【电气工程解析.2期】梅兰芳大剧院电气设计探讨

1 项目概况
梅兰芳大剧院面积约为1.3 万m2、地上部分4层、观众厅部分高度为22.2m, 主舞台部分高度为24.8m，容积率为5.90。规模1 028 座，另设小型多功能演出厅（200座）1个、录音棚1个、京剧艺术展廊以及必要的附属设施和地下车库。

梅兰芳大剧院作为目前全国唯一的一所国家级京剧剧院，是在满足传统京剧演出的同时又可满足多种其他演出形式的剧院。

2 设计特点、技术经济指标

2.1 设计特点
1）遵循京剧艺术表演规律和特殊使用要求规划舞台灯光系统；
2）采用专业的舞台灯光控制系统与智能照明控制系统相结合的全面控制的理念；
3）注重谐波治理、干扰抑制以及电磁兼容性，确保舞台各类控制系统等敏感设备稳定使用；
4）进行扩声系统声学特性设计，实现建声与电声的完美结合；
5）针对剧场空间大、设备布置层次复杂，作为公共场所人员密集、火灾早期预警较为困难的特点，首次在剧院部分使用了空气采样式早期烟雾探测器，大大提高了剧院的消防安全性。

2.2 技术经济指标
该项目的技术经济指标见表1。

3 配电系统设计

3.1 供电系统
供电系统在投资有限的情况下要做到适用、经济和可靠。梅兰芳大剧院属于中京艺苑项目的一部分，因此采用主、分变设置方案，在中京艺苑地下1 层设置了总变电所，其电源由市政2 路10kV 电源供电，并向供电部门申请要求其来自不同的上级变电站，两路市电同时工作互为备用。在梅兰芳大剧院地下2 层设置了其专用的分变电所，内装2 台1 600kVA 变压器，两台变压器同时工作互为备用，当其中一台故障时，另一台除可供全部一、二级负荷外，还可供本台变压器的全部三级负荷。

梅兰芳大剧院为一级负荷用户，市政电源可以满足其负荷等级的要求，又由于其中的特别重要负荷（调光用计算机系统用电）由UPS 供电，应急照明由EPS 供电，因此考虑到投资限制和经与业主协商后，确定不设置柴油发电机系统。详见图1。

3.2 舞台灯光系统

舞台灯光系统工艺设计是遵循京剧艺术表演规律和特殊使用要求进行规划的。其目的在于，将表演艺术再现过程所需的灯光设备，按系统工程设计语言进行设计配置，使舞台灯光系统准确圆满地为京剧艺术生产和艺术展示服务。

1）总体指标
●照度值：舞台平均白光照度大于1 500lx ；
●色温：常规灯具3 200K，特效灯具4 700K~5 600K ；
●显色指数：Ra ＞96 ；
●总调光回路：480 路，直通回路：120 路；
●总电量：Pe ＝1 200kW ；
●噪声指标：所有设备开启时的噪声及外界环境噪声的干扰不高于NR25，测试点1m处效果器材的噪声不大于30dB。

2）舞台灯光灯位布置说明
舞台灯光灯位布置按正面光、外耳光、柱光、侧光、顶光、逆光、天排、地排、流动光、脚光等区位构成全方位布光阵列，舞台各部位均有布光点，杜绝死区，满足灵活多变地按需组合的演出要求。
●面光系统设计：虽然梅兰芳大剧院不属于大型剧场，但考虑到京剧演出特点及适应多种演出类型的要求，设置了两道面光。
●耳光系统设计：在剧场观众席两侧均设置耳光投光室，每侧设有三层，用以加强人物和景物的立体感。
●柱光系统设计：结合可水平移动的假台口，在其内侧的两端均设置柱光，以弥补面光及耳光的不足。
●顶光系统设计：在舞台吊杆中设置四道灯光专用吊杆，其作用是对向舞台纵深延展的表演区空间进行必要的照明。
●侧灯光系统设计：舞台两侧每侧设置4 道灯光吊笼，作为演员面部的辅助照明，并可加强布景层次。
●逆光系统设计：舞台上空4 道顶光之间设置4 道反投光（逆光），用以营造特殊效果。
●天排光系统设计：在舞台天幕前方设有一道天排灯吊杆，向舞台天幕的上半部分的投光、多用于表现天空和渲染背景色彩。
●地排光系统设计：与天排灯相反，在天幕前约3~4m 处的舞台台板上设置一排地排灯，向舞台天幕的下半部分投光和渲染色彩的灯光，与天排灯配合使用，使色彩变化更为丰富。
●脚光系统设计：在舞台前部设置一排脚光，除弥补面光的不足外，更可突出展示京剧中腿脚的功夫。
●追光系统设计：在观众席后部设有追光系统位。
●景、灯两用临时吊杆调光布置：主舞台上空布置了10 道两用吊杆，根据不同剧目及用途，随时装配成顶光灯杆，器材选择、投射方法与顶光基本一致。
上述各部位灯具均可根据演出需要灵活配置。

3）舞台灯光控制系统配置说明
●硅柜配置: 选用96 路数字硅柜5 台，共480 调光回路，选用40 路数字直通柜3 台，共120 直通回路。接收国际标准DMX-512/1990 信号，进行全数字化控制。
●谐波抑制: 硅柜的每路出线均带谐波滤波装置，能有效地消除对电网的干扰。
详见图2 舞台灯光布置图。

3.3 舞台机械系统
梅兰芳大剧院是以京剧表演为主，兼顾其他表演形式的现代化综合剧场。舞台机械是现代化剧场的必设设备，因此，舞台机械的规模大小、功能多寡、控制水平高低，已成为舞台技术水平乃至剧场档次的重要因素。根据其功能定位，适当参考国内外相当规模的剧院，遵循工艺设计科学、技术性能优良、配置优化实用、运行安全可靠、经济合理的原则，制定了舞台工艺方案：

1）台下设备配置
台口前设分段式升降乐池共3块，乐池最高升至与舞台面平齐，用以扩大演出区域；乐池降到与观众席平，可扩大观众席区；乐池降到-2.2m（以台面为±0.0m），可以容纳乐队演出。三块乐池既可以同步升降也可以单独升降，增加了使用的灵活性。

乐池前设置升降栏杆1 套，可与升降乐池联动，以配合乐池工作。

主舞台表演区后设置两排共6块升降台，升降台最高可升至+2.4m，最低降至-3.3m，可以同步升降也可以任意升降每一块。

主表演区设有6 块演员升降活动盖板，在需要时活动盖板打开，演员可乘升降小车上升至舞台面。

2）台上设备配置
台口外乐池上空设置有台口外檐幕吊杆1 道、对开大幕1 道、灯光吊杆1 道、中置音箱提升装置1 套、主音箱提升装置2 套、单点吊机8 台、字幕屏2 套以及台口外声反射板1 套，这些设备可满足台口外演出的需要。同时根据京剧演出的特点，在台口外设置活动台口，通过中片与两侧片改变台口大小。

主舞台上空设有防火幕1 道、升降对开大幕1 道、灯光吊杆6 道、灯景两用吊杆4 道、电动吊杆49 道（含会标杆、檐幕杆、纱幕杆）、天幕吊杆1 道、活动柱光架2 台、二道幕2 道、流动灯光架4 台、飞行器2 套、灯光吊笼8 台、移动单点吊机10 台及声反射罩1 套。以上设备可满足京剧、歌舞剧、音乐会等多种演出形式的需要。

3）舞台机械电气设备
电源：舞台机械设备供电电源引自剧院专用的分变电所，双路供电末端切换。采用先进的计算机控制的舞台机械控制系统，并且由在线式不间断电源供电。

抑制干扰: 使用变频器的场所加装滤波器，所有电气设备引起的谐波均符合中国国家标准GB/T14549 的要求。计算机系统或敏感性控制设备设有浪涌保护装置和独立的专用接地线，直接接到共用接地极。整个系统在其应用环境中具有电磁兼容（EMC），均符合有关电磁兼容标准。详见图3舞台机械剖面图。

3.4 灯光控制系统
由于梅兰芳大剧院公共区域灯具控制需随演出的时间而控制，因此在本工程中公共区域照明使用楼宇控制是不合适的。首先，采用楼宇控制系统控制照明，楼宇控制产品无现场控制面板开关，只能依靠楼宇控制程序控制而无法进行现场控制，控制上来说不够灵活；其次，随着计算机技术的发展，智能照明控制系统应用越来越广泛，技术也越来越成熟，对于照明控制来说较楼宇控制系统也更专业。智能照明控制系统由硬件及软件两部分组成，硬件部分主要由输入单元、输出单元和系统单元三部分组成，软件则由编程软件、监控软件和时控软件组成，硬件通过总线系统连接成网络，由软件实现远程自动控制。功能上可实现时钟控制；照度自动调节控制、区域场景控制、动静探测控制、手动遥控器控制和调光控制等。智能照明控制系统不仅可满足便捷控制、灯光效果等要求，而且具有可观的节能效果（节电可达到20%以上）及延长灯具寿命（灯具寿命延长2 倍以上），还能在降低运行维护费用中得到回报，大大简化穿管布线工作量。

在本工程中公共区域部分空调未采用风机盘管的形式，而是采用了大型空调机（380V），由于空调机没有成套的现场控制面板，若使用楼宇系统控制，不仅投入成本高且控制不方便。因此，我们在设计中利用智能照明系统的控制模块来控制空调系统，并与智能照明系统集成为一个系统，不仅控制方便，且便于管理，达到节约能源的目的。

4 电气节能措施
1）合理选择变压器容量和设置配电系统；合理设置配变电所和供配电设备位置，使其尽量靠近负荷中心，减小供电距离。
2）配电系统接地保护型式采用TN-S 接地系统，变压器绕组采用Dyn11型接线。改善三相不平衡度，有效减少3 次谐波的对公共电网的影响。
3）对于谐波较大的设备加装谐波滤波装置。
4）尽量提高用电设备的功率因数（如：选用电子镇流器），并在变电所低压系统中装设集中电容补偿装置。
5）电机型动力设备根据设备专业的情况，合理采用变频器。
6）将设备控制纳入楼宇自控系统，实现集中实时控制和管理。
7）电气设备选用节能型，如：节能配电变压器SCB10 型、高效节能型的节能型接触器等。
8）照明节能：
（1）各场所按照照明规范中的要求，选择相适应的照度标准，并满足所对应的照明功率密度值。
（2）光源、灯具、镇流器等采用高效、低耗、节能型产品，并配节能电感镇流器加装补偿电容和电子镇流器，镇流器应符合该产品的国家能效标准。
（3）将公共场所照明纳入智能照明控制系统，对其照明采用就地、集中等智能控制方案。

5 设计总结