国家大剧院歌剧院舞台机械最终验收程序

刘玉群，苏志斌

（1.国家大剧院 舞台技术部，北京 100031；2.中国传媒大学 信息工程学院，北京 100024）

国家大剧院歌剧院舞台机械最终验收程序

刘玉群1，苏志斌2

（1.国家大剧院 舞台技术部，北京 100031；2.中国传媒大学 信息工程学院，北京 100024）

详细介绍国家大剧院歌剧院舞台机械验收的程序、步骤，对有代表性的舞台机械设备进行重点分析和说明，并对整个测试结果进行了总结性的陈述、分析和评价。

国家大剧院；歌剧院；舞台机械；台上设备；台下设备；验收检测；FAT

对舞台机械而言，验收是基本建设程序中建设项目投入使用前的最后一个、也是十分重要的程序，在剧场正式使用前必须对舞台机械系统进行全面的检查与测试，并完全达到合同规定的技术指标要求后才能进入最终验收程序FAT（Final Acceptance Test）。

国家大剧院是国内顶级演出艺术中心，歌剧院是其中舞台机械种类最全、数量最多、具有代表性的剧院，其舞台机械FAT程序也是非常严谨、周全的，本文就国家大剧院歌剧院舞台机械最终验收程序作一详细的介绍。

1 FAT程序概述

国家大剧院歌剧院采用国际传统的“品”字型舞台结构形式，布置有主舞台、左右侧台和后舞台4个部分，不仅具有推、移、升、降、转的完整功能，可迅速布景的换景设备，以及世界上独创的左右车台互换技术，还设置有可倾斜的芭蕾舞专用台板车台。舞台上空的吊杆、轨道单点吊机和自由单点吊机等设备的数量、技术参数均居世界先进水平、国内同类剧院的首位。

1.1 合同要求

歌剧院的舞台机械设备是国家大剧院基建项目采购中投资最大的项目，由日本“三菱重工”总承包，合同对设备的验收有明确和详细的规定：承包商要提供完整、清晰、正确、详细的供货范围内设备的技术资料，考核、试验、验收的程序、方法、使用工具和仪器以及验收标准，具体还包括试验报告、出厂合格证书、检验合格书等，供业主方进行资料验收。按照合同的要求，在设备厂家对机电设备自检完成后，于2006年9月开始，由业主、监理单位、设备厂家三方，按照经过三方讨论确认后的设备验收大纲的相关要求，从外观检查和性能测试两个大方面对歌剧院的舞台机械进行最终验收。

1.2 组织机构

歌剧院在进行FAT验收测试时，除合理、有序安排检查过程，还对舞台安全措施有如下要求：

（1）所有参加验收的人员服从综合指挥的指挥，根据综合指挥的口令进行检测工作。

（2）所有操作人员使用无线对讲机，遵照综合指挥的口令进行正确的运行操作和测量工作。

（3）严禁无关者进入测试区域并安排专门的监督人员监管这些区域。

同时，对参与测试的单位、部门和人员也进行了严格的规定，验收组织结构见图1。

1.3 验收内容

歌剧院FAT验收测试的内容见表1、表2，该表列出了参加验收的全部舞台机械设备和测试项目。

2 检测项目

2.1 外观检查

舞台机械的外观检查主要依据设计图纸，通过目测检查进行，重点针对设备的规格与状态、机构与装置等内容。台上设备的外观检查主要在+29 m ～ -6 m的栅顶、卷扬机室、马道、操作室和舞台平面等地进行；台下设备则主要在-27.5 m ～ -6 m的主舞台台仓、控制柜室、乐池升降台台仓等地进行。

具体检查项目分为以下几个方面。

2.1.1 安装检查

主要检查设备安装位置是否正确，确保设备数量齐全；钢结构有无变形或损伤；所有装置安装是否牢固。

2.1.2 外观检查

主要检查设备涂漆是否正确，色泽是否均匀，有无漏刷、裂纹或脱落。

2.1.3 电气检查

主要检查电气与控制设备的布局和布线是否规范且整齐美观；电气设备、电缆、导线等接头是否牢固，确保标记准确。

2.2 性能测试

性能测试是FAT测试的核心部分。主要通过操作系统对单台设备、多台设备进行测试，考核设备的主要技术参数及控制系统的功能，以证明其符合合同规定的一系列功能。

2.2.1 单项设备测试

单项设备测试是通过操作系统对单台设备的载荷、速度、停位精度、安全性能等进行的测试。其中，载荷测试主要包括空载和100%额定载荷两种情况，对于安全性要求较高的电动吊杆，则特别进行120%的超载试验。部分没有进行100%载荷测试的台下机械，例如乐池升降台、车载转台、软景库升降机和自动存取机构，则按照要求进行50%的载荷测试。在上述载荷下，令单项舞台机械设备以固定速度进行上升和下降运行，确认电流值。安全性能测试主要是在0%载荷下，低速或给定速度的条件下，在运行中强制激活限位开关或松绳开关，确认设备是否停车。针对数量较多的台上设备如电动吊杆、自由单点吊机、轨道单点吊机、灯光吊笼等，任意抽取25%的设备进行检查，而台下设备则逐台进行试验。

合同规定所有设备在额定速度、额定载荷下的停位精度要求如表3所示。

图1 验收组织结构图

表3 舞台机械设备停位精度要求

表1 台上机械设备最终验收检查一览表

表2 台下机械设备最终验收检查一览表

表4 电动吊杆FAT测试记录

表5 主舞台升降台FAT测试记录

（1）电动吊杆和主舞台升降台FAT测试

电动吊杆和主舞台升降台分别是舞台区域上空和台下参与演出最多、使用次数最频繁的机械设备。因此，在FAT的测试中，对上述两种设备的测试要求最为详细、完整，使测试结果能够集中体现国家大剧院歌剧院舞台机械的设备性能。表4、表5分别给出了FAT测试中，电动吊杆和主舞台升降台的外观检测和单项设备测试记录。其中，电动吊杆的测试结果选取业主和监理方在现场进行重点检查的设备，给出相关数据。主舞台区域共有6块升降台，由于台下机械对安全性要求级别较高，因此，对每台升降台都进行了检测。

（2）防火幕和隔声门的测试

防火幕是隔开舞台和观众厅的防火设备，在遇到紧急情况和突发事件时使用，属于使用次数较少，但安全性要求最高的台上机械设备，也是舞台机械验收中需要重点考核验收的设备。正常情况下，防火幕由驱动装置带动，进行电动提升和下落。在发生火灾等紧急状态时，可使用紧急手动释放装置使防火幕实现无动力下落，同时，要保证在下降至一定距离时减缓下降速度，供演职人员安全撤离，并保护舞台面地板不受冲击。防火幕除了设有正常供电电源，还有专门的消防供电电源，对防火幕的驱动系统还设置有行程限位开关、超行程限位开关、减速开关、边缘安全开关、卷扬机松绳保护等装置。表6给出的是防火幕在FAT测试中的测试结果。

除防火幕，还对3台隔声门进行了同样的测试，用电动卷扬机将防火幕从舞台平面提升到上限位置、下降到下限位置的上升下降运动符合合同要求。采用手动紧急释放装置时，防火幕和隔声门的自由下落时间在30 s之内，并且从2.5 m处开始进行阻尼减速，减速时间应大于10 s。表7给出的是防火幕、隔声门下落在FAT中的测试结果。

上述表7的测试结果显示，隔声门（右）和隔声门（后）的自由下落时间都超过了合同的要求，各设备从2.5 m开始的减速时间也未符合合同要求。

表6 防火幕FAT测试记录（外观检测和单项设备测试）

表7 防火幕及隔声门的下落测试结果（2006.11）

经研究分析，隔声门（右）和隔声门（后）自由下落时间超过设计要求的主要原因是：幕体框架与配重间导向滑轮的配置方式及数量加大了摩擦阻力，使幕体自由下落的加速时间较原始设计出现大幅度延长。如图2所示，防火幕幕体框架的配重装置在栅顶处的布线共进行了2次转向，且配重同幕体框架处在同一平面，二者之间距离较短。而从图3看出，隔声门（后）的配重距离幕体较远，其布线在栅顶处共进行了3次转向，且角度改变较大，每增加一次转向都使系统阻力有所增加。

由于台上设备繁多，在防火幕配重位置与导向滑轮的设置方式已经无法改变的情况下，为保证防火幕和隔声门的下降时间达到30 s，歌剧院采用的措施是，将从2.5 m开始的减速时间设定为5 s，更换减速机，调整减速比，使下降时间达到合同的要求。测试结果如表8所示。

（3）小结

国家大剧院歌剧院的舞台机械由于采用了先进的机械硬件设备和高性能的电气及操作系统，绝大多数设备在测试中符合规定的性能要求。在速度测试中，对误差要求在10%以内的常用机械设备，如电动吊杆、主舞台升降台、侧台车台等，均能在检测中以零误差的结果通过，大部分停位精度要求在5 mm以下的设备也能将误差控制在0 mm。

防火幕的性能测试集中体现了FAT中对于舞台机械安全性能的要求，对于防火幕下落时间的给定和调整也是舞台机械验收中常见的问题之一。1997年起实施的文化行业标准《舞台升降式刚性防火幕》中对防火幕的运行做出了如下规定：幕体下落的全过程不得大于45 s；幕体在落至距台面2.5 m时，幕体下降应作减速运行，运行时间不少于10 s。而实际上，国内的剧场在设计时通常参照国际上同类标准，要求防火幕的全程运行时间在30 s之内，这对于舞台较小，台口高度较低的一些中小型剧场是没有问题的，而对于规模大的舞台则存在明显的不合理之处。以国家大剧院歌剧院为例，台口高度14 m，为达到30 s的要求，将防火幕最后2.5 m的减速下落时间调整为5 s，相当于减少了台上人员的逃生时间。目前，已有一些业内专家提出，在符合行业标准的前提下，防火幕的实际下落时间应当同其所在剧场台口的高度有一定的对应关系。新的防火幕国家标准正在制订当中，相信对此会有所考虑。

图4给出了歌剧院防火幕的自由下落时间和速度关系。

图2 防火幕导向滑轮配置方式（幕体和配重间）

图3 隔声门（后）导向滑轮配置方式 （幕体和配重间）

图4 防火幕自由下落运行情况

表8 隔声门的下落测试结果（2007.6）

2.2.2 组合测试

组合测试是通过操作系统，按合同所述的各种设备运转状态及其组合进行试验，以确定其运动精度、同步精度及控制系统的功能。主要包括在空载和负载状态下的台上、台下设备同步测试和动作序列运行、操作优先顺序等测试。

（1）台上设备空载同步测试

根据编组测试的内容，设定以下运行场景，运行后的停止位置通过GUI（触摸屏幕）进行确认。

a. 在控制器最多同时控制24台设备的条件下，使用控制室内操作台分两组进行，令每组12台电动吊杆以100%的速度在舞台平面+1 000 mm～+11 000 mm之间进行上升下降运行，观察运行状态。

b. 使用主操作台对同一列上并排的6台轨道单点吊机以100%的速度在舞台平面+1 000 mm～+11 000 mm之间进行上升下降运行，观察运行状态。

c. 使用主操作台对8台自由单点吊机以100%的速度在舞台平面+1 000 mm～+11 000 mm之间进行上升下降运行，观察运行状态。

d. 使用主操作台控制如下不同设备间的组合在舞台平面+1 000 mm～+11 000 mm之间进行上升下降运行，观察运行状态。

台上设备空载同步组合测试内容见表9。

（2）台下设备空载同步测试

根据编组测试的内容，设定以下运行场景，运行后的停止位置同样通过GUI（触摸屏幕）进行确认。

a. 使用主操作台控制2台乐池升降台以100%的速度在舞台平面+0 mm ～ -2 000 mm之间进行上升下降运行，观察运行状态。

b. 使用主操作台控制6台主舞台升降台以100%的速度在舞台平面+0 mm ～ -2 000 mm之间进行上升下降运行，观察运行状态。

表9 台上设备空载同步组合测试表

c. 使用主操作台控制左侧6台侧台车台以100%的速度在主舞台与辅助升降台（侧台）之间进行前进后退运行，观察运行状态。

（3）动作序列测试

动作序列测试主要根据主操作台中设置的节目动作场景进行，包括主舞台和侧台车台的组合运行、侧台车台的交换运行、主舞台和车载转台的组合运行、乐池升降台和座椅台车的组合运行、主舞台升降台和后舞台下车台的组合运行、演员升降小车和电动开启活门的组合运行、软景库存储货架的取出和收纳。要求能顺利完成移动且运动间不出现干涉，能够以目视方式确认移动的位置，达到运行目的。

左右可互换的车台是歌剧院舞台机械中的一大亮点，通过活动的车台可以连接下场口的布景运输通道和上场台，实现场景的快速切换。在FAT的检测中，使用主操作台对主舞台升降台1，右侧侧台车台1及相关的辅助设备按照下列连续动作序列进行：

a. 解除主舞台升降台的锁定装置，运行主舞台升降台从舞台平面±0 mm ～ -200 mm，锁定主舞台升降台。

b. 下降左侧辅助升降台到-200 mm，解除左侧的侧车台的锁定装置，将左侧车台通过左侧辅助升降台运行到主舞台升降台上。

c. 解除主舞台升降台的锁定装置，运行主舞台升降台从-200 mm下降到-400 mm，锁定主舞台升降台。

d. 下降右侧辅助升降台到-200 mm位置，解除右侧的侧车台的锁定装置，将右侧车台通过右侧辅助升降台运行到主舞台升降台上的左侧车台上，再一直运行到左侧辅助升降台锁紧。

e. 主舞台升降台解锁上升到-200 mm位置锁紧，左侧车台向右运行到右侧辅助升降台上锁紧。

f. 主舞台升降台解锁上升到舞台平面±0 mm锁紧，左、右侧辅助升降台上升到±0 mm。

如图5所示。

测试结果以目视方式确认侧台车台被移动到相反方向对应的侧辅助升降台（侧台）的正确位置上，并满足测试中侧台车台同侧辅助升降台不出现干涉的要求，证明性能良好。

（4）操作优先顺序测试

操作优先顺序主要是对操作的优先互联锁进行确认，检查内容包括控制柜选择、IMCS SCADA选择、IMCS就地操作面板（OCP）选择和MCS内面板的同时选择，具体要求如下：

a. 控制柜选择：在选择了控制柜进行操作时，在操作台的SCADA和GUI画面上确认不能通过IMCS及MCS进行运行操作。

b. IMCS SCADA选择：在SCADA上选择了IMCS，确认不能通过MCS进行运行操作。

c. OCP选择：在OCP上选择IMCS，确认不能通过主操作台上的MCS及SCADA进行运行操作。

d. MCS内面板的同时选择：使用ROVER（手持式操作系统）选择电动吊杆60，确认通过主操作台的OCP不能对同一设备进行运行操作。

（5）台上、台下负载同步试验

主要通过主控制台对常用的设备如侧车台、主舞台升降台及电动吊杆、轨道单点吊机和自由单点吊机在不同配重下进行同步运行，确认其运行状态。下面简要介绍其中部分设备——主舞台升降台、电动吊杆及多种吊机设备的负载同步试验情况：

a. 主舞台升降台的同步运行

运行情况1：在2台主舞台升降台上加载100%和70%的配重，以100%的速度在舞台平面+0 mm ～ -4 500 mm间进行升降动作，确认运行状态。

运行情况2：在4台主舞台升降台上分别加载50%的配重，以100%的速度在舞台平面+0 mm ～ -4 500 mm间进行升降动作，确认运行状态。

b. 电动吊杆的同步运行

运行情况1：在2台电动吊杆上分别加载100%的配重，以100%的速度在舞台平面+1 000 mm ～ +10 000 mm间进行升降动作，确认运行状态。

运行情况2：在4台电动吊杆上分别加载100%的配重，以100%的速度在舞台平面+1 000 mm ～ +10 000mm间进行升降动作，确认运行状态。

c. 多种吊机设备的同步运行：在1台电动吊杆、1台自由单点吊机、1台轨道单点吊机上分别加载100%的配重，在另外1台电动吊杆、1台自由单点吊机、1台轨道单点吊机上分别加载50%的配重，以1 200 mm/s的速度在舞台平面+1 000 mm ～ +10 000 mm间进行升降动作，确认运行状态。

（6）连锁和台上、台下互联锁测试

对连锁型编组运动的部分台上设备和全部台下设备，进行连锁条件下的运动测试。在满足连锁条件时，组内设备能按指令顺序运动；人为的模拟事故状态，例如连锁设备位置不对，使连锁条件受到破坏时，设备组应停止运动。同时，查看显示系统对设备运转状态的显示情况的一致性。

台上、台下设备互联锁测试的主要检查对象为电动吊杆和与其对应位置的升降台。此测试同操作系统的场景物理参数输入设定确认同时进行。测试中模拟一种舞台场景的情况，使用主操作台控制各升降台对应的一根电动吊杆进行1 m高的场景物理参数设定：令电动吊杆进行下降运行，同时，主舞台进行上升运行，确认主舞台升降台与电动吊杆不发生碰撞。另外，确认设定场景物理参数的电动吊杆与未设定的电动吊杆的停止高度相差约在1 m。

2.2.3 控制与操作系统

主要对MCS面板和IMCS面板上的操作设备进行确认，并且对操作系统的各种功能，如手动、自动、预置、修改、编程、显示、备用系统、各种保护等逐项进行试验，要求能够正常登录、运行、切换，正确显示、设定和关机、保存。这些项目与前述试验同时进行。

对不间断电源UPS的确认是操作系统检测的一项重要内容，UPS的容量满足控制系统运行30 min。测试顺序为：切断主电源后进行UPS启动的确认，各计算机开始关机，UPS关机。

2.2.4 噪声测试

噪声测试主要包括在不同载荷和运行速度下，对单台设备在机旁和观众席进行的噪声测试。机旁设备的噪声测试按照机械噪声测试标准的相关规定选在设备旁1 m处进行，而观众席的噪声测试选择在前排座位的中部。（另有专文介绍舞台机械噪声测试。）

2.2.5 其他

除上述主要测试内容，FAT最终测试还包括操作室和设备旁的对讲系统的确认，乐池升降台运行时对应的警示灯亮，蜂鸣器警示音的激活和消除，隔离开关和安全开关的优先级确认和远程监控系统的正常运行验证。

3 木地板舞台缝测试

3.1 测试概述

木地板舞台缝的间隙和高差测试也是FAT中的重要组成部分。测试目的是确保木地板的加工和安装符合台下设备静止和运动时台缝间的变化要求。歌剧院的舞台木地板台缝测试共有下列5种样式，依次在2006年10月25日，2007年1月24日、6月1日和27日进行：

样式1：所有台下机械设备在原始位置时的台缝测试。

样式2：左侧台车台运行至主舞台平面位置，左辅助升降台上升至原侧台车台位置，其余设备在原始位置时的台缝测试。

样式3：右侧台车台运行至主舞台平面位置，右辅助升降台上升至原侧台车台位置，其余设备在原始位置时的台缝测试。

样式4：后舞台车载转台运行至主舞台平面位置，辅助升降台（后台）上升至原车载转台位置，其余设备在原始位置时的台缝测试。

样式5：后舞台下车台上升至主舞台平面位置，其余设备在原始位置时的台缝测试。

3.2 测试数据

图6给出在上述样式1（即所有台下机械设备在原始位置）时的木地板高差、间隙测量点示意图，该样式包含了在台缝测试中出现的所有测点。受篇幅限制，本文中只列举具有代表性的测点，并给出这些测点在2007年1月24日、6月27日的测量数据及使用2年后的测量数据。其中，1月和6月的数据分别代表了在冬季和夏季两种季节的测试结果。

受舞台台板本身含水率等因素的影响，2007年6月1日的测试结果同2006年10月的测试结果相比（受篇幅限制，本文中未给出上述日期测试结果），大部分台缝间隙出现了1 mm ～ 2 mm左右的延展。最终由厂家同业主共同协商决定，采用不易损坏的硬质橡胶条贴在木台板侧面边缘，用自攻钉加以固定。因此，表10中给出的6月27日台缝间隙测量结果显示了处理后的数值。

主舞台是演员表演的中心区域，下文以图7列出的几个重要测点为例（为了方便辨识，测点的标号同原测试大纲有所不同），比较主舞台区域台缝间隙在机械运动前后的变化。

3.3 小结

2007年1月24日和6月27日两次的台缝测试分别显示了在两种不同季节里台缝的间隙变化。根据设计要求，台缝间隙应当在3 mm ～ 10 mm之间，但由于冬季气候干燥，湿度降低，木地板的台缝普遍出现了间隙增大的情况，最大处超过设计要求4 mm。经过调整，所有台缝在当年夏季测量时均符合上述要求。但从上表看出，歌剧院投入使用两年后，台缝间隙同2007年相比多处发生了变化，尤其在主舞台区域同两侧和后侧辅助升降台之间，台缝的总体扩张趋势较为明显。

图6 木地板高差、间隙测量点示意图（样式1）

图7 主舞台区域台缝测试点示意图

表10 车台运动前后主舞台区域台缝间隙测量结果对比（单位：mm）

此外，车台在运动后的台缝间隙测量结果还显示，该设备总体运行平稳，定位较精确，排除含水率的影响，运动前后台缝变化不大。

由于台缝间隙的变化同环境因素密切相关，因此，在冬季和夏季两个湿度差距较为明显的季节进行台缝测试是必要的，但在调整时应当综合考虑湿度再次变化时带来的影响。盲目地将台缝距离缩小，可能会对设备的运行产生阻碍。在歌剧院FAT的测试中，虽然合同要求台缝距离应当在3 mm ～ 10 mm之间，但从测试结果分析，将此区间设计在8 mm ～ 12 mm更为合理。

[1]段慧文，徐奇. 舞台防火幕[J]. 演艺设备与科技，2004（2）

[2]段慧文. 舞台机械的安全性、可靠性与安全防护装置[J]. 演艺设备与科技. 2006（6）

[3]段慧文，丰其云，魏发孔.《舞台机械验收检测程序》标准制定工作简介[J].演艺设备与科技，2007（4）

[4]段慧文，丰其云，魏发孔. 《舞台机械验收检测程序》的适用范围、类型、测试条件和测试项目[J]. 演艺设备与科技，2007（5）

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[6]段慧文，丰其云，魏发孔. 解读《舞台机械 验收检测程序》中电气和控制操作系统的功能测试与测试、验收的实施[J]. 演艺设备与科技，2008（1）

[7]段慧文，丰其云，魏发孔.《验收测试大纲》编写示例[J]. 演艺设备与科技，2008（2）

[8]段慧文. 舞台机械工程验收中的常见问题和控制系统设计[J]. 演艺科技. 2010（5）

[9]刘玉群，饶紫卿. 国家大剧院歌剧院舞台机械概述[J]. 艺术科技，2008（1）

[10]胡清亮. 杭州大剧院的舞台机械系统验收[J]. 演艺设备与科技，2006（3）

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[12]任慧，蒋伟，白石磊，张晶晶，钟睿. 舞台机械噪声控制标准的探讨[J]. 环境工程，2009（增刊）

4 结语

国家大剧院歌剧院的舞台机械验收从2006年下半年开始启动，主要的测试工作历时1个多月，而整个验收工作却经历了近1年。验收过程按照业主、监理单位、设备厂家三方所讨论确定的验收大纲进行，在顺序上根据剧场的实际情况做了个别调整。整个验收过程严谨、详细、完善，能够体现对舞台机械的整体性能和安装要求，最终测试结果也充分显示了歌剧院的舞台机械的装备水平。之后，文化部颁布了文化行业标准WH/T27-2007《舞台机械 验收检测程序》，对剧场舞台机械的最终验收测试做了明确的规定和要求。国家大剧院歌剧院舞台机械的验收过程，也证明了推行WH/T27-2007的重要性和必要性。

（注：中国传媒大学信息工程学院的张晶晶参与了本文中的工作；国家大剧院的徐奇老师指导了本文的写作。）

（编辑 潘 浪）

FAT Program of Stage Machinery for National Centre for the Performing Arts

LIU Yu-qun1, SU Zhi-bin2
(1.Stage Technology Department, National Centre for the Performing Arts, Beijing 100031, China;2.Information Engineering School, Communication University of China, Beijing 100024, China)

The paper was centered around the check-acceptance process and steps of stage machinery, the typical stage equipment,and the summery presentation, analysis, evaluation of the whole testing results as well.

National Centre for the Performing Arts; opera hall; stage machinery; upper stage equipment; under stage equipment;acceptance test; FAT

10.3969/j.issn.1674-8239.2011.1.009