0 序言

　　蘇州360劇場(以下簡稱：本項(xiàng)目)的設(shè)計(jì)將360°旋轉(zhuǎn)式觀眾席與環(huán)形舞臺相結(jié)合，將多維度多層次銀幕投影作為環(huán)型舞臺上表演內(nèi)容的一部分，與旋轉(zhuǎn)式觀眾席結(jié)合使用，使實(shí)景與虛景融為一體，創(chuàng)造出一種全新的演藝方式。劇場剖面圖如圖1所示，平面圖如圖2所示。

圖1 劇場整體半剖圖

圖2 劇場整體平面布置圖

　　環(huán)形旋轉(zhuǎn)銀幕(以下簡稱：銀幕)是一種新型的在空中組成的大體量旋轉(zhuǎn)裝置。4塊弧形硬質(zhì)銀幕安裝在劇場上空的環(huán)形軌道上，軌道回轉(zhuǎn)直徑約44 m;銀幕外側(cè)的舞臺分為4塊表演區(qū)域;銀幕內(nèi)側(cè)為觀眾座椅轉(zhuǎn)臺。演出時(shí)，根據(jù)劇目情節(jié)需要，環(huán)形銀幕裝置、觀眾座椅轉(zhuǎn)臺配合旋轉(zhuǎn)，再結(jié)合聲光效果，實(shí)現(xiàn)4個(gè)場景快速切換，使觀眾欣賞到一場奇妙的視覺盛宴。

　　1 設(shè)備組成

　　銀幕裝置主要由支撐立柱(以下簡稱：立柱)、環(huán)形桁架(以下簡稱：桁架)、銀幕、驅(qū)動(dòng)裝置等組成。如圖3所示。

　　1.1 立柱

　　立柱是整套設(shè)備的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)(本項(xiàng)目共使用4根立柱)，同時(shí)也是舞臺表演區(qū)域的劃分基準(zhǔn)。立柱底部通過化學(xué)錨栓與混凝土基礎(chǔ)相連，頂部通過拉索與屋頂結(jié)構(gòu)相連。桁架通過拉索吊掛于支撐立柱上部。如圖4所示。

　　本項(xiàng)目采用立柱支撐桁架及其附屬設(shè)備重量，屋頂只承受少量水平載荷。這樣設(shè)計(jì)有以下好處：

　　1)大大減小屋頂結(jié)構(gòu)載荷，降低整體成本;

　　2)設(shè)備安裝質(zhì)量不受屋頂建造質(zhì)量影響，減小土建施工難度;

　　3)舞臺設(shè)備整體方案具備極高的可移植性。

　　1.2 桁架

　　桁架既是銀幕運(yùn)轉(zhuǎn)的基礎(chǔ)，也是一部分燈光、擴(kuò)聲設(shè)備的安裝基礎(chǔ)，其頂部設(shè)有整圈檢修走道。銀幕的運(yùn)行軌道由上到下設(shè)有4層，可分為內(nèi)環(huán)和外環(huán)兩圈軌道。如圖5所示。

　　1.3 銀幕

　　銀幕共4塊，高度約12 m，兩長兩短，安裝在內(nèi)環(huán)和外環(huán)兩圈軌道上，內(nèi)外環(huán)各有一長一短兩塊銀幕。如圖6、圖7所示。每塊銀幕根據(jù)其尺寸，由數(shù)量不等的吊掛架、摩擦環(huán)、吊掛小車等均勻吊掛于銀幕軌道。如圖8所示。摩擦環(huán)是鋁合金型材圍成的圓形結(jié)構(gòu)，由驅(qū)動(dòng)繩包絡(luò)，張緊后靠摩擦力帶動(dòng)銀幕沿軌道運(yùn)行。銀幕基本參數(shù)見表1。

　　1.4 驅(qū)動(dòng)裝置

　　4塊銀幕配備有4套相互獨(dú)立的驅(qū)動(dòng)裝置。同一軌道上的兩塊銀幕通過編碼器連鎖控制防止碰撞;不同軌道上的銀幕互不影響，可根據(jù)演出需要自由運(yùn)動(dòng)。驅(qū)動(dòng)原理為摩擦驅(qū)動(dòng)。每塊銀幕結(jié)構(gòu)都設(shè)置有一整圈摩擦環(huán)，摩擦繩張緊后包絡(luò)摩擦環(huán)，靠摩擦力驅(qū)動(dòng)銀幕沿軌道運(yùn)行。如圖9所示。驅(qū)動(dòng)電機(jī)、減速機(jī)、卷筒等均布置于舞臺面以下，通過立柱和滑輪組爬升、轉(zhuǎn)向至摩擦環(huán)。

圖9 驅(qū)動(dòng)原理圖

　　2 設(shè)計(jì)要點(diǎn)

　　2.1立柱強(qiáng)度與位置

　　本項(xiàng)目設(shè)置了4根立柱，每兩根相鄰立柱與上部的桁架組合形成4個(gè)臺口，將舞臺劃分為4塊表演區(qū)域。故立柱的位置將直接影響最終的舞臺表演效果和視覺感受，前期設(shè)計(jì)時(shí)需結(jié)合演出需要綜合考慮。

　　4根立柱支撐了桁架及桁架上的銀幕、燈具、揚(yáng)聲器和裝飾材料等重量。由于銀幕的運(yùn)動(dòng)，還要考慮動(dòng)態(tài)載荷、振動(dòng)以及疲勞。

　　立柱與屋頂桁架為拉索連接，只分擔(dān)立柱頂部的水平載荷(傾斜載荷，F(xiàn)x和Fy)，不分擔(dān)垂直載荷(Fz，重力載荷)。立柱載荷分布如圖10所示，立柱受力分析見表2。

圖10 立柱載荷分布

　　2.2 桁架的強(qiáng)度、剛度與重量

　　桁架是銀幕的運(yùn)行基礎(chǔ)，也是燈具、揚(yáng)聲器及裝飾材料的安裝基礎(chǔ)，其強(qiáng)度和剛度關(guān)乎整個(gè)劇場安全可靠運(yùn)行。

　　由于桁架架設(shè)在14 m左右的高空，4根立柱近似細(xì)長桿件，故桁架需在保證可靠性和安全性的前提下，使用先進(jìn)設(shè)計(jì)分析手段進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，盡量降低重量。桁架整體強(qiáng)度分析如圖11所示。

圖11 環(huán)形桁架整體強(qiáng)度分析

　　2.3 銀幕的強(qiáng)度、剛度、重量及運(yùn)行穩(wěn)定性

　　銀幕主要承擔(dān)投影幕的功能，設(shè)計(jì)運(yùn)行線速度為 2 m/s，同時(shí)要保證設(shè)備運(yùn)行噪聲不影響演出效果?，F(xiàn)場實(shí)踐證明，該速度對于銀幕的運(yùn)行是一個(gè)非?？量痰闹笜?biāo)。銀幕在保證強(qiáng)度和剛度的同時(shí)，也需要最大限度減輕自身重量，降低整套設(shè)備的運(yùn)行負(fù)載。

　　銀幕框架、軌道、摩擦環(huán)等位置大量采用定制鋁合金型材，保證強(qiáng)度的同時(shí)，降低了設(shè)備重量。

　　由于每塊銀幕只是一段圓弧，而摩擦環(huán)是整圓結(jié)構(gòu)，因此在沒有吊掛銀幕的圓弧段需設(shè)置配重平衡整圈重量，以避免運(yùn)轉(zhuǎn)過程中出現(xiàn)偏載。銀幕與配重段分界點(diǎn)結(jié)構(gòu)示意如圖12所示，現(xiàn)場安裝見圖13。

　　本項(xiàng)目初始設(shè)計(jì)中，銀幕下端為自由端，但在調(diào)試過程中，由于安裝制造誤差的客觀存在，在離心力的作用下，銀幕旋轉(zhuǎn)時(shí)的運(yùn)動(dòng)誤差在其下端會(huì)被放大，銀幕下端的擺動(dòng)幅度約為±100 mm，存在安全隱患。同時(shí)，反復(fù)擺動(dòng)也容易造成構(gòu)件疲勞，存在失效風(fēng)險(xiǎn)。鑒于以上原因，現(xiàn)場補(bǔ)制了導(dǎo)向軌道和導(dǎo)向輪，銀幕運(yùn)行穩(wěn)定性大大提高。如圖14所示。導(dǎo)向輪裝置設(shè)置了彈簧緩沖器，適應(yīng)舞臺面高差偏差(現(xiàn)場實(shí)測最大偏差為 30 mm)。

圖14 導(dǎo)向輪及導(dǎo)向軌道布置示意圖

　　2.4 驅(qū)動(dòng)裝置合理性、可靠性、安全性

　　銀幕的驅(qū)動(dòng)方式采用了高強(qiáng)度纖維繩摩擦傳動(dòng)的方式來驅(qū)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)、減速機(jī)、卷筒、張緊裝置和控制柜全部布置在舞臺面以下約0.9 m高的空間內(nèi)，相比于其他傳動(dòng)方式(鋼絲繩、鏈條、齒圈、自驅(qū)動(dòng)等)主要有以下優(yōu)勢：

　　1)摩擦繩傳動(dòng)相比鏈條傳動(dòng)具有更靈活的布置自由度，適合本項(xiàng)目的屏幕位置高和驅(qū)動(dòng)設(shè)備等安裝空間受限的特點(diǎn);

　　2)齒圈、自驅(qū)動(dòng)需要將驅(qū)動(dòng)布置在高空，高空布線復(fù)雜，可靠性低，成本高;

　　3)采用高分子材料制成的高強(qiáng)度纖維繩配合橡膠來摩擦，相比于鋼絲繩具有摩擦力大、磨損小、安裝維護(hù)難度小等優(yōu)勢。

　　采用摩擦繩傳動(dòng)方式，就潛藏了打滑和定位不準(zhǔn)的風(fēng)險(xiǎn)，對銀幕的運(yùn)行速度、運(yùn)行定位及安全距離提出較高要求。

　　摩擦繩出入摩擦環(huán)的角度極大地影響著銀幕及其軌道、推進(jìn)環(huán)的受力情況。本項(xiàng)目設(shè)置了可擺動(dòng)的滑輪組，以適應(yīng)啟動(dòng)、制動(dòng)過程中的摩擦繩受力變化，調(diào)整摩擦繩角度，使摩擦繩進(jìn)出摩擦環(huán)時(shí)盡量貼合摩擦環(huán)的切線方向，減少摩擦環(huán)受到的徑向拉力，同時(shí)對銀幕啟停時(shí)的沖擊力起緩沖作用。如圖15所示。

圖15 擺臂輪組原理示意

　　3 安裝調(diào)試要點(diǎn)

　　3.1  安裝順序

　　銀幕裝置安裝在14 m左右的高空，且為無實(shí)體中心的環(huán)形結(jié)構(gòu)，安裝過程中的定位、提升方式的選擇都極大地影響著設(shè)備安裝質(zhì)量。

　　基本安裝順序?yàn)椋?/p>

　　1) 標(biāo)高基準(zhǔn)測定及中心線放線;

　　2) 桁架地面按測定的基準(zhǔn)標(biāo)識初布置;

　　3) 立柱固定螺栓預(yù)埋;

　　4) 立柱定位測量安裝;

　　5) 立柱垂直度找正;

　　6) 桁架組環(huán)并緊固;

　　7) 桁架初升(提高2 m 左右);

　　8) 軌道、摩擦環(huán)、吊掛小車、配重等的組裝;

　　9) 桁架提升至設(shè)計(jì)高度;

　　10) 立柱垂直度再次找正，并利用吊掛拉索調(diào)節(jié);

　　11) 桁架與立柱連接緊固;

　　12) 利用觀眾座椅轉(zhuǎn)臺在舞臺面繪制銀幕的運(yùn)轉(zhuǎn)基準(zhǔn)圓;

　　13) 銀幕吊裝，并比對基準(zhǔn)圓調(diào)整;

　　14) 驅(qū)動(dòng)裝置等組裝、走繩;

　　15) 銀幕導(dǎo)向軌道和導(dǎo)向輪的安裝;

　　16) 調(diào)試及試運(yùn)行。

　　3.2 立柱的垂直度、位置度

　　立柱是整個(gè)設(shè)備的基礎(chǔ)，其安裝質(zhì)量的重要性不言而喻。在安裝時(shí)，要保證安裝的位置精準(zhǔn)，并保證安裝后立柱的垂直度。

　　特別需要注意的是，由于桁架在安裝及吊裝過程中可能對立柱產(chǎn)生較大的偏載力，在整個(gè)設(shè)備安裝完成前，要每天對立柱的垂直度進(jìn)行檢測并及時(shí)調(diào)整，否則可能發(fā)生整體偏移的嚴(yán)重質(zhì)量問題。

　　3.3 桁架的圓度、水平度、位置度

　　桁架由12段弧形桁架結(jié)構(gòu)拼接而成，其安裝圓度、水平度和位置度都對后續(xù)設(shè)備的安裝質(zhì)量有直接影響。在選取合理安裝方法的同時(shí)要注重實(shí)時(shí)檢測，及時(shí)調(diào)整修復(fù)。

　　3.4 軌道、摩擦環(huán)的圓度、水平度、位置度及強(qiáng)度

　　軌道和摩擦環(huán)由多段鋁合金型材拼接而成，圓度、水平度和位置度亦需要在安裝過程中實(shí)時(shí)檢測和調(diào)整。同時(shí)，要按設(shè)計(jì)尺寸測繪，確保整體回轉(zhuǎn)半徑誤差在允許范圍內(nèi)。

　　摩擦繩包絡(luò)摩擦環(huán)的傳動(dòng)方式?jīng)Q定了摩擦環(huán)的受力較大，尤其在設(shè)備啟停瞬間，摩擦環(huán)需有足夠的強(qiáng)度來承受摩擦繩的拉力，在反復(fù)使用中不得變形。

　　3.5 銀幕的彎度

　　一塊銀幕由多段短弧形銀幕單元拼接而成。單個(gè)銀幕單元的弧度由制造商保證，現(xiàn)場組裝時(shí)可以根據(jù)軌道和摩擦環(huán)的弧度進(jìn)行調(diào)整，保證同心。

　　3.6 摩擦繩出入摩擦環(huán)的角度

　　由于設(shè)置了擺臂輪組，摩擦繩出入摩擦環(huán)的角度是根據(jù)受力而浮動(dòng)的。在安裝調(diào)試時(shí)，可以實(shí)際觀測擺動(dòng)情況，調(diào)整擺臂的擺動(dòng)范圍，防止擺動(dòng)范圍過大影響設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性和產(chǎn)生不必要的噪聲。擺臂隨摩擦環(huán)的實(shí)時(shí)位置調(diào)整與摩擦環(huán)的距離，使摩擦繩盡可能貼近摩擦環(huán)，使摩擦環(huán)受摩擦繩徑向力的影響盡量小而不致位移;同時(shí)使摩擦繩對摩擦環(huán)有最大的包絡(luò)角，增大摩擦力。

　　3.7 噪聲控制措施

　　根據(jù)現(xiàn)場實(shí)踐，安裝質(zhì)量問題產(chǎn)生的噪聲來源主要有：

　　1) 軌道拼接質(zhì)量差(縫隙大、對接面不齊等);

　　2) 軌道、摩擦環(huán)、銀幕弧度不匹配而導(dǎo)致吊掛小車啃軌;

　　3) 摩擦環(huán)拼接質(zhì)量差(縫隙大、對接面不齊等);

　　4) 銀幕運(yùn)行過程中的晃動(dòng);

　　5) 緊固件松動(dòng)。

　　現(xiàn)場調(diào)試時(shí)，可根據(jù)噪聲源定點(diǎn)解決問題，直至符合演出要求。

　　4 檢修維護(hù)

　　為保證銀幕裝置的長期高質(zhì)量運(yùn)行，需要從以下方面進(jìn)行定期檢修維護(hù)：

　　1)立柱、桁架、銀幕吊掛件等關(guān)鍵構(gòu)件的焊縫及緊固件外觀檢查，及時(shí)發(fā)現(xiàn)變形和破壞，避免發(fā)生安全事故;

　　2)軌道及摩擦環(huán)的變形及磨損定期檢查，更換變形、磨損嚴(yán)重的構(gòu)件，確定變形和磨損的原因，排除故障;

　　3)檢測設(shè)備運(yùn)行的噪聲，發(fā)現(xiàn)異常響聲，及時(shí)排除故障;

　　4)定期檢查摩擦繩磨損情況，根據(jù)磨損情況和弧形銀幕的運(yùn)轉(zhuǎn)情況調(diào)整張緊力或更換摩擦繩;

　　5)定期進(jìn)行同軌道的銀幕碰撞互鎖試驗(yàn)，確?？刂葡到y(tǒng)安全互鎖設(shè)置可靠運(yùn)行。

　　5 結(jié)語

　　國內(nèi)演藝形式的不斷創(chuàng)新給演藝設(shè)備制造行業(yè)帶來越來越多全新的技術(shù)挑戰(zhàn)。本項(xiàng)目的環(huán)形旋轉(zhuǎn)銀幕裝置同時(shí)具備高空作業(yè)、大型化、高精度、高速度、輕量化等特點(diǎn)，既是項(xiàng)目難點(diǎn)所在，卻也能夠?yàn)轭愃祈?xiàng)目的開展提供一定的參考。

　　選自 《演藝科技》2023年第四期 賈  亮，呂圣龍《大型空中環(huán)形旋轉(zhuǎn)銀幕裝置的設(shè)計(jì)及應(yīng)用》。轉(zhuǎn)載請標(biāo)注： 演藝科技傳媒。 更多詳細(xì)內(nèi)容請參閱《演藝科技》。

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