编者按
2016年4月25日-6月22日，中国舞台美术学会“2016剧场建筑与舞台技术人才培训班”（简称CISD高研班一期）进行了为期二个月的培训。此次培训设置了前所未有的高质量、重跨界的课程，经过第一阶段高强度集中课堂授课和第二阶段的国内剧院、企业考察教学，高研班一期学员呈交了原创论文，圆满完成了此次培训班的课程。
每位学员从《剧场建筑与舞台技术》《舞台设计与演出创意》《剧场运营与管理》三个选题中自选一个题目最终呈交原创论文。近期，学会微信平台将挑选优秀论文进行刊载，供广大舞美同仁交流学习。



“秀”从英文“Show”音译而来，是二十一世纪初继音乐剧之后，由美国最先兴起的一种新型综合舞台表演形式。“秀”往往将音乐、舞蹈、杂技、体育竞技、特技动作等多种表演形式有机结合，通过精致的舞台服饰、化妆造型等戏剧化设计，呈现出美轮美奂，叹为观止的舞台现场表演。

近年，在我国文化大发展的背景下，国内各地涌现出了大量“秀”这种综合舞台表演形式的大型室内或室外演出。例如：“印象系列”、“宋城”、“汉秀”等。

主题表演秀剧场具有演出频率高、体量较大、科技含量高、系统复杂的特点。且舞台表演空间是根据演出的主题来设计的，不等同于一般的镜框式舞台，在建筑空间、功能划分上较为复杂。同时，多利用大量高科技手段，带给观众极强的感官冲击力。这就对“声、光、电”各系统的安全、稳定、快捷、高效均提出了极为严格的要求。

我们以“水秀”为例，来分析剧场舞台灯光控制设施、供配电设施在“主题秀”剧场如何实现对于演出安全、稳定、快捷、高效的要求。

一、对“水秀”剧场建筑空间及灯光运用空间的分析

“水秀”剧场是为“水秀”打造的定制化剧场，不同于常规剧场建设先行，组台演出的建设模式，整个剧场功能完全从演出需求出发，做到了剧目现行，主导功能的剧场建设模式。

秀场采用驻场演出的形式，平均每周演出场次将达到6~8场，全年演出场次达到350~400场。

1.建筑体量分析

“水秀”作为一场水舞台表演的驻场秀，舞台包括干区舞台和湿区舞台，舞台与观众席无台口，观众与演员之间无明显的界面划分。同时，观众席座椅在演出中变换，使观演形式在尽端式和环绕式间转换，以达到最佳观演视线，同时还能将观众置身于演出之中，增强观众身临其境感受，增强演出的互动效果。

▲观众席座椅闭合模式。干舞台区域宽60m，进深25m，距栅顶净空46m。

▲观众席座椅打开模式

当观众席座椅打开时，藏身于旋转座椅台下的水舞台就呈现在观众面前。水舞台长58m，宽32m，深10.2m，总容量1400万升，相当于4个奥运会标准泳池，是现今世界上最大的室内水舞台。

▲剧场剖面

2.灯光运用的建筑空间

根据舞台表演形式的不同，主要分为了水舞台和干式舞台两个表演空间。环绕着两个表演空间，灯位自水池内一直延伸至栅顶，在舞台表演空间的净空56.2m之内，可以说整个剧场空间，都是灯光创作的空间，也都存在着安装灯具的可能。为保证各个位置均能够成为照明灯位，在剧场的各个区域均应考虑供电及控制回路，以便灯光创作的灯位需求。

二、系统设计的建筑空间划分

在常规剧场中，由于建筑规模较小，一般多采用单调光器室的方式。根据水秀剧场的建筑体量及灯光运用空间进行分析，舞台灯光系统所面临的最大问题在于控制系统庞大、且控制所辐射的区域广。由于水秀剧场建筑规模较大，如果，按照常规剧场灯光控制系统的设计方式，将造成以下问题：

1.线缆传输距离过长，造成投资的浪费；
2.信号线超出设计规范允许的线缆传输距离。

根据灯光运用空间的分析，按照灯光运用空间及线缆敷设的距离要求相结合。分别在舞台B1层、G层、F4层、F7层设置十三间调光器室。为不同的建筑空间提供灯光供电回路及控制信号回路。剧场共配置1032路3kW调光回路、74路5kW调光回路、567路3kW继电器直通回路、76路5kW继电器直通回路。

设置于B1层的两间调光器室，为剧场B4层水下钢平台（水池内灯具的电源提供）、B4层干舞台升降台仓、B2层双层布景间、B1层C型马道、干区舞台首层提供供电回路及控制信号回路。

设置于G层的三间调光器室，设置于升降座椅台及旋转座椅台内，为升降座椅台及旋转座椅台区域的灯位提供供电回路及控制信号回路。

共有六间调光器室设置于F4层，这一层作为环绕剧场的工作马道层，有大量灯具及特效设备安装于此，是重要的设备安装层。其中四间调光器室设置于观众席侧，为环绕在观众席周边的灯位提供供电回路及控制信号回路。另外两间调光器室分别设置于舞台后墙的上下场口方向。为设置于26m的高空表演马道及33m排练厅提供供电回路及控制信号回路。

在常规剧场最多回路设置的栅顶层（F7层），上下场口各设置有一间调光器室。这两件调光器室的规模也是所有十三间调光器室内最大的，为整个舞台顶部提供供电回路及控制信号回路。

根据区域划分，保证了所有网线长度均不超过100m的规范标准。能够确保信号传输的强度。

三、供电系统设计

1.供配电系统设计
根据现今的舞台灯光系统设施划分分为：

调光回路：由调光器、电源插座及线路组成，用于控制常规卤素光源灯具的亮度变化，多采用可控硅方式。

直通回路：由直通控制装置、电源插座及线路组成，用于为电脑灯具、LED灯具、投影机、特效机等设备提供电源.

控制回路：由交换机（网络传输协议）、网络/DMX512解码器、网络插座（或DMX512插座）及线路组成，用于对收控于DMX512协议的设备提供控制信号。

由于回路功能不同，设计中为不同功能的设施提供了独立的供电回路。

a.UPS供电回路
为舞台灯光系统中所有弱电控制设备提供电源供给。包括：设置于主控制室的灯光网络机架PLR601A、PLR601B；设置于十三间调光器安装位置的灯光网络机架及DMX继电器面板控制电子设备；从配电柜编号以UPS开头的配电箱内输出电源至舞台各个区域标示有UPS1标志的接口箱。此供电回路均来源于一号UPS电源组。

为控制设备提供独立的UPS供电回路，避免了如电压过高、过低、电网突波或瞬间尖波、电源线上杂波干扰、电力供应中断或瞬间断电等对设备的影响，从而保证仪器设备的正常运行，同时，防止控制设备及数据处理系统内的资料丢失。

b.继电器柜供电回路
为舞台灯光系统中非调光部分的强电回路提供电源供给。包括：设置于十三间调光器安装位置的继电器柜（强电部分，弱电部分由UPS供电回路提供）；分布于舞台各个区域标示有技术电源的接口箱。

此供电回路来源于主低压配电柜。

c.调光立柜供电回路
为舞台灯光系统中调光回路提供电源供给。包括：设置于十三间调光器安装位置的调光立柜。此类供电回路，中线截面积必须为相线截面积的2倍。

此供电回路来源于主低压配电柜。

将继电器柜与调光立柜供电回路分开，明确了电源类型。根据JGJ-16-2008《民用建筑电气设计规范》22.3.2中的6.有大功率谐波骚扰源的馈线上，宜设置滤波装置；或在此类设备的电源输入端设置隔离变压器，且中性导体截面积应为相导体截面的两倍；7音乐厅及影剧院等建筑物中，舞台调光装置宜采取有效的谐波抑制措施；当未采取措施时，其供电线路的中性导体截面积，应为相导体截面积的两倍。在水秀剧场内采用高标准要求，对于调光柜的供电回路除加装有源滤波装置外，调光柜及对应配电柜的中线截面积为相线截面积的2倍。

d.临时配电柜设计
除以上供电回路外，剧场内还设置了10套400A配电柜及5套200A配电柜。其中，400A配电柜为常规供电回路配电柜。200A配电柜为灯光专用配电柜，为满足调光设备的接入，及剧场电源谐波抑制措施的需求，中线截面积设计为相线截面积的2倍。

2.电气设施安全设计
作为一个水舞台表演场所，观众及水池内表演人员均靠近水区，且大量的演出设施安装于0区、1区内。用电安全关乎到演职人员及观众的人身安全问题。剧场专业设备的用电安全应该是一个贯穿项目全过程的策略。

a.靠近水区的座椅台内电气
升降座椅台及旋转座椅台中的终端接口箱及灯箱内的灯具均安装在2区，但离水面较近，按照设计要求，所有的密封措施需要达到IPX5标准。

▲旋转座椅台接口箱布局

▲升降座椅台接口箱布局

针对可能存在的漏电风险，所有座椅台配电柜至终端馈线回路均采用漏电保护器（漏电保护器额定剩余动作电流为30mA）。

b.水池内的灯具选型
水池区域，有两种不同功能的水下灯具，一种是为水下工作需要，安装的水下工作灯，一种为表演使用的水下灯及喷泉灯。

▲水下工作灯安装位置

▲水中升降台侧壁灯具安装位置

▲侧壁水下灯具安装示意

▲水中升降台台面灯具安装位置

▲喷泉灯具安装示意

喷泉灯具安装示意安装的水下灯具均采用24V低压直流供电灯具，驱动器设计在水池底板下平台上。

四、网络控制系统设计

1.控制协议传输方式的分类
现今的灯光控制系统设计一般分为单向DMX512传输方式、网络+DMX512传输方式两种。

单向DMX512传输方式：由控制台输出DMX512信号，通过信号分配放大器传输至各个控制点位。这种方案结构简单，但由于DMX512单路的信号传输能力有限，适用于控制通道较少的小型剧场、演播厅使用。

现今常用的灯光控制方式多采用网络+DMX512传输方式：随着舞台灯光控制的规模越来越大，单纯以DMX512线路进行系统搭建，将造成极大的时间及投资的浪费，无法满足大型系统的使用需求。以太网的网络技术具备可扩展性、传输速度快、规模大等优点，从而基于TCP/IP通讯协议基础上，制定了Art-Net协议、ACN协议等灯光网络协议，在大型的灯光控制系统中已经普及。由于大量灯具还只支持DMX512协议，所以在控制方式上，还不能达到完全的网络化，现阶段仍采用网络+DMX512的控制方式，网络控制方式又根据网络协议与DMX512协议转换设备的安装位置，分成两种类型。

a.网络与DMX512的协议转换在网络中继柜内
这种方式在常规剧场大量使用。根据剧场的体量，设置三个到五个不等的网络中继柜，中继柜之间采用网络传输。中继柜中安装有网络/DMX512解码器，解出的DMX512信号通过线缆星型分布到就近的灯位。这种方式只将自控制台到各网络中继柜的控制信号通过网络的方式进行传输，并没有将网络信号传输至使用的终端。

b.网络与DMX512的协议转换在灯位终端
这种方式将网络与DMX512协议转换的设备放置在了灯位终端，自网络中继柜星型分布至就近的各个灯位。再由网络/DMX512解码器，将解码出的DMX512数据输出至终端设备（灯具、特效设备）。在大型项目中，这种方式能够灵活的对各个灯位进行Universe的设置。如果单一某个网络/DMX512解码器出现故障，对整个系统的影响也较小。

2.网络传输介质的分类
网络传输介质：指网络传输数据的载体。网络介质是数据发送的物理基础，它位于OSI模型的最底层（物理层）。 网络传输介质是网络中传输数据、连接各网络站点的实体。网络信息还可以利用无线电系统、微波无线系统和红外技术等传输。目前常见的网络传输介质有：双绞线、光纤等。

双绞线缆： 双绞线一般用于星型网的布线连接，两端安装有RJ-45头(水晶头)，连接网卡与集线器，最大网线长度为100米。

光纤：是由一组光导纤维组成的用来传播光束的、细小而柔韧的传输介质。应用光学原理，由光发送机产生光束，将电信号变为光信号，再把光信号导入光纤，在另一端由光接收机接收光纤上传来的光信号，并把它变为电信号，经解码后再处理。与其它传输介质比较，光纤的电磁绝缘性能好、信号衰小、频带宽、传输速度快、传输距离大。主要用于要求传输距离较长、布线条件特殊的主干网连接。

根据传输距离的不同，我们在剧场内将网络中继柜之间的连接采用光纤作为传输介质，而自网络中继柜至终端插座的线路采用双绞线缆。

3.水秀灯光主网络设计
由于水秀的建筑体量较大，为保证自交换机至终端插座的线缆长度不超过100m。与剧场的主控制室设计了一个核心网络站点、在十三间调光器室设计了十三个网络站点。为了给水秀剧场提供一个更高带宽的网络传输环境，所有交换机全部选用全电口Poe供电千兆网络交换机。

水秀的网络是一个庞大的网络系统，由于水秀演出中存在大量危险的高空表演，所以在演出过程中，绝对不能允许表演过程中突然出现意外黑场的情况，这对于整个网络的传输就提出了一个高标准的要求，为保证核心网络传输的安全性，采用星型网络机构，由核心网络站点向十三个分网络站点敷设六条全双工多模光纤，采用“链路聚合”技术，将六条光纤捆绑，保证通讯数据由六条光纤发送至下端交换机，只要有一条线路正常，就不会影响信号的传输。

▲网络系统图

4.网络终端设计
分站点采用 “就近分布”的原则，由十三个分网络站点敷设网络线缆至各个网络插座。所有网络交换机采用全端口POE供电方式，为网络/DMX网络节点提供供电。

灯光网络控制系统的主要设备(调光台、调光柜、网络/DMX节点)采用基于TCP/IP通讯协议的SACN控制协议网络化设备。在所有网口处均可以远程设置设备数据，并可以通过监控软件监控网络设备的工作状态。

5.控制台的设计
由于水秀的灯光网络除了需要满足灯光设备的控制，同时还要为特效设备（水、火、气体）提供控制操作。在常规剧场的设计中，特效设备一般都并在灯光控制台进行控制。由于水秀的设备规模庞大，仅灯光系统就达到三万余个控制通道。同时，为保证演员的安全，水火特效的使用需要极为精确地时间控制。从安全的角度考虑，水秀剧场将灯光控制和特效控制独立开来，并在网络中将灯光与特效划分在不同的Vlan，做到一个网络两个不同的虚拟网络，使灯光与特效做到了完全隔离，不会因误操作造成演出事故。

控制台作为系统的大脑，为避免由于控制台的死机造成演出的瘫痪，在控制台的设计中，采用了热备份功能的网络型控制台。通过网络，主备控制台实时自学习，如主控台离线，备份控制台能够极快的接管演出，保证控制不中断。

6.BMS系统与灯光网络系统的联动
在演出中，由于演出效果的需求，将需要灯光控制系统通过BMS（建筑管理系统）与空调通风进行联动。在雾效果环境中，为避免空调出风对于雾的影响，在干冰机出雾的同时，需要切断出雾区域的通风管路。这是在常规剧场内很少涉及的。

设计中，将BMS系统通过ETC Paradigm设备接入到灯光网络系统中来。铜鼓Paradigm将sACN协议与BMS协议进行转换，在控制台发送sACN协议控制干冰机的同时，触发BMS系统，关闭通风管路。

7.场灯、工作灯控制设计
场灯、工作灯的控制同样采用符合sACN协议的网络化设备，通过灯光核心网络，用于控制分布于剧场十三间调光器室的场灯及工作灯的电源回路，实现调光的功能。剧场共固定安装三套主控制面板，分别安装于G.11 舞台右侧、G.11 舞台左侧、剧场右主入口。并配置两套便携式主控制面板，可在灯光网络任意一个控制点接入工作灯控制系统，对系统进行编辑。

五、思考：IGBT正弦波技术在水秀的应用

GBT正弦波调光产品解决了现有的可控硅调压电路存在的波形畸变以及功率开关管调压电路存在的功耗大、电路复杂的问题，是一种基于集成电路芯片控制技术的正弦波交流电源调压驱动器，其无波形畸变，可控性强、节能环保等先进性是影视舞台调光系统更新换代的理想产品。由于IGBT正弦波调光产品较可控硅产品在价格上的差异巨大，在国际市场上没有得以应用。

此次考察，接触了国内几个一线品牌厂家，在IGBT的研究方面均已成熟，且产品价格也随着技术的成熟大幅下降。

水秀剧场使用的调光设备为可控硅调光器，由于考虑波形畸变等问题，将调光器的供电回路与直通继电器的供电回路完全独立开来，并采用加装有源滤波装置及敷设中线截面积为相线截面积2倍的方式，来进行谐波抑制。如果采用IGBT正弦波调光器，则可以将正弦波与继电器直通调光器合二为一，供电回路可以统一考虑，将大大节省投资，并简化系统。

六、结论

由于秀场的使用频率高，且高空演出、水下表演都带有一定的危险性，舞台灯光系统从供电系统到网络化控制系统的设计，都应从安全稳定的角度出发。同时，根据演出的需求，将常规剧场不经常采用的多系统联动引入灯光网络系统中，以达到完美的演出效果。