可单独或任意编组由地下一层运送演员或道具至舞台表面,形成魔术舞台模式,如图11所示。
3 矩阵式自控机械升降舞台的技术特点分析
矩阵式自控机械升降舞台,将舞台分隔为多个模块化的小升降台,可任意编组运行,极大地丰富了舞台形式,为舞台艺术创作提供了良好的想象空间和表现手法。然而,要能够充分实现这样的机械舞台的使用功能,是非常困难的。由于机械舞台数量多,自控逻辑关系复杂,互锁、联动要求都非常高,25套升降母台加上10套升降子台,共计35套独立运行的机械,每套机械除本身应具备的限位控制逻辑外,机械之间还存在着互锁、联动、编组等逻辑关系。专业的戏曲表演,尤其是武戏类表演,要求舞台表面垂直高差不大于2 mm(行业标准为不得大于3 mm),台缝不大于6 mm(行业标准为不得大于12 mm),因此机械升降舞台的垂直升降重复定位精度应控制在±1 mm以内,水平误差应控制在±3 mm以内,这给舞台机械技术专业的设计、制造、安装和调试等提出了巨大的挑战。
从舞台机械设计角度分析,该机械升降舞台的设计难点主要有三点:其一,合理选择机械驱动系统和传动机构,以保证升降台的重复定位误差可控;其二,合理设计子升降舞台和母升降舞台之间的机械逻辑关系,在浅基坑的基础上实现两套相对独立的升降设备的连续动作,以实现演员的接力运送;其三,机械结构安装空间有限,结构复杂,需充分分析各主要结构受力工况,合理选择安全系数,确保机械舞台结构受力和运行安全。
4 对应的解决方案及结构分析
4.1 机械驱动系统和传动机构的选择
经空间和结构分析,A类升降舞台比较容易实现,功能性和可靠性也可保证;而B类升降舞台较为复杂,涉及两套独立的机械驱动系统和结构嵌套关系,同时存在共用结构部分的衔接关系。因此,笔者重点分析B类舞台的解决方案及结构。
B类舞台主要由外框的母台和嵌套在内部的子台组成,结构相对独立,子台和母台的行程及速度均不相同。母台作为外框结构,与A类舞台的结构和功能基本相同,采用电机驱动,动力分配系统采用链轮链条,顶升机构采用自导向齿轮齿条系统。这套驱动系统的优点是技术成熟,安装空间紧凑,传动准确可靠,重复定位精度高等。子台系统由于升降速度较快(0.5 m/s),因此,选择电机驱动、钢丝绳卷扬的驱动方式,这种驱动方式不受结构限制,驱动单元可以安装在执行单元旁边,通过滑轮或滑轮组等机构改变动力传递方向。另外,借助滑靴导轨的导向系统,确保整个驱动系统运行安全可靠。
4.2 “共享活门”设计
B类舞台除两套独立的驱动系统外,另一个设计要点就是演员活门,演员活门并非特殊产品,在很多剧场里都有应用,技术也相对成熟,但是由于结构限制,常规的电动演员活门做法很难应用于该项目中。因为该项目的演员活门不仅仅起到“门”的作用,还是子台和母台之间接力运送演员的衔接桥梁,它既要能够随子台升降,还要能够随母台升降。因此,该项目通过“共享活门”的方式实现这一功能,将子台的舞台台板做成可分离的活动台板,当子台升高至上限位时,通过锁定机构将活动台板与母台锁定,活动台板即成为母台台面的一部分,随母台上升,进而实现子台与母台运送演员的接力功能。当需要由舞台面接送演员下来时,子台固定台板上升至上限位,使定位插销插入“共享活门”的定位销孔,并触动限位装置,控制系统检测到子台固定台板已达到衔接位置,并已与“共享活门”安全锁定,控制系统发送指令至母台的快锁机构,锁舌收回至安全位置,此时子台固定台板带动“共享活门”一同下降,将演员运送至台仓,如图12所示。
“共享活门”的设计尺寸为1.8 m(宽)×1.5 m(进深),钢结构作为主体,表面铺设专用舞台木质地板。钢结构主体带有锁穴结构,与安装在母台钢架上的锁舌结构配合,实现对“共享活門”结构的锁定,快锁机构配有检测开关,通过控制系统实现闭环控制,确保设备运行安全,如图12左上角放大图所示。
4.3 三维软件辅助结构干涉分析和结构受力分析
由于安装空间紧凑,设备零部件较多,某些尺寸关系在CAD的二维图纸上较难体现,因此,通过三维软件SolidWorks建模,进行结构干涉分析,如图13、图14所示,降低了因零部件干涉造成设计错误的风险;同时对于台面钢架的薄弱环节进行了结构受力分析,如图15、图16所示,模拟了设备的实际受力情况,验证了结构的设计合理性和受力安全性。
由于该项目应用要求的特殊性,为确保整套设备各项参数的合理性,特试装了2套设备,如图17所示。经现场检测,各项指标均达标,机械运行的水平误差在±2 mm以内,垂直误差在±1 mm以内,机械结构稳定可靠。
5 结语
矩阵式自控机械升降舞台采用接力式子母升降舞台的设计,突破了原有机械舞台设计的固化思维,提出了一种针对浅基坑结构实现大行程升降舞台的机械解决方案,以其灵活的舞台形式满足现代戏曲舞台艺术需求,为舞台机械设计提供了一种参考思路。
收稿日期:2020-04-26
作者简介:张术永(1982—),男,浙江杭州人,硕士,工程师,研究方向:舞台机械。