采用升降立柱裝置實現(xiàn)保護彈網(wǎng)支設的實踐

馮 朝

（上海文化廣播影視集團有限公司，上海 200041）

雜技高空類節(jié)目演出需要設置保護網(wǎng)，保護網(wǎng)支護常需要在前排觀眾區(qū)設置臨時拉網(wǎng)點，利用可借用的墻面、欄桿或預設的拉結點。由于保護網(wǎng)大，張掛點多，其架設與拆除較為費時，為搶時間需要投入較多人力，且手動操作，十分不便。為解決保護網(wǎng)支設問題，賦予保護網(wǎng)更多的功能和演出載體的轉(zhuǎn)化，提出在舞臺邊設立升降立柱進行保護網(wǎng)支設的設想。

初步設想是在舞臺附件設立可升降立柱，采用最少的立柱完成保護主網(wǎng)的支設，或更進一步讓立柱承擔起拉力要求更高的蹦床彈網(wǎng)的支設，實現(xiàn)蹦床類表演，豐富空中類節(jié)目與彈網(wǎng)類節(jié)目的演出內(nèi)容，構成及功能如下：

（1）立柱是掛網(wǎng)活動的條件，可將立柱“升”“降”看作一個獨立的單一動作，由專門的裝置完成；

（2）拉網(wǎng)繩子受轉(zhuǎn)動驅(qū)動，繩子對網(wǎng)產(chǎn)生拉緊和松開的動作，同眾人配合拉網(wǎng)，存在動作時機，但繩子的“收”與“放”是獨立的運動；

（3）掛網(wǎng)需有掛點，拉網(wǎng)時繩子的高度，或者演出的高度，比如走鋼絲表演的高度、蹦床網(wǎng)的高度，把這些高度看作不同的檔位，要有專門的機構將繩子掛至不同檔位，就是出繩位置調(diào)節(jié)裝置，其活動獨立于前兩者，且檔位調(diào)節(jié)只能依附于立柱來實現(xiàn)。

基于上述設計思想，設計了采用4套立柱裝置構成支網(wǎng)系統(tǒng)的解決方案，實現(xiàn)空中類節(jié)目保護網(wǎng)甚至蹦床類節(jié)目彈網(wǎng)的支扶。

1 立柱裝置的構造

每根升降立柱裝置由座架、立柱體、動力驅(qū)動組件、出繩滑輪組件、拉網(wǎng)鋼絲繩和安全掛鉤、拉力測量組件、調(diào)節(jié)和控制器組成，升降立柱裝置構造，如圖1所示。其動力和傳動組件包括驅(qū)動立柱體升降的電機、減速機、制動器、聯(lián)軸器及相連的剛性鏈等，驅(qū)動拉繩高度調(diào)節(jié)的伺服電機和收繩緊繩的卷揚機電機。座架基礎、卷揚機組、立柱驅(qū)動組件固定在地下設備室地面。

圖1 升降立柱裝置示意圖

圖2 導向支架與轉(zhuǎn)換架示意圖

圖3 立柱與剛性鏈的位置圖

圖4 出繩位置調(diào)節(jié)機構示意圖

座架、可升降的立柱體均采用鋼結構。座架含基礎底座、連接框體和上部樓板處的轉(zhuǎn)換架，是支撐和穩(wěn)固立柱體的主要結構構件。導向組件的導向支架和滑軌借助座架連接框固定，并在上方舞臺樓板面，通過轉(zhuǎn)換架與錨固在舞臺地面洞口的導靴連接，構成上下多處固定，保證升降平順。轉(zhuǎn)換架內(nèi)側(cè)安裝溝槽和聚四氟乙烯滑塊，立柱升上舞臺后在此實現(xiàn)導向與柱根的多節(jié)緊密耦合，并被牢牢頂壓住。導向支架與轉(zhuǎn)換架的構造如圖2所示。

立柱體采用格構式，總長4.16 m，升降行程3.2 m，出舞臺表面部分作美化處理，面朝舞臺中心的側(cè)面留有2.2 m長的出繩縫，出繩縫采用尼龍條封擋；立柱體外側(cè)設有與導向支架滑軌配合的滑槽，立柱體平時收納在座架內(nèi)，升降時候立柱體沿導向支架滑動。立柱體底部通過連接板與立柱驅(qū)動組件的剛性鏈連接，實現(xiàn)立柱體的升降驅(qū)動。全套剛性鏈和驅(qū)動裝置設置在舞臺地下設備間，剛性鏈作為驅(qū)動立柱體運動的組件，直接帶動立柱體的升降。立柱與剛性鏈的位置如圖3所示。

圖5 立柱體截面圖

為了達到掛點和掛點位置自動調(diào)整，在立柱體鋼結構內(nèi)部的豎直方向，分別安排了出繩滑輪組件和出繩位置調(diào)節(jié)機構。出繩位置調(diào)節(jié)機構包括伺服電機和沿立柱框架自上而下安裝的前后兩副滾珠絲杠，如圖4所示，立柱體截面如圖5所示。伺服電機固定于立柱框架下部中央位置，電機轉(zhuǎn)軸上疊合有棘輪與主齒輪，滾珠絲杠上下端分別與立柱上頂板和2個從齒輪盤連接固定，出繩滑輪組件的軸承基座與絲杠鎖母連接固定。滾珠絲杠的功能是將回轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為直線運動，當伺服電機開始運轉(zhuǎn)，中央的主齒輪帶動兩邊的從齒輪同向轉(zhuǎn)動，滾珠絲杠跟隨回轉(zhuǎn)，從而帶動出繩滑輪組件作上下移動，改變出繩的位置高度。絲杠長度3 m，出繩點上下位置可調(diào)整范圍為2.2 m。

立柱體內(nèi)的出繩滑輪組件，包括電動滑輪以及其導向運動機構，主要用作卷揚機送繩或收繩的導向，并在滾珠絲杠的轉(zhuǎn)動下達到出繩位置上下移動的調(diào)節(jié)作用。

卷揚機系統(tǒng)包括電機、卷筒以及鋼絲繩，如圖6所示。電機帶動卷筒旋轉(zhuǎn)，收入或放出鋼絲繩。卷揚機動力設備和卷筒設置于舞臺地下設備間地面。卷筒鋼絲繩經(jīng)座架導向，豎直從立柱體內(nèi)通過，再經(jīng)立柱體內(nèi)的出繩滑輪組件，從出繩位置縫隙水平引出，出繩繩頭裝有安全掛鉤，可與拉網(wǎng)繩索進行掛接。

卷揚機卷筒上安裝有棘輪和棘爪，如圖7所示，其作用是保證鋼絲繩的單向運動，防止拉網(wǎng)期間的逆轉(zhuǎn)。棘輪和棘爪起到了如同手動緊繩器的作用，在收繩階段，既能步進調(diào)節(jié)，防止網(wǎng)繩逆向動作，又能起到鎖定的作用。

圖6 卷揚機系統(tǒng)平面圖

圖7 卷揚機棘輪棘爪示意圖

卷揚機減速器尾部安裝了行程檢測裝置，作為立柱升降階段繩子收放的統(tǒng)計輔助，記錄繩子送出或收回長度，對多放出的繩子會收回同樣多的繩子，從而保證收繩一致。系統(tǒng)電腦會根據(jù)場景預設數(shù)據(jù)，巡檢預設定量與反饋讀數(shù)，以便警示幾個立柱掛點的狀態(tài)。

2 立柱主要功能的實現(xiàn)

立柱的剛性鏈、卷揚機、滾珠絲杠三大組件分別對應升降、出繩高低調(diào)節(jié)和拉網(wǎng)纜繩收放的功能。立柱運動、人工掛繩、出繩高度調(diào)節(jié)、收放繩、同步緊繩這些動作存在許多組合，各組合在電腦控制下根據(jù)場景設計要求，形成與演出內(nèi)容一致的動作效果。

以立柱的上升為例，當收到“升柱”動作信號，立柱從位于地下室的收藏狀態(tài)，轉(zhuǎn)為上升啟動狀態(tài)，剛性鏈驅(qū)動立柱鋼結構沿座架導向支架滑升，卷揚機同步啟動；立柱從舞臺面升出，出繩滑輪組件從位于立柱內(nèi)的高點位置，隨著滾珠絲杠驅(qū)動滑輪組件移動下行，卷揚機放繩機構放出鋼絲繩與掛鉤，等待人員掛網(wǎng)。當立柱升到最高點，卷揚機轉(zhuǎn)換為收繩，絲杠切換為向上移動，出繩位置跟隨滑輪組件上移直至到達演出拉網(wǎng)高度而停止，卷揚機繼續(xù)收緊繩子，直到立柱達到演出要求的緊繩拉力值。

立柱的“降柱”動作，立柱內(nèi)的電機驅(qū)動滾珠絲杠與出繩滑輪組件下降到合適位置，卷揚機放繩，演員將網(wǎng)從安全掛鉤上摘下，出繩滑輪在電機驅(qū)動下向上復位，同時剛性鏈驅(qū)動立柱整體下降，卷揚機收繩，直至立柱頂面與舞臺面齊平。

立柱的“升”“降”過程中，唯一需要人工參與的是網(wǎng)繩的掛鉤動作。其一，考慮到每個人的動作時間不一，由絲杠驅(qū)動的出繩滑輪組件被設計為先向下移動、再向上移動的過程，故無需過多考慮掛鉤的最佳位置；絲杠單次全程移動時間為7 s，其時間也可根據(jù)實際運轉(zhuǎn)情況調(diào)整。其二，考慮了拉網(wǎng)鋼絲繩長度因素，因網(wǎng)大小不一，需要拉網(wǎng)繩子的長短不同，故演員需要等待一定長度的鋼絲繩全部吐出來后才能完成掛網(wǎng)；立柱最長出繩3 m，鋼絲繩跟隨立柱到達頂點前，原被收納的鋼絲繩會被全部放出以適合不同的拉繩長度需要。

鋼絲繩出繩位置調(diào)節(jié)設計了較大的變動范圍。立柱絲杠有2.2 m的可調(diào)范圍，出繩高點在舞臺面3 m處，低點在舞臺面0.8 m位置。當每根立柱被指定不同的拉網(wǎng)高度，如空中節(jié)目保護網(wǎng)不同高低的掛點位置；或不同的演出平臺使用，如利用立柱架設的走鋼絲節(jié)目；或根據(jù)演出內(nèi)容需要，如演出前奏的“網(wǎng)緩起”和演出近尾聲的“網(wǎng)緩降”的特定狀態(tài)；以及當一種演出方式轉(zhuǎn)換為另一種而進行的“換場調(diào)節(jié)”，均需要出繩移動調(diào)節(jié)。

以上需要的緩“上網(wǎng)”和緩“下網(wǎng)”動作，須解除出繩鎖定后才可調(diào)節(jié)。前者代表網(wǎng)已掛鉤，演員與道具在表演中乘網(wǎng)還在地面或較松弛的狀態(tài)時入網(wǎng)，方便如自行車等道具的上網(wǎng)。后者代表演出接近尾聲，演員和道具隨網(wǎng)放松降下至最低的高度然后下網(wǎng)，營造出演出銜接的自然緊湊。

為保證數(shù)根立柱組成的支網(wǎng)系統(tǒng)，立柱拉力均能達到預設定量，支網(wǎng)被最終均勻拉直，每根立柱都安裝了繩纜拉力感應器，感應器反饋數(shù)據(jù)作為系統(tǒng)電腦判斷柱子是否仍需要繼續(xù)加力的依據(jù)，并根據(jù)場景設定數(shù)值執(zhí)行對應動作。立柱卷揚機組件利用卷筒棘輪棘爪的單向收繩功能，在每一次的拉力信號要求下，逐步拉緊網(wǎng)繩，達到自動緊繩的目的。各拉點在系統(tǒng)電腦的統(tǒng)一指揮下被均勻拉緊，無拉繩過長過短現(xiàn)象。

3 立柱裝置的特點與解決措施

采用立柱裝置構成的支網(wǎng)系統(tǒng)，做到掛后不管，可以減輕人力，提高掛網(wǎng)效率；能夠?qū)崿F(xiàn)“一柱多用”和“一網(wǎng)兩用”，使演出的形式和內(nèi)容有更多的選擇，增加空中類節(jié)目和彈網(wǎng)類節(jié)目的融合，利于新節(jié)目的推出。

3.1 減少拉點

采用立柱自動拉網(wǎng)的一個目的是要減少拉點，而不僅僅是代替人工支網(wǎng)，要用較少的立柱來承擔原來全部拉點的拉力，需要增大每一個拉點的拉力，涉及到配置多少立柱、設置多大的立柱間距問題。

以《空中浪橋雙向飛人》節(jié)目為例，護網(wǎng)中間段保護范圍長12 m、寬9 m，離地2.5 m，兩側(cè)等寬的側(cè)護網(wǎng)，側(cè)向延伸至15 m高處。全網(wǎng)合計30多個拉網(wǎng)點，其中，中間段前后共12個拉點，6個為多爪拉點，手動緊繩，每處拉點拉力在220 kg～440 kg之間不等。

采用4套升降立柱裝置支設以上保護網(wǎng)，立柱裝置位于馬圈舞臺14 m×12 m矩形的邊角位置，立柱均升至最高高度3.2 m，拉網(wǎng)出繩位置高度3.0 m，均使用多爪拉索與立柱掛鉤連接；而側(cè)護網(wǎng)仍使用原拉點位置，即利用舞臺兩側(cè)上方馬道和空中龍門架完成拉護，如圖8所示。

4根立柱因拉網(wǎng)高度一致，在護網(wǎng)被拉伸至與原形態(tài)基本一致時，前后主索順直，網(wǎng)中部因自重自然下垂，拉網(wǎng)拉力均顯示在近1 000 kg，人員下落和踩網(wǎng)無觸地，與手動支網(wǎng)無差異。

3.2 一網(wǎng)兩用

采用立柱的另一個目的是實現(xiàn)一網(wǎng)兩用?？罩蓄惞?jié)目的護網(wǎng)僅實現(xiàn)防止人員失誤落下的保護功能，不能提供其他用途，如用彈性網(wǎng)代替護網(wǎng)，兼顧空中保護和彈跳類節(jié)目需求，讓網(wǎng)成為新的演出平臺，實現(xiàn)如蹦床類節(jié)目的演出，如圖9所示，則立柱裝置更有價值。為此，重點實驗4根立柱對整張彈力網(wǎng)的支設，保證彈網(wǎng)的使用。

圖8 使用立柱支設的彈網(wǎng)

圖9 一網(wǎng)兩用

為掌握蹦床類節(jié)目使用彈網(wǎng)的受力變化狀況，針對4根立柱間距，專門制作了一張長12 m、寬10 m的彈網(wǎng)，以16 mm鋼絲繩代替鋼質(zhì)邊框，鋼絲繩周圍編織時加入了一部分的彈性材料代替蹦床的彈簧，中間區(qū)域使用無彈性材料編織，每股編織線具有沿各方向延伸能力，鋼絲繩在網(wǎng)的四角結成繩扣。彈網(wǎng)在制作后進行了出廠試拉，能達到35 kN的張拉值，承受100 kg、9 m高度的沖擊。

立柱仍設置在14 m×12 m的對角線位置，立柱均升至3.2 m高度，彈網(wǎng)出繩高度調(diào)整至2.5 m。當電腦系統(tǒng)顯示每根立柱拉力達到1 600 kg時，彈網(wǎng)鋼絲繩繃緊平直，彈網(wǎng)平整均勻；增加至每根柱子拉力為2 300 kg時，立柱與彈網(wǎng)均正常；至3 200 kg時，彈網(wǎng)鋼絲繩繃緊仍平直，彈網(wǎng)平整均勻無皺褶，表明4根立柱可以完成彈網(wǎng)的張設。采用沙袋分別從離網(wǎng)6 m和9 m高度投放，彈網(wǎng)未有觸地，立柱與彈網(wǎng)正常。每根立柱拉力回復至2 300 kg時，上網(wǎng)演員腳感和網(wǎng)的彈起力與平時訓練一致，能夠完成各種彈跳翻轉(zhuǎn)動作，在網(wǎng)上6人合力踩網(wǎng)下，中心演員可以彈跳至6 m高度；立柱拉力增加至2 700 kg，在6人再次合力踩網(wǎng)下，中心演員可以輕松彈跳6 m以上高度。

實驗結果表明：（1）4根立柱可以完成彈網(wǎng)的掛設，采用立柱支設的彈網(wǎng)，能夠完成雜技蹦床類節(jié)目的高彈跳動作，也同樣能達到高空類節(jié)目保護作用，演員對采用立柱支設的彈網(wǎng)能夠很快調(diào)整適應；（2）采用立柱掛設保護網(wǎng)，保護網(wǎng)在落地安全距離條件滿足的情況下，網(wǎng)的繃緊程度相對蹦床彈網(wǎng)要低，但由于減少了拉網(wǎng)點，每拉點拉力增大，保護網(wǎng)主網(wǎng)拉索和邊網(wǎng)繩索的承拉能力提高；（3）彈網(wǎng)作為表演主要平臺，彈網(wǎng)繃得越緊，演員腳感越輕松，人從高空落下和彈起動作發(fā)揮越好，而立柱能提供相應的拉力繃緊彈網(wǎng)，又能抵抗拉網(wǎng)反力，保證立柱穩(wěn)固不變形不傾覆；（4）采用剛性鏈和卷揚機動力系統(tǒng)較容易滿足拉力需求，立柱的剛性成為設計主要關注點。

實驗中在進行合力連續(xù)踩網(wǎng)的動作時，彈網(wǎng)被眾演員一起拉低至最低又彈起，立柱出現(xiàn)稍稍擺動，但拉網(wǎng)網(wǎng)繩仍被緊拉的現(xiàn)象。

已知立柱裝置按照50 kN的側(cè)向荷載力設計，立柱總長4.16 m，升出舞臺面3.2 m，留存在座架內(nèi)的余部作為立柱根部，其外側(cè)滑槽組件與鋼座架上部的轉(zhuǎn)換框架的槽體通過剛性鏈驅(qū)動，兩者緊密鑲嵌，相當于懸臂梁的絞合，兩者的結合緊密程度決定了立柱的穩(wěn)態(tài)（見圖10）。嵌入滑槽組件內(nèi)滑塊的選擇，應滿足支點最大受力50×3.2/0.96=166 kN的參數(shù)要求。

存在此現(xiàn)象的原因，一是立柱體與座架的結合仍需加強提高，二是滑塊已多次試驗可能磨損。在導向形式已確定情況下，為保證使用，除檢查滑塊情況，在立柱和座架之間通過增設電動插銷的辦法，增加兩者間的鎖閉，增大立柱體與座架之間的絞合程度，防止縫隙的產(chǎn)生，抵消因拉繩變動產(chǎn)生的拉力變化。

在彈網(wǎng)發(fā)生因各種跳動在高彈沖擊瞬間而拉繩角度改變時，使得拉繩從僅有水平方向的側(cè)向拉力改變?yōu)樽兓呢Q向分力與水平分力，該豎向分力和水平分力傳遞和作用至座架地面和舞臺樓板結構面，立柱和座架作為整體時又可總體視作軸向受力構件，座架應保證有足夠的座底錨固能力以產(chǎn)生足夠的抗壓和抗拔力，對上部樓板結構面需有足夠的側(cè)向頂撐能力。通過加大座架底面積以避免對建筑的損壞，地下室地面每座架埋設了多組基礎埋板，使用化學錨栓錨固，每塊最大可承受豎直方向拉力4 kN，壓力4 kN，水平方向剪力12 kN。舞臺樓板面洞口位置的導靴，也使用同規(guī)格化學錨栓固定。

圖10 測試升降立柱的穩(wěn)定性

4 總結

（1）立柱主要性能指標是側(cè)向荷載力，其值既包含正常拉網(wǎng)拉力又包含演員表演中對網(wǎng)的沖擊力。確定了立柱和網(wǎng)的最大保護范圍，就決定了在使用中立柱分擔的承載力、立柱設置間距、立柱使用數(shù)量和所用網(wǎng)或其他載具的性能要求。而確定了立柱的承載力，就定了其構造形式、驅(qū)動力大小、調(diào)節(jié)能力和調(diào)節(jié)機構的類型。

（2）升上舞臺面的立柱體猶如懸臂梁，無任何的前后支撐或反向拉索，懸臂梁特性決定了其受拉受彎的撓度或變形特性，以及在舞臺面根部支點位置處的彎矩特性，故在設計立柱體形式和尺寸時，需要考慮各種使用狀態(tài)中最不利的條件，當側(cè)向拉力超出原定量時，應增大懸臂梁的截面維度以增大抗彎抗變形能力；或考慮調(diào)整立柱的構造形式，并選用更高強度性能材料。

（3）彈網(wǎng)發(fā)生的節(jié)奏性彈動，特別是在數(shù)人合力作用下的彈網(wǎng)深度拉低連續(xù)跳動，使得拉繩改變?yōu)楦S拉繩上下波動，易引起立柱的擺動，避免和減小立柱的晃動量，在立柱體剛性保證前提下，要加大和提高懸臂梁的絞合程度。應選擇合適的立柱與座架間的導向形式，提高精度，減少導向間隙。

（4）采用升降立柱掛設彈網(wǎng)，彈網(wǎng)在繃緊尤其在彈跳時，網(wǎng)對立柱的考驗極大，應考慮建筑現(xiàn)場條件是否具備使用條件，特別是地面的承載能力與樓板的側(cè)向支撐能力，應對地面耐壓、抗擠壓能力、各支撐點、連接點的受力計算與加固。

（5）支網(wǎng)系統(tǒng)的引入，主要目的是豐富演出內(nèi)容，增加空中節(jié)目和網(wǎng)上節(jié)目的融合，為新節(jié)目的推出提供先決條件。采用彈網(wǎng)作為演出載體平臺，配合空中如車船大型載具上的表演形式，構筑上中下多層次的表演空間，空中類節(jié)目演員不僅僅局限在空中載具上演出，彈網(wǎng)上演員不單單演出蹦床的彈跳動作，就像自行車節(jié)目可以搬上彈網(wǎng)騎行，浪橋可以放在舞臺地面演出蕩秋千和空中翻飛騰躍動作。這些裝置為節(jié)目創(chuàng)作、編排賦予新內(nèi)涵和演出形式，演繹出更加多彩的演出效果。

總之，為雜技高空類節(jié)目演出的舞臺邊設立升降立柱進行保護網(wǎng)支設，通過對采用剛性鏈、卷揚機、滾珠絲杠組成的立柱裝置完成拉網(wǎng)的功能，并使用升降立柱實現(xiàn)彈網(wǎng)的支設，既解決保護網(wǎng)支設的問題，又賦予保護網(wǎng)更多的功能和演出載體的轉(zhuǎn)化，很好地支撐了高空類節(jié)目演出的藝術呈現(xiàn)，促進了技術與藝術完美融合。