观演建筑电气设计要点

陈 校(北京建院建筑设计咨询有限公司，北京100045)

观演建筑电气设计要点

陈 校
(北京建院建筑设计咨询有限公司，北京100045)

依据以往项目的设计咨询经验及JGJ 57-2016《剧场建筑设计规范》，明确了观演建筑设计的关注要点，并给出了一定条件下舞台灯光、舞台机械、舞台音响的负荷估算参考值及电源预留位置，以期在施工图阶段对舞台工艺资料进行复核时，电气专业能够尽可能减少翻改。

观演建筑 舞台工艺 负荷估算

0 引言

观演建筑主要包括歌剧院、音乐厅、电影院、多功能剧场等建筑功能，由于在工程实践中很多设计师从未接触过相关设计，对常用名词术语不熟悉，对舞台灯光、舞台机械、舞台音响等负荷特点又不了解，导致设计无从下手，或在方案阶段考虑的不够周全，引起后续不必要的改动。

笔者经过部分工程前期可行性调研及工程实践的积累对观演建筑的电气设计要点做简单总结，供广大设计师参考。

1 设计规范及基础资料

1.1设计规范

除公共建筑常用的电气设计规范外，根据观演建筑类型，还需对JGJ 57-2016《剧场建筑设计规范》、JGJ 58-2008《电影院建筑设计规范》等设计规范有所掌握。2016版的《剧场建筑设计规范》于2017年3月1日正式实施，和旧规范中电气相关的部分相比有如下改动，需引起设计师注意。

1)调整了剧场规模的划定，原特大型剧场观众坐席数量>1 600座，现改为>1 500座；取消了丙等剧场的相关要求。

2)完善了舞台工艺的有关内容，增加了舞台音响章节，有利于建筑设计院根据舞台音响系统的设备位置及尺寸确定其安装条件、用电负荷及技术用房预留。

3)完善了舞台区域消防疏散的相关规定。

4)完善了观众厅满场混响时间的相关规定，补充了舞台和观众厅隔声降噪的要求。

5)增加了舞台区域用电的规定[1]。

1.2设计基础资料

对电气专业来讲，进行电气设计需首先明确剧场的规模划分和建筑等级。

JGJ 57-2016《剧场建筑设计规范》第1.0.5条阐述了剧场建筑规模的划分，与GB 50016-2014《建筑设计防火规范》第10.1.2条与第8.4.1条相呼应，用以确定剧院建筑消防用电的负荷等级以及是否需装设火灾自动报警系统。

JGJ 57-2016《剧场建筑设计规范》第1.0.6条为剧场的建筑等级划分，与本规范第10章相呼应，用以确定剧院建筑非消防用电的负荷等级、防雷等级以及剧院建筑的建设标准和主要技术指标。

此外，剧院建筑的舞台类型对于灯光、机械、音响设备的容量和配置也有较大影响，因此，观众厅和舞台的关系以及舞台的几种规模也需要提前明了。

观众厅和舞台的关系主要分为3类：镜框式舞台、伸出式舞台和岛式舞台[1]。舞台是剧场演出部分总称，主要包括主舞台、侧舞台、后舞台、乐池、台唇、耳台、台口、台仓、台塔等[1]。各部分可以根据需要和剧场规模自由配置。

目前常见的组合主要有以下几种形式，根据组合不同，舞台灯光、舞台机械的负荷类型和容量往往差别较大。

1)主舞台+侧舞台(双侧)+后舞台(与主舞台面积相当)，我国大型剧场常采用这种形式。

2)主舞台+侧舞台(双侧)+后舞台(约为主舞台面积50%～60%)。

3)主舞台+侧舞台(或候场区)。

4)主舞台或活动舞台。

2 供配电系统

2.1负荷分级及供电电源

根据JGJ 57-2016《剧场建筑设计规范》第10.3.1条，特等、甲等、乙等剧院常用负荷分级[1]可参照表1。

表1 剧场用电负荷分级

其中，乙等剧场若为一类高层建筑或具备I类汽车库，则依据GB 50016-2014《建筑设计防火规范》或GB 50067-2014《汽车库、修车库、停车场设计防火规范》的要求，消防用电应按一级负荷供电[3]。

剧场建筑根据规模划分建筑等级和负荷分级，其供电电源应满足国家规范对于一、二、三级负荷的供电要求。特、甲等剧场舞台灯光、音响、机械、通信与监督控制等计算机系统用电要求连续供电或允许中断供电时间为毫秒级，需另设置不间断电源装置。

2.2负荷容量估算

剧院建筑在方案设计阶段，可以采用单位指标法确定计算负荷，剧场的用电指标为50～80W/m2，变压器装机指标为80～120VA/m2。

由于剧院的舞台工艺用电负荷容量非常大，因此在初步设计阶段，应将主要建筑功能区和舞台工艺分开进行负荷估算，再将其两部分用电容量相加，核算总用电容量。

在无工艺设计提资时，剧院的主要建筑功能区及其负荷密度可参考表2进行估算。

笔者结合工程经验，并参考若干工艺设计资料，总结了舞台工艺负荷的估算数据供读者参考，实践中该数据需根据舞台组合的类型和实际使用需求进行调整，详见表3。

2.3供配电系统设计要点

剧场建筑供配电系统谐波源较多，应选用D，yn11接线组别的配电变压器，且应采取抑制高次谐波对其他系统产生干扰的措施，例如，舞台调光装置应采取有效的抑制谐波措施，需在舞台灯光专用低压配电柜的进线处设置谐波治理装置；电声、电视转播设备的电源不宜接在舞台照明变压器上；音响系统供电专用线路上宜设置隔离变压器，有条件时可设置谐波治理装置；舞台机械设备的变频传动装置应采取有效的抑制谐波措施，其配电回路中性线截面不应小于相线截面；舞台机械为冲击负荷，宜与其他用电设备分开配电，采用专用变压器或专用回路供电等[3]。

表2 主要建筑功能区的负荷密度参考值

JGJ 57-2016《剧场建筑设计规范》第10.3.20条及第10.3.21条提到, 在主舞台的四角均应预留三相专用电源，两侧应预留流动功放电源插座，且明确了主舞台预留电源的最小整定值，在工艺配合之前为设计师提供了有效的设计措施[1]。

3 照明系统

剧场照明系统分为舞台灯光、观众厅照明、舞台工作灯和配套用房常规照明等。下面逐一介绍各照明系统的设计配置和要点。

表3 舞台工艺负荷估算表

1)舞台灯光系统

舞台灯光系统设计是舞台工艺设计的核心，通常包括供电、灯具、控制、网络支持、线缆系统、插头插座终端及舞台效果等几个方面：(1)供电系统一般包含电源柜、开关柜、舞美配电箱、场灯及工作灯控制柜、调光柜等；(2)灯具系统一般包含成像灯、聚光灯、天地排灯、追光灯、三基色会议灯等灯具，一般在观众席区域需设置追光、面光、耳光，在舞台区域需设置顶光、侧光、流动光、天地排光、逆光、脚光等功能，工程实践中，中型剧场的调光回路宜在180路左右，大型剧场的调光回路宜在300路以上，舞台灯光的电源通常由专用回路供电，每路可按2～6kW计算[2]；(3)控制系统包括数字常规灯控制台及无线控制器、数字电脑灯控制台及无线控制器、视频处理器及控制计算机等；(4)网络支持系统包括控制室、可控硅室、栅顶及舞台区域网络基站等；(5)舞台灯光线缆系统一般包括低烟无卤阻燃电缆、以太网线、DMX信号线等；(6)插头插座终端一般包括卡侬型DMX插头插座、卡侬型RJ45插头插座及欧标电源插头插座；(7)舞台效果系统设备一般包括烟机、泡泡机、雪花机等。

舞台灯光系统的配置主要与舞台规模和组合形式有关，如后舞台或侧台(候场区)面积受限，控制系统、网络系统、舞台效果系统的配置可根据需要取舍，但一般对灯具、缆线、供电系统的影响不大。

舞台灯光工艺设计虽较为复杂，但与电气专业的配合却较为简单，通常只需要提供两处主要电源即可，一处送至调光柜室(大型剧场中，该房间面积可按50m2预留)，并设于侧台附近(若此处应用可控硅调光会产生大量谐波，建议就地装设有源滤波装置，以减少谐波的影响)；另一处送至舞台灯光控制室(一般位于观众席的后部，面积不小于20m2)，用电可按20～25kW 考虑，该房间除双路电源供电外还需配备UPS。

2)观众厅照明系统

对广大设计师而言，观众厅照明并不陌生，但笔者要强调的是，设计时要以人为本，确保功能。

3)舞台工作灯系统

舞台工作灯系统对没有剧场设计经验的工程师来讲是比较陌生的。舞台区域的工作照明与演出活动密切相关，具有特殊的工艺要求。舞台工作照明通常由非演出、排练状态时的白光和演出状态时的蓝光构成，又称蓝白光照明。

另外，装台、拆台等舞台区域的作业照明，台仓、栅顶等舞台机械设备的检修照明等也被纳入到舞台工作照明的范畴。因此，蓝白光工作照明设计区域主要为主舞台、侧舞台、后舞台、走道、天桥等处。

演出活动的需求和蓝、白光的特性刚好切合，一般来讲，没有演出排演时，舞台上基本照明由白色工作灯提供，平均照度为100lx；演出排练时，舞台周边区域采用低照度的蓝色工作灯，平均照度为20lx；拆装台时，主舞台区域的工作灯通常采用大功率泛光灯，平均照度250lx；设备层和舞台设备检修时的工作灯也常采用大功率泛光灯，平均照度250lx。随着LED灯具的普及，舞台工作照明由日光灯管逐步转为新型节能灯具，可减小用电容量，进一步降低能耗。场灯、工作灯控制系统的控制器应在灯控室和舞台监督台等处设置，并按蓝、白光分别控制。

4)配套用房常规照明系统

JGJ 57-2016《剧场建筑设计规范》就剧场建筑配套用房的照度标准进行了修订，走廊、存衣间、接待室、行政管理用房、观众厅、化妆室、候场室、抢妆室、理发室、排练室、服装室、布景道具服装制作间等场所照度标准与GB 50034-2013《建筑照明设计标准》基本取得一致，相比旧规范提升了1～2级， 并补充了绘景间、灯控室、调光柜室、声控室、功放室、电视转播室、舞台机械控制室、舞台机械电气柜室、棚顶工作照明、同声传译室、主舞台等特殊场所的照度标准，使得剧院照明系统的设计标准有据可查，更加完善。

4 舞台机械

舞台机械设备包含台上机械设备、台下机械设备、舞台机械电气和控制系统等。台上机械设备可采用变频调速或定速，速度和载荷根据舞台功能和规模选定；台下机械设备主要含主升降设备和旋转设备，变化形式多样，多数采用变频调速，也可选择配置备用驱动；一般主升降台、电动调速吊杆、单点吊机有同步要求。电气控制系统可采用一对一配置或选通配置，可整体冗余或部分冗余，操作台可根据功能需要选配。

台上及台下机械在舞台各区域常用的设备可参见表4～5。

表4 台上机械在舞台各区域的常用设备

表5 台下机械在舞台各区域的常用设备

台上机械部分的双电源互投配电柜可设在侧台上方的舞台机械配电室内，电源由变电所不同变压器的不同母线段直接放射引来。需要注意的是，台上机械设备中的台口防火幕为消防负荷，应该由专门的消防电源供电。

台下机械设备的双电源互投配电柜可设在台仓内，电源由变电所不同变压器的不同母线段直接放射引来即可。

在工程中舞台机械的配置种类根据使用功能和舞台类型不同，可以丰俭由人，一般来讲，乙等剧场主舞台必备的台上机械设备有防火幕、电动调速吊杆、单点吊机、变频调速大幕机、灯光吊笼、二三道幕机，台下机械设备为主升降台及乐池升降台；侧舞台区域和后舞台区域常见的舞台机械设备，需根据舞台的组合类型进行取舍，根据目前国内剧院的实际使用情况调研，侧舞台车台、后舞台车载转台、补偿升降台的实际使用次数较少，若非大型复杂演出需要，可不设置。

舞台机械控制室可对各机械设备进行集中操作控制，主要包括主操作台、移动式和垂吊式操作盘、现场控制器和控制系统等，是整个舞台机械的管理中心。其用电量可预留为15～20kW，双电源互投配电柜可设在侧台上方的舞台机械控制室内，并需设置UPS 电源，以满足不间断供电的要求。

5 声学及音响系统

5.1声学效果控制要点

观演建筑的声学包括建筑声学和电气扩声两个部分，这里只讨论和电声相关的内容。如果观演建筑是综合剧院或者歌剧、戏剧院，应该装设完备的电声系统；如果使用功能是音乐厅，尤其是室内小厅，那么可以根据需要设置电声辅助。

影响声学效果的三要素为观众厅规模、混响控制和噪声控制[1]。因此噪声控制在观演建筑中尤为重要，2016版《剧场建筑设计规范》也针对该问题新增了相关章节介绍具体的技术措施。如果处理不好，噪声是观演建筑的“硬伤”，后期很难弥补，就机电专业来讲，噪声较大的设备机房、变电室、柴油发电机房的合理选址与噪声控制措施，应该在方案设计阶段中就予以考虑，应从设备消声降噪、隔振降噪(较少结构噪声)和远离噪声干扰源三方面落实减噪措施[3]。

5.2舞台音响系统

舞台音响系统(电声)由声源至传声器所处的声学环境，传声器至扬声器的扩声系统设备，以及扬声器系统和听众区的声学环境(即扩声声场)3个部分组成[3]。

舞台音响的工艺配合较为明确，工艺设计向建筑设计提供设备位置、尺寸、安装条件、用电负荷(装机容量、使用系数、功率因数)及技术用房的要求。一般来说，需设置声控室、功放室及舞台技术用房，电气专业需为舞台音响系统预留电源，电源与负载之间宜安装隔离变压器或有源滤波器。

声控室一般设置在观众厅后部中央位置，面积≥20m2，用电可按15～20kW 考虑，该房间除双路电源供电外还需配备UPS；功放室一般设置在主舞台两侧台口高度的位置，面积40～50m2，容量可按60～100kW预留；舞台技术用房(信号交换机房)一般设置在上场口附近，面积5～8m2，容量可按20～40kW预留；电气专业除预留以上机房的电源以外，还建议在舞台的上、下场门的两侧分别预留30kW/380V 的电源，用于特殊演出团体自带设备用电，如LED 大屏、舞台音视频设备等，这样可以方便物业方承租各种规格的商业演出。

6 结束语

观演建筑电气设计最大的难点在于舞台工艺的容量大、位置分散、需求繁杂，需与专业顾问密切配合。在工艺设计无法提早介入的情况下，设计师往往迷茫于如何保证设计方向的准确性。本文依据以往项目的设计咨询经验，立足JGJ 57-2016《剧场建筑设计规范》，明确了观演建筑设计的关注要点，并给出了一定条件下舞台灯光、舞台机械、舞台音响的负荷估算参考值及电源预留位置，以期在施工图阶段对舞台工艺资料进行复核时，电气专业能够尽可能减少翻改。

[1] JGJ 57-2016剧场建筑设计规范[S].北京:中国建筑工业出版社,2016.

[2] 任红,剧场舞台灯光的电气设计[J].建筑电气, 2003,22(1):34-37.

[3] 北京市建筑设计研究院.建筑电气专业技术措施[M].北京:中国建筑工业出版社,2015.

观演建筑空调系统设计中耐火等级和防火分区的确定

1)根据《建筑设计防火规范》的要求，大型的影剧院因其容纳人数多，发生火灾后现场人员疏散缓慢，易造成群死群伤恶性火灾事故，所以应采用耐火等级不低于二级的建筑。

2)有效的设置防火分区能在空间和时间上最大限度地限制火灾蔓延，观演建筑本身及演出部分与出租部分都应有可靠的分隔措施。观演建筑的舞台、观众厅、前厅之间必须作为独立的防火分区来设置，相互之间的隔墙耐火极限不得低于4h。

3)应在疏散主通道上设置地脚灯，在安全出口处设置指示光标，在观众厅设置应急照明灯，其数量以照度不低于0.5lx为宜。

KeyPointsofElectricalDesignofTheatricalBuilding

Chen Xiao

Through the previous project design consulting experience, based on JGJ 57-2016 “theater building design code”, the key design points of theatrical building are identified, and in order to conduct a review of process data during the construction phase of the stage when the electrical field can be reduced as much as possible to change, the load estimation reference value and the reserve position of the stage lighting, stage machinery and stage acoustics are proposed under certain conditions.

theatrical building, stage process, load estimate