兩千觀眾的空間變換——漢秀劇場(chǎng)活動(dòng)觀眾席介紹

李 利，鄭志榮，高敬東，邢 偉

（總裝備部工程設(shè)計(jì)研究總院，北京 100028）

1 概況

武漢萬(wàn)達(dá)漢秀劇場(chǎng)是由萬(wàn)達(dá)集團(tuán)投資25億元打造的世界頂級(jí)演藝劇場(chǎng)，劇場(chǎng)設(shè)計(jì)由馬克·費(fèi)舍爾先生完成，“漢秀”演出由弗蘭克·德貢先生執(zhí)導(dǎo)。2014年12月20日正式演出后，反響熱烈，引起全球演藝界轟動(dòng)。

其中由總裝備部工程設(shè)計(jì)研究總院研發(fā)和建設(shè)的活動(dòng)觀眾席，由一套1170座的升降座椅臺(tái)和左右對(duì)稱兩套415座的旋轉(zhuǎn)座椅臺(tái)組成。座椅臺(tái)的正前方是中心水池?；顒?dòng)觀眾席有兩個(gè)狀態(tài)，一是打開狀態(tài)，即旋轉(zhuǎn)座椅臺(tái)分開，升降座椅臺(tái)下降，觀眾席環(huán)繞中心水池的三面，構(gòu)成伸出式舞臺(tái)形式（見(jiàn)圖1）；二是合攏狀態(tài)，即升降座椅臺(tái)上升，旋轉(zhuǎn)座椅臺(tái)合攏，觀眾席面向水池和干式舞臺(tái)，構(gòu)成盡端式舞臺(tái)形式（見(jiàn)圖2）。這樣，隨著節(jié)目的進(jìn)展，座椅臺(tái)帶動(dòng)觀眾的視線時(shí)而聚焦在中心水池，時(shí)而面向干式舞臺(tái)，實(shí)現(xiàn)觀演模式的變化和全體觀眾的互動(dòng)。

在引人入勝的演出過(guò)程中，2000名觀眾隨著座椅臺(tái)升降或旋轉(zhuǎn)；待視角發(fā)生大尺度變化后，全體觀眾才意識(shí)到不知不覺(jué)地被“乾坤大挪移”，感受到前所未有的震撼，不由自主地發(fā)出驚嘆。

國(guó)內(nèi)外個(gè)別劇院也設(shè)有活動(dòng)座椅，可帶動(dòng)部分觀眾位置變化，但都不是全部觀眾參與，也從沒(méi)有如此大體量的活動(dòng)座椅。“漢秀”劇場(chǎng)活動(dòng)觀眾席，真正實(shí)現(xiàn)了所有觀眾觀演模式的變化，成為世界首創(chuàng)的2000座大型交互式觀演設(shè)備，是“漢秀”節(jié)目中最出彩的舞臺(tái)機(jī)械設(shè)備之一（見(jiàn)圖3）。

2 工藝要求

升降座椅臺(tái)面積超過(guò)1100 m2，設(shè)有1170個(gè)座位；移動(dòng)范圍在包廂層和夾層之間，標(biāo)高分別為+8.95 m和+2.62 m，行程6.33 m，用時(shí)約50 s。

每套旋轉(zhuǎn)座椅臺(tái)面積約560 m2，設(shè)有415個(gè)座位；可以圍繞中心轉(zhuǎn)軸實(shí)現(xiàn)70°旋轉(zhuǎn)，用時(shí)約110 s。

作為一個(gè)活動(dòng)觀眾席系統(tǒng)，不但是一個(gè)可以升降或旋轉(zhuǎn)的座椅臺(tái)，還是進(jìn)出通道、疏散、管理、VIP吧臺(tái)、燈光、音響、霧效、通風(fēng)等多項(xiàng)功能的活動(dòng)載體。

3 設(shè)備組成

3.1 升降座椅臺(tái)

升降座椅臺(tái)臺(tái)體為左右對(duì)稱的扇形鋼結(jié)構(gòu)，最大跨度67 m，分為21跨桁架；臺(tái)面由預(yù)制混凝土樓板建成，并分成不同梯層，可用來(lái)直接安裝座椅；臺(tái)體下面封裝聚丙烯板；臺(tái)體前沿有9組霧箱和8組燈箱。

升降座椅臺(tái)由安裝在臺(tái)體下方基坑內(nèi)的8只升降油缸支撐并驅(qū)動(dòng)其垂直升降。8只升降油缸的同步動(dòng)作是其關(guān)鍵技術(shù)點(diǎn)。每只升降油缸都有兩套常閉式的牙嵌機(jī)構(gòu)用于停機(jī)保護(hù)，即固定臺(tái)體位置。

臺(tái)體與墻體之間有4組導(dǎo)軌、8組導(dǎo)輪。同時(shí)每只升降油缸的套筒外均設(shè)有導(dǎo)輪，確保升降油缸只能豎直動(dòng)作。

3.2 旋轉(zhuǎn)座椅臺(tái)

旋轉(zhuǎn)座椅臺(tái)由臺(tái)體結(jié)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)機(jī)、手動(dòng)分區(qū)門、升降欄桿、出口廊道軌道墻、升降通風(fēng)筒、燈箱霧箱等組成。

臺(tái)體為不規(guī)則的扇形鋼結(jié)構(gòu)，通過(guò)2榀主梁、2榀環(huán)形梁及11榀次桁架連接而成；臺(tái)面鋪設(shè)預(yù)制混凝土樓板，并根據(jù)視線分析數(shù)據(jù)形成不同高度的臺(tái)階，臺(tái)階立面可用來(lái)直接安裝座椅；臺(tái)體前沿有5組霧箱和5組燈箱。

臺(tái)體的旋轉(zhuǎn)是通過(guò)液壓電機(jī)驅(qū)動(dòng)一套銷齒傳動(dòng)裝置撥動(dòng)安裝在臺(tái)體圓周的銷輪來(lái)實(shí)現(xiàn)的，驅(qū)動(dòng)裝置安裝在旋轉(zhuǎn)座椅臺(tái)兩個(gè)極限位置的公共交點(diǎn)處。行走輪軌道安裝在建筑基礎(chǔ)上，行走輪安裝在臺(tái)體上。由于工藝原因，軌道不連續(xù)，中間有一個(gè)寬度約3.3 m的溝槽，旋轉(zhuǎn)座椅臺(tái)在合攏位置時(shí)，臺(tái)體的一部分（II號(hào)主梁外側(cè)）處于懸臂狀態(tài)。

4 技術(shù)特點(diǎn)

活動(dòng)觀眾席體量大、負(fù)載重、功能完備、技術(shù)先進(jìn)，是相當(dāng)復(fù)雜的大型機(jī)電液系統(tǒng)，更涉及到燈光、音響、特效、通風(fēng)、建筑、裝修等多個(gè)專業(yè)，為世界首創(chuàng)?？偨Y(jié)其技術(shù)特點(diǎn)，主要有：

4.1 大跨度/大懸臂異形鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

升降座椅臺(tái)臺(tái)體為左右對(duì)稱的扇形結(jié)構(gòu)，外弧跨度76 m，內(nèi)弧跨度26 m，僅鋼結(jié)構(gòu)自重就達(dá)230 t。旋轉(zhuǎn)座椅臺(tái)外弧處的環(huán)梁弧長(zhǎng)約32 m，內(nèi)弧環(huán)梁弧長(zhǎng)約18 m，臺(tái)體最大半徑27 m，除中心轉(zhuǎn)軸及外弧環(huán)形梁下的行走輪外，其余位置無(wú)支撐，鋼結(jié)構(gòu)自重約160 t，總載荷約450 t。同時(shí)，臺(tái)體結(jié)構(gòu)中要考慮進(jìn)出通道、升降欄桿、管理用房、VIP吧臺(tái)，以及燈光、音響、霧效、通風(fēng)等多項(xiàng)功能的布置。

由于其跨度大、負(fù)載重、內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，常規(guī)方法根本無(wú)法完成設(shè)計(jì)。通過(guò)ProE三維設(shè)計(jì)和ANSYS結(jié)構(gòu)計(jì)算和優(yōu)化分析，很好地解決了這個(gè)問(wèn)題，最終滿足強(qiáng)度、剛度要求，最大限度地降低了結(jié)構(gòu)自重。

4.2 大容量高精度液壓同步系統(tǒng)

升降座椅臺(tái)由8只升降油缸支撐并驅(qū)動(dòng)，總負(fù)載量達(dá)到920 t，單只油缸最大負(fù)載180 t；油缸行程6.4 m，最大速度0.14 m/s，同步誤差要求＜10 mm。設(shè)計(jì)裝機(jī)總功率4110 kW，主油路額定流量8653 l/min。如此龐大復(fù)雜、高精度要求的液壓同步系統(tǒng)，在國(guó)內(nèi)外舞臺(tái)行業(yè)中絕無(wú)僅有。

泵站群由3個(gè)主泵站、1個(gè)輔助泵站構(gòu)成。3個(gè)主泵站提供的液壓油合流后由控制部分分配給8只升降油缸，可互為備份。系統(tǒng)采用插裝閥控制技術(shù)，用三通閥控制速度，插裝閥控制方向，拉線傳感器進(jìn)行位置檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)位置和速度的比例控制。

4.3 應(yīng)用多項(xiàng)安全裝置

2000位觀眾在活動(dòng)觀眾席上觀看一個(gè)多小時(shí)的節(jié)目，安全問(wèn)題是重中之重。為此，座椅臺(tái)上應(yīng)用了多項(xiàng)安全裝置。

升降座椅臺(tái)的每只升降油缸均安裝在帶牙嵌的套筒中，外面都有兩套常閉式的牙嵌機(jī)構(gòu)用于停機(jī)保護(hù)，可實(shí)現(xiàn)任意位置的安全鎖定。

一旦出現(xiàn)故障導(dǎo)致升降座椅臺(tái)停在樓層之間時(shí)，允許觀眾通過(guò)座椅臺(tái)后部的兩部疏散樓梯安全撤離。疏散樓梯可通過(guò)本地的電動(dòng)或手動(dòng)進(jìn)行操控，保證座椅臺(tái)始終能與建筑通道保持連接。

升降座椅臺(tái)下方安裝有3套激光掃描儀，時(shí)刻監(jiān)視人員進(jìn)入。

旋轉(zhuǎn)座椅臺(tái)合攏時(shí)，臺(tái)體處于大懸臂狀態(tài)，在環(huán)形梁的末端設(shè)置了配重塊，防止臺(tái)體傾翻。在軌道末端設(shè)置有機(jī)械擋塊，確保臺(tái)體運(yùn)行不超程。

在兩套旋轉(zhuǎn)座椅臺(tái)合攏狀態(tài)的分界處，各設(shè)置有一套電動(dòng)升降欄桿及手動(dòng)分區(qū)門，用于安全防護(hù)和將兩個(gè)座椅臺(tái)區(qū)域分隔開，防止人或物墜落到水池中。

在每套旋轉(zhuǎn)座椅臺(tái)的外環(huán)處設(shè)置有一套出口廊道軌道墻，使臺(tái)體運(yùn)行過(guò)程中形成不同進(jìn)深的通道，并防止旋轉(zhuǎn)座椅臺(tái)上的人員墜落。

靠近水池部分的驅(qū)動(dòng)一律采用24 V安全供電。座椅臺(tái)的下部均采用絕緣性能優(yōu)良的聚丙烯板封閉，最大限度保證用電安全。

通過(guò)設(shè)置升降座椅臺(tái)和旋轉(zhuǎn)座椅臺(tái)之間以及內(nèi)部設(shè)備的互鎖，確保設(shè)備安全運(yùn)行。

4.4 電氣控制系統(tǒng)安全可靠

由于控制點(diǎn)非常多，電氣控制系統(tǒng)的安全可靠要求極高。

采用歐洲的最高標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，嚴(yán)格按EN61508 SIL3標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。配置了多級(jí)限位開關(guān)保護(hù)（有些另加軟件限位開關(guān)）。為保證系統(tǒng)長(zhǎng)期可靠穩(wěn)定運(yùn)行，主要控制部件均采用進(jìn)口品牌產(chǎn)品，采用西門子的運(yùn)動(dòng)控制器來(lái)處理快速和穩(wěn)定的運(yùn)行。

5 結(jié)束語(yǔ)

武漢萬(wàn)達(dá)漢秀劇場(chǎng)2000座活動(dòng)觀眾席功能完備、技術(shù)先進(jìn)，真正實(shí)現(xiàn)所有觀眾觀演模式的變化，成為世界首創(chuàng)的大型交互式觀演設(shè)備。為達(dá)到創(chuàng)意要求，采用先進(jìn)設(shè)計(jì)理念和技術(shù)方法，科學(xué)有效地組織和管理，攻克了一道道技術(shù)難關(guān)，成功解決了若干難題。

為確保設(shè)備安全可靠運(yùn)行，最大限度地降低風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)升降座椅臺(tái)和旋轉(zhuǎn)座椅臺(tái)進(jìn)行了充分的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估分析。對(duì)其多個(gè)可能存在安全隱患的方面進(jìn)行分析，從設(shè)計(jì)、采購(gòu)、制造、安裝、使用、管理等各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行控制，均達(dá)到風(fēng)險(xiǎn)可控，保證活動(dòng)觀眾席安全、穩(wěn)定運(yùn)行。

如此復(fù)雜的大型機(jī)電液系統(tǒng)，雖然已經(jīng)成功投用，但是后期的維護(hù)保養(yǎng)仍然是一項(xiàng)艱巨任務(wù)。設(shè)備使用方應(yīng)高度重視、嚴(yán)密組織、精心檢查，方能確保該設(shè)備長(zhǎng)期安全穩(wěn)定運(yùn)行。