金東高科獻禮新中國七十華誕，國慶煙火樹燃放裝置技術揭秘

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)歡晚會隆重舉行。七棵驚艷的煙火樹揭開神秘的面紗，三組動態(tài)煙火依次生動演繹了“美好家園”、“牡丹盛開”、“欣欣向榮”三個主題，烘托出舉國同慶的熱烈氣氛。

“鐵樹銀花”的創(chuàng)意設計，由煙火總設計師蔡國強及其團隊完成。每棵煙火樹高25米，有3個象限中安裝不同主題的煙火裝置；七棵樹統(tǒng)一旋轉到位，樹上的7套煙火裝置同時點燃后共同表現(xiàn)一個主題畫面。

北京金東高科科技有限公司承擔了“美好家園”和“牡丹盛開”兩個主題篇章共14套三維動態(tài)煙花燃放裝置的研發(fā)設計、制作安裝、電氣控制、技術保障等工作。金東高科團隊歷時半載，數(shù)十人全程參與了設備承制和演練演出保障任務，充分體現(xiàn)了高科人的精湛技術能力和使命擔當精神。下面對這些三維動態(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，構成一副自然和諧、生動活潑、天真爛漫的美好家園風光。為實現(xiàn)這個歡快的效果，要求每套裝置都能動起來，在12米寬X18米高的范圍內盡情玩耍。元素不同，動作也各不相同，有的旋轉，有的開合，有的平移，有的升降，有風箏搖擺，有小孩邁步，有水母一邊上升一邊擺動觸須，有小鳥一邊旋轉一邊扇動翅膀，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、動作繁雜，正是這個主題實現(xiàn)的難點。所以說，“美好家園”主題是三個主題中技術難度最大的。

▲“美好家園”主題篇章的效果圖與施工圖對比

▲“美好家園”主題裝置技術參數(shù)與實現(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。“牡丹盛開”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，正是“唯有牡丹真國色，花開時節(jié)動京城。”這組裝置中，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°，中層和內層花瓣隨動，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°，內層花瓣隨動，全程開合4次。

大小牡丹設計的技術路線如下：

1.模塊化設計，采用相同的六邊形封閉傳動軸系結構形式；

2.采用三維動態(tài)設計手段，花瓣呈雙曲面，既要美觀又不能相互干涉；

3.只使用1臺電機實現(xiàn)18個花瓣同時動作；

4.采用曲柄搖桿機構，實現(xiàn)電機單向連續(xù)運轉下的花瓣往復開合運動。

▲大牡丹三維設計圖

在三維動態(tài)煙火燃放裝置的研發(fā)設計中，始終遵循的設計原則如下：

1. 總體：簡單、可靠、安全、穩(wěn)定。

2. 結構：在兼顧安全的要求下，優(yōu)先選用輕質材料，以減輕裝置質量。

3. 機構：減速電機單向旋轉帶動機構實現(xiàn)裝置往復運動;盡量通過機構實現(xiàn)動力和運動傳遞，減少驅動源數(shù)量。

4. 電控：電氣控制系統(tǒng)盡可能簡化，不使用變頻器、編碼器等設備，主要依靠機械機構精準的設計達到速度、位置和運動變化要求。

5. 冗余：所有電機、傳動繩系(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，便于運輸、組裝、拆卸、吊裝、換藥等操作。在后期的制作安裝、調試演練、技術保障過程中，確實體現(xiàn)出由于遵循上述設計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和產品。為保障國家大型活動演出成功，必須做到萬無一失，杜絕一失萬無。環(huán)境適應性強，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)都要堅固可靠。

   2.技術線路

   采取電機驅動雙備份、電氣系統(tǒng)雙冗余的技術路線。

   控制站點按樹配置，每棵樹的站點經網關集線器獨立分配。過程控制與電氣單動手動操作相結合，聯(lián)動模式下的全自動過程中，允許對單個設備的啟停進行干預，做到快速、準確的切換操作。同時，還提供了就地應急操作功能。

   3.集成與制作

   系統(tǒng)整體結構包括UPS不間斷電源、控制核心的操作臺、能量供給的樹下配電箱、遠程站點的樹上控制箱、執(zhí)行驅動的電機和制動器、檢測位置的開關傳感器等。

   動力回路、控制回路、檢測回路、網絡回路等電路電纜，均采用全屏蔽阻燃軟電纜，設備與設備均經過電纜兩端的重載連接器和網絡專用連接器進行連接。

   操作臺有冗余PLC、觸摸屏、操作界面的操作按鈕、網絡集線器；控制箱有遠程站點、低壓電器及其線路；控制箱和配電箱為全密閉箱體；整個系統(tǒng)采用一點接地、一點接零，零地分開。

   4.系統(tǒng)程序軟件

   依據(jù)煙花創(chuàng)意腳本，單個設備的運行過程按時間軸統(tǒng)一運行，依照初始狀態(tài)、啟動延時、停頓等參量設置，過程分解為子任務。人機界面設有控制模式、畫面選擇、禁用、狀態(tài)顯示、一鍵啟動、程控單動等操作。

▲觸摸屏參量設置畫面示例