舞台灯光供电系统分析探讨

杨华祥+欧俊发+刘伟杰+卢尚书

【摘 要】 以“回路”为核心的传统供电系统存在一系列缺陷。针对问题，智能化分布式灯光供电系统建立了区域“功 率”供电理念，在思维、产品理念、安全性、网络监控系统和位置转移能力等方面都有了新的突破，探索出了 舞台灯光供电系统的新思路。

【关键词】 舞台灯光；供电系统；智能化；分布式；功率；回路

文章编号： 10.3969/j.issn.1674-8239.2017.11.002

【Abstract】The traditional power supply system with loop as the core has a series of defects. To solve this problem， the intelligent distributed lighting power supply system established the concept of regional power supply. There is a new breakthrough in the product concept， thinking， security， network monitoring system and location transfer ability and other aspects. The new idea of power supply system for stage lighting is explored.

【Key Words】stage lighting； power supply system； intelligent； distributed； power； loop

1 引言

笔者从事舞台灯光系统设计数十年，一个剧场多少回路？每个位置多少回路？什么规格？这些问题一直困扰着笔者。

从早期只有一两百路回路，捉襟见肘；到后来回路多得不知道往哪里装，从未有过令使用者满意的结果。绝大多数的剧场，大同小异，很多做了一两千个回路的大剧院，实际使用中，也是飞线如蛛网。备用电源是灯光师的最爱，流动硅是使用率最高的设备。

可以说，没有一家剧院能让使用者满意。

那么，使用者的需求是什么呢？——任意位置，使用任意种类、规格、数量的灯具。

2 传统供电系统分析

2.1 传统供电系统

传统供电系统，就是“回路”供电系统，从调光柜引出的独立电源，直至灯具使用位置插座，末端插座和调光柜上的功能（调光或直通）电路一一对应。其核心设计思路，就是针对不同的位置，分析最大可能使用的灯具种类、规格、数量，对应设计回路性质、规格、数量。

问题是：这些回路是重要、常用的（使用调光柜），还是不重要、不常用的（使用吊挂式或具备吊挂灯具功能的分布式模块）？

回路数量，成了剧场规模档次的重要标志，成了宣传资料上夸耀的指标。

由于末端回路要满足不同规格灯具需求，要大、要多，对应电缆粗、多、重，致使只要是个剧场，灯光电缆重量就达几十吨。

2.2 传统供电系统的矛盾和弊端

所谓“国际先进”的剧场投入使用后，并没有让使用者满意。原因在于，我国的剧场，绝大部分要同时满足歌剧、舞剧、话剧、戏曲、音乐剧、综艺等不同表演形式。各种表演形式对灯具的种类、规格、数量、位置要求，完全不同；即使同一种表演形式，甚至同一个剧目，由于剧情、导演和舞美、灯光设计师的不同，也有很大差别。

舞台内，回路全部放在几道灯杆上。实际劇目中，布景位置、演员走位对应的灯位，很难和这些灯杆位置完全吻合，使用中，用的地方没有，不用的地方闲置，即：“回路”处于相对不足和绝对过剩状态。

同时，因为灯杆占据3道吊杆位置，一旦放弃，舞美、灯光狼狈不堪。

密集连续布杆，使用时任意设定灯杆、景杆，已成为演出界普遍认可的主流配置模式。国内已有几家剧场按此理念建设，它带来的问题是：装台时间加长，上灯杆的电缆太多、太重，且均从一层天桥引来，存在安全隐患。

按照电气规范，强制带电操作的电路中，必须有漏电保护，而漏电保护装置（由于线路自然泄漏）必须靠近用电插座。而国内的调光柜回路上，普遍不带漏电保护，违反安全规范。

2.3 反思与探索

业内深知现行回路系统弊端，一直在探索它的完善之路。在安装尽量多回路的思潮走到极致之后（据说有些剧场装了三四千个回路，也不能满足要求），为了应对演出中经常出现的，某些（没有回路的）位置要加几只灯，开发了2、4、6、8路模块；发现集中安装的调光柜室，电缆浪费太大，从设计上引入多个调光柜室，就近引出回路。甚至完全取消调光柜室，根据使用需求，在不同区域，就近配置不同规格的调光柜。

但是，所有这些努力，都是在末端设备上进行，而对系统的核心思路——“回路”，则依然坚持。然而，因为回路的位置全是固定的，即使小到2路模块，也必须提前安装专用电源，这决定了传统系统无法满足使用者任意位置使用任意规格、数量灯具的需求。

3 智能化分布式灯光供电系统

3.1 系统简介

为解决传统供电系统的诸多问题，配合连续布杆，满足灯光师的使用需求，笔者耗十年时间，研发出智能化分布式灯光供电系统。系统的核心——就是抛开“回路”，建立区域“功率”供电理念。

系统分为三部分：（1）区域功率供电系统；（2）新型分布式模块；（3）智能化网络监控系统。

3.1.1 区域功率供电系统

这部分包含专用配电柜、电源接口箱、综合转接箱，以及新型模块内的串接母线系统。

配电柜有三种规格：Ⅰ型，32路输出；Ⅱ型，20路输出；Ⅲ型，10路输出。endprint

接口箱有三种结构：1口（图1），2口（图2），3口（图3）。以及定制的综合电源接口箱。

这部分是固定安装，在不确定的舞台灯光应用中，寻找相对确定的东西。例如顶光，随着连续布杆理念的推广，无法确定哪一道吊杆是灯杆，但可以确定的是，就在这些吊杆内。我们就把电源接口箱，退到栅顶（顶部下线），或退到一层天桥（侧下线）。

3.1.2 新型分布式模块

三联16A调光/直通两用（图4），三联16A直通（图5），单联32A调光/直通两用（图6）。

模块内设置有：调光、直通电路，漏电保护，极端短路保护，电源安全检测电路，电流、电压、温度传感器、感应器，智能芯片等功能电路和智能安全保护装置。

内置串接母线系统，使得区域功率供电网络得以成型。模块不再是回路的附庸，而是直接为灯具服务的设备。任意位置，只要就近引来电源，选定灯具，配置适用的模块即可。

3.1.3 智能化网络监控系统

系统包括一个监控主机，触摸监控屏、监视屏，监控软件，遍布每个模块中的传感器、感应器、智能监控电路板，配电柜、主线槽内的传感器、感应器、智能监控电路板，可实时监控、记录、分析系统任意节点的工作状态，具有异常报警、错误提醒等功能。

3.2 与传统系统的区别

该系统推出后，很多人以传统的思路来看待这套系统，怎么看，都别扭，怎么想，都不明白。其实，这套系统和传统系统有着本质的区别。

3.2.1 核心思路解析

该系统的核心思路，就是把“回路”供电，改为区域“功率”供电。

回路系统是逆向、分段思维，由灯具确定回路，回路确定供电。

由于灯具使用的不确定性，回路要兼顾灯具的最大可能性，推演出的回路数量，是实际灯具使用数量数倍至数十倍，单个回路的规格，为可能服务的最大规格灯具设置，也远远大于绝大部分灯具。

从回路确定供电，回路系统是庞大的，所以，不论采用什么计算方式，一个大型剧场都会导出1 000 kW～2 000 kW的灯光供电容量。实际使用时，大型剧场，鲜见超过400 kW。

而“功率”供电理念，是整体思维，是来源于实际使用数据的顺向思维。首先考察同类规模剧场实际可见的最大用电量，加上1.33的安全系数，作为灯光供电容量；进而考虑不同使用条件下，不同区域可能出现的最大用电量，各区域之间，电量可以调配。

按一定的功率模数（笔者选择20 kW），设计各区域供电电源，进而统一系统中所有母线、接口规格；使用中，随意串接扩展，灯具使用量，只和分路电源功率相关，只要灯具实时用电功率之和，不超过此路电源功率，就可以继续增加灯具。

模块是灯具和支路电源之间的连接设备，满足灯具供电要求即可，其规格、数量，和电源无关。

智能化网络监控系统是依据物联网、智能控制理念，将系统全面升级到智能化层面，形成主动安全防护体系，确保演出安全。

3.2.2 与传统系统的本质区别

按照传统思路，模块不能独立组成系统，系统的可靠性、安全性堪忧。结论：这样的系统不能用。

其实，该系统中所有设备，和传统相比，都有本质的区别。

（1）核心设计理念

该系统的核心设计理念，是区域“功率”供电。一定要抛开“回路”思维，来理解系统。模块自身无法组成系统，核心是区域功率供电系统。模块只是附属品，而且是过渡产品，针对当前使用灯具设计，一旦全部灯具发展到智能化层面，模块必将淘汰。

（2）产品思维和系统思维

任何领域中产品思维创新只能称之为改进，根本的创新来自于系统，系统思维的改变才是创新。任何设备都是在系统整体需求下衍生的。笔者研发的产品是服从于新系统思维的定制产品。理解了新系统，才能明白产品的不同。

（3）系统升级解决安全问题

大家最关心的安全问题，笔者的研发经历是：艰难探索，山穷水尽，贵人相助，涅重生。

初期，确立区域“功率”供电，模块串联等新系统框架后，发现很多致命问题，反复推理、验证，无法解决，几乎放弃。

后来，得到其他行业资深专家的帮助，参照他们解决类似问题的思路，就是从系统层面上解决问题。

通过加装安全防护、保护电路，建立物联网智能监控系统，软件、硬件组合，不但解决了存在的问题，还使系统全面升级，具备了AI系统雏形，具备上电安全检测、不合格不予通电的主动防护模式，以及系统运行参数检测、报警等保护措施，契合国家先进制造业2025战略。

从新系统需求来讲，该系统的模块和传统模块有本质不同，不再是“调光柜的补充，用在不常用或不重要的地方”，而是“完全替代调光柜”，安全指標大幅提升。所有元器件，必须有足够的安全裕量。基于这个思路，模块的很多元器件采用工业级甚至军工级。通过优化结构、电路，改善工艺，实现干扰抑制和噪声控制。

物联网、AI技术的引入，增加多级、多方位检测，内置传感器、感应器、保护电路，建立主动防护体系，发现于初始，防患于未然。确保系统在彩排和演出中不出问题。

（4）网络监控系统

网络监控系统的引入，才最终解决了安全问题。此系统具备AI系统雏形，既能呈现系统工作状态；还能在设计、彩排、演出过程中，结合系统设备内的传感器、感应器，和检测、保护电路，指出使用错误，提出改进建议；开机时自动检测输入电源指标，决定是否允许后端灯具设备接通电源，确保安全。

（5）位置转移能力

实际使用中，变换灯具、灯位，灯杆、景杆互换是常见现象。传统模式下，工作量巨大，极为困难。该系统需要的移动电缆数量比传统系统减少95%，量变到质变，转换方便。

（6）为何传统模块不能组成系统endprint

①没有一套可以支持模块在任意位置接入的基础供电系统，这是笔者专利保护的核心；

②传统模块的初始设计目标，就是“作为调光柜的一种补充，用在不常用和不重要的地方”，技术指标低，安全系数低；

③没有监控和保护电路；

④基于传统“回路”理念设计，可以看作是一个小规格调光柜，不同模块，需要不同电源，每个模块需要一个专用电源，使用位置还是固定的。所以，它只适用于回路系统，做调光柜的附庸。

3.2.3 新系统获得荣誉

知识产权：申请发明专利71项，已授权6项，其余审核中；授权实用新型专利14项。

科研立项：国家级1项：2015年国家科技支撑计划项目；广州市2项：2015廣州市专利技术产业化项目，2016广州市新一代信息技术示范工程项目。

应用案例：

第一代：青岛海泉湾天创大剧院（2012年）；

第二代：武汉车都文化中心剧场（2014年），新疆大剧院（2015年），河源大剧院（2015年），南宁民族艺术基地剧场（2016年），南宁博物馆（2016年），兰州音乐厅（2016年）；

第三代：广州粤剧博物馆剧场（2016年），云南大剧院（2017年），茅台天酿演艺秀场（特殊定制2017年），伊犁大剧院（2017年），广州档案馆演播厅（2017年）。另有5个项目建设中。

4 应用案例分享

4.1 云南大剧院

云南大剧院是2017年建成投入使用的省级大剧院（图7）。包含大剧场、小剧场、音乐厅，其中大剧场：舞台台口宽21 m，高12 m，主舞台进深23.5 m。采用了国际先进的连续布杆理念。

云南大剧院招标，采用允许多种模式并行的策略：

（1）采用传统模式，需1 400路调光/直通两用回路。由于回路固定，必须备用流动硅，多位置预留备用电源。需配专用配电柜6台，全部电线电缆，折合单根6 mm2电线300 km。

（2）采用智能化分布式系统，需Ⅰ型专用配电柜2台，1、2、3口电源接口箱52台，定制综合电源转接箱40台，三联16A调光/直通两用模块140台，单联32A调光/直通两用12台。监控系统1套。全部电线电缆，折合单根6 mm2电线20 km。

最终是智能化分布式供电系统中标，投入使用以来，未出现飞线，系统无故障。

4.2 茅台天酿演艺秀场

茅台天酿演艺秀场，是贵州省仁怀市政府采用PPP模式，打造的国内第一个重沉浸和虚实相生的、极具创新性的文化旅游演艺项目。这个项目，从建筑开始，参观动线设计、专用设备，都是量身定制，开创文化旅游演艺4.0时代（见图8）。

计有序厅：315 m2，序A过道：106 m2，A厅：113 m2，AB过道：240 m2，B厅：340 m2，C厅：432 m2，D厅：380 m2，等7个独立表演空间。

这类主题表演秀场，本该待节目创意定型后，再开始建筑施工，由于种种原因，建筑走在了前面。创意团队要求，按最大可能做。不同模式的供电系统分析如下：

（1）集中设置调光柜的模式。根据独立表演空间（7个舞台）测算，需（10+9+7+6+3+1+1）共37台调光/直通两用调光柜，3 552路。另配最少120路流动硅箱，遍布全场的专用电源。需配专用配电柜12台。电线电缆，折合单根6 mm2电线1 500 km。

（2）采用各厅分别设置调光柜的模式。需（11+10+8+6+4+1+1）共41台调光/直通两用调光柜，3 936路。另配最少120路流动硅箱，遍布全场的专用电源。需配专用配电柜16台。电线电缆，折合单根6 mm2电线850 km。

（3）采用智能化分布式系统。最大可能就是供电，设计时把供电容量留出，在4个大厅各设置一台Ⅰ型专用配电柜，供电点位引入各厅堂可能用电区域（只有5根6 mm2线，转换位置极为简单），前期工作即告结束。电线电缆，折合单根6 mm2电线150 km。其他工作，全部在创意定型后进行。

茅台天酿演艺秀场采用了该系统，特殊定制模块，经创意设计、彩排中数十次变化，轻松应对，投入使用近一年，天天多场演出，未见故障报告。

（编辑 张冠华）endprint