2022中国舞台影视灯光调研分析报告——吊挂·控制篇

钟国淼，秘根杰，李传舵，秦小刚，郭振渊，王京池

(1.杭州大剧院，浙江 杭州 310020；2.河北广播电视台，河北 石家庄 050031；3.苏州广播电视总台，江苏 苏州 215127；4.云南广播电视台，云南 昆明 650504；5.北京广播电视台，北京 100098；6.中央广播电视总台，北京 100020)

引言

2022年9月—2023年3月，中国照明学会舞台电影电视照明专委会组织40位专家(名单附后)，组成了六个调研组，先后赴广州、杭州、泰州、上海、北京、佛山等地，深入企业进行调研，内容涵盖吊挂、控制、灯具、工程等方面。调研组通过实地考察、测试产品，进一步了解行业技术发展的最新动态。企业直面疫情带来的困难，深度解读客户的需求，升级优势产品，投入研发和创新，推动企业设备升级换代，更好地满足用户需求。

本篇主要介绍吊挂与控制等方面的技术应用、发展趋势。由于篇幅所限，报告中所列例证仅作为个案的参考代表，并非唯一独有。

本篇所涉及的企业有：广东华晨影视舞台专业工程有限公司(以下简称：华晨影视)、广州彩熠灯光有限公司(以下简称：彩熠灯光)、广州佰艺精工有限公司(以下简称：佰艺精工)、广州方达舞台设备有限公司(以下简称：方达灯光)、江苏建声影视设备研制有限公司 (以下简称：江苏建声)、浙江大丰实业股份有限公司(以下简称：浙江大丰)、上海汇焰智能科技有限公司(以下简称：上海汇焰)、北京金东高科科技有限公司(以下简称：金东高科)、北京星光影视设备科技股份有限公司(以下简称：星光影视)、北京北特圣迪科技发展有限公司(以下简称：北特圣迪)、ARRI中国公司(以下简称：阿莱灯光)、广州市欧玛灯光设备有限公司(以下简称：欧玛灯光)。

1 吊挂系统升级换代

随着演艺项目越来越出新出奇的特殊要求，传统功能的吊杆已不能满足使用需求。灯具和舞美道具随吊挂设备动态运动来创造更加绚烂的舞台，成为了舞台吊挂系统设计的标配，舞台灯光与舞台机械统一控制系统成为一种必然。如何保障灯光设备在演出运动中的安全性？吊挂系统的安全、检测和预警问题成为亟待解决的问题[1]。企业应需求顺势而为，安全性更高的高精度多维吊挂系统应运而生。

1.1 吊挂设备升级换代应对时代需求

吊杆上下、水平和旋转运动，实现三维立体布光，亦可吊挂道具在演出中按程序运行，丰富了演出效果[2]。华晨影视的数字三维吊杆(图1)和江苏建声的智能化吊杆(图2)是实现机动灵活的方案之一，除具有逻辑运算防碰撞多级保护功能外，还配置了雷达和机械等多重防碰撞措施，激光测距能精确位置检测，实现了精确定位，确保吊杆安全运行。华晨影视针对吊杆晃动问题增加了防抖动机构，确保效果灯具运转平稳。

图1 数字三维吊杆Fig.1 Digital 3D bar

图2 智能化吊杆Fig.2 Intelligent bar

1.2 吊挂控制跨界融合

为了追求更多的艺术效果，灯光“动”了起来，特别是演唱会和综艺晚会上，大量电脑灯吊挂在TRUSS架上，上下、左右、前后做全方位运动，营造各种灯光效果，舞台灯光控制与舞台机械控制的跨界融合应运而生。

上海汇焰的吊挂控制台可通过接入控制系统网络(图3)，管理控制网络中所有的受控设备，同时能通过图形化控制界面观察设备的状态信息，包括高度、重量、异常状态等。控制台采用类似MA基于对象的操作设计理念，支持吊点智能编组、静态的场景CUE和动态的序列Sequence编程。系统采用基于Linux内核的自主操作系统，运行速度变频可调，同时运行的吊点数量不受限制，让操作人员同一视图内可观察200台以上设备运行状态。

图3 上海汇焰吊挂控制系统Fig.3 Hanging control system

彩熠灯光的FINE LINE舞台吊挂数控系统是一种基于对象编程的控制系统，包括控制台、吊挂终端及驱动控制器、电力分配及急停复位单元、安全监护单元等。据介绍，系统采用面向对象的编程模式，智能的运动仿真处理可缩短编程时间，避免物体空间干涉；系统采用能源回收技术，实现了电能的双向流动，当悬挂物体下行时，将制动动能转化为电能。系统轴控制器技术的应用，遵循SIL3安全标准设计，支持矢量运动控制算法，动态力矩响应快，软件限位、开关限位以及机械限位三重安全保护；分布式处理的控制方案，采用多个逻辑主控冗余控制。据称，系统指令响应时间低于0.1 ms，异常处理时间低于100 ns。

1.3 吊挂系统的安全预警

确保吊挂系统安全运行是核心的问题，而影响安全运行的最大隐患就是重量超载[3]。为了实时检测监控吊挂重量，上海汇焰研发的重量检测模块很好地解决这个问题。

检测吊挂系统中各吊点承载的重量实时反馈给中央控制单元，当出现超载或欠载时，重量检测模块立即做出安全响应，发声音提示、灯光警示或者急停功能，确保系统安全[4]。据介绍，每个重量检测模块最大检测重量3 t，测量精度达到10 kg。模块的疲劳额定负荷传感器能长期承受连续负荷循环，而不会对钢材造成损坏。

上海汇焰利用重量检测模块设计了一种母架系统。该母架一次安装到位，可整体升降到指定高度，把所有要吊装的设备安装在母架上即可。母架的每个吊装点都安装了重量检测模块，实时检测监控各个吊点的载荷状态。母架系统解决了大型场馆高空作业中，电动葫芦取点不规范、受力吊挂节点缺少、桁架升降过程中无法时时观察吊点高度和载荷等各种安全隐患问题。该母架系统成功运用于宁波奥体中心(图4)。

图4 宁波奥体中心母架结构图Fig.4 Structure diagram of the main frame

2 灯光管理系统的可视化

演出场所的灯光系统通常包括控制台、信号柜、配电系统、调光直通柜、灯具、场灯等，通过光纤、以太网络线、DMX信号线把系统内的设备组成一个网络，管理人员能在控制端查看到系统所有设备的运行状态和参数设置，以提高系统运行的安全性和可靠性[5]。RGB可视化灯光管理系统(图5)是种不错的选择，该系统包括可视化调光控制系统、可视化双网络控制系统、可视化场灯控制系统、可视化配电监控系统、可视化环境监控系统、可视化RDM协议灯具及设备。

图5 RGB可视化灯光管理系统Fig.5 RGB visual lighting management system

3 调光柜的智能化

随着传统光源灯具使用的减少，对调光柜需求大量减少，不少厂家纷纷转型。但仍有些企业一直坚守，根据使用环境和用户需求的变化，不断升级调光柜的智能化，解决了负载性质变化、脉冲高压冲击、DMX信号空置等问题，使调光柜变得更安全、更智慧。

(1)负载自动识别。舞台灯具基本上分为阻性负载和非阻性负载两种，阻性用可控硅调光，非阻性用继电器调光。RGB 10i系列调光柜可通过负载自动识别技术，自动切换控制单元至相应的工作模式，提高工作效率和灯光系统安全性。

(2)效率补偿技术。调光柜中的继电器闭合瞬间会产生脉冲高压，RGB 10i系列采用了继电器接触瞬间高压补偿技术，使近900 V高压降低到350 V，保护了继电器，解决瞬间脉冲高压对负载灯具的冲击，延长使用寿命。

(3)抗干扰技术。调光柜会产生各种谐波，对周边的设备造成干扰，业界通常采用在回路中加入抗干扰电感。电感的上升时间常用是300～400 μs，据介绍，RGB 10i系列和方达灯光的雄安11系列调光柜的电感抗干扰上升时间大于500 μs，减少了浪涌电流的电磁干扰，有效提高了控制柜及终端设备的使用寿命和稳定性。

(4)无限制DMX控制技术。DMX协议的控制地址范围为1～512，通常96回路的调光柜连续5个柜子只用了1～480地址，第6台调光柜需要从513 开始，导致481～512 的32个地址空置。RGB10i系列可以实现DMX协议下回路号零空置，调光的起始地址任意设置。

4 追光控制智能化

追光作为一个很重要的舞台灯具，在大型体育场馆的演出活动中会遇到安装困难和操作人员无法站立等问题，为解决此痛点，欧玛灯光和彩熠灯光各自推出了解决方案。

欧玛灯光的一款摇头电脑灯(图6)，既可以作为手动操控追光灯使用也可作为远程控制的摇头追光灯使用。该灯具光学结构采用追光模式，且亮度高，能够满足远距离照度要求；水平垂直动作使用多级减速，可用常规控台控制或专用控台手柄操纵。使用时，动作平滑无抖动，实现时时精准跟随。配有一个30倍变焦夜视摄像头，可在暗场情况下捕捉舞台影像，用十字光点定位显示在控台显示器上，方便实用。

彩熠灯光的追光控制系统，DMX512信号与视频信号合二为一，运用光纤通信技术，实现了云台和灯具自带交换机功能，云台与云台之间、灯与灯之间采用菊花链方式连接，布线简单快捷美观，传输距离远，低延迟。系统最多可连接12台追光灯具同时追踪同一目标，所有从灯光斑跟随主灯光斑在空间移动，始终保持重合或交汇。

5 常规灯具智能化

常规灯具由于功能单一，运用领域越来越窄，如何打开其运用局面，常规灯具智能化是企业做出的回应。如何智能化，各企业主要有以下几点改进措施：

(1)“动”起来。让常规灯具运动起来，具备类似电脑灯的位置变化功能。华晨影视电脑聚光灯，具有水平、俯仰、聚焦、4个扉页和灯口旋转八个动作。佰艺精工电动摇臂，实现了灯具水平/垂直无极移动调节和角度精准定位的功能，搭配人性化的控制软件，支持RDM功能，可实时状态显示，带旋转角度记忆、点位记忆、锁位功能。

(2)“色”起来。为了让常规灯具的光谱更全、颜色更纯，各企业都在色彩管理方面加大了研发力度，也达到了很好的效果。佰艺精工通过对彩色LED光源的深入研究，开发出彩色混光优化控制MixCol-OPT系统，使光源混光更均匀、色彩变化更多、颜色更纯。阿莱灯光欧必德(Orbiter)内置色彩感应模式，自动测量识别周边环境光特征，以极高的相似度模拟它的色彩。

(3)“静”下来。随着LED光源不断增加，噪声指标有着相当重要的意义，彩熠灯光、华晨影视、佰艺精工等企业不断尝试从新材料、新工艺入手，减轻散热器重量，降低风扇风速，提升散热效率。据介绍，佰艺精工300 W成像灯，在原有体积不改变的前提下，满功率运行，1 m噪声控制在35 dB以下的水平。

6 高标准的舞台机械控制设计助力冬奥

大型国际赛事活动是检验行业发展水平的重要舞台，也是最新舞台科技与艺术深度融合的一次展示机会。在举世瞩目的北京冬奥会开闭幕式，北特圣迪和金东高科利用自身技术优势为开闭幕式提供如你所愿的非标准专用舞台机械设计和控制设计。

北特圣迪作为技术协作单位，完成了地面中央舞台系统、空中威亚、冰瀑大型表演装置、主火炬执行机构、场外火炬双转台等工程项目及核心设施设备，将导演团队的创意和艺术效果完美呈现在全世界面前。

展示五环的核心设备——“冰立方”(图7)由金东高科承接研制。“冰立方”升降速度最快能达到0.42 m/s，是普通升降台速度的1.4倍；采用直线导轨的导向方式，严格控制了设备的稳定性，全行程位置偏差小于5 mm；定位精度偏差小于0.5 mm，与视频配合的同步偏差小于200 ms，完美实现了与视频的配合。“冰立方”独特的显示模式实现了裸眼3D的视觉效果，再通过地面LED的倒影等视频配合，给人一种极致真实的感觉。尤其是“冰立方”设备下降运动结合碎冰视频时，给观众展示了五环从冰块中“破冰而出”艺术效果，体现了设备运动和碎冰视频的高精度配合，实现了技术与艺术的完美结合。

7 可视化舞台控制系统

通过不断完善和升级控制系统，从智能安全可靠、操作简便易行上下功夫，根据系统的复杂性，采用先进的计算机控制及工业网络技术实现多级控制[6]。

浙江大丰DAFENG STACONTM多功能全媒体演艺控制系统集综合控制、智慧场馆、运维管理三大功能为一体。可根据设备数量、类型、布局、优先级等灵活配置，系统达到了欧盟的SIL3认证，仅低于核电和高铁(SIL4)。DAFENG STACONTM总控台(图8)支持远程控制、管理、维护、在线无缝热拔插、自动时钟同步功能、时间轴编辑功能、主机自备份功能，保证演出数据的完整性。根据实际环境和使用要求，各系统分别具备独立的控制系统，可进行单独控制，也可以集中控制(总控)；系统具备兼容性、可扩展性，各系统根据表演要求独立编程，表演时统一接收总控信号完成表演。

北特圣迪神舟7000舞台机械控制台(图9)，结合舞台机械人机工程学理念，在运行安全可靠的基础上，结合高速实时现场总线，融合自适应控制、鲁棒控制和模糊控制等先进控制技术，解决了舞台控制过程中的多设备联动耦合复杂度、位置空间不确定性、运行时间基准不统一以及轨迹解析过程非线性等技术难题，能够满足不同场合的多元化、动态化等舞台机械的需求。网络远程维护系统服务以虚拟现实的方式及可以在三维环境中展示传统设备的运行状态，大幅提升了操作者的操作体验，实现了舞台机械吊挂的预知、预判、预演的目标。

金东高科控制系统的X3 控制台可提供包括单体设备控制、设备连锁、设备状态监视、预选择设备、设定运动参数、编组运行、场景技艺、场景序列、手动介入BD、故障诊断、系统维护等舞台机械的全功能控制与操作。实现四级控制：控制台上位机程控→控制台下位机程控→控制台手控→就近控制(柜控)。控制系统设有主控制台和控制柜，该控制系统软件易于修改和管理，可以实现企业内部控制系统和管理系统的无缝连接，实现了整个剧场的信息化管理控制。

8 科技与艺术融合创新的新模式

随着计算机技术、视频技术、网络技术的高速发展，艺术创作者把目光逐渐投向日趋进步的虚拟现实手段上。“思想+艺术+技术”融合创新，科技赋能下的别样舞台效果给观众带来了全新的体验，XR、AR、AI等前沿技术让虚拟世界变得足够真实，让虚拟和现实的边界变得更为模糊。

star-xrbox(图10)是星光影视利用XR技术打造的XR移动式虚拟演播室，在UE5中，先后解决了摄像机标定、校准的技术实现，利用ocio实现了颜色的管理，采用广电级同步信号发生器，实现了移动位置同步的稳定性。在composure插件的帮助下，进行了XR、AR等应用的实时合成。它的主要功能是生产各种视觉特效视频作品和直播，其特点是突破空间尺寸限制，小空间拍出大世界，核心系统基于UE5开发打造，配备有全套XR虚拟制作系统，占地45 m2，内部制作空间35 m2，包括LED大屏幕、XR渲染与合成服务、摄像机、摄像机跟踪、专业灯光、网络等系统。

图10 Star-xrbox移动式虚拟演播室Fig.10 Star-xrbox mobile virtual studio

9 结束语

近年来，舞台设备的硬件技术及工艺水平越来越高，吊挂控制系统的综合性与复杂度大幅提升。对吊挂控制系统的智能化要求不断提高，促使灯光与机械融合控制成为一种潮流。随着国家对演出安全的重视，吊挂控制系统的安全性摆在首要位置，安全管理系统的研发也将成为一个新课题。

创新才有未来，领军企业在基础研发方面投入巨大、硕果累累，在独立自主的创新中寻求专攻特精突破点。诸多企业不断推出具有自主知识产权和专利技术的硬件设备和控制系统，无论是设计理念、生产工艺，还是产品性能、实用性、安全性，都有明显进步。更令人欣喜的是，从设计环节开始的人性化和实践性更加深入和具体，标志着中国企业的设计生产从粗放型向精细化的转变正在加速，进口产品的国产替代已经是大势所趋。

附：调研组成员名单(按参加调研组时间先后顺序)

王京池 曲国军 林培群 陈永刚 钟国淼

刘建臻 朱小华 祖长山 刘敏燕 秘根杰

江中鸿 谢渝熙 熊 英 林宏恩 牛学丑

张婷玉 郭 亮 李传舵 高园缘 罗洪峰

张 勇 白文国 秦小刚 吴剑敏 葛广利

谭 磊 王 江 张良学 樊长青 胡耀辉

刘 明 郭振渊 金 明 周 闻 王允祯

冯德仲 陈建民 陈江榕 钟国虹 李恺平