浅析国内舞台机械安全现状.docx

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浅析国内舞台机械安全现状

浅析国内舞台机械安全现状

       从文艺复兴时期起，欧洲已经出现了靠人力驱动的简单舞台机械。

1884年，布达佩斯歌剧院已配备了靠液压驱动的升降台和吊杆；19世纪末，欧洲的剧院已经开始广泛使用舞台机械。

现代意义上的舞台机械行业从诞生至今已有一百多年历史，在此期间不断发展完善，在欧美等发达国家，对于施工企业、设备设计制造、剧院管理、维护保养都有较完善的管理制度和标准，但是也经常有舞台机械事故的报道。

      2015年1月22日，韩国“第24届首尔歌谣大赏”发生了演员从舞台坠落的事故；

      2015年3月19日，日本东京帝国剧场LED屏在演出时倒塌，造成6人受伤；

      2014年3月9日，美国加利福尼亚州的一所高中在演出中舞台坍塌，造成30余人受伤；

      2012年1月5日，郭富城在香港红馆进行第17场的“舞临盛宴”演唱会，站立的升降台钢丝绳突然断裂，急坠近3m。

      这些案例说明舞台机械的安全是一个非常重要的问题，需要时刻关心。

      在国内，由于舞台机械是一个新兴产业，很多建设单位和监理都不了解；而且剧院又是数量相对较少的公共建筑，多数建设单位和监理都是第一次接触，没有经验，所以还存在不少需要改进的工作，包括以下几个方面：

      1资质管理

      目前，国内舞台机械行业已基本实现资质管理，大部分工程需要具备资质的企业才能进行设计施工，但在少数工程中也存在业主对舞台机械的特殊性以及安全性的高要求并不了解的情况，仍选择不具备资质和能力的企业设计、制造和安装舞台机械，给剧院的使用埋下了安全隐患。

      在有资质的企业中，技术水平和管理水平也参差不齐，工程质量差异很大。

由于低价竞争，有些新建剧院从建成之日起就存在先天不足的安全隐患。

      2升降台锁定装置

      从毕节大剧院的事故中可以明显看出，升降台的锁定装置没有发挥作用。

根据笔者在国内多家剧院实地考察的情况，只有少数几家企业的锁定装置是安全有效、方便使用的，其他企业供货的升降台锁定装置很多都是聋子的耳朵——摆设。

由于技术水平原因，有的锁定装置很难调试好，造成无法使用，或者使用很不方便；有的插销支撑部位结构强度很低，完全无法承受升降台的重量；有的剧院虽然投入使用时间不长，但一开始就没有设计锁定装置，而锁定装置在行业标准WH/T36－2009《舞台机械台下设备安全要求》中是明确要求必须具备的功能。

总之，很多剧院管理部门对升降台锁定装置的重要性认识不足，插销不能用就不用，不方便使用就不使用，致使升降台常年处在没有锁定的状态下工作，这也是一个安全隐患。

      3升降台导向安全性

      各个厂家的升降台导轨规格不一致，同一厂家在不同工程中的规格也不同，有经验的公司供货的升降台导轨有足够的强度，同时使用自制的铜滑块作为导靴，可以保证导向安全。

而有些厂家供货的升降台的导轨明显偏小，使用的成品导靴强度不足，紧急情况下可能出现升降台倾斜坍塌等问题，造成无法估量的严重后果。

升降台的导轨和导靴见图1。

图1主升降台导轨及导靴

      在有的剧院中，设备提供厂家为了节约成本，升降台的配重没有任何导轨约束，见图2，完全是自由悬空状态（这也是不符合标准的设计），遇到升降台紧急停车时必然会晃动，这也是严重的安全隐患。

图2没有导轨的配重筐

      4设计方法不同

      升降台的设计中也存在很多问题。

各个厂家的计算方法不一，有的配重大于升降台重量，有的配重小于升降台重量。

电机功率计算、制动力矩计算、机械效率的计算等均千差万别。

对于经验不足的厂家，设计时就会有安全缺陷。

      同时，也有一些国内的厂家为了降低成本，在设计时存在故意降低指标的现象；还有的厂家使用单制动器，或者制动器位置不合理。

这样都有可能造成严重的安全事故。

据了解，还有一些国内的厂家是凭经验生产，有的产品是在没有图纸的情况下，由老师傅根据以往经验摸索生产的，并没有完整的计算和理论依据。

      5控制系统

      舞台机械的控制系统对舞台机械的安全使用有很大影响。

有些厂家将控制系统外包给工业控制技术公司，简单地认为专业的控制技术公司或者大学教授完全可以设计舞台机械的控制系统。

但实际上，舞台机械的控制有很多特殊的要求，并不是工业控制水平高就能做好舞台机械的控制，而是需要设计人员对舞台工艺有深刻的理解，同时十分清楚演出的要求以及舞台机械对安全的层层保护和多重互联互锁。

不仅如此，还需要从控制系统上预防干涉、超载超速报警、自动停车、紧急停车、防止误动作等等。

有的控制系统中，为了降低成本而使用开环控制系统，设备的实际状况无反馈。

超载超速时，如果控制系统没有反馈信号，则无法发出安全保护信号进而采取安全措施，可能造成飞杆事故。

有的控制系统由于设计原因，会发生信号丢失现象，操作台发出命令要求多台吊杆同时运动，但有可能部分吊杆未动，或者运动不到位，演出换景不能实现，造成演出事故。

      有的舞台机械操作台只是用一台电脑，用鼠标点击控制，而没有操作手柄等外部硬件来确认动作，一旦点击错误，设备就会出现错误的动作，造成事故。

有的吊杆控制系统把舞台上空19m的标高（吊杆上限位）设为零位，吊杆下限位（离地1m）设为18m，给操作人员造成很大困惑，如果是演出单位的人来操作，就很容易误操作造成事故。

      目前，多数工程的电气部分都使用电缆传递动力和信号，但有的工程还在使用电线传递动力，其安全性和屏蔽性都达不到要求，对控制信号造成干扰，影响控制系统的正常工作。

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舞台机械安全现状及其建设设备管理      2015年5月，在贵州省毕节大剧院发生了一起舞台升降台下坠事故，经过网络和电视的传播，在国内造成了较大的影响。

一部分对剧院和舞台机械不了解的人可能对舞台机械的安全产生了疑虑，笔者根据从事舞台机械工程多年来的实践经验，从建设和管理上对舞台机械的安全控制进行探讨。

      1知悉舞台机械安全现状

      从文艺复兴时期起，欧洲已经出现了靠人力驱动的简单舞台机械。

1884年，布达佩斯歌剧院已配备了靠液压驱动的升降台和吊杆；19世纪末，欧洲的剧院已经开始广泛使用舞台机械。

现代意义上的舞台机械行业从诞生至今已有一百多年历史，在此期间不断发展完善，在欧美等发达国家（地区），对于施工企业、设备设计制造、剧院管理、维护保养都有较完善的管理制度和标准，但是也经常有舞台机械事故的报道。

如，2015年1月22日，韩国“第24届首尔歌谣大赏”发生了演员从舞台坠落的事故；2015年3月19日，日本东京帝国剧场LED屏在演出时倒塌，造成6人受伤；2014年3月9日，美国加利福尼亚州的一所高中在演出中舞台坍塌，造成30余人受伤；2012年1月5日，郭富城在香港红馆进行第17场的“舞临盛宴”演唱会，站立的升降台钢丝绳突然断裂，急坠近3m.这些案例说明舞台机械的安全是一个非常重要的问题，需要时刻关心。

      在国内，由于舞台机械是一个新兴产业，很多建设单位和监理都不了解；而且剧院又是数量相对较少的公共建筑，多数建设单位和监理都是第一次接触，没有经验，所以还存在不少需要改进的工作，包括以下几个方面：

（1）资质管理

      目前，国内舞台机械行业已基本实现资质管理，大部分工程需要具备资质的企业才能进行设计施工，但在少数工程中也存在业主对舞台机械的特殊性以及安全性的高要求并不了解的情况，仍选择不具备资质和能力的企业设计、制造和安装舞台机械，给剧院的使用埋下了安全隐患。

      在有资质的企业中，技术水平和管理水平也参差不齐，工程质量差异很大。

由于低价竞争，有些新建剧院从建成之日起就存在先天不足的安全隐患。

（2）升降台锁定装置

      从毕节大剧院的事故中可以明显看出，升降台的锁定装置没有发挥作用。

根据笔者在国内多家剧院实地考察的情况，只有少数几家企业的锁定装置是安全有效、方便使用的，其他企业供货的升降台锁定装置很多都是聋子的耳朵--摆设。

由于技术水平原因，有的锁定装置很难调试好，造成无法使用，或者使用很不方便；有的插销支撑部位结构强度很低，完全无法承受升降台的重量；有的剧院虽然投入使用时间不长，但一开始就没有设计锁定装置，而锁定装置在行业标准WH/T36-2009《舞台机械台下设备安全要求》中是明确要求必须具备的功能。

总之，很多剧院管理部门对升降台锁定装置的重要性认识不足，插销不能用就不用，不方便使用就不使用，致使升降台常年处在没有锁定的状态下工作，这也是一个安全隐患。

      （3）升降台导向安全性

      各个厂家的升降台导轨规格不一致，同一厂家在不同工程中的规格也不同，有经验的公司供货的升降台导轨有足够的强度，同时使用自制的铜滑块作为导靴，可以保证导向安全。

      而有些厂家供货的升降台的导轨明显偏小，使用的成品导靴强度不足，紧急情况下可能出现升降台倾斜坍塌等问题，造成无法估量的严重后果。

升降台的导轨和导靴见图1.

      在有的剧院中，设备提供厂家为了节约成本，升降台的配重没有任何导轨约束，见图2,完全是自由悬空状态（这也是不符合标准的设计），遇到升降台紧急停车时必然会晃动，这也是严重的安全隐患。

      （4）设计方法不同

      升降台的设计中也存在很多问题。

各个厂家的计算方法不一，有的配重大于升降台重量，有的配重小于升降台重量。

电机功率计算、制动力矩计算、机械效率的计算等均千差万别。

对于经验不足的厂家，设计时就会有安全缺陷。

      同时，也有一些国内的厂家为了降低成本，在设计时存在故意降低指标的现象；还有的厂家使用单制动器，或者制动器位置不合理。

这样都有可能造成严重的安全事故。

据了解，还有一些国内的厂家是凭经验生产，有的产品是在没有图纸的情况下，由老师傅根据以往经验摸索生产的，并没有完整的计算和理论依据。

      （5）控制系统

      舞台机械的控制系统对舞台机械的安全使用有很大影响。

有些厂家将控制系统外包给工业控制技术公司，简单地认为专业的控制技术公司或者大学教授完全可以设计舞台机械的控制系统。

但实际上，舞台机械的控制有很多特殊的要求，并不是工业控制水平高就能做好舞台机械的控制，而是需要设计人员对舞台工艺有深刻的理解，同时十分清楚演出的要求以及舞台机械对安全的层层保护和多重互联互锁。

不仅如此，还需要从控制系统上预防干涉、超载超速报警、自动停车、紧急停车、防止误动作等等。

      有的控制系统中，为了降低成本而使用开环控制系统，设备的实际状况无反馈。

超载超速时，如果控制系统没有反馈信号，则无法发出安全保护信号进而采取安全措施，可能造成飞杆事故。

有的控制系统由于设计原因，会发生信号丢失现象，操作台发出命令要求多台吊杆同时运动，但有可能部分吊杆未动，或者运动不到位，演出换景不能实现，造成演出事故。

      有的舞台机械操作台只是用一台电脑，用鼠标点击控制，而没有操作手柄等外部硬件来确认动作，一旦点击错误，设备就会出现错误的动作，造成事故。

有的吊杆控制系统把舞台上空19m的标高（吊杆上限位）设为零位，吊杆下限位（离地1m）设为18m,给操作人员造成很大困惑，如果是演出单位的人来操作，就很容易误操作造成事故。

      目前，多数工程的电气部分都使用电缆传递动力和信号，但有的工程还在使用电线传递动力，其安全性和屏蔽性都达不到要求，对控制信号造成干扰，影响控制系统的正常工作。

      2加强标准化工作保障设备安全

      在欧洲，舞台机械的发展已经有一百多年的历史，各类有关建造管理的安全标准有数十种，主要有以下标准：

      EN418-1992机械安全功能方面的紧急停止设备设计原则

      EN984-1机械安全用于显示器和驱动器的设计符

      合人机工程学的要求用于控制和显示驱动器的人类互动的一般原则

      EN984-2机械安全用于显示器和驱动器的设计符

      合人机工程学的要求显示

      EN984-3机械安全用于显示器和驱动器的设计符

      合人机工程学的要求控制执行器

      EN954机械安全控制系统有关安全部件

      EN1050机械安全风险评估原则

      EN1037机械安全防止意外启动

      EN60073人机界面的基本安全原则标记与识别指

      示装置和执行器的编码原理

      EN60204机械安全机械电气设备

      IEC61508电气、电子和可编程电子的功能安全

      EN50081-2电磁兼容性（EMC）排放标准二：

产业环境

      73/23/EWG在一定电压范围内使用的电气设备

      89/336/EWG电磁兼容

      89/392/EWG机械

      98/37/EG机械规例

      BGVC1舞台和工作室意外事故保护条例

      DIN56950舞台机械安全要求和测试

      在国内，中国演艺设备技术协会已经主持制定了多个舞台机械行业标准，包括WH/T28-2007《舞台机械台上设备安全》、WH/T36-2009《舞台机械台下设备安全要求》、WH/T27-2007《舞台机械设备验收检测程序》、WH/T37-2009《舞台机械操作与维修导则》、WH/T35-2009《演出场馆设备技术术语舞台机械》。

      另外还有1996年制定的一些产品标准,如WH/T0102-1996《舞台电动单点吊机》和WH0101-1996《舞台升降式刚性防火幕》等。

      21世纪以来，中国舞台机械事业蓬勃发展，对舞台机械标准化提出了更高的要求，有必要进一步加强舞台机械标准化工作，以适应新形势的要求。

      目前，舞台机械具体产品的设计还没有详细的标准，更没有像起重机行业和电梯行业那样完善的标准。

      舞台机械行业需要加强标准化工作进程，对吊杆机、主升降台等广泛使用的产品以及安全性要求高、容易标准化的设备，应制定详细的产品标准以规范市场。

      国内现在有多个厂家使用自己生产的刚性链（或类似产品）驱动升降台，这些产品多数是简单仿制，缺乏理论依据，在使用中也出现过很多问题。

此产品也需要有标准来规范制造和使用，以保证安全。

      对于控制系统，欧洲有专门的安全标准DIN56950和IEC61508,且舞台机械控制系统的安全等级是最高级SIL3,我国也应该有相应的标准以规范其设计建造。

      对于舞台机械的安全和验收，建议把行业推荐标准升级为强制性的国家标准，使得全行业的业主、监理和施工单位都必须执行国家标准，确保行业的安全健康发展。

同时，舞台机械系统投入使用后，定期检测、规范管理、定期维护保养，维护保养人员资质管理等问题也需要制定相应的标准规范。

有了完善的标准规范，既可以保证设备安全，还可以防止无序竞争，维持一个良好的市场秩序，提升中国舞台机械行业的整体水平。

      3推广专业监理完善验收制度

      3.1推广专业监理

      由于剧院是特殊的公共建筑，一个城市可能几十年才建一次。

国内的业主多数是第一次建设剧院，对于舞台机械都是初次接触，不了解其专业性和特殊性。

而工程监理一般都是由土建监理统一负责，同样没有剧院建设的经验。

由于专业监理的缺失，业主和监理对工程质量的监控流于形式，难以达到工程质量控制的目的，对将来的使用也可能造成安全隐患和不方便之处。

      笔者建议政府部门重点扶植几家有监理资质的专业机构从事舞台设备的监理工作，对舞台机械、舞台照明、舞台扩声等演出设备系统进行专业监理，并大力推广，可以帮助业主实现投资的合理控制与工程质量的可靠控制。

这些监理机构应该与施工单位脱钩，以保证其独立性和公正性。

同时，相关专业人员资格考试也可适当增加舞台设备监理内容。

      对于有关设计资料的审查，施工单位对于同行的审查都有很大戒心，有关计算书等核心机密不愿意提供给舞台机械施工单位的工程设计方或者监理方。

专业监理机构应该以独立第三方的角色来进行方案审查和安全性评估，确保工程工程安全，同时利于保护施工单位的知识产权。

      3.2完善验收制度

      目前,部分剧院建设中,虽然有行业标准WH/T27-2007《舞台机械验收检测程序》，但是实际操作中，建设单位对于验收的检测不够重视，多数业主在投资计划中没有用于检测的预算，造成投资数千万元甚至上亿元的舞台机械，最终验收时，只是请几个专家现场看看，目测设备的状况，看看建设工程的档案资料，对设备的技术性能并没有条件进行检测，验收的科学性与可靠性受到影响。

      由于舞台机械的特殊性，大多数业主和监理都不熟悉其专业知识，依靠一般监理来做全面检测也不可靠。

对于设备安全运行至关重要的载荷测试，一般业主和监理并不了解，只能靠施工单位自觉来做。

像毕节大剧院这样承载能力不足的问题，在载荷实验中应该就能被发现，只要切实进行了载荷实验，这样的问题也就不会遗留到使用中发生，从而造成不可挽回的损失。

      舞台机械行业需要在验收程序方面加强制度建设，尽快制定舞台机械验收办法的标准，经过专业单位按程序检测的舞台机械系统才能通过验收投入使用，以保证使用安全。

      4投入使用后的安全管理

      4.1安全管理制度

      施工单位提供的操作手册都会对安全使用做出规定，使用单位应该根据自身实际情况再制定完善的安全管理制度，并严格执行。

同时，定期进行安全检查，发现问题及时处理。

      4.2人员培训

      一般地，设备验收合格投入使用前，施工单位都会对使用方的管理人员进行培训。

但由于人员流动，几年后，剧院里原来接受过全面培训的合格人员可能流失大半，也有的可能全部流失。

所以，剧院方应该定期请施工单位或者其他专业单位来对设备管理人员进行培训，尤其是有关安全使用的培训。

      4.3维护保养

      与验收检测一样，国内同样存在有钱建高档剧院、没钱做设备维护保养的情况。

多数剧院在质保期满后，设备就处于没有专业维护保养的状态。

由于政府没有此项预算，剧院自身也没有这笔开支，只能用一天算一天，直到出现问题才有资金拨款维修。

但这时候可能为时已晚，轻则影响演出，重则造成安全事故。

      舞台机械的一般设计用寿命是50年，但由于电气元件老化以及计算机技术的飞速发展，控制系统的更新时间要短一些。

现在国内投入使用的现代化大剧院最长的已有十余年，舞台机械需要年度维护保养、定期中修、定期大修的要求。

控制系统还有定期升级改造的需求，而这些还没有任何依据，同样对安全使用不利。

      因此，对于早期建设的不符合现行标准的舞台机械系统，剧院要请专业单位协助提出整改方案，申请政府资金的支持，逐步达到标准要求。

对于暂时不能进行改造的设备（例如没有锁定装置的升降台或者锁定装置不能正常使用的升降台），应予以加固或者封存。

      4.5标准化工作

      在设备的安全管理方面也需要加强标准规范建设，例如剧院舞台设备的安全使用规则、舞台机械的维修与保养标准，用制度来保证剧院的安全运营和正常演出。

      5结语

      以上谈到的种种问题，仅靠企业自身是无法解决的，需要政府主管部门、行业协会和企业共同发挥作用，形成足够的影响力，让全社会都来关心舞台机械的安全，预防安全事故的发生，促进舞台机械行业的健康发展。

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舞台机械的安全设计

一、概 述

舞台机械最重要的指标之一是安全可靠，所有种类的舞台机械都必须保证在任何时候是绝对安全可靠的。

对舞台机械的可靠性设计，目前研究的很少。

可靠性设计理论是建立在大量实验数据基础上的，不同的使用场合要求不同的可靠度，设备的可靠性是根据其重要程度、工作要求和维修难易等方面的因素综合考虑决定的。

舞台机械的使用率不高，载荷率较低，对寿命设计有一定要求，而对可靠性设计则要求很高，因为一旦出现问题就可能造成严重的安全事故或较大的经济损失。

舞台机械必须有较高的可靠性，其失效概率应在0.1~1.0%之间。

由于缺乏必要的实验数据和具体深入的研究，可靠性设计理论在舞台机械设计中尚无具体应用。

研究表明，虽然只用安全系数不能完全反映可靠性水平，但在舞台机械零部件设计中将各参数作为随机变量处理，尚缺乏足够的数据。

所以，将设计参数作为确定量，用强度安全系数或许用应力作为判别依据，通过选取适当的安全系数来近似控制其工作可靠性的要求，仍然是当前舞台机械设计的主导方法。

由于计算结果与实际情况有一定偏差，故必须使计算允许的零部件的承载能力有必要的安全裕量，这就是确定安全系数的基本出发点。

通常，舞台机械还应提出设计寿命指标。

以工作年限为单位的寿命指标对舞台机械并不适用，而以工作小时计的寿命更符合实际，8000~10000小时的工作寿命应当是舞台机械设计的基础数据。

舞台机械的安全性指标主要包括设备安全、人身安全和电气安全等三方面，而且，这三个因素相互关联、相互影响，有时是不可分割的。

二、设 备 安 全

设备安全是指:

舞台机械设备在规定的工作条件下长期使用不产生意外事故的能力。

在发生临时故障时能在降低后的技术参数下继续工作的能力。

舞台机械设备对非正常工作状态的感知、显示和报警的能力。

这种能力或性能通常是由机械设计本身和电气控制共同完成的。

考虑在演出中尽快能排除舞台机械的临时故障的能力，使舞台机械的故障尽量能不影响演出的正常进行。

涉及设备安全的因素很多，主要有以下几个方面:

1（足够的安全系数

所有机械零部件的选择和设计必须保证在额定载荷和惯性载荷的联合作用下，能可靠的工作并有一定的安全储备，即有足够的安全系数。

安全系数定义为:

 所有材料的极限应力与零件的最大工作应力之比。

零件的最大工作应力应考虑最大静载荷及动载荷（紧急启制动、碰撞等惯性载荷）作用下产生的应力。

例如:

 悬挂重物或牵引用的钢丝绳，其安全系数应大于或等于10。

 起重链的安全系数应大于或等于12。

 传动链的安全系数应大于或等于10。

 所有传动系统的部件在选用时应能承受两倍的额定载荷。

 初略计算时，传动件和受力件的安全系数应大于或等于6，精确计算时其安全系数应符合有关标准或规范对该类零件的规定。

2（合适的刚度

舞台机械的主要受力构件应有合适的刚度，以适应舞台表演的需要。

通常，规定受力构件的挠度应小于构件跨度的1/1000~1/800，有时，还对挠度的绝对值作出规定，这些构件必须同时满足这两个要求。

传动件的扭转刚度、压杆的稳定性等应符合有关标准规范的规定。

对升降台来说，为了获得足够的横向刚度，其计算水平载荷不小于垂直运动载荷的1/20。

3（合理的结构和尺寸参数

为避免或减少某些机械零件由于结构尺寸不合理而产生过大的附加应力或过早的疲劳破坏，设计时应对其结构尺寸给予足够的重视。

卷扬系统的零部件比较典型，如:

卷扬机驱动卷筒的直径应大于钢丝绳直径的18倍，滑轮直径应大于钢丝绳直径的20倍，摩擦传动（曳引式传动）的驱动轮直径应大于钢丝绳直径的40倍等，所有钢丝绳用的配件都要和钢丝绳直径相匹配，钢丝绳接头只能采用那些传递载荷大于80%钢丝绳断裂载荷的接头形式，如:

编接接头、合金浇注套管接头、楔型接头、铝合金挤压套管接头和符合规定并正确使用的钢绳绳夹等。

卷筒挡边的高度应大于钢丝绳直径的2倍，单层卷绕的卷筒，至少留有两圈摩擦固定圈，钢绳与卷筒或滑轮的偏角应小于4?

等。

4（可靠的安全装置

舞台机械设备必须有较完善的安全保护装置，以保证设备运行的安全。

一般设备均设有行程极限开关和超行