原 博，程灵侠，刘 亮，费雨欣，安艳艳

（1.北京北特圣迪科技发展有限公司，北京 100028；2.西安高新第七小学，西安 710065）

在各种技术手段层出不穷的今天，舞台表演领域也在飞速发展，多元素结合新的技术手段创新出多元化的表演形式。笔者参与的某秀场项目，以LED屏幕的影像背景装置与特殊的船型舞台相结合，为观众呈现了一场精彩的海战。背景影像与特殊舞台的动作及演员的表演虚实结合，影像背景装置的布置及动作方式、舞台的样式和动作形式也是多种多样，实现了多种新奇的出入场形式以及快速、刺激的换景模式，以强烈的动态和视觉冲击达到令人震撼的观演效果。

笔者以该秀场项目为实例（见图1），详细介绍影像背景装置——上开弧形屏与船型舞台相结合的舞台系统的工艺配置、工艺参数设置、方案布置、实现原理以及各职能机构的机构解析。

图1 上开弧形屏与船型舞台相结合的实体效果图

1 表演模式

1.1 正常模式

船型舞台隐藏在上开弧形屏背后，上开弧形屏处于闭合位置，与周围的固定LED屏组成一个巨大的展示屏幕，用于展示与整个表演相关的历史背景以及人文地理等相关音视频。

1.2 舞台表演模式

此模式下要求上开弧形屏沿弧形向上运动，打开船型舞台的摆出通道，演员进入船仓，船型舞台摆起至表演状态，表演时演员从船舱登上船型舞台，同时旗杆摆起。完成表演任务后，旗杆倒下，演员从舞台转入船舱，船型舞台摆下，最后上开弧形屏沿弧形向下运动，整个表演系统恢复正常模式。

2 总体工艺尺寸

弧形屏展开长度：13 100 mm

弧形屏宽度：5 170 mm

船体长度：7 060 mm

船体宽度：5 000 mm

船体高度：4 060 mm

桅杆高度：5 500 mm

船体动载：42 kN

主视图见图2，俯视图见图3。

图2 整体工艺主视图

图3 船型舞台工艺俯视图

3 上开式弧形屏的工艺动作要求

上开式弧形屏的动作较为简单，正常情况下，上开式弧形屏处于下限位，与周边固定屏幕形成一个大的弧形屏幕，在船型舞台向上摆动前，上开式弧形屏幕沿弧形轨道向上运动，打开通道，保证船型舞台上下摆动有足够的空间；表演完成后，船型舞台摆下，上开式弧形屏沿弧形轨道向下运动至下限位，恢复正常模式。

开合行程： 6 800 mm（满足摆船式舞台的摆动条件）

开合最大速度：0.3 m/s

额定动载：自重

4 船型舞台各个动作的工艺要求

船型舞台的动作主要有：船体的上下摆动，旗杆的向前倾倒以及为了满足观演需要而增加杆体高度的旗杆伸缩动作（需要说明的是，过高的旗杆在倒下位置时无法满足船体的尺寸，故需伸缩动作），船体内部须留演员通道和台仓，便于演出和演员登台。

4.1 船体摆动

船体绕后部铰接点摆动，形成船头上下摆动的效果。

摇摆行程：45°

摆起或摆下时间：10 s

额定动载：42 kN

4.2 旗杆倾倒

旗杆绕炮台位置向前倾倒。

摇摆行程：90°

倒下和摆起时间：8 s

额定动载：旗杆自重+道具重量

管理上坚决杜绝“长流水”，绝无“放任自流”。特别是水方面要杜绝“跑、冒、滴、漏”现象，及时修理，减少对水的损耗。

4.3 旗杆的顶部伸缩

伸缩行程：500 mm

伸出或缩回时间：10 s

额定动载：杆体自重+道具重量

5 设计思路及动作方案的选用

弧形屏的开合和船型舞台的摆动动作均属于大行程、较大载荷的情况，这种工况最经济的动力驱动方式是利用卷扬机和钢丝绳进行柔性驱动。柔性驱动的优点是布置便捷、驱动装置尺寸小，载荷大且经济性最高。

旗杆倾倒动作和顶端伸缩动作载荷比较小，行程也相对较小，采用电动推杆进行驱动。电动推杆的优点是可操作性好，成本也较为经济，相比气动驱动的噪音小，相比液压驱动又不会出现漏油等隐患，动力源也较方便。

整个工艺设备动作包括弧形屏的开合、摆船式舞台的上下摆动、旗杆的倾倒和杆顶端的伸缩。

四个动作均可独立运行，由电气联锁控制，一方面保证各动作之间不能出现干涉、碰撞等安全事故，另一方面保证各动作协调、流畅，达到最佳的观演效果。

6 各职能机构的实现原理

6.1 弧形屏上下开合

弧形屏的上下开合动作原理如图4所示，驱动卷扬机经滑轮转向后与弧形屏连接，弧形屏的本体被当作一个大型卷筒，驱动钢丝绳固定后缠绕在弧形屏的本体上。

图4 弧形屏动作原理图

该方案优点有：（1）解决了驱动钢丝绳与弧形屏轨迹间的干涉问题；（2）钢丝绳的驱动力始终沿弧形屏的切线方向，最大限度地提高整个系统效率，降低各个驱动组件的受力要求；（3）钢丝绳的速度与弧形屏的边缘线速度一致，便于弧形屏开合时的位置和速度控制，定位更加精确。

如图5、图6所示，弧形屏的侧面设置多组行走轮和导向轮，配合弧形的导向架，保证弧形屏在驱动力的作用下整体沿导向架作圆弧运动，且保证整个屏体运动过程中的姿态。

图5 弧形屏主视图

图6 弧形屏侧视图

6.2 船体摆动

如图7、图8所示，整个船型舞台由两个铰座铰接在钢架上，可自由地绕铰接点旋转，船体的摆动动作由一台双卷筒卷扬机驱动。该设计保证了船型舞台处于摆起位置时，驱动钢丝绳与整个台体及铰接点之间的受力系统力臂最大，即铰接点与钢丝绳的垂足点位于钢架驱动的受力点处。该方案的优点在于，在总体载荷一定的条件下，驱动力最小，从而达到最优的受力，最大限度地提高传动效率，降低成本。

图7 船型舞台侧视图

图8 船型舞台主视图

船型舞台向下摆动时，整个系统所需要的功率逐步减小，所以设计时仅考虑最高位置的状态，其他位置仅复核钢丝绳受力即可。该方案另一个较大优点是，船型舞台上下摆动时，驱动钢丝绳的摆动幅度较小，整体速度基本线性，便于控制和定位。

6.3 旗杆倾倒

旗杆倾倒机构原理如图9和图10所示，结构动力由电动推杆提供，用杠杆原理将行程放大实现倾倒动作。由于负载较小，旗杆采用铝合金材质制作。虽然该结构特点会使驱动力较大，但电动推杆的驱动特点是速度慢、行程小、动力大，所以该方案结构简单、经济性较高、可操作性好，且节省空间。

图9 旗杆倾倒主视图

图10 旗杆倾倒俯视图

6.4 旗杆伸缩

旗杆的顶端伸缩动作如图11所示，由一个小电动推杆驱动，旗杆的伸缩段由尼龙导向套进行导向，顶端设置有一个用于旗子升降的滑轮。整个动作由限位开关控制上下极限且状态反馈，实现与整个系统的连锁控制。

图11 旗杆伸缩结构图

7 实例效果

项目完成后，上开式弧形屏主体结构重量约24.50 t，其中弧形屏自重约2.50 t，驱动功率45.00 kW；摆船式舞台主体重量约16.00 t，完成舞美造型后约20.20 t，总功率75.00 kW。

该舞台系统能够实现弧形屏的上下开合、船型舞台上下摆动、旗杆倾倒和旗杆顶端的伸缩四个动作，四个动作分别由一台电机独立驱动，各动作之间互不干扰，所有动作由状态开关及电气联锁控制。该设计方案巧妙地运用了各个造型的受力特点、动作特点，整体规划弧形屏和船型舞台的动作，各个机构布置合理，动作流畅协调，使整个舞台系统实现了特殊的场景转换方式，呈现出虚实结合的表演效果。