2022年的初春，第24届冬季奥林匹克运动会、第13届冬季残疾人奥林匹克运动会（合并简称：北京冬奥会）相继在北京举办。两场盛会的开闭幕式不仅惊艳到了国人，更惊艳到了全球观众。

隆重的开闭幕式绝对不仅仅是盛会的一个仪式，其所要表达的是国家认同、民族自豪和人类愿景。开闭幕式让全世界的观众享受了极致之美的视听盛宴，太多令人震撼的画面传递的是中华民族深厚的文化底蕴、世界大同的和平理念、一起向未来的博大胸怀。

美轮美奂的开闭幕式体现的是导演追求极致之美的创意，体现的是以航天人为代表的科技工作者把创意化为现实的超强执行力。

创意得以完美执行，包含了硬科技，代表了软实力。北京长征天民高科技有限公司（以下简称：长征天民公司）作为北京冬奥会开闭幕式的技术保障实施单位重要成员，承担了“地面舞台系统”“冰立方（含五环）系统”项目，用“航天模式”完美实施并管理项目，用“火箭实力”助力“科技冬奥”，为“中国传奇”的书写与传播做出了重要贡献。

北京冬奥会开闭幕式地面舞台系统堪称世界最“大”的舞台。空间规模大——施工面积约21 000平方米，主舞台区面积3 528平方米，主体深度10米，最大深度18米；工程规模大——舞台系统的总质量约5 000余吨，装机功率约2 000千瓦；功能要求高——5套大型升降台、车台、倾斜台要完成各类升降、平移、翻转等动作。而除却物理指标，冬奥“舞台”展现的不仅是北京双奥之城的风采，更是迈进新时代的中国昂首世界民族之林的自信。

2019年12月，长征天民公司正式接受“北京冬奥会开闭幕式地面舞台系统及演出装置工程”承制任务。直到2020年12月，到国家体育场（鸟巢）现场进行工程勘察调研工作才得以进行，为工程施工人员进场后的高效率工作拉开帷幕，注定了这是一项既光荣又艰巨的任务。

要把导演组的创意转化为具体的设计方案，确保开闭幕式圆满成功，长征天民公司把航天系统工程方法与舞台行业标准深度融合，设计方案在科学性、可靠性、安全性等方面不断修改完善。面对升降、平移、翻转的复杂动作，结构跨度大、运动行程远的工程难点，人员进出交叉进行的复杂工况，以及并行、串行控制叠加等难题，项目技术团队采用机、电、软件多重高裕度冗余互锁，手自一体操作，实现了设备运转的高可靠和演出过程的高安全。

地面舞台系统是开闭幕式演出活动的基础舞台，既需要承受人流、道具载荷，还需要为中央升降台系统、冰立方系统提供支撑，特别是在冬奥会工程间隙还需要为庆祝中国共产党成立100周年文艺演出《伟大征程》提供坚固的舞台，供4 000名演员和6辆坦克在舞台上进行表演。因此，地面舞台系统的可靠性是重中之重，必须做到“万万无一失”。

项目技术团队通过系统设计、冗余设计、裕度设计、降额设计、FMEA、FTA等方式既确保地面舞台系统具有足够的承载能力，又确保其有足够的灵活性；通过系统总体统筹，地面舞台系统采用双环网总体架构，通过增加交换机即可实现新增电机的通讯；上位机采用模块化设计，通过增加设备组合即可实现不同场景的呈现。这些设计方案中的亮点，使项目技术团队能够快速适应导演组对系统规模的变更要求，大幅缩短研制周期，提供较高的系统可靠性。

图1 地面舞台系统施工中与建成后

地面舞台系统占地面积庞大，不仅自身升降台、车台、倾斜台等活动设备要完成各类升降、平移、翻转等动作，而且要承载10 100平方米的LED地坪，实际呈现效果如何一定要提前做到心中有数。

论证期间，项目技术团队通过搭建大型模拟视觉平台、大型LED平台测试等方式模拟不同尺寸的演出效果，采取三维虚拟设计、二维模块化组合设计、视觉效果渲染对比等方式，与艺术主创团队探讨修改设计方案20余次，以求达到最优地面舞台的呈现效果。

特别是中央升降台系统采用半圆形升降补偿台与方形平移车台组合、南北同步对开的两套盖板，实现中心盖板先下沉、再平移“小开合”开盖的演出效果，避免演出时对圆形区域外的人员和设备的影响。在冬奥会开幕式当晚，中央升降台运行两次，分别在构建雪花台环节和主火炬出场环节悄然而动，安全精准地完成了任务。观众们被“大雪花”的美所折服，却根本没有看清“大雪花”是如何从地下“冒”出来的。

科技与艺术融合绝非易事。艺术主创团队的艺术创意具有追求唯美、变化多样的特点。项目技术团队在地面舞台系统设计之初就运用模块化、组合化等灵活性设计，以求紧跟创意迭代的步伐。

项目技术团队对地面舞台系统的设计方案，总体采用了以热冗余PLC为核心的DCS架构，设备控制采用模块化、分离式设计，采用动作流程与程序代码分离的架构设计，演出流程进行动态编制。在这一主导技术路线的指导下，地面舞台系统能够满足舞台演出流程的快速调整需求，能够与音响设计、灯光设计精确配合，快速完成各类大幅度的升降、平移、翻转等演出动作。

地面舞台系统在北京冬奥会和冬残奥会4场开闭幕式演出得到充分应用。冬奥会开幕式中配合构建雪花台、火炬呈现等场景呈现；冬奥会闭幕式中配合“折柳寄情”环节场景呈现；冬残奥会开幕式中配合火炬呈现。固定舞台部分也实现安全稳定的支撑功能，满足LED地坪、演员、运动员的正常使用需求。

通体冰莹的冰立方在外露的五面覆盖了734平方米LED屏，总质量约400吨，总装机功率675千瓦，其中升降重量180吨，单台升降电机功率315千瓦，是整个开闭幕式最大功率的单机驱动设备。

冰雪五环重3.2吨，长19米，高8.75米，厚度仅0.35米，显示面积达143平方米。薄如“纸”，却能抗6级强风。

梦幻五环由2万多颗LED灯珠组成，展示时间超过60分钟；支持远程无线通讯，亮度可调。

奥运五环标志的呈现，是历届奥运会开幕式最重要的一个仪式环节。北京冬奥会开幕式的五环呈现方式让人感受到了难以想象的震撼，如梦似幻。飞流直下的“银河”瞬间凝结成通体冰莹的冰立方，晶莹剔透的冰雪五环从冰立方当中被雕刻出来，破碎的“冰块”飞溅，充满了现实主义唯美的张力。

冰立方出场、冰雪五环亮相，时间仅有短短的三十三秒。观众看到的是科技与艺术的结合，是空灵而极简的美，但这背后有着多么庞杂的系统支撑却不为人知。看似简约，却并不简单。

冰立方的设计颇具“将导演创意具体化到执行”的代表性。为了实现虚实结合的“实物碎冰”、从冰块中雕刻出冰雪五环的创意，项目技术团队曾经尝试让冰立方“实物抛冰”，并反复进行抛冰方式及冰块造型、材料优化试验。仅“冰”的材质就试验过真冰、硅胶冰、钢化玻璃以及树脂亚克力材料等十几种材料，最终确定了一个基本可行的方案：让冰立方一边下降一边抛冰，即在冰立方的前面和侧面各开几个舱门，内置树脂材料的模拟冰块，在下降的过程中舱门打开、抛出冰块，这是一套非常复杂的动作。但是，在项目现场实际审查时发现仍难以达到高度“完美”：尽管采取了双层屏幕等措施，舱门开启还是难免会被观众察觉；实物冰块与视频虚拟冰块之间融合度不高；冰立方距主看台之间约有110米的距离，实物冰块体积过小，难以达到导演“呈现最佳效果”的预期；模拟冰块掉落到舞台上会给参演人员带来安全隐患。最后，该方案只能被放弃。无数次的论证，无数次的实践，无数次的推翻重来，项目技术团队从未抱怨过，也从未放弃过，这就是航天人的初心。最终，由冰立方的LED屏与地面屏配合播放碎冰的视频，加上逼真的音效，完美实现了导演的创意。

另外，冰立方的升降高度也曾经推翻重来。最初，冰立方的上升高度根据导演的创意确定在14.25米。基坑深10米，要实现14.25米的上升高度，就要在升降机构上“做文章”。所以项目技术团队多次修改设计方案，在冰立方内加装多级LED显示屏的伸缩装置，同时通过系统设计使伸缩装置平稳、快速升降并组合成14.25米高的外形。然而这样精心的设计在1∶1显示效果与特效试验汇报中被推翻。经过实物现场测试，导演组发现14.25米的高度对于现场效果来说太高了，而且也不能呈现出完美的直播效果，所以需要改成10米。这意味着，项目技术团队前几个月的努力都清零，一切又要从头再来。项目技术团队没有任何抱怨，转身投入了新一轮的设计施工。

最终呈现给世界的冰立方总质量约400吨，升降重量达180吨，升降载荷超过了一般剧院大型升降台的8倍，是开幕式演出体量最大的设备。为满足高可靠性要求，冰立方控制系统采用双环网总体架构，供电系统采用双路冗余供电方式，机械传动采用双电机一主一备、变频器一主一备，上位机采的模块化设计可以通过增加设备组合实现不同场景的呈现。项目技术团队在场地受限的情况下，紧紧围绕演出创意以及尽量提高升降速度的要求，创新融合两级传动行程放大技术、高精度直线导向技术、正反驱动防卡滞技术等先进技术，通过精确控制独立驱动的主备电机以及16条链条、32条钢丝绳组成的4套同步传动单元，解决了升降体量大、载荷重、基坑浅、行程大、四周无固定导向等多重困难，提高了设备的可靠性和运行的稳定性，让冰立方的升降定位精度控制在误差±1毫米之内。

开幕式冰雪五环藏于冰立方“腹内”，在冰立方升降机械系统下降并呈现碎冰特效的同时，冰雪五环由冰立方托举转换为威亚悬吊并逐步呈现。导演对冰雪五环的要求是“晶莹剔透”，悬吊提升后展示时间约90分钟。

为了达到“晶莹剔透”的要求，项目技术团队不断修改设计方案。从最保险的LED灯珠+面罩的灯箱式，到LED全彩灯+阻燃彩绘布，再到LED灯带+仿冰水晶树脂，最终参考航天结构设计的方法，确定了冰雪五环的设计方案——LED屏幕+光扩散板：采用非均布铝合金桁架结构作“骨骼”，既坚韧又轻巧；1毫米超薄大镂空PCB基板安装360度无死角的LED显示屏，可以显示任何画面，为艺术创作团队留出了最大限度的创作空间；最外层的2毫米超薄PC扩散面板为显示屏做了“美颜”，保证视觉效果清晰而柔和。在此基础上，进行了五环缩比样品试验、单环1:1效果试验、缓冲撞击升降动作试验等大量创新攻关试验。

面积大、体型薄的冰雪五环要实现迅速地吊升，如遇强风就好似一张薄纸。这样的装置进行悬吊提升难度超高，而为了追求画面的极致美感，导演还要求只能使用两个吊点，这让工作变得难上加难。项目技术团队参考航天结构设计的冰雪五环，虽然长19米、高8.75米、厚度0.35米、显示面积143平方米、重3.2吨，但既坚固又满足威亚的悬吊载荷要求，在吊升和展示时还能够抵御6级强风。

为保证冰雪五环的展示过程万无一失，项目技术团队运用航天器制造的“冗余备份”理念，采用A/B双屏冗余的异形拼接LED可编程显示装置，任何一个显示单元损坏都有备份可以实现零秒切换。

开幕式上，冰雪五环破冰而出，稳稳升至13米高，升降精度控制在毫米级。冰雪五环回落是项目技术团队最担心的环节。由于鸟巢是开放式舞台，风力等气候因素也必须予以考虑。冰雪五环要精准落入“冰立方”上一道仅1米宽的槽内，要求下落时摆动幅度不能超过7.5厘米，航天团队采取了多种保障措施，最终冰雪五环精准回落到冰立方，五环展示圆满成功。

冬奥会闭幕式上，由点点“繁星”构成的梦幻五环缓缓升到25米高空，与“大雪花”交相辉映，仿佛2008年北京奥运会穿越来到2022年同一个城市同一个地点。14年前的梦幻五环展示时间是“惊鸿一瞥”的不足5分钟；14年后，再次升空的梦幻五环在闭幕式舞台上持久闪耀。不过，为了实现最佳的舞台转场效果，梦幻五环也被提前藏于冰立方“腹内”，尺寸进行了相应的调整。

缩小版的梦幻五环由 2 万多颗LED灯珠构成，由八百多条不同规格的线路串联成网状结构，采用9条主线索承重，通过柔性包塑钢丝将灯珠“织”成了一张网。冰雪五环的供电系统也被移植过来，确保长时间不间断供电。为了保证梦幻五环在低温环境下的工作状态，项目技术团队对所有元器件都经过零下30摄氏度的低温测试。同时，为了实现舞台整体效果的完美融合，梦幻五环增加了亮度调整功能，使其亮度能够配合地面屏、火炬进行适时调整，为导演创意变化奠定了基础。

冰立方系统是航天系统思维和舞台艺术相结合的一次成功实践，项目技术团队用航天器研制的严、慎、细、实来进行艺术性表达，将舞美艺术和航天技术有机融合，其充分诠释了“简约、安全、精彩”的办奥理念，表达了中国式的浪漫，为人类奥运历史上的五环展示留下了美轮美奂的精彩画面。

长征天民公司，隶属于北京航天发射技术研究所，成立于1986年，是国家高新技术企业。凭借航天技术和人才的先天优势，近年来通过与演艺装备企业、文娱旅游企业的合作，实现了航天技术成果在演艺装备领域的民用转化，助力航天科技服务于民生，在舞台机械制造、大型开幕式演出、主题乐园建设方面成绩斐然。

特别是依托火箭发射低温推进剂存储、输送和加注方面的技术积累和使用经验，长征天民公司对舞台特效系统及设备进行开发，利用特种机械、液氮、水蒸汽等介质的物理特性，通过不同的终端设备构成不同的舞台模式，能够形成雾特效、水特效、火特效、风特效、闪电特效、气味特效、气柱特效（蒸汽）等光怪陆离的舞台效果，增强了舞台感染力，一跃成为行业领军企业。

2019年6月，长征天民公司参与了大型国际赛事项目——第七届世界军人运动会开闭幕式。以水雾特效再现“黄河瀑布120米”，以及全场近1万平方米的“大地雾森”和“水渠雾效”，令人震撼的亦真亦幻的舞台特效让世界为之惊叹。长征天民公司的“硬核实力”得到了验证。

瞄准主题乐园的旅游演艺项目，是因为其挑战性能够让长征天民公司大展身手。自主研发的液氮雾特效系统在上海迪士尼度假区宝藏湾剧场完美上演，在万达集团的秀场应用也达到100%覆盖。

环球影城也向长征天民公司伸出橄榄枝。长征天民公司在环球影城专为中国游客量身打造的“功夫熊猫盖世之地”项目完成水雾特效系统工程，在变形金刚“火种源争夺战”项目完成量身定制的液氮雾效系统工程。在“好莱坞电影特效影棚”、“驯龙高手”舞台秀，以及经典的“未来水世界”项目中，长征天民公司助力实现主题创意，配合环球影城安装及调试了各种巧妙的特效设备和精准的控制系统，不仅完美地打造出符合故事场景的梦幻舞台，还领悟了航天科技与旅游演艺产业互相融合的更多可能性。

北京冬奥会已经成为历史，但震撼人心的那份美永远印在观众脑海。作为开闭幕式极致之美的实现者，长征天民公司收获了荣誉、收获了经验、收获了口碑……但长征天民人却保持着清醒的头脑，因为他们知道：航天科技民用化的步伐刚刚开始，将来会运用更多的航天科技为民造福。

长征天民公司，未来可期！  

选自 2022年《演艺科技 冬奥特刊》 周建辉《冬奥极致之美的实现者——记北京长征天民高科技有限公司》。转载请标注：演艺科技传媒。更多详细内容请参阅《演艺科技  冬奥特刊》。

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