浅析灯光桥与灯光吊笼——以国家大剧院歌剧院为例

段继文

（国家大剧院 舞台技术部，北京 100031）

1 概述

灯光桥与灯光吊笼是剧场舞台上吊挂灯具的基本设备，其位置、结构形式对舞台布光有很大影响。要想合理使用好灯光桥与灯光吊笼，除了对设备本身有全面的了解，还要对舞台布光基本原则、灯光设计基本要求、常用灯具规格型号、舞台常用灯位及特点有所了解。

1.1 舞台布光基本原则

舞台布光是戏剧情景空间构成的重要组成元素，是根据剧情的发展及人物所需的特定情景进行全方位的视觉环境描述，并通过灯光变换对场景的刻画，将观众引入戏剧的艺术创作空间。从某种角度说，并不存在固定不变的布光结构形式，但划分布光的栅格区域是通常使用的一种布光方法，即将每个栅格区域当成一个缩小的舞台，分别对每个区域进行布光。灯光桥、灯光吊笼在划分区域舞台布光原则中，能充分发挥布光区域性强、布光面积调整灵活的特点。

1.2 灯光设计基本要求

舞台戏剧灯光系统设计是遵循舞台艺术表演的规律，按照特殊使用要求进行配置的，其目的是根据戏剧情节发展、人物情绪需要，运用各种灯光设备从不同角度进行综合配置，达到表现人物情绪情感、营造戏剧典型环境、组接戏剧结构、塑造人物形象的目的，为戏剧艺术展示服务。

1.3 常用基本灯位和常用灯具

剧场中常规布置的舞台灯位，在观众席区域有：追光、面光、耳光；在舞台区域有顶光、侧光、流动光、天地排光等。

舞台常用灯具，按照光源划分有：传统的白炽灯、炭弧灯、卤钨灯、特种荧光灯、金属卤化物灯和高强度气体放电灯、LED灯具等。单色性好、相干性好、方向性强的激光灯, 可以配合银幕、烟幕、水幕或云层显现文字、商标和彩色图案等。按照用途划分有：面光、顶光、逆光、侧光、脚光、追光、天排、地排等。

1.4 常用的灯光机械设备

在剧场中吊挂灯具的机械设备是自舞台上方与侧面投向舞台光源的承载体，属舞台灯光常用的机械设备，按使用形式分主要有：灯光桥、灯光吊笼、灯光吊架、灯光杆、流动灯光车等，供舞台布光的顶光、侧光使用。

2 灯光桥与灯光吊笼

作为大型剧场，通常习惯设置多个灯光桥与灯光吊笼，形成不同景区的顶光和侧光，主要用于舞台分区普遍照明，增强舞台照度。本文以国家大剧院歌剧院（以下简称歌剧院）为例，进行阐述。设有1台假台口上片、4台灯光桥和1台天幕灯光渡桥，用于舞台顶光；主舞台左右两侧共设置了10台灯光吊笼，用于景物的侧面光源。灯光桥与灯光吊笼组成三面投射光源，投射面积主要集中在18.6 m2的主舞台区域，是舞台灯光表现的主要承载设备。主舞台灯光桥的分布示意见图1。

2.1 结构

歌剧院灯光桥与灯光吊笼采用钢结构框架，分别配置有驱动机构，以实现其升降、平移运动。其形状设计参考了包括新国立剧院在内的日本多个剧场的设计和使用经验，考虑了国内剧场灯光工作者的使用习惯，在此基础上形成的最终形状。

2.2 灯光桥

歌剧院的4台灯光桥用于吊挂主舞台区域照明设备，设置于主舞台上方的假台口上片和天幕灯光渡桥之间，平行于台口布置。灯光桥采用的是梯形断面的钢结构框架，全长22.6 m，高2.5 m。灯光桥侧面的形状见图2。

歌剧院灯光桥的正面设置了2根ф50的钢管，为了能够安装悬吊灯具，采用了扶手和安装照明灯具兼用的方式。在演出中，从演员、布景后侧打灯的演出需求很少，基本上不需要考虑照明设备的安装，灯光桥正面采用了直线的形状设计，反面采用了斜面形式，从距底部1.7 m的高度开始斜向布置2根ф50的钢管和灯光电缆接线盒。

灯光桥的底面设置照明安装用杆，考虑到泛光专用灯具和非常规照明灯具的使用，采用了2根ф50的钢管，杆间距0.32 m。这两根钢管在吊挂灯具时利用率最高，杆距0.32 m并不宽裕，两边的灯具吊装还需要错位安装。

在灯桥的上部设置了5个电缆收线框，与栅顶上的灯光电缆卷线器配套使用。同时，考虑到灯光桥良好的作业性，灯光桥的通道用轻型钢制作，通道宽度0.45 m，底板为可翻开的形式，以方便工作人员上到灯光桥上工作，见图3。

为保证人员在通道行走安全，从通道面向上0.75 m设有护栏、扶手。框架的内侧间隙处，安装安全用挂绳以防止人员坠落。人员上下灯光桥可以通过安装在灯光桥下部高1.2 m、宽0.3 m的简易爬梯实现。

对于天幕灯光渡桥，除具有灯光渡桥的特性外，还在天幕灯光桥两端装设了机械码头，见图4，工作人员可以从各层马道上通过这两个码头的对接，方便地上到天幕灯光渡桥上，进行灯光的吊装、调整作业。

2.3 灯光吊笼

10台灯光吊笼设置于主舞台台塔两侧（每侧为5台），既可以升降运动，也可以进行水平移动。水平移动行程11 m，升降运动行程10.7 m，载荷6 kN。用于升降的卷扬机设置在灯光吊架主体结构框架的顶部，灯光吊架为高17.9 m、宽1.75 m的钢结构框架，内有15.0 m高的梯状结构供吊挂照明设备，升降运动靠钢丝绳卷扬机提升。水平移动框架为15 m×1.0 m×0.6 m，电动机通过皮带轮驱动车轮的自行式驱动进行水平移动。灯光吊笼与土建结构的关系见图5。

3 驱动

3.1 灯光桥的驱动

歌剧院灯光桥属于大负荷定速驱动设备，驱动电机功率18.5 kW，变频器采用日立公司（HITACHI）SJ300系列SJ-300185HFE变频器，设置的运行速度0.1 m/s。由于负荷大、运行速度低，要求有较硬的机械特性，同时还要能准确定位，以较高的同步精度运行大负载，动态性要求较高，故选择带速度反馈的矢量变频器。

3.2 灯光吊笼的驱动

歌剧院灯光吊笼属于定速设备，水平移动驱动电机功率0.75 kW，变频器采用日立公司（HITACHI）SJ300系列SJ-300-007HF变频器，运行速度0.05 m/s。升降运动驱动电机功率11 kW，变频器采用日立公司（HITACHI）SJ-300-110HF变频器，运行速度0.25 m/s。

3.3 SJ300系列变频器

歌剧院灯光桥、灯光吊笼具有低速大负荷运行、负载变换的工作特点，采用了日立公司（HITACHI）SJ300系列变频器，考虑了以下功能特点：

（1）具有智能化功率模块（IPM），使变频器更静音、性能更可靠。

（2）数字信号处理器（DSP）和高速微电脑控制技术相结合，响应速度快，转矩响应速度小于0.1 s。

（3）控制性能达到了超低频、大转矩，在0.2 Hz时可带全载启动；在1Hz的低频下提供150%的高起动转矩，调速范围为0.1 Hz ～ 400 Hz，速度稳定率小于1%。

（4）具有模糊逻辑控制功能，变频器可根据外界负载的大小自动调节输出电流，以提高系统对外界负载突变及其他干扰的能力。

变频器线接示意图见图6。

4 控制

歌剧院灯光桥与灯光吊笼都是在主控系统上进行控制，控制特点为大负荷、低转速，由于灯光桥与灯光吊笼运行存在负载变化的工作特点，且自身重量较大无配重，因此，对轴控制器的响应速度、转矩控制能力要求很高。

4.1 轴控制器

轴控制器（Wi n c o n）使用的是澳大利亚S t a t e Automation公司的产品，是专用工控机，是由高运算速度的硬件和软件组成一体化硬件设备，它具有双位置信号监视，位置行程错误监视，过载监视功能，松绳叠绳监视，超程和行程终止监视，紧急停机和安全处理功能，负载测量，载荷检测、位置伺服闭环、故障报警，以及自动补缀控制等功能。

Wincon的外形见图7。

4.2 控制

灯光桥、灯光吊笼是定速运动的设备，使用的Wincon为非线性定速轴控制器（Binary Wincon），一个Wincon最多可控制4个定速轴。Wincon通过外部电路的上下双位置、松绳、电机过热、变频器运行、隔离开关、驱动准备、动作命令输入等信号来控制输出主电磁接触器、制动器开放、立即停止、错误复位、正向运行、反向运行、速度选择、瞬停选择等信号，同时，通过主电磁接触器、制动器、备用主电磁接触器等反馈信号，对动作执行情况进行判断，并做出正确反应。绝对值编码器位置信号，经由RS-485串行连接SSI链路将位置信号送至主微处理器进行处理。

Wincon的内部逻辑见图8。

5 网络结构

5.1 工业以太网光/电转换模块

工业以太网光/电转换模块（OSM）允许以大范围和大量节点构建以太网，使网络配置和规模简单化。OSM具有电气端口和其他FO端口，通过这些端口， OSM可以相互连接形成一个光纤总线或者环形网络结构。OSM外形见图9。

5.2 以太网结构

歌剧院的控制系统，是由OSM组成的工业以太网结构。控制系统以太网主要用于系统控制器与Wincon 之间的通信，同时也用于Wincon–Wincon 通信。

在系统控制器–Wincon 通信中，以太网支持运动命令（发往Wincon）和轴线状态响应（来自Wincon）。

在轴线运动过程中，Wincon 必须周期性收到“运动确信”消息（其中包括活动的DMB）方可继续运动。在预定义的超时时间间隔内没有收到“运动确信”消息时，或者消息损坏时（CRC错误），或者收到的消息次序不对时，Wincon 都会终止轴线运动，见图10。

6 组合灯光桥与灯光吊笼的设想

6.1 灯光桥与灯光吊笼使用现状

歌剧院目前使用的灯光桥与灯光吊笼具有使用方便、定位准确、对光灵活、承重量大、安全系数高等特点，但也存在灯光桥的位置固定、相邻吊杆使用受限的问题。其0.8 m宽度至少占据3 ～ 4根吊杆的空间，使舞台上供吊挂布景的吊杆数量减少，难以完全满足灵活多变舞美布局的要求，歌剧院灯光吊笼自身重量较大，占用物理空间相对较大，使得垂直方向上空间浪费较大。歌剧院90%的演出布光在吊笼高度方向不超过6 m，在使用流动灯光车的情况下，70%的演出布光在吊笼高度方向不超过3 m。另外，根据目前使用情况统计，60%的演出布光只用4个灯光吊笼足矣，而对于10% ～ 20%大型演出布光，5台灯光吊笼对侧光布置又略显不够。

6.2 舞台艺术对顶光的要求

随着灯光技术的发展，未来舞台艺术对灯光表现要求会越来越高，除了对灯具表现力的要求外，对“灯位”的要求也存在不断变化的趋向。不同艺术种类，不同艺术表现，使道具、布景在主舞台的分布千差万别。用一成不变的灯光桥（主顶光）来表现众多舞美道具布景位置与灯光之间的关系，越来越差强人意。很大程度上，舞美布景为体现出预想的灯光效果，需要根据灯光桥位置对布景位置进行调整或改变，这使得导演对舞台布局的整体构思受到制约，不能充分发挥其艺术构想。

6.3 组合灯光桥与灯光吊笼

凭借一定的演出经验和与演出单位的探讨，提出歌剧院组合灯光桥与灯光吊笼结构的设想，即：将原有灯光桥、灯光吊笼的框架整体拆分，在其原有的位置上设置吊杆；将固定的灯光桥、灯光吊笼变为多组可拆卸的灯光架模块，根据需要进行组装；每个独立的灯光架模块配有独立号段，容量视灯光控制设备容量而定。这样，单个或多个灯光架模块可以单独或多组组合使用，与舞台区域吊杆组合可作灯光桥使用，根据载荷的需要配以专用紧固件，使用不同的长度和不同的吊杆数量；与侧台吊杆组合可作灯光吊笼使用；换上带轮子的立式移动架可作流动灯光车使用，当然，要考虑加上平衡重。灯光架模块及使用见图11、图12。

在侧吊杆杆体上应有距离刻度并预装专用承重滑轨，还需要设置多组可拆装式手轮机构。使用时，可将灯光架模块单节或多节组合，垂直安装在侧吊杆承重滑轨上，配以滑动紧固装置锁定，可实现人工摇动手轮按刻度水平滑动定位，通过侧吊杆实现吊笼的升降运动。如果将多节灯光架模块组合横向安装在侧吊杆上，还可作侧灯光桥使用。

6.4 控制方式

由于组合的灯光桥、灯光吊笼可用于不同位置并与相应位置的吊杆配合使用。一般的吊杆使用矢量变频器驱动，在控制上无需作任何特殊改动，只需将所用的吊杆设置成固定编组、低速运行模式即可。这种使用方式具备使用方便、定位准确、对光灵活、安全可靠等特点。

7 结束语

随着灯光技术的发展，演出中灯光使用手段的日新月异，要求剧场中为灯光设备服务的机械装置更加方便、灵活。笔者根据舞台灯光使用经验，提出组合灯光桥与灯光吊笼的概念设想，但要满足各种艺术形式对顶光、侧光的需求，实现定光位置调整灵活变换，达到尽善尽美，还存在大量技术问题需要细化。笔者谨以此文抛砖引玉，与业内同仁探讨。