世博中心舞臺(tái)機(jī)械與控制系統(tǒng)

杜安坤，王海林，孔憲旺，張麗萍，吳繼軒，吳澗彤

（總裝備部工程設(shè)計(jì)研究總院，北京 100028）

1 環(huán)境和功能的適應(yīng)性

世博中心位于緊鄰黃浦江的浦東濱江綠洲內(nèi)，上海世博會(huì)后將永久保留。世博中心所展現(xiàn)的是一個(gè)開(kāi)放的城市空間，一個(gè)包容的城市“客廳”，整個(gè)世博中心東西長(zhǎng)約400 m，南北寬約90 m，高約40 m，建筑總面積約142 000 m2，共設(shè)8層，地下1層、地上7層。世博中心以會(huì)議功能為主，按多功能要求設(shè)計(jì)。世博會(huì)期間，世博中心將作為世博會(huì)慶典活動(dòng)、招待宴請(qǐng)和論壇活動(dòng)的舉辦場(chǎng)所。世博會(huì)后，世博中心將轉(zhuǎn)型為國(guó)際一流會(huì)議中心，召開(kāi)和舉辦高規(guī)格的大型國(guó)際性會(huì)議和活動(dòng)。主題建筑由華東建筑設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)完成，舞臺(tái)機(jī)械是其中的重要組成部分。

世博中心舞臺(tái)機(jī)械和控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)所體現(xiàn)的思想是：作為上海世博會(huì)主題“城市，讓生活更美好”的內(nèi)核， 貫穿“和諧”理念，以中華文化推崇“人際之和、天人之和、身心之和”，強(qiáng)調(diào)人與人、人與自然、建筑與人、建筑與環(huán)境的和諧共生；用舞臺(tái)，包括舞臺(tái)本身，來(lái)展現(xiàn)一個(gè)開(kāi)放和包容的政治、文化及其人文的現(xiàn)代大都市環(huán)境。世博中心各廳、堂、館、室的舞臺(tái)機(jī)械的構(gòu)建也相應(yīng)地表現(xiàn)在“容”、“和”、“變”、“美”4個(gè)字的理念上。

“容”——有容乃大，以多樣性的舞臺(tái)機(jī)械展示開(kāi)放的城市空間和包容的城市“客廳”的政治、文化的內(nèi)涵和現(xiàn)代大都市風(fēng)貌；

“和”——呼應(yīng)建筑的內(nèi)外風(fēng)格，舞臺(tái)機(jī)械設(shè)備與場(chǎng)館的共榮共存的空間關(guān)系；

“變”——設(shè)備轉(zhuǎn)換是可持續(xù)發(fā)展的多功能需要，舞臺(tái)機(jī)械設(shè)備的功能與運(yùn)動(dòng)形態(tài)。

“美”——舞臺(tái)工藝、設(shè)備布置、設(shè)備變換運(yùn)動(dòng)的展示。

2 舞臺(tái)機(jī)械總體分布

完成舞臺(tái)機(jī)械的“容”、“和”、“變”、“美”，首先要進(jìn)行的是功能區(qū)域的分割。其關(guān)鍵是把握多功能、多用途、前瞻性及其經(jīng)濟(jì)投入的尺度，在建筑結(jié)構(gòu)、空間、音響混合等因素的條件框架內(nèi)，確定可轉(zhuǎn)換的設(shè)備群組的位置分布、變換形式和操控功能。

地面以上的內(nèi)部分區(qū)包括兩部分，西側(cè)為會(huì)展區(qū)，東側(cè)為中庭和會(huì)議區(qū)。東西區(qū)之間的通道是頂部相接的兩層連廊，連廊下部為挑空的視覺(jué)通廊，即東側(cè)區(qū)的中庭。

內(nèi)部空間主要由5大部分組成，包括4 000 m2的中央大廳，能容納2 600人的大會(huì)堂和能容納600 ~ 1 000人的政務(wù)廳，還有能供3 000人同時(shí)飲宴的宴會(huì)廳和7 200 m2的5 000人多功能廳等，分別被命名為綠廳、紅廳、藍(lán)廳、金廳和銀廳。除中央大廳，其他各廳均需要配置舞臺(tái)機(jī)械設(shè)備。

西側(cè)的會(huì)展區(qū)東西長(zhǎng)約216 m，南北寬約90 m，其中：會(huì)展區(qū)1 ~ 4層的大空間為多功能廳，內(nèi)部設(shè)置了伸縮式的舞臺(tái)，兼顧會(huì)議與演出功能，各種吊掛設(shè)備分布在設(shè)備轉(zhuǎn)換層之上；會(huì)展區(qū)的5 ~ 6層為宴會(huì)廳。各種吊掛設(shè)備分布在設(shè)備轉(zhuǎn)換層之上。

東側(cè)的中庭和會(huì)議區(qū)東西長(zhǎng)約180 m，南北寬約90 m。會(huì)議區(qū)的1 ~ 3層的大空間為會(huì)議廳，設(shè)有臺(tái)上、臺(tái)下舞臺(tái)機(jī)械和伸縮臺(tái)口；會(huì)議區(qū)的4 ~ 6層為政務(wù)廳，也是國(guó)際會(huì)議廳。各種吊掛設(shè)備分布在設(shè)備轉(zhuǎn)換層之上。

3 方案策劃的主旨

“容”、“和”、“變”、“美”的量化深度，是實(shí)施方案和設(shè)計(jì)的主要目標(biāo)。在現(xiàn)有的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范下，既要做大，又要做細(xì)，既要有現(xiàn)代開(kāi)放城市文化的內(nèi)涵，又要有克服審美疲勞的創(chuàng)新突破。演藝設(shè)備服務(wù)于舞臺(tái)表演藝術(shù)，只有技術(shù)裝備滿足不斷推陳出新的文化藝術(shù)，才會(huì)被賦予生命，才會(huì)讓生鐵熟銅閃耀出燦爛的藝術(shù)光輝。

世博四大核心功能場(chǎng)館均配置了舞臺(tái)機(jī)械系統(tǒng)。設(shè)備分布呈現(xiàn)出一下特點(diǎn)：

（1）工藝布置面廣、分布距離大，操作工位多且操作多樣性，必須有更高的安全保證。

（2）同步編組設(shè)備多，包括了調(diào)速、定速設(shè)備。

（3）面對(duì)空間大的靈活組態(tài)，要求操作設(shè)備具有多點(diǎn)位布置的兼容一致性。

（4）伸縮臺(tái)口賦予場(chǎng)館建筑可變的創(chuàng)意。

（5）設(shè)備結(jié)構(gòu)宏大，安全第一，功能和質(zhì)量并重的要求更高。

（6）追求舞臺(tái)設(shè)備形體美和運(yùn)動(dòng)美。

4 大會(huì)堂舞臺(tái)建設(shè)

大會(huì)堂是世博中心的核心空間，其功能為召開(kāi)大型會(huì)議并兼顧綜藝演出。

大會(huì)堂既繼承了上海市中心靜安區(qū)展覽中心具有俄羅斯古典主義建筑風(fēng)格的多功能會(huì)議中心的特點(diǎn)，又被賦予了更多的功能和現(xiàn)代氣息，透露著恢宏、壯麗、民主、開(kāi)放、包容、繼承、持續(xù)發(fā)展的大都市風(fēng)尚，只是不見(jiàn)了東正教堂的宗教色彩。布置有現(xiàn)代壯觀大氣的舞臺(tái)機(jī)械、電聲、燈光和多媒體設(shè)備。內(nèi)部各個(gè)廳堂的裝修既涵蓋了與外灘的希臘、羅馬、歌德式的唯美主義印記，又具有綠色、環(huán)保、節(jié)能等與時(shí)俱進(jìn)的時(shí)代精神，綜合展示了上海地方的人文特色。

4.1 舞臺(tái)建設(shè)思想

4.2 舞臺(tái)建筑機(jī)構(gòu)基本尺寸

主舞臺(tái)臺(tái)口寬約42 m，高約21 m，深18.35 m；后舞臺(tái)臺(tái)口寬約1 8m，高約14 m，深4.35 m；總體縱深22.5 m；舞臺(tái)面標(biāo)高+1 m；為超寬、超高的舞臺(tái)。

4.3 體大載重的舞臺(tái)機(jī)械設(shè)備組成

見(jiàn)表1。

表1 大會(huì)堂舞臺(tái)機(jī)械設(shè)備參數(shù)

4.4 伸縮臺(tái)口

伸縮臺(tái)口是一廳多用和多功能舞臺(tái)的關(guān)鍵。由固定門(mén)架、伸縮門(mén)架（1 ~ 4片）、地面導(dǎo)軌、下部驅(qū)動(dòng)等組成。結(jié)構(gòu)經(jīng)過(guò)計(jì)算機(jī)仿真計(jì)算。

固定門(mén)架位于臺(tái)口兩側(cè)呈拱狀，與觀眾廳過(guò)渡銜接。在舞臺(tái)演出狀態(tài)下, 自外向內(nèi)1 ~ 4片伸縮門(mén)架依次收到固定門(mén)架下面, 以形成舞臺(tái)鏡框式臺(tái)口。在會(huì)議狀態(tài)下, 伸縮門(mén)架將依次向后展開(kāi), 其中伸縮門(mén)架4的邊緣在后舞臺(tái)臺(tái)口附近。伸縮臺(tái)口通過(guò)自動(dòng)控制機(jī)械傳動(dòng)裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)級(jí)聯(lián)方式的變位，動(dòng)力提供與信號(hào)控制依賴接力式拖纜。

控制系統(tǒng)安放在下場(chǎng)門(mén)側(cè)臺(tái)固定門(mén)架附近，設(shè)置從站控制系統(tǒng)。主系統(tǒng)通過(guò)DP網(wǎng)絡(luò)與從站相連，從而實(shí)現(xiàn)在主操作室控制伸縮臺(tái)，這種方式的優(yōu)點(diǎn)是：

（1）線路敷設(shè)簡(jiǎn)單，到編碼器的敷設(shè)線路短；只要編碼器信號(hào)檢測(cè)好，便可準(zhǔn)確定位，同步效果好。

（2）伸縮臺(tái)的運(yùn)行可以和其他設(shè)備實(shí)現(xiàn)連鎖，保證了系統(tǒng)的安全性。

（3）每個(gè)伸縮門(mén)架的運(yùn)行由兩臺(tái)電機(jī)獨(dú)立完成，兩臺(tái)電機(jī)按位置同步運(yùn)行，同步誤差不大于3 mm。

3)根據(jù)仿真結(jié)果進(jìn)行樣機(jī)設(shè)計(jì)和制造，通過(guò)對(duì)比證明，減小夾嘴長(zhǎng)度可使導(dǎo)線卡線器整體尺寸減小、質(zhì)量大幅減小。最終確定1 660 mm2導(dǎo)線卡線器夾嘴長(zhǎng)度為328 mm，質(zhì)量為24 kg，相較經(jīng)驗(yàn)倍率關(guān)系設(shè)計(jì)結(jié)果夾嘴長(zhǎng)度減小了21.9%，質(zhì)量減小了25.0%，結(jié)果表明優(yōu)化設(shè)計(jì)后減重效果明顯。

主驅(qū)動(dòng)采用SEW矢量變頻器控制，變頻器具有調(diào)速、定位功能，具有短路、過(guò)載、過(guò)壓/欠壓、過(guò)熱、超速、失速、超程等保護(hù)功能。為了保證伸縮臺(tái)的2臺(tái)電機(jī)同步運(yùn)行，在本案中使用了2臺(tái)變頻器分別控制2臺(tái)電機(jī)，使用IPOSplus控制，即位置控制和邏輯控制系統(tǒng)，通過(guò)對(duì)電機(jī)編碼器計(jì)數(shù)脈沖的計(jì)算，得到準(zhǔn)確的位置信號(hào)，并根據(jù)位置信號(hào)實(shí)時(shí)快速調(diào)節(jié)變頻器的速度，確保變頻器的同步運(yùn)行。

安全的互鎖。通過(guò)編碼器信號(hào)、位置開(kāi)關(guān)和限位開(kāi)關(guān)的檢測(cè)，PLC軟件可以實(shí)現(xiàn)安全的互鎖，保證設(shè)備不發(fā)生誤動(dòng)作現(xiàn)象。

可靠的急停鏈。一旦發(fā)生緊急事故，操作人員可以通過(guò)控制臺(tái)上的急停按鈕停止運(yùn)行設(shè)備，保證設(shè)備和人員的安全。

會(huì)議時(shí)，無(wú)臺(tái)口，伸展開(kāi)來(lái)可以把演出區(qū)和觀眾區(qū)連為一體，空間統(tǒng)一，場(chǎng)面宏麗多彩，簡(jiǎn)約而莊重，寓意民主開(kāi)放和政治、文化意義層面的的包容理念。舞臺(tái)上主席團(tuán)桌椅不少于8排，主席臺(tái)就座人數(shù)不少于150人；會(huì)議時(shí)，四周是一個(gè)完整的封閉空間，無(wú)鏡框式臺(tái)口，主席臺(tái)的側(cè)墻和頂部與大廳完全相同。如圖1所示。

演出時(shí)，通過(guò)自動(dòng)伸縮，形成演出臺(tái)口，滿足視覺(jué)以及舞臺(tái)燈光、音響、布景功能的特殊要求。如圖2所示。以綜藝類節(jié)目演出為主，臺(tái)口和演出空間能靈活調(diào)整，但由于如此高大的演出空間非常少見(jiàn)，是其特有的優(yōu)勢(shì)，也有可能完整地利用整個(gè)舞臺(tái)，創(chuàng)造出更新穎的演出形式。舞臺(tái)機(jī)械應(yīng)盡量為多種演出形式提供條件。

臺(tái)口處空間既是向觀眾廳傳遞聲音的“咽喉”，又是舞臺(tái)內(nèi)、外兩個(gè)聲學(xué)空間的耦合處，兼顧音響系統(tǒng)在會(huì)議和演出時(shí)的混響效果。既要保證在會(huì)議狀況下有良好的語(yǔ)言清晰度和聲場(chǎng)不均勻度，還須考慮在大型文藝演出時(shí)又能有相應(yīng)的音響效果。同時(shí)，還須注重會(huì)議設(shè)備配置的數(shù)字化及網(wǎng)絡(luò)化，力求使所有與會(huì)人員能在實(shí)際使用中獲得最好的感受效果。

圖1 大會(huì)堂會(huì)議時(shí)的舞臺(tái)

圖2 大會(huì)堂演出時(shí)的舞臺(tái)

表2 多功能廳舞臺(tái)機(jī)械設(shè)備參數(shù)

4.5 控制系統(tǒng)

大會(huì)堂舞臺(tái)機(jī)械控制系統(tǒng)為“神舟-3000”，是分布式開(kāi)放控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)已在國(guó)內(nèi)數(shù)十個(gè)大中型劇場(chǎng)中投入使用，運(yùn)行穩(wěn)定、性能優(yōu)良。其觸摸屏界面可以實(shí)現(xiàn)選擇設(shè)備、設(shè)備上電、選擇變頻器、執(zhí)行場(chǎng)景、報(bào)警復(fù)位、察看場(chǎng)景、設(shè)置數(shù)據(jù)、設(shè)置場(chǎng)景、歸零、系統(tǒng)操作、密碼管理等功能。

其他系統(tǒng)設(shè)備：臺(tái)下設(shè)備控制柜組位于-3 m標(biāo)高的舞臺(tái)機(jī)械設(shè)備控制室；臺(tái)上設(shè)備控制柜組分別位于+27 m標(biāo)高的上臺(tái)口天橋和下臺(tái)口天橋；伸縮臺(tái)口設(shè)備控制柜組控制系統(tǒng)安放在下場(chǎng)門(mén)側(cè)臺(tái)固定門(mén)架附近；舞臺(tái)機(jī)械控制室，位于下場(chǎng)門(mén)伸縮臺(tái)口固定門(mén)架外側(cè)（+5.4 m）處。有線移動(dòng)操作面板轉(zhuǎn)接箱，分布在主舞臺(tái)臺(tái)面中后部位等處。

6 多功能廳舞臺(tái)機(jī)械設(shè)備組成

多功能廳舞臺(tái)機(jī)械設(shè)備配置及參數(shù)如表2所示。設(shè)備控制柜西組、中組和東組，均位于設(shè)備轉(zhuǎn)換層西側(cè)。

政務(wù)廳

設(shè)有線移動(dòng)操作面板轉(zhuǎn)接箱，環(huán)形分布大廳內(nèi)周邊地面標(biāo)高0.6 m部位，多點(diǎn)配置。其主要設(shè)計(jì)目的是滿足在設(shè)備使用時(shí)的動(dòng)態(tài)組合上，做到安全、靈活、方便。其他要求類似臺(tái)上舞臺(tái)機(jī)械。

宴會(huì)廳和政務(wù)廳的舞臺(tái)機(jī)械配置與多功能廳類似。

7 結(jié)束語(yǔ)

隨著機(jī)械化舞臺(tái)技術(shù)的飛躍發(fā)展，舞臺(tái)機(jī)械設(shè)計(jì)與布局愈加復(fù)雜多樣，由數(shù)控技術(shù)實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜的變換和運(yùn)動(dòng)，把科技轉(zhuǎn)化為舞臺(tái)的表現(xiàn)形式，成為一種不可或缺的舞臺(tái)控制技術(shù)。

世博中心特別是大會(huì)堂的多功能舞臺(tái)，其形體、運(yùn)動(dòng)形式、與建筑的空間關(guān)系、可轉(zhuǎn)換的設(shè)備群組等，是現(xiàn)代綜合科技水平的集中反映。演藝設(shè)備服務(wù)于舞臺(tái)表演藝術(shù)，只有技術(shù)裝備滿足不斷推陳出新的文化藝術(shù)，才會(huì)被賦予生命。如果舞臺(tái)設(shè)備模式固定，只求量變，必然會(huì)帶來(lái)審美疲勞，再好的技術(shù)應(yīng)用也會(huì)失去藝術(shù)魅力。