世博中心大会堂伸缩式台口设计

乔 伟

（现代设计集团 华东建筑设计研究院有限公司，上海 200002）

1 项目概述

世博中心作为上海世博会一个重要的集会中心，承担着大量的会议、论坛及演出任务，是世博期间各国人士的一个主要的交流窗口。同时，在世博之后更长的时间内，世博中心将作为一个国际性的会议中心继续发挥它的使命。世博中心的整体设计原则是“功能完善、形态庄重、节能环保”，这一原则渗透于整个建筑的外部形态与内部空间中。2 600人大会堂作为世博中心内最主要的一个使用功能区域，它的设计过程也始终贯穿了这一原则。

2 600人大会堂的坐席主要由前区1 000个带课桌的座位、后区800个带翻板座位的池座、一层楼座800个带翻板的座位，以及作为旁听记者席的二层楼座等组成。大会堂将在世博期间及世博之后承担世博中心内最主要的社会活动，是建筑的核心功能场所，也是惟一设固定坐席的厅堂，其使用功能需最大限度加以完备，且需呈现出一个富有创意、有别于固有会堂模式的空间形态。

如果不考虑其他使用功能，纯会议的使用功能会使建筑的未来利用效率较低，毕竟国际性的会议不可能天天有。所以，尽管主要以行使会议功能为目的来设计，但考虑今后的运营情况，更为世博会以后满足市场需求打下基础，必须充分地挖掘大会堂的使用功能。设计之初，大会堂就确定了以会议为主、演出为辅的功能设置，设计的各个阶段也围绕这个设计主题展开。

一个厅堂既作为会议使用，同时兼顾一定的演出功能，这在许多厅堂中是常见的一个功能布局，处理的方法也较多。两种使用功能的主要差异体现在声学指标的不同，其他的演出需配备的舞台照明、舞台音响及舞台机械也可部分用于会议系统。所以，通常兼顾会议和演出的厅堂主要着重在声学设计上作出一些如可变混响的设计，基本上可兼顾两种使用功能。这种设计方法还是以演出为主，舞台、观众厅布置形式也是按演出的要求进行的，所以称为剧场模式。目前，会议与观演功能的厅堂的设计多呈现出这种剧场模式的形态，在会议期间会使台上台下割裂开来。

世博中心大会堂作为一个国际性的会议厅，在空间设计上要有别于通常的剧院模式。在剧院模式中通常均是以观众厅的空间设计和装饰为主，主席台设在周围空空荡荡的舞台上，墙面均是简单的装饰，很多舞台的墙面为了演出效果还要漆成黑色的。这样的主席台空间及装饰与国际性的会议要求是不能相符的，所以，在设计之初就开始探讨各种观众厅和主席台布局的可能性，希望能有一种观众厅和主席台之间的空间变换形式来满足设计要求。

2 常用的变化形式

改变观众厅和舞台之间的空间关系通常借助舞台机械中的假台口，可通过改变舞台台口尺寸，满足不同使用状况下的舞台使用区域要求。但一般此方式只能改变舞台与观众厅之间的二维尺寸，在空间和装饰效果上没有多大的变化。目前，只有法国巴士底歌剧院的假台口可在舞台上作纵向移动，但作用也仅是改变演出区域的位置和大小，在装饰效果上无多大的变化。另一种更常用的是采用音乐罩的形式，可使整个舞台空间与观众厅空间合为一体；如果装饰设计充分结合观众厅的装修设计，并融合到音乐罩的声学设计中，整个台上台下的空间及装饰就浑然一体了，而这也是本次设计所追求的效果。

音乐罩一般包括顶片、侧片。许多剧场的顶片通过台上的布景吊杆悬吊在舞台上空，侧片则通过一些台车运送到舞台周围的贮藏空间。常见的舞台音乐罩如图1所示。但由于大会堂的台口尺寸达42 m × 21 m，远不是一般大型剧场的18 m × 12 m台口所能相比的；而且，作为以会议为主的厅堂，舞台周围区域相对受限较大，不可能有较多的舞台上部空间和面积高度均较大的储存区域来存放这样一个巨大的音乐罩的各种构件，此外，单纯的音乐罩形式与国际性会议厅的空间设计和装饰设计要求也还有一定的差距。

3 方案的演变和形成

设计之初，主要借鉴了音乐罩的设计理念，同时，结合大会堂自身的设计条件。第一个比较成型的设计方案是将观众厅的侧墙做法延伸进入舞台区域，而顶部采用类似音乐罩顶片的处理方法，设计了可拆卸吊顶的方案。具体为：将舞台上的吊顶按观众厅吊顶模数进行分隔，会议状态时以演出用的吊杆将这些吊顶块悬吊在主席台的上空，如图2所示；演出状态时，由于吊顶块数量较多，且是弧形的，如旋转后吊在舞台上空会占用太多的舞台演出用吊杆位置，所以，需将这些吊顶块分片放至舞台面，卸下后分片通过升降舞台运送到舞台下的贮藏空间，这样舞台上的布景吊杆、灯杆等在演出时仍可正常使用，可保证演出状态的使用要求，如图3所示。此方案在会议状态下基本可使观众厅和主席台作为一个完整一体的会议空间来使用，如图4所示，在演出状态下也可满足演出工艺的需求。

图1 常见的舞台音乐罩

但这个方案在具体细化时发现有较大的局限性。首先是对观众厅的装修风格有一定的限制。装修不能变化太多，只能稍带起拱，如果起拱太大，分块的吊顶就会不便于保护和运送贮藏，弧线的准确对位也相当困难。其次是吊顶块拆装困难。由于舞台空间尺度较大，每块分隔尺寸结合观众厅吊顶的模数，宽度为2.8 m，长度为5.4 m，每块尺寸已经不小。如果这样分块，整个主席台上空有35块，所以，在具体拼装吊顶时不像音乐罩的顶片（一般只有几片）那样简便，将这吊顶块按预设的角度位置拼装到位需花较多的时间。会议状态时，主席台上空所需要设置的照明、音响设备及喷淋等机电设施也要结合在可拆卸吊顶块中，所以，每次改变使用状态还需要对每块吊顶板上的机电系统的拼装拆卸。第三是演出状态时舞台上空两侧部分固定的吊顶对演出工艺也有所限制，台口尺寸不能变化。42 m × 21 m的超大台口尺寸远远超过了一般演出所需要的尺寸，虽然设置了纵摺串叠大幕机，使超大的台口空间能根据演出要求进行变换，但演出的空间效果还是比较差。因此，这个方案虽然在一定条件下可满足使用要求，但总的感觉还是变化比较繁琐、复杂，在使用过程中可靠性也较差，对观众厅的空间装饰、吊顶变化等均有一定的限制。

在结合观众厅的装修及深化设计时，又提出了在主席台上设可移动顶片的方案。根据观众厅吊顶的弧度，在舞台长方向设4 ~ 5片可按舞台垂直方向移动的顶片，在会议状态时打开，使主席台与观众席融为一体。在演出状态时合起，舞台上空的幕布、灯光吊杆等均可下降使用。这也是最终伸缩式台口方案的雏形。但这一方案在具体结合舞台机械、灯光、结构等方面时发觉也存在较大的困难。40多米跨度的自身结构尺寸和自重均太大，不能满足装修的厚度尺寸要求。每块顶片必须在中间设几条可承重的可拆卸式导轨，这样在使用状态的变化时就比较复杂，且存在不安全因素。顶片上的照明、喷淋、音响等设施的结合也比较麻烦，空间形状也与观众厅确定的弧形吊顶和墙面的结合有一定的差距。

最终，结合基本确定的观众厅拱式装修的方案，提出了目前实施的伸缩式台口的方案：根据观众厅顶和墙形成的拱的形式，在舞台方向上设置了5片拱式的门架式台口，其中4片可向台口方向移动，第5片固定在台口处，这样在外观形式上与观众厅是完全一致的。由于采用拱式的轻钢结构，40多米跨度自身的结构厚度可控制在1 m左右，与观众厅的每片拱的高度错落但造型一致。在会议状态时，各类幕布、吊杆等均升至舞台的上空，4片可伸缩的活动台口打开，形成与观众厅空间效果和装修风格完全一致的形式，满足会议的使用效果；在演出状态时，4片可活动的台口收拢至第5片固定台口处，此时，吊在舞台上空的大幕、侧幕、各类吊杆等均可下降使用，并且收缩的活动台口适当缩小了舞台与观众厅的开口尺寸，自然形成了演出时所需要的台口形式，满足演出时的使用工艺要求。由于观众厅整体造型采用了整体端庄的形式，其层层分叠的造型恰恰有助于形成伸缩式台口墙与顶一体式的拱形方式的移动，整体式的结构形式也比原分片悬吊的方式更安全。这样伸缩式台口方案完美地结合了观众厅、主席台的空间装修风格关系，且可实现两种使用状态的快速转换。

图2 第一种方案会议状态设计图

图3 第一种方案演出状态设计图

图4 第一种方案会议状态效果图

4 伸缩式台口设计

伸缩式台口集中了建筑、装修、结构、舞台机械、机电、音响、灯光等各专业设计于一体，设计协调工作相当繁重，而且没有先例可以参考。经过了各专业的紧密配合和深化设计，最终完成设计并达到了预期效果。

4.1 会议状态

在会议状态时，各类幕布、布景、灯光吊杆等均升至舞台上空，4片可伸缩的活动台口依次打开，与固定的1片台口一起形成与观众厅空间效果和装修风格完全一致的会议形式，满足会议的使用要求。会议状态设计剖面图、平面图分别如图5、图6所示。

这5片台口的外形与观众厅的拱形装修一致，宽度也根据观众厅各片变化的拱架宽度稍作变化，高低错落感也与观众厅各片拱架之间形成的高差趋势一致，表面的装饰处理与观众厅的装饰一致，最终形成与观众厅完全融为一体的会议空间。在第4片台口处设置了上下主席台的门，第3片上也预留了门洞位置，为此舞台机械的驱动装置改为立式的，以求在有限的宽度内取得较大的开门尺寸，并在门洞处改变了结构形式，形成足够的门洞高度。

最小一片的拱架的跨度为32.1 m，正好稍大于升降舞台的宽度，可保证会议时升降舞台形成台阶式的主席台；最大一片的拱架的跨度为42 m，每片拱架的结构高度均控制在1 m，底面和正面预留100 mm的装修厚度，各片之间还预留150 mm的间隙，以保证运行时晃动变形的空间。每片拱架搭接600 mm的宽度，在视觉上不会穿透到内部结构。会议状态使用效果图如图7所示。

图5 会议状态设计剖面图

图6 会议状态设计平面图

图7 会议状态使用效果图

图8 演出状态下设计剖面图

图9 演出状态下设计平面图

4.2 演出状态

在演出状态时，4片可活动的台口依次收拢至第5片固定台口处，此时，吊在舞台上空的大幕、侧幕、各类吊杆等均可下降使用，收缩的活动台口也缩小了舞台与观众厅的开口尺寸，将原先42 m × 21 m的超大台口缩小至32 m × 16 m，并自然形成了演出时所需要的台口形式，满足演出时的使用工艺要求。宽度不一的各台口在后部对齐，面对观众厅的收分式的台口形式仍有强烈的拱形特征，与观众厅的空间形式仍然一致，并成为一种独特的台口形式。形成的演出台口形式再结合台口处设置的纵摺串叠大幕机，还能使较大的台口空间根据演出要求进行变换，形成类似假台口的形式，比通常剧场使用的假台口节约舞台空间，且构造简单、投资较少，效果也相当不错。收缩的台口同时增加了原先较小的舞台两侧的侧台空间，使舞台的使用空间更加完善，能更好地满足演出的需求。演出状态下的设计剖面图、平面图、使用效果图如图8 ~ 图10所示。

图10 演出状态下使用效果图

4.3 伸缩式台口的具体构成

伸缩台口由一台固定门架和4台移动门架组成，固定门架位于舞台台口处，在演出状态下，4台移动门架在固定门架下方合拢； 在会议状态下4台移动门架依次向后展开，形成阶梯状具有吊顶和侧墙的会议空间。所有门架除有装修面层外，其上面均安装有灯光、音响、消防和通风等设备；4台移动门架驱动采用自行驱动方式。各门架相关参考数据如表1所示。

4.4 舞台机械主要设计要点

伸缩台口的结构构件及机械驱动主要由舞台机械厂家进行实施。

门架移动时采用自行式齿轮齿条传动，每个门架两端各设置1套驱动装置，每端均有4个直径为400 mm的钢轮支承运行。如图11所示。门架两端各设置2套支承轮平衡装置，以使轮压趋近一致。如图12所示。

门架两端各设置2个水平导向装置，除了作为门架移动时的导向作用，还要承受拱式门架因受压而产生的水平推力。由于原先预留的舞台装修面层厚度较小，导轨钢梁会凸出舞台面，经过权衡比较，将舞台面的高度提升了100 mm，以保证导轨不影响正常的使用。这也是伸缩式台口惟一对原建筑关系影响较大的地方，但也在设计的允许范围内。

导轨上的盖板可做成联动翻转或手动的，考虑到伸缩台口的安全运行，一旦翻板卡住会对台口的运行产生较大的不利影响，手动盖板也较简单可靠，最终盖板做成手动的形式，每次伸缩台口的运行前后均需手动拿起和安装活动盖板。

门架两端各设置了1套齿轮啮合自动调节装置，以使齿轮齿条啮合间隙控制在一定范围内，同时，门架两端各设置2套防倾翻装置，可防止因意外原因而产生倾倒现象，以保证伸缩式台口的正常运营。

表1 门架相关数据

根据结构计算，加强了每个门架转角处刚度和强度，此处主杆壁厚增强为8 mm，其他位置主杆件壁厚为6 mm。

4.5 伸缩式台口结构模型计算

虽然伸缩式台口并不是主体结构，但考虑到结构体形较大，所处的位置也比较重要，不能出半点纰漏。针对伸缩式台口的设计专门召开了来自结构、舞台机械、设备安装等方面的专家论证会。伸缩式台口除了在普通受力情况下的进行结构分析验算，也对在地震力作用下的结构安全进行了分析，以确保伸缩式台口的使用安全。如图13 ~ 图16所示。

4.6 伸缩式台口上的音箱布置设计

伸缩式台口第5片上设置了指向观众席中前区的主音箱，第2片、第4片的顶部及第5片侧面设置了主席台区域的返听音箱，其他几片顶面设置了主席台区域的辅助音箱。由于伸缩台口的杆件较密，一些大的音箱通过周围局部加强结构构件，预留一些较大的空间供音箱摆放和调试，一些小音箱的空间通过局部构件的变化来形成。

图11 门架驱动装置设计图

图12 门架平衡装置设计图

4.7 伸缩式台口上的灯光布置设计

伸缩式台口上设了大量的会议用照明灯具，会议用的顶光位于伸缩台口上，其中五道顶光为垂直照明，一道天排为背景照明。考虑到灯具对主席台区域的温度控制以及会议时需要的照度、色温、显色性，以及光源的寿命、节能等因素，采用250 W陶瓷金卤光源，灯具则选用长焦成像灯。该灯具在21 m处投射照度达到1 000 lx，色温3 200 K ± 150 K，显色指数Ra ≥ 90。由于会议灯具全部采用高效节能的金属卤化物光源，虽然大多有热触发功能，但重启时光输出较小，要延迟一段时间才能达到额定的光输出，另配置部分白炽光源灯具作为备用照明。灯具基本结合顶部饰面板上与观众厅一致的开孔来设置。由于伸缩式台口的结构杆件较密，灯具的尺寸也相对较大，饰面层又紧贴钢架层，这些灯具数量较多、密度较大，安装对位的难度也相当大，设计时均予以逐一核对预留。伸缩式灯光布置如图17所示。

4.8 伸缩式台口上机电设施设计

作为会议状态下的一个封闭空间，需要在伸缩台口上预留喷淋、报警等机电消防设施，并设置空调风口。而最困难的是如何在可移动的状态下保证这些设施的快速投入使用。通过伸缩式台口与舞台周围机电关系的反复研究，基本上确定了机电的末端和支管，如喷淋口、报警器、灯具等安装在伸缩式台口上。风口在伸缩式台口的侧边预留，待伸缩式台口移动就位后，用软管将喷淋主管与预留在伸缩式台口上的消防支管连接，而空调送风口正好对准预留的送风孔洞，这样可保证使用状态变化时机电设施的快速连接。

图13 X向地震作用下结构位移（最大为50 mm）

图14 X向地震作用下结构应力（最大为29 MPa）

图15 Z向地震作用下结构位移（最大为58 mm）

图16 Z向地震作用下结构应力（最大为45 MPa）

4.9 伸缩式台口装修构造设计

考虑到整个门架跨度很大，为了减少对结构受力的影响，台口处的装饰面板采用了轻质的蜂窝铝板，而不像观众厅所采用的较厚重的GRG板。同时，蜂窝铝板与门架钢结构的钢构件连接比较方便，本身材料的强度比较高，在移动门架的过程中不会开裂变形，可保证今后长时间反复移动使用。如图18所示。

4.10 伸缩式台口所引起的结构加固

由于伸缩式台口上所有的自重及荷载均传递到两侧舞台面上，两侧分别增加了约110 t的荷重，且集中在伸缩式台口行走的狭长范围内，大大超过了原先的结构设计，因此，对该区域的结构梁板进行了局部加强，以保证结构稳定受力，不会由于结构变形而影响伸缩式台口的正常使用。

图17 伸缩式灯光布置图

图18 伸缩式装修构造

4.11 演出状态下的消防问题

伸缩式台口本身所带的喷淋支管和喷淋在会议状态下通过软管与消防干管可快速连接，以保证会议状态下的消防安全问题。同时伸缩式台口也解决了一个困扰2 600人大会堂很久的消防问题。按照消防设计规范，有演出要求的舞台需用防火幕与观众厅分隔开，但舞台台口尺寸达42 m × 21 m，既没有这样大的防火幕，舞台塔的高度也不能满足防火幕的行程高度。经过整个项目的消防性能化分析，虽可取消这样一个巨大防火幕的做法，但仍要求设挡烟垂壁来隔绝舞台与观众厅之间的烟气，而伸缩式台口方案的实施正好解决了这一困难。在演出的状态下，伸缩式台口各片合拢到台口处，最低处比观众厅吊顶低约6.5 m，在舞台和观众厅之间形成一个天然的挡烟垂壁，满足了消防挡烟功能的要求。

5 结语

通常观演建筑的多功能使用的界面相当广泛，具体涉及的专业类别也较多，每个多功能观演建筑都会有自己一定的特殊性，没有统一的规程可参考。可以说，伸缩式台口的设计开创了一种全新的舞台和观众厅的变化模式，满足了观演建筑的多功能使用。伸缩式台口的设计结合厅堂的使用要求和空间装修风格作为切入点，完美解决了功能与建筑空间形式之间存在的矛盾，在没有先例可参考的情况下，通过各专业的紧密协同和配合，成功解决了各种各样的困难，使之成为一种有效的解决观演建筑的多功能使用的途径。伸缩式台口方便转换的模式可保证今后的运营需求，具有相当的社会效益和经济效益，全新的变换模式对今后的类似工程也有相当的借鉴和实用价值。