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(shè)計,，由煙火總設(shè)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(zhuǎn)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(dān)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(shè)計,、制作安裝,、電氣控制、技術(shù)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(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、生動活潑,、天真爛漫的美好家園風(fēng)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(nèi)盡情玩耍,。元素不同，動作也各不相同,，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觸須,，有小鳥一邊旋轉(zhuǎn)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(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?！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,，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,，全程開合4次。

大小牡丹設(shè)計的技術(shù)路線如下：

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

2.采用三維動態(tài)設(shè)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(gòu),，實現(xiàn)電機單向連續(xù)運轉(zhuǎn)下的花瓣往復(fù)開合運動。

▲大牡丹三維設(shè)計圖

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

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. 機構(gòu)：減速電機單向旋轉(zhuǎn)帶動機構(gòu)實現(xiàn)裝置往復(fù)運動;盡量通過機構(gòu)實現(xiàn)動力和運動傳遞，減少驅(qū)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(shè)備,，主要依靠機械機構(gòu)精準(zhǔn)的設(shè)計達(dá)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(diào)試演練,、技術(shù)保障過程中，確實體現(xiàn)出由于遵循上述設(shè)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(shù)和產(chǎn)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(yīng)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(shù)線路

   采取電機驅(qū)動雙備份、電氣系統(tǒng)雙冗余的技術(shù)路線,。

   控制站點按樹配置,，每棵樹的站點經(jīng)網(wǎng)關(guān)集線器獨立分配。過程控制與電氣單動手動操作相結(jié)合,，聯(lián)動模式下的全自動過程中,，允許對單個設(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，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、能量供給的樹下配電箱,、遠(yuǎn)程站點的樹上控制箱,、執(zhí)行驅(qū)動的電機和制動器,、檢測位置的開關(guān)傳感器等。

   動力回路,、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,、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(shè)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(shè)置，過程分解為子任務(wù),。人機界面設(shè)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(shè)置畫面示例