金東高科獻(xiàn)禮新中國七十華誕,，國慶煙火樹燃放裝置技術(shù)揭秘

2019年10月1日夜晚,，中華人民共和國成立70周年國慶煙花聯(lián)歡晚會(huì)隆重舉行,。七棵驚艷的煙火樹揭開神秘的面紗,，三組動(dòng)態(tài)煙火依次生動(dòng)演繹了“美好家園”、“牡丹盛開”,、“欣欣向榮”三個(gè)主題,，烘托出舉國同慶的熱烈氣氛。

“鐵樹銀花”的創(chuàng)意設(shè)計(jì),，由煙火總設(shè)計(jì)師蔡國強(qiáng)及其團(tuán)隊(duì)完成,。每棵煙火樹高25米，有3個(gè)象限中安裝不同主題的煙火裝置,；七棵樹統(tǒng)一旋轉(zhuǎn)到位，樹上的7套煙火裝置同時(shí)點(diǎn)燃后共同表現(xiàn)一個(gè)主題畫面,。

北京金東高科科技有限公司承擔(dān)了“美好家園”和“牡丹盛開”兩個(gè)主題篇章共14套三維動(dòng)態(tài)煙花燃放裝置的研發(fā)設(shè)計(jì),、制作安裝、電氣控制,、技術(shù)保障等工作,。金東高科團(tuán)隊(duì)歷時(shí)半載，數(shù)十人全程參與了設(shè)備承制和演練演出保障任務(wù),，充分體現(xiàn)了高科人的精湛技術(shù)能力和使命擔(dān)當(dāng)精神,。下面對這些三維動(dòng)態(tài)煙火燃放裝置的原理做一介紹。

美好家園篇

▲“美好家園”主題篇章現(xiàn)場圖

該主題用兒童畫的表現(xiàn)手法,，引入花鳥魚蟲,、人與環(huán)境等眾多元素，構(gòu)成一副自然和諧,、生動(dòng)活潑,、天真爛漫的美好家園風(fēng)光。為實(shí)現(xiàn)這個(gè)歡快的效果,，要求每套裝置都能動(dòng)起來,，在12米寬X18米高的范圍內(nèi)盡情玩耍。元素不同,，動(dòng)作也各不相同,，有的旋轉(zhuǎn),，有的開合，有的平移,，有的升降,，有風(fēng)箏搖擺，有小孩邁步,，有水母一邊上升一邊擺動(dòng)觸須,，有小鳥一邊旋轉(zhuǎn)一邊扇動(dòng)翅膀，有鯨魚先水面上噴水后下沉變成“蛟龍?zhí)枴睗撏А钊搜刍潄y,、目不暇接,。元素眾多、動(dòng)作繁雜,，正是這個(gè)主題實(shí)現(xiàn)的難點(diǎn),。所以說，“美好家園”主題是三個(gè)主題中技術(shù)難度最大的,。

▲“美好家園”主題篇章的效果圖與施工圖對比

▲“美好家園”主題裝置技術(shù)參數(shù)與實(shí)現(xiàn)方案列表

牡丹盛開篇

▲“牡丹盛開”主題篇章現(xiàn)場圖

國花牡丹,，萬花之王，雍容華貴,，國色天香,，寓意吉祥富貴、幸福美滿,?！澳档な㈤_”這組畫面，將大小牡丹花以不同的高度,、仰角,、偏角、偏距安裝在七棵樹上,，動(dòng)作大開大合,，此起彼伏，配合煙火變色,，既富麗端莊又不失靈動(dòng),，正是“唯有牡丹真國色，花開時(shí)節(jié)動(dòng)京城,?！边@組裝置中，包含5朵大牡丹和4朵小牡丹,，以及鑲嵌有花苞,、葉子的固定網(wǎng)幕架。大牡丹分三層花瓣,，每層6片,，展開直徑約10.6m,，合攏直徑約7m，外層花瓣開合62.5°,，中層和內(nèi)層花瓣隨動(dòng),，全程開合4次。小牡丹分兩層花瓣,，每層6片,，展開直徑約7.6m，合攏直徑約4.4m,，外層花瓣開合62.5°,，內(nèi)層花瓣隨動(dòng)，全程開合4次,。

大小牡丹設(shè)計(jì)的技術(shù)路線如下：

1.模塊化設(shè)計(jì),，采用相同的六邊形封閉傳動(dòng)軸系結(jié)構(gòu)形式；

2.采用三維動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)手段,，花瓣呈雙曲面,，既要美觀又不能相互干涉；

3.只使用1臺(tái)電機(jī)實(shí)現(xiàn)18個(gè)花瓣同時(shí)動(dòng)作,；

4.采用曲柄搖桿機(jī)構(gòu),，實(shí)現(xiàn)電機(jī)單向連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)下的花瓣往復(fù)開合運(yùn)動(dòng)。

▲大牡丹三維設(shè)計(jì)圖

在三維動(dòng)態(tài)煙火燃放裝置的研發(fā)設(shè)計(jì)中,，始終遵循的設(shè)計(jì)原則如下：

1. 總體：簡單,、可靠、安全,、穩(wěn)定。

2. 結(jié)構(gòu)：在兼顧安全的要求下,，優(yōu)先選用輕質(zhì)材料,，以減輕裝置質(zhì)量。

3. 機(jī)構(gòu)：減速電機(jī)單向旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)裝置往復(fù)運(yùn)動(dòng);盡量通過機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)傳遞,，減少驅(qū)動(dòng)源數(shù)量,。

4. 電控：電氣控制系統(tǒng)盡可能簡化，不使用變頻器,、編碼器等設(shè)備,，主要依靠機(jī)械機(jī)構(gòu)精準(zhǔn)的設(shè)計(jì)達(dá)到速度、位置和運(yùn)動(dòng)變化要求,。

5. 冗余：所有電機(jī),、傳動(dòng)繩系(鏈系)、電氣檢測元件等都有備份,，并具備足夠的安全系數(shù),。

6. 操作：合理分塊,，便于運(yùn)輸、組裝,、拆卸,、吊裝、換藥等操作,。在后期的制作安裝,、調(diào)試演練、技術(shù)保障過程中,，確實(shí)體現(xiàn)出由于遵循上述設(shè)計(jì)原則而帶來的各種便利和優(yōu)勢,。

    

    電氣控制篇

    1.控制系統(tǒng)總要求

   立足穩(wěn)定、可靠,、安全,，采用成熟可靠的技術(shù)和產(chǎn)品。為保障國家大型活動(dòng)演出成功,，必須做到萬無一失,，杜絕一失萬無。環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng),，要求防火,、防水、防振,、防塵,、防漏電、防雷防靜電,、防誤操作,，軟硬件系統(tǒng)都要堅(jiān)固可靠。

   2.技術(shù)線路

   采取電機(jī)驅(qū)動(dòng)雙備份,、電氣系統(tǒng)雙冗余的技術(shù)路線,。

   控制站點(diǎn)按樹配置，每棵樹的站點(diǎn)經(jīng)網(wǎng)關(guān)集線器獨(dú)立分配,。過程控制與電氣單動(dòng)手動(dòng)操作相結(jié)合,，聯(lián)動(dòng)模式下的全自動(dòng)過程中，允許對單個(gè)設(shè)備的啟停進(jìn)行干預(yù),，做到快速,、準(zhǔn)確的切換操作。同時(shí),，還提供了就地應(yīng)急操作功能,。

   3.集成與制作

   系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)包括UPS不間斷電源、控制核心的操作臺(tái)、能量供給的樹下配電箱,、遠(yuǎn)程站點(diǎn)的樹上控制箱,、執(zhí)行驅(qū)動(dòng)的電機(jī)和制動(dòng)器、檢測位置的開關(guān)傳感器等,。

   動(dòng)力回路,、控制回路、檢測回路,、網(wǎng)絡(luò)回路等電路電纜,，均采用全屏蔽阻燃軟電纜，設(shè)備與設(shè)備均經(jīng)過電纜兩端的重載連接器和網(wǎng)絡(luò)專用連接器進(jìn)行連接,。

   操作臺(tái)有冗余PLC,、觸摸屏、操作界面的操作按鈕,、網(wǎng)絡(luò)集線器,；控制箱有遠(yuǎn)程站點(diǎn)、低壓電器及其線路,；控制箱和配電箱為全密閉箱體,；整個(gè)系統(tǒng)采用一點(diǎn)接地、一點(diǎn)接零,，零地分開,。

   4.系統(tǒng)程序軟件

   依據(jù)煙花創(chuàng)意腳本，單個(gè)設(shè)備的運(yùn)行過程按時(shí)間軸統(tǒng)一運(yùn)行,，依照初始狀態(tài),、啟動(dòng)延時(shí)、停頓等參量設(shè)置,，過程分解為子任務(wù),。人機(jī)界面設(shè)有控制模式、畫面選擇,、禁用,、狀態(tài)顯示、一鍵啟動(dòng),、程控單動(dòng)等操作。

▲觸摸屏參量設(shè)置畫面示例