蘭州音樂廳舞臺機(jī)械設(shè)備配置及控制系統(tǒng)

劉建國 王宏武 龔建興 張瑾

[摘要]從舞臺機(jī)械配置方案和控制系統(tǒng)兩個(gè)方面，介紹蘭州音樂廳舞臺機(jī)械設(shè)計(jì)的特點(diǎn)。

[關(guān)鍵詞]蘭州音樂廳；舞臺機(jī)械；設(shè)備配置；控制系統(tǒng)

蘭州音樂廳位于水車博覽園東側(cè)、金雁黃河大橋西南側(cè)。該劇場地理位置特殊，背靠黃河，建筑設(shè)計(jì)特將舞臺天幕區(qū)后墻設(shè)計(jì)為開放式，以黃河為演出“背景”，由此在臺下設(shè)備配置方面進(jìn)行了創(chuàng)新設(shè)計(jì)。音樂奏起，舞臺天幕位置后墻兩臺對開門裝置緩緩打開，視線透過對開門的幕墻，黃河璀璨迷人的夜景一覽無余，懸掛在舞臺后側(cè)的LED屏演繹出燦爛奪目的蘭州文化，吱呀的水車伴著嘩啦啦黃河水緩緩轉(zhuǎn)動，營造出實(shí)景黃河與與古老水車交相輝映的精彩效果，全方位展現(xiàn)出蘭州音樂廳的新奇魅力。

蘭州音樂廳建成后成為蘭州市重要的集大型歌舞表演、文藝演出、大型音樂會，兼顧會議、展覽的多功能劇院，同時(shí)也是一座兼顧城市文明與社會公共效益的大型文化交流中心。

舞臺設(shè)計(jì)為鏡框式，設(shè)主舞臺和兩側(cè)舞臺。

平而：舞臺進(jìn)深22.5m，開間64.6m；側(cè)臺進(jìn)深15.0m；主臺寬度35.0m，左、右側(cè)臺寬度（凈寬）均為14.8m；舞臺臺口寬度22.0m；樂池開口寬度14.5m～17.0m，進(jìn)深大于3.6m；舞臺后區(qū)對開門裝置開口寬度22.0m（劇院背靠黃河，舞臺天幕區(qū)后墻設(shè)計(jì)為開放式，特配置一套對開門裝置，可將實(shí)景黃河作為演出背景）：各層天橋?qū)挾?m～3m，保證天橋邊緣間距不小于29m，且在臺倉邊緣設(shè)置夾層（演出通道），以方便演出使用。

剖而：舞臺臺口凈高11.Om，主臺設(shè)三層天橋；舞臺后區(qū)對開門裝置開口高度12.Om；主舞臺凈高26.5m（屋架卜^弦）；主舞臺吊點(diǎn)梁設(shè)計(jì)要求凈高26.2m（吊點(diǎn)梁、柵頂設(shè)計(jì)為雙層結(jié)構(gòu)形式，間距2.5 m）；側(cè)臺通主舞臺高度12.0m；舞臺后區(qū)升降臺基坑深度10.0m，設(shè)一層夾層（根據(jù)設(shè)備安裝、運(yùn)行空間、安全空間、演出通道空間需要）；樂池基坑深度大于4.5m。

（1）不同的藝術(shù)表演形式和內(nèi)容對舞臺布局及舞臺設(shè)備、舞臺燈光、建筑聲學(xué)都有不同要求。蘭州音樂廳在建造形式上要完全滿足現(xiàn)代大型歌舞劇表演對舞臺臺深、臺寬的需要。舞臺表演區(qū)的正確分區(qū)至關(guān)重要，決定著主舞臺工藝布置是否合理。在各類劇種中，舞劇主要以舞蹈和音樂來演繹劇情，演員表演活動范圍相對較大，一般認(rèn)為舞劇的表演區(qū)最大；歌劇的表演區(qū)相對于舞劇較淺，但其景區(qū)通常要比舞劇的表演區(qū)深。所以，該劇場以大幕線為工藝布置的基準(zhǔn)線，對舞臺進(jìn)行如F分區(qū)：大幕線前的1.5m設(shè)置為臺口深度區(qū)，大幕線后約14m為表演區(qū)，表演區(qū)后為遠(yuǎn)景區(qū)及天幕燈光區(qū)。吊桿均設(shè)置在表演區(qū)和遠(yuǎn)景區(qū)，且應(yīng)分區(qū)布置。一般情況下，要滿足這些要求，主舞臺臺深需要設(shè)置在20m以上。

（2）通常話劇、戲曲這兩類劇種要求的表演區(qū)深度較淺，在該劇場中，舞臺大幕線后6m設(shè)置為這兩類刷種表演區(qū)，在此位置設(shè)置一道“二道幕”，滿足戲曲表演的需要。根據(jù)舞臺分區(qū)需要，可設(shè)置兩道二道幕及一道底幕，舞臺天幕采用升降天幕。

（3）主舞臺較寬，天橋橋光很難滿足演出時(shí)對側(cè)光及舞臺兩側(cè)流動燈光的要求，所以，設(shè)置二維燈光吊籠（吊架）增加舞臺側(cè)光，可設(shè)置流動燈架解決舞臺兩側(cè)流動燈光照明的要求。

（4）根據(jù)專業(yè)劇場功能特點(diǎn)，為滿足各類演出需要，增加表演的立體效果，實(shí)現(xiàn)表演過程中的快速換景等功能，臺面設(shè)備在舞臺表演區(qū)配置升降臺，使整個(gè)舞臺從功能和安全性方面更加完善。

（5）大部分舞臺設(shè)備控制采用計(jì)算機(jī)控制方式，部分設(shè)備采用變頻調(diào)速，可有效保證設(shè)備的控制定位精度及安全性能。

（6）因劇場地理位置特殊，舞臺背面為黃河，為增加演出效果，舞臺天幕區(qū)后墻為“開放式”，配置了一套對開門裝置。

3舞臺機(jī)械配置方案

3.1臺上機(jī)械設(shè)備配置

臺上機(jī)械設(shè)備（圖1）包括臺口單點(diǎn)吊機(jī)（能將幾個(gè)吊點(diǎn)組合在一起進(jìn)行同步運(yùn)行，也可分別運(yùn)行[2]）、主舞臺自由單點(diǎn)吊機(jī)（可變頻調(diào)速，可以根據(jù)演出需要在設(shè)定的行程范圍內(nèi)移動吊點(diǎn)）、臺口防火幕、舞臺吊桿、大幕機(jī)、活動假臺口頂片、側(cè)片、聲反射罩翻轉(zhuǎn)吊桿、二道幕機(jī)、音樂反射板、側(cè)燈光吊籠、臺上舞臺計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。其具體參數(shù)見表1，工藝布置見圖2。

3.2臺下機(jī)械設(shè)備配置

鑒于建筑初設(shè)特點(diǎn)及功能定位要求，臺下機(jī)械設(shè)備的配置方案（圖3）為“樂池升降護(hù)欄+樂池升降臺+后區(qū)升降臺（分塊式）”，具體參數(shù)見表2，工藝布置見圖4。該方案為專業(yè)性劇場比較流行、超前且實(shí)用的舞臺臺而工藝方案。

（1）在舞臺和觀眾廳之間配置樂池升降護(hù)欄（JCl.1）1臺，樂池升降臺（JCl.2）2臺，兩者配合使用可調(diào)整舞臺和觀眾廳的有效而積。當(dāng)樂池升降臺臺面上升至與舞臺而平齊的位置時(shí)，就會使舞臺表演區(qū)域擴(kuò)大；當(dāng)樂池升降臺臺而卜.降至與觀眾廳地而甲齊時(shí)，觀眾廳的使用而積就會增大；當(dāng)樂池升降臺下降到某一位置，可作為樂隊(duì)演奏的區(qū)域；可根據(jù)劇情需要參與表演：欄桿升起還能起到安全防護(hù)作用，以確保升降樂池安全使用。

（2）在主舞臺主表演區(qū)后區(qū)設(shè)置6臺升降臺（JCl.3、JCl.4），升降臺行程均為升3.0m、降4.5m（以舞臺而為基準(zhǔn)），既可同時(shí)升降，也可獨(dú)立升降。

（3）在舞臺天幕區(qū)設(shè)置2臺后舞臺對開大門（JCl.5），可參與演出，外側(cè)與外墻裝飾一致，內(nèi)側(cè)還可作為懸掛后區(qū)“LED背景墻”的載體。

4舞臺機(jī)械控制系統(tǒng)概述

4.1系統(tǒng)總述

該控制系統(tǒng)控制的設(shè)備由1套升降對開大幕機(jī)（調(diào)速），42遂舞臺吊桿（調(diào)速），1套活動假臺口（定速、包括頂片及兩個(gè)側(cè)片），2道二道幕（調(diào)速），8套側(cè)燈光吊籠（定速），1道聲反射罩翻轉(zhuǎn)吊桿（調(diào)速），1道聲反射罩頂片提升機(jī)（調(diào)速），6臺臺口單點(diǎn)吊機(jī)（調(diào)速），12臺自由單點(diǎn)吊機(jī)（調(diào)速），1臺樂池升降護(hù)欄（定速），1臺樂池升降臺（調(diào)速），6臺主升降臺（調(diào)速）和1套（兩片）后臺口對開大門（調(diào)速）組成。

控制系統(tǒng)具備主控臺備份操作、主控計(jì)算機(jī)操作（通過工業(yè)以太網(wǎng)對設(shè)備進(jìn)行控制）、移動計(jì)算機(jī)操作（通過工業(yè)以太網(wǎng)對設(shè)備進(jìn)行控制）及手持式操作盒（緊急控制）操作等四種操作方式。此外，上位管理計(jì)算機(jī)設(shè)有一個(gè)針對內(nèi)部人員開放的最高權(quán)限用戶，具有整個(gè)劇場舞臺機(jī)械的全方位管理、配置和操作權(quán)限（包括劇目場次操作等功能的權(quán)限）。

控制系統(tǒng)上、下位機(jī)間采用以太網(wǎng)通信，下位機(jī)與各變頻器之間采用PROFIBL'S-DP通信，完全滿足實(shí)時(shí)控制需要。所有設(shè)備實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)管理控制，所有設(shè)備均具備行程、超行程保護(hù)和過載保護(hù)功能（對自由單點(diǎn)吊機(jī)還設(shè)有防鋼絲繩纏滿保護(hù)功能）；對有定位要求的設(shè)備實(shí)現(xiàn)任意位置定位，定位精度不大于±3 mm，對有同步要求的設(shè)備實(shí)現(xiàn)任意設(shè)備組合同步運(yùn)行，同步精度不大于±5 mm。

控制系統(tǒng)配備在線式不間斷電源（ L-PS）供電。當(dāng)主電源出現(xiàn)故障時(shí)，UPS可以向控制系統(tǒng)供電；UPS的容量滿足控制系統(tǒng)運(yùn)行30 min。UPS裝置有故障顯示、報(bào)警、故障診斷和保護(hù)措施。當(dāng)UPS能源不足以維持控制系統(tǒng)正常運(yùn)行之前，系統(tǒng)可按適當(dāng)?shù)捻樞蜿P(guān)閉。

4.2控制要求

（1）同步運(yùn)行功能。42道電動吊桿、6道燈光吊桿、2道側(cè)燈光吊桿、6臺臺口單點(diǎn)吊機(jī)、12臺自由單點(diǎn)吊機(jī)及6臺主升降臺要求具有同步運(yùn)行功能，同步運(yùn)行功能分為同步運(yùn)動（速度同步與位移同步）以及追擊同步運(yùn)動（以甲目標(biāo)為參照物，乙目標(biāo)快速響應(yīng)，追擊甲目標(biāo)，從而與甲目標(biāo)保持同步）兩種。6臺主升降臺采用雙環(huán)控制，均利用絕對型旋轉(zhuǎn)編碼器檢測設(shè)備的運(yùn)行距離。

（2）調(diào)速設(shè)備制動器與電機(jī)之間的協(xié)調(diào)控制，即變頻器采用制動器邏輯控制模式（變頻器停止前先減速，停止時(shí)與制動器同時(shí)動作）。調(diào)速設(shè)備用變頻器的最小工作頻率為在調(diào)速設(shè)備最大載荷下能使調(diào)速設(shè)備動作的最小速度頻率[3]。

（3）一場次可以運(yùn)動的設(shè)備個(gè)數(shù)原則上沒有限制、設(shè)備的運(yùn)行方向不受限制?？纱鎯Φ淖钌賵龃尾恍∮?000場。

（4）單臺調(diào)速設(shè)備運(yùn)行，通常分為設(shè)定位置、速度和設(shè)定行程、速度兩種運(yùn)行模式，即任一調(diào)速設(shè)備在初始位置時(shí)，依據(jù)設(shè)定的位置或行程以設(shè)定的速度來運(yùn)行。位置量用相對調(diào)速設(shè)備的某一個(gè)限位的高度來表示，而行程量則是以該調(diào)速設(shè)備初始位置為基準(zhǔn)，并且具有方向性。

（5）所有臺上定位設(shè)備均利用增量型旋轉(zhuǎn)編碼器檢測設(shè)備的運(yùn)行距離。不同的設(shè)備每個(gè)脈沖對應(yīng)的距離傣可能不同，程序中應(yīng)有可設(shè)置比例系數(shù)的參數(shù)，將不同設(shè)備的脈沖輸入使進(jìn)行處理后顯示。

（6）每個(gè)定位設(shè)備在每次運(yùn)行停止時(shí)，均應(yīng)檢測設(shè)備停止位置與要求位置的誤差。如果誤差大于3mm，則應(yīng)啟動誤差修正系統(tǒng)，使之在下次運(yùn)行時(shí)將誤差減去（提前停止），或設(shè)有誤差修正界面由用戶自行選擇來修正。

（7）多臺同類調(diào)速設(shè)備運(yùn)行：分為設(shè)定位置（各調(diào)速設(shè)備位置、速度相同或不同）速度或設(shè)定行程（各調(diào)速設(shè)備行程、速度相同或不同）速度幾種，并以設(shè)定的速度（各調(diào)速設(shè)備速度相同或不同）運(yùn)行。

（8）所有具有定位要求的設(shè)備零位均以舞臺面作為零位，高于舞臺面位置值為正值，低于舞臺而位置使為負(fù)值；所有具有定位要求的吊掛類設(shè)備均應(yīng)設(shè)有上下軟限位。

4.3故障診斷及安全保護(hù)措施

對于控制系統(tǒng)的異?，F(xiàn)象和控制元器件的故障，系統(tǒng)會發(fā)出報(bào)警，提示操作人員。對于危險(xiǎn)信號則直接中斷設(shè)備運(yùn)行，避免造成設(shè)備和人員損傷[4]。

（1）調(diào)速設(shè)備在行程開關(guān)位置之前設(shè)有減速開關(guān)，一旦減速開關(guān)閉合，設(shè)備被強(qiáng)制以低速運(yùn)行。

（2）設(shè)備升降限位：設(shè)備升降時(shí)有行程開關(guān)；行程開關(guān)使電機(jī)停止運(yùn)行；系統(tǒng)檢測設(shè)備到達(dá)行程開關(guān)位置則不允許再向極限外方向運(yùn)行。

（3）設(shè)備均設(shè)置有超程保護(hù)開關(guān)，在行程控制失靈時(shí)起作用，強(qiáng)制斷開電機(jī)主回路，防止設(shè)備損壞和事故發(fā)生。

（4）系統(tǒng)設(shè)置超載保護(hù)功能。當(dāng)設(shè)備負(fù)載超過額定負(fù)載時(shí)將終止設(shè)備運(yùn)行。

（5）危險(xiǎn)設(shè)備運(yùn)行限制：對于某些暫時(shí)不宜運(yùn)行的有危險(xiǎn)的設(shè)備，可以限制其運(yùn)動。

（6）未運(yùn)行急停：應(yīng)該運(yùn)行的設(shè)備由于某種原岡未運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)可診斷出故障，并迅速報(bào)警與處理。

（7）對于升降臺等的防剪切信號的響應(yīng)與處理，同時(shí)立即終止設(shè)備運(yùn)行。

（8）對變頻器的報(bào)警要求有相應(yīng)的處理以及各種抗干擾措施。

5結(jié)語

隨著舞臺機(jī)械行業(yè)的發(fā)展，劇場對舞臺機(jī)械設(shè)備配置和控制技術(shù)的要求也在不斷提高。蘭州音樂廳舞臺機(jī)械的設(shè)備配置和控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，借鑒國內(nèi)外劇場建設(shè)的優(yōu)秀經(jīng)驗(yàn)，融合中國舞臺表演藝術(shù)的豐富實(shí)踐，再結(jié)合特殊地理位置和當(dāng)?shù)貍鹘y(tǒng)文化，自主創(chuàng)新，采用新技術(shù)、新工藝，將蘭州音樂廳打造成集演出劇場、群眾文化活動、多媒體教育、承接大型會議等功能于一體的綜合性專業(yè)文化場館。蘭州音樂廳建成后，作為絲路重鎮(zhèn)的古老金城第一次真正擁有了屬于自己的音樂廳，一座屬于百姓的高雅藝術(shù)殿堂，一處展現(xiàn)文化自信、而向世界的文化之窗。

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