淺析燈光橋與燈光吊籠——以國家大劇院歌劇院為例

段繼文

（國家大劇院 舞臺技術部，北京 100031）

1 概述

燈光橋與燈光吊籠是劇場舞臺上吊掛燈具的基本設備，其位置、結構形式對舞臺布光有很大影響。要想合理使用好燈光橋與燈光吊籠，除了對設備本身有全面的了解，還要對舞臺布光基本原則、燈光設計基本要求、常用燈具規格型號、舞臺常用燈位及特點有所了解。

1.1 舞臺布光基本原則

舞臺布光是戲劇情景空間構成的重要組成元素，是根據劇情的發展及人物所需的特定情景進行全方位的視覺環境描述，并通過燈光變換對場景的刻畫，將觀眾引入戲劇的藝術創作空間。從某種角度說，并不存在固定不變的布光結構形式，但劃分布光的柵格區域是通常使用的一種布光方法，即將每個柵格區域當成一個縮小的舞臺，分別對每個區域進行布光。燈光橋、燈光吊籠在劃分區域舞臺布光原則中，能充分發揮布光區域性強、布光面積調整靈活的特點。

1.2 燈光設計基本要求

舞臺戲劇燈光系統設計是遵循舞臺藝術表演的規律，按照特殊使用要求進行配置的，其目的是根據戲劇情節發展、人物情緒需要，運用各種燈光設備從不同角度進行綜合配置，達到表現人物情緒情感、營造戲劇典型環境、組接戲劇結構、塑造人物形象的目的，為戲劇藝術展示服務。

1.3 常用基本燈位和常用燈具

劇場中常規布置的舞臺燈位，在觀眾席區域有：追光、面光、耳光；在舞臺區域有頂光、側光、流動光、天地排光等。

舞臺常用燈具，按照光源劃分有：傳統的白熾燈、炭弧燈、鹵鎢燈、特種熒光燈、金屬鹵化物燈和高強度氣體放電燈、LED燈具等。單色性好、相干性好、方向性強的激光燈, 可以配合銀幕、煙幕、水幕或云層顯現文字、商標和彩色圖案等。按照用途劃分有：面光、頂光、逆光、側光、腳光、追光、天排、地排等。

1.4 常用的燈光機械設備

在劇場中吊掛燈具的機械設備是自舞臺上方與側面投向舞臺光源的承載體，屬舞臺燈光常用的機械設備，按使用形式分主要有：燈光橋、燈光吊籠、燈光吊架、燈光桿、流動燈光車等，供舞臺布光的頂光、側光使用。

2 燈光橋與燈光吊籠

作為大型劇場，通常習慣設置多個燈光橋與燈光吊籠，形成不同景區的頂光和側光，主要用于舞臺分區普遍照明，增強舞臺照度。本文以國家大劇院歌劇院（以下簡稱歌劇院）為例，進行闡述。設有1臺假臺口上片、4臺燈光橋和1臺天幕燈光渡橋，用于舞臺頂光；主舞臺左右兩側共設置了10臺燈光吊籠，用于景物的側面光源。燈光橋與燈光吊籠組成三面投射光源，投射面積主要集中在18.6 m2的主舞臺區域，是舞臺燈光表現的主要承載設備。主舞臺燈光橋的分布示意見圖1。

2.1 結構

歌劇院燈光橋與燈光吊籠采用鋼結構框架，分別配置有驅動機構，以實現其升降、平移運動。其形狀設計參考了包括新國立劇院在內的日本多個劇場的設計和使用經驗，考慮了國內劇場燈光工作者的使用習慣，在此基礎上形成的最終形狀。

2.2 燈光橋

歌劇院的4臺燈光橋用于吊掛主舞臺區域照明設備，設置于主舞臺上方的假臺口上片和天幕燈光渡橋之間，平行于臺口布置。燈光橋采用的是梯形斷面的鋼結構框架，全長22.6 m，高2.5 m。燈光橋側面的形狀見圖2。

歌劇院燈光橋的正面設置了2根ф50的鋼管，為了能夠安裝懸吊燈具，采用了扶手和安裝照明燈具兼用的方式。在演出中，從演員、布景后側打燈的演出需求很少，基本上不需要考慮照明設備的安裝，燈光橋正面采用了直線的形狀設計，反面采用了斜面形式，從距底部1.7 m的高度開始斜向布置2根ф50的鋼管和燈光電纜接線盒。

燈光橋的底面設置照明安裝用桿，考慮到泛光專用燈具和非常規照明燈具的使用，采用了2根ф50的鋼管，桿間距0.32 m。這兩根鋼管在吊掛燈具時利用率最高，桿距0.32 m并不寬裕，兩邊的燈具吊裝還需要錯位安裝。

在燈橋的上部設置了5個電纜收線框，與柵頂上的燈光電纜卷線器配套使用。同時，考慮到燈光橋良好的作業性，燈光橋的通道用輕型鋼制作，通道寬度0.45 m，底板為可翻開的形式，以方便工作人員上到燈光橋上工作，見圖3。

為保證人員在通道行走安全，從通道面向上0.75 m設有護欄、扶手?？蚣艿膬葌乳g隙處，安裝安全用掛繩以防止人員墜落。人員上下燈光橋可以通過安裝在燈光橋下部高1.2 m、寬0.3 m的簡易爬梯實現。

對于天幕燈光渡橋，除具有燈光渡橋的特性外，還在天幕燈光橋兩端裝設了機械碼頭，見圖4，工作人員可以從各層馬道上通過這兩個碼頭的對接，方便地上到天幕燈光渡橋上，進行燈光的吊裝、調整作業。

2.3 燈光吊籠

10臺燈光吊籠設置于主舞臺臺塔兩側（每側為5臺），既可以升降運動，也可以進行水平移動。水平移動行程11 m，升降運動行程10.7 m，載荷6 kN。用于升降的卷揚機設置在燈光吊架主體結構框架的頂部，燈光吊架為高17.9 m、寬1.75 m的鋼結構框架，內有15.0 m高的梯狀結構供吊掛照明設備，升降運動靠鋼絲繩卷揚機提升。水平移動框架為15 m×1.0 m×0.6 m，電動機通過皮帶輪驅動車輪的自行式驅動進行水平移動。燈光吊籠與土建結構的關系見圖5。

3 驅動

3.1 燈光橋的驅動

歌劇院燈光橋屬于大負荷定速驅動設備，驅動電機功率18.5 kW，變頻器采用日立公司（HITACHI）SJ300系列SJ-300185HFE變頻器，設置的運行速度0.1 m/s。由于負荷大、運行速度低，要求有較硬的機械特性，同時還要能準確定位，以較高的同步精度運行大負載，動態性要求較高，故選擇帶速度反饋的矢量變頻器。

3.2 燈光吊籠的驅動

歌劇院燈光吊籠屬于定速設備，水平移動驅動電機功率0.75 kW，變頻器采用日立公司（HITACHI）SJ300系列SJ-300-007HF變頻器，運行速度0.05 m/s。升降運動驅動電機功率11 kW，變頻器采用日立公司（HITACHI）SJ-300-110HF變頻器，運行速度0.25 m/s。

3.3 SJ300系列變頻器

歌劇院燈光橋、燈光吊籠具有低速大負荷運行、負載變換的工作特點，采用了日立公司（HITACHI）SJ300系列變頻器，考慮了以下功能特點：

（1）具有智能化功率模塊（IPM），使變頻器更靜音、性能更可靠。

（2）數字信號處理器（DSP）和高速微電腦控制技術相結合，響應速度快，轉矩響應速度小于0.1 s。

（3）控制性能達到了超低頻、大轉矩，在0.2 Hz時可帶全載啟動；在1Hz的低頻下提供150%的高起動轉矩，調速范圍為0.1 Hz ～ 400 Hz，速度穩定率小于1%。

（4）具有模糊邏輯控制功能，變頻器可根據外界負載的大小自動調節輸出電流，以提高系統對外界負載突變及其他干擾的能力。

變頻器線接示意圖見圖6。

4 控制

歌劇院燈光橋與燈光吊籠都是在主控系統上進行控制，控制特點為大負荷、低轉速，由于燈光橋與燈光吊籠運行存在負載變化的工作特點，且自身重量較大無配重，因此，對軸控制器的響應速度、轉矩控制能力要求很高。

4.1 軸控制器

軸控制器（Wi n c o n）使用的是澳大利亞S t a t e Automation公司的產品，是專用工控機，是由高運算速度的硬件和軟件組成一體化硬件設備，它具有雙位置信號監視，位置行程錯誤監視，過載監視功能，松繩疊繩監視，超程和行程終止監視，緊急停機和安全處理功能，負載測量，載荷檢測、位置伺服閉環、故障報警，以及自動補綴控制等功能。

Wincon的外形見圖7。

4.2 控制

燈光橋、燈光吊籠是定速運動的設備，使用的Wincon為非線性定速軸控制器（Binary Wincon），一個Wincon最多可控制4個定速軸。Wincon通過外部電路的上下雙位置、松繩、電機過熱、變頻器運行、隔離開關、驅動準備、動作命令輸入等信號來控制輸出主電磁接觸器、制動器開放、立即停止、錯誤復位、正向運行、反向運行、速度選擇、瞬停選擇等信號，同時，通過主電磁接觸器、制動器、備用主電磁接觸器等反饋信號，對動作執行情況進行判斷，并做出正確反應。絕對值編碼器位置信號，經由RS-485串行連接SSI鏈路將位置信號送至主微處理器進行處理。

Wincon的內部邏輯見圖8。

5 網絡結構

5.1 工業以太網光/電轉換模塊

工業以太網光/電轉換模塊（OSM）允許以大范圍和大量節點構建以太網，使網絡配置和規模簡單化。OSM具有電氣端口和其他FO端口，通過這些端口， OSM可以相互連接形成一個光纖總線或者環形網絡結構。OSM外形見圖9。

5.2 以太網結構

歌劇院的控制系統，是由OSM組成的工業以太網結構。控制系統以太網主要用于系統控制器與Wincon 之間的通信，同時也用于Wincon–Wincon 通信。

在系統控制器–Wincon 通信中，以太網支持運動命令（發往Wincon）和軸線狀態響應（來自Wincon）。

在軸線運動過程中，Wincon 必須周期性收到“運動確信”消息（其中包括活動的DMB）方可繼續運動。在預定義的超時時間間隔內沒有收到“運動確信”消息時，或者消息損壞時（CRC錯誤），或者收到的消息次序不對時，Wincon 都會終止軸線運動，見圖10。

6 組合燈光橋與燈光吊籠的設想

6.1 燈光橋與燈光吊籠使用現狀

歌劇院目前使用的燈光橋與燈光吊籠具有使用方便、定位準確、對光靈活、承重量大、安全系數高等特點，但也存在燈光橋的位置固定、相鄰吊桿使用受限的問題。其0.8 m寬度至少占據3 ～ 4根吊桿的空間，使舞臺上供吊掛布景的吊桿數量減少，難以完全滿足靈活多變舞美布局的要求，歌劇院燈光吊籠自身重量較大，占用物理空間相對較大，使得垂直方向上空間浪費較大。歌劇院90%的演出布光在吊籠高度方向不超過6 m，在使用流動燈光車的情況下，70%的演出布光在吊籠高度方向不超過3 m。另外，根據目前使用情況統計，60%的演出布光只用4個燈光吊籠足矣，而對于10% ～ 20%大型演出布光，5臺燈光吊籠對側光布置又略顯不夠。

6.2 舞臺藝術對頂光的要求

隨著燈光技術的發展，未來舞臺藝術對燈光表現要求會越來越高，除了對燈具表現力的要求外，對“燈位”的要求也存在不斷變化的趨向。不同藝術種類，不同藝術表現，使道具、布景在主舞臺的分布千差萬別。用一成不變的燈光橋（主頂光）來表現眾多舞美道具布景位置與燈光之間的關系，越來越差強人意。很大程度上，舞美布景為體現出預想的燈光效果，需要根據燈光橋位置對布景位置進行調整或改變，這使得導演對舞臺布局的整體構思受到制約，不能充分發揮其藝術構想。

6.3 組合燈光橋與燈光吊籠

憑借一定的演出經驗和與演出單位的探討，提出歌劇院組合燈光橋與燈光吊籠結構的設想，即：將原有燈光橋、燈光吊籠的框架整體拆分，在其原有的位置上設置吊桿；將固定的燈光橋、燈光吊籠變為多組可拆卸的燈光架模塊，根據需要進行組裝；每個獨立的燈光架模塊配有獨立號段，容量視燈光控制設備容量而定。這樣，單個或多個燈光架模塊可以單獨或多組組合使用，與舞臺區域吊桿組合可作燈光橋使用，根據載荷的需要配以專用緊固件，使用不同的長度和不同的吊桿數量；與側臺吊桿組合可作燈光吊籠使用；換上帶輪子的立式移動架可作流動燈光車使用，當然，要考慮加上平衡重。燈光架模塊及使用見圖11、圖12。

在側吊桿桿體上應有距離刻度并預裝專用承重滑軌，還需要設置多組可拆裝式手輪機構。使用時，可將燈光架模塊單節或多節組合，垂直安裝在側吊桿承重滑軌上，配以滑動緊固裝置鎖定，可實現人工搖動手輪按刻度水平滑動定位，通過側吊桿實現吊籠的升降運動。如果將多節燈光架模塊組合橫向安裝在側吊桿上，還可作側燈光橋使用。

6.4 控制方式

由于組合的燈光橋、燈光吊籠可用于不同位置并與相應位置的吊桿配合使用。一般的吊桿使用矢量變頻器驅動，在控制上無需作任何特殊改動，只需將所用的吊桿設置成固定編組、低速運行模式即可。這種使用方式具備使用方便、定位準確、對光靈活、安全可靠等特點。

7 結束語

隨著燈光技術的發展，演出中燈光使用手段的日新月異，要求劇場中為燈光設備服務的機械裝置更加方便、靈活。筆者根據舞臺燈光使用經驗，提出組合燈光橋與燈光吊籠的概念設想，但要滿足各種藝術形式對頂光、側光的需求，實現定光位置調整靈活變換，達到盡善盡美，還存在大量技術問題需要細化。筆者謹以此文拋磚引玉，與業內同仁探討。