世博中心舞臺機械與控制系統

杜安坤，王海林，孔憲旺，張麗萍，吳繼軒，吳澗彤

（總裝備部工程設計研究總院，北京 100028）

1 環境和功能的適應性

世博中心位于緊鄰黃浦江的浦東濱江綠洲內，上海世博會后將永久保留。世博中心所展現的是一個開放的城市空間，一個包容的城市“客廳”，整個世博中心東西長約400 m，南北寬約90 m，高約40 m，建筑總面積約142 000 m2，共設8層，地下1層、地上7層。世博中心以會議功能為主，按多功能要求設計。世博會期間，世博中心將作為世博會慶典活動、招待宴請和論壇活動的舉辦場所。世博會后，世博中心將轉型為國際一流會議中心，召開和舉辦高規格的大型國際性會議和活動。主題建筑由華東建筑設計院設計完成，舞臺機械是其中的重要組成部分。

世博中心舞臺機械和控制系統設計所體現的思想是：作為上海世博會主題“城市，讓生活更美好”的內核， 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”，強調人與人、人與自然、建筑與人、建筑與環境的和諧共生；用舞臺，包括舞臺本身，來展現一個開放和包容的政治、文化及其人文的現代大都市環境。世博中心各廳、堂、館、室的舞臺機械的構建也相應地表現在“容”、“和”、“變”、“美”4個字的理念上。

“容”——有容乃大，以多樣性的舞臺機械展示開放的城市空間和包容的城市“客廳”的政治、文化的內涵和現代大都市風貌；

“和”——呼應建筑的內外風格，舞臺機械設備與場館的共榮共存的空間關系；

“變”——設備轉換是可持續發展的多功能需要，舞臺機械設備的功能與運動形態。

“美”——舞臺工藝、設備布置、設備變換運動的展示。

2 舞臺機械總體分布

完成舞臺機械的“容”、“和”、“變”、“美”，首先要進行的是功能區域的分割。其關鍵是把握多功能、多用途、前瞻性及其經濟投入的尺度，在建筑結構、空間、音響混合等因素的條件框架內，確定可轉換的設備群組的位置分布、變換形式和操控功能。

地面以上的內部分區包括兩部分，西側為會展區，東側為中庭和會議區。東西區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通廊，即東側區的中庭。

內部空間主要由5大部分組成，包括4 000 m2的中央大廳，能容納2 600人的大會堂和能容納600 ~ 1 000人的政務廳，還有能供3 000人同時飲宴的宴會廳和7 200 m2的5 000人多功能廳等，分別被命名為綠廳、紅廳、藍廳、金廳和銀廳。除中央大廳，其他各廳均需要配置舞臺機械設備。

西側的會展區東西長約216 m，南北寬約90 m，其中：會展區1 ~ 4層的大空間為多功能廳，內部設置了伸縮式的舞臺，兼顧會議與演出功能，各種吊掛設備分布在設備轉換層之上；會展區的5 ~ 6層為宴會廳。各種吊掛設備分布在設備轉換層之上。

東側的中庭和會議區東西長約180 m，南北寬約90 m。會議區的1 ~ 3層的大空間為會議廳，設有臺上、臺下舞臺機械和伸縮臺口；會議區的4 ~ 6層為政務廳，也是國際會議廳。各種吊掛設備分布在設備轉換層之上。

3 方案策劃的主旨

“容”、“和”、“變”、“美”的量化深度，是實施方案和設計的主要目標。在現有的相關標準規范下，既要做大，又要做細，既要有現代開放城市文化的內涵，又要有克服審美疲勞的創新突破。演藝設備服務于舞臺表演藝術，只有技術裝備滿足不斷推陳出新的文化藝術，才會被賦予生命，才會讓生鐵熟銅閃耀出燦爛的藝術光輝。

世博四大核心功能場館均配置了舞臺機械系統。設備分布呈現出一下特點：

（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）同步編組設備多，包括了調速、定速設備。

（3）面對空間大的靈活組態，要求操作設備具有多點位布置的兼容一致性。

（4）伸縮臺口賦予場館建筑可變的創意。

（5）設備結構宏大，安全第一，功能和質量并重的要求更高。

（6）追求舞臺設備形體美和運動美。

4 大會堂舞臺建設

大會堂是世博中心的核心空間，其功能為召開大型會議并兼顧綜藝演出。

大會堂既繼承了上海市中心靜安區展覽中心具有俄羅斯古典主義建筑風格的多功能會議中心的特點，又被賦予了更多的功能和現代氣息，透露著恢宏、壯麗、民主、開放、包容、繼承、持續發展的大都市風尚，只是不見了東正教堂的宗教色彩。布置有現代壯觀大氣的舞臺機械、電聲、燈光和多媒體設備。內部各個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、環保、節能等與時俱進的時代精神，綜合展示了上海地方的人文特色。

4.1 舞臺建設思想

4.2 舞臺建筑機構基本尺寸

主舞臺臺口寬約42 m，高約21 m，深18.35 m；后舞臺臺口寬約1 8m，高約14 m，深4.35 m；總體縱深22.5 m；舞臺面標高+1 m；為超寬、超高的舞臺。

4.3 體大載重的舞臺機械設備組成

見表1。

表1 大會堂舞臺機械設備參數

4.4 伸縮臺口

伸縮臺口是一廳多用和多功能舞臺的關鍵。由固定門架、伸縮門架（1 ~ 4片）、地面導軌、下部驅動等組成。結構經過計算機仿真計算。

固定門架位于臺口兩側呈拱狀，與觀眾廳過渡銜接。在舞臺演出狀態下, 自外向內1 ~ 4片伸縮門架依次收到固定門架下面, 以形成舞臺鏡框式臺口。在會議狀態下, 伸縮門架將依次向后展開, 其中伸縮門架4的邊緣在后舞臺臺口附近。伸縮臺口通過自動控制機械傳動裝置來實現級聯方式的變位，動力提供與信號控制依賴接力式拖纜。

控制系統安放在下場門側臺固定門架附近，設置從站控制系統。主系統通過DP網絡與從站相連，從而實現在主操作室控制伸縮臺，這種方式的優點是：

（1）線路敷設簡單，到編碼器的敷設線路短；只要編碼器信號檢測好，便可準確定位，同步效果好。

（2）伸縮臺的運行可以和其他設備實現連鎖，保證了系統的安全性。

（3）每個伸縮門架的運行由兩臺電機獨立完成，兩臺電機按位置同步運行，同步誤差不大于3 mm。

3)根據仿真結果進行樣機設計和制造，通過對比證明，減小夾嘴長度可使導線卡線器整體尺寸減小、質量大幅減小。最終確定1 660 mm2導線卡線器夾嘴長度為328 mm，質量為24 kg，相較經驗倍率關系設計結果夾嘴長度減小了21.9%，質量減小了25.0%，結果表明優化設計后減重效果明顯。

主驅動采用SEW矢量變頻器控制，變頻器具有調速、定位功能，具有短路、過載、過壓/欠壓、過熱、超速、失速、超程等保護功能。為了保證伸縮臺的2臺電機同步運行，在本案中使用了2臺變頻器分別控制2臺電機，使用IPOSplus控制，即位置控制和邏輯控制系統，通過對電機編碼器計數脈沖的計算，得到準確的位置信號，并根據位置信號實時快速調節變頻器的速度，確保變頻器的同步運行。

安全的互鎖。通過編碼器信號、位置開關和限位開關的檢測，PLC軟件可以實現安全的互鎖，保證設備不發生誤動作現象。

可靠的急停鏈。一旦發生緊急事故，操作人員可以通過控制臺上的急停按鈕停止運行設備，保證設備和人員的安全。

會議時，無臺口，伸展開來可以把演出區和觀眾區連為一體，空間統一，場面宏麗多彩，簡約而莊重，寓意民主開放和政治、文化意義層面的的包容理念。舞臺上主席團桌椅不少于8排，主席臺就座人數不少于150人；會議時，四周是一個完整的封閉空間，無鏡框式臺口，主席臺的側墻和頂部與大廳完全相同。如圖1所示。

演出時，通過自動伸縮，形成演出臺口，滿足視覺以及舞臺燈光、音響、布景功能的特殊要求。如圖2所示。以綜藝類節目演出為主，臺口和演出空間能靈活調整，但由于如此高大的演出空間非常少見，是其特有的優勢，也有可能完整地利用整個舞臺，創造出更新穎的演出形式。舞臺機械應盡量為多種演出形式提供條件。

臺口處空間既是向觀眾廳傳遞聲音的“咽喉”，又是舞臺內、外兩個聲學空間的耦合處，兼顧音響系統在會議和演出時的混響效果。既要保證在會議狀況下有良好的語言清晰度和聲場不均勻度，還須考慮在大型文藝演出時又能有相應的音響效果。同時，還須注重會議設備配置的數字化及網絡化，力求使所有與會人員能在實際使用中獲得最好的感受效果。

圖1 大會堂會議時的舞臺

圖2 大會堂演出時的舞臺

表2 多功能廳舞臺機械設備參數

4.5 控制系統

大會堂舞臺機械控制系統為“神舟-3000”，是分布式開放控制系統。該系統已在國內數十個大中型劇場中投入使用，運行穩定、性能優良。其觸摸屏界面可以實現選擇設備、設備上電、選擇變頻器、執行場景、報警復位、察看場景、設置數據、設置場景、歸零、系統操作、密碼管理等功能。

其他系統設備：臺下設備控制柜組位于-3 m標高的舞臺機械設備控制室；臺上設備控制柜組分別位于+27 m標高的上臺口天橋和下臺口天橋；伸縮臺口設備控制柜組控制系統安放在下場門側臺固定門架附近；舞臺機械控制室，位于下場門伸縮臺口固定門架外側（+5.4 m）處。有線移動操作面板轉接箱，分布在主舞臺臺面中后部位等處。

6 多功能廳舞臺機械設備組成

多功能廳舞臺機械設備配置及參數如表2所示。設備控制柜西組、中組和東組，均位于設備轉換層西側。

政務廳

設有線移動操作面板轉接箱，環形分布大廳內周邊地面標高0.6 m部位，多點配置。其主要設計目的是滿足在設備使用時的動態組合上，做到安全、靈活、方便。其他要求類似臺上舞臺機械。

宴會廳和政務廳的舞臺機械配置與多功能廳類似。

7 結束語

隨著機械化舞臺技術的飛躍發展，舞臺機械設計與布局愈加復雜多樣，由數控技術實現的復雜的變換和運動，把科技轉化為舞臺的表現形式，成為一種不可或缺的舞臺控制技術。

世博中心特別是大會堂的多功能舞臺，其形體、運動形式、與建筑的空間關系、可轉換的設備群組等，是現代綜合科技水平的集中反映。演藝設備服務于舞臺表演藝術，只有技術裝備滿足不斷推陳出新的文化藝術，才會被賦予生命。如果舞臺設備模式固定，只求量變，必然會帶來審美疲勞，再好的技術應用也會失去藝術魅力。