談?dòng)钪鎰?chǎng)及建設(shè).doc

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科普法頒布實(shí)施后，一系列有利于科技館建設(shè)的政策、措施相繼出臺(tái)。2006年2月6日，國(guó)務(wù)院在頒布的全民科學(xué)素質(zhì)行動(dòng)計(jì)劃綱要（2006-2010-2020）中，把科普基礎(chǔ)設(shè)施工程列為全民科學(xué)素質(zhì)行動(dòng)計(jì)劃的四大基礎(chǔ)工程之一，并明確要求在十一五期間，各直轄市和省會(huì)城市、自治區(qū)首府至少要擁有一座大中型科技館。這些政策的實(shí)施，為我國(guó)科技館事業(yè)帶來了前所未有的發(fā)展機(jī)遇，一些新科技館在國(guó)內(nèi)各省市破土動(dòng)工，原有的科技館也在進(jìn)行改建、擴(kuò)建。在新一輪科技館建設(shè)過程中，宇宙劇場(chǎng)成為各科技館建設(shè)的重要部分。筆者參與了河北省科技館宇宙劇場(chǎng)設(shè)備的前期調(diào)研、基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、設(shè)備的安裝調(diào)試以及設(shè)備的后期維護(hù)，現(xiàn)結(jié)合實(shí)際工作，談一些在宇宙劇場(chǎng)建設(shè)過程中的感受，希望對(duì)各館宇宙劇場(chǎng)的建設(shè)有所幫助。1、宇宙劇場(chǎng)概況宇宙劇場(chǎng)（Cosmos Theater）又稱太空劇場(chǎng)（Space Theater），是天文科普的重要設(shè)施。劇場(chǎng)內(nèi)裝有天象儀和穹幕電影放映機(jī)兩套設(shè)備，銀幕呈半球形，直徑通常為1530米，傾斜角1530。通過天象儀模擬星空和穹幕電影全天域電影的協(xié)調(diào)配合，使天象節(jié)目表現(xiàn)得寓意深刻，形象生動(dòng)。再輔之以多種投影設(shè)備和多聲道的立體聲音響效果，給觀者帶來強(qiáng)烈的視覺、聽覺沖擊，并由此激發(fā)無盡的想象力，帶來特殊的藝術(shù)享受。目前，宇宙劇場(chǎng)播放的節(jié)目主要包括宇宙探索、天體演化、物質(zhì)結(jié)構(gòu)及風(fēng)光旅游類的內(nèi)容。2、宇宙劇場(chǎng)設(shè)備選擇隨著科技的進(jìn)步特別是計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，宇宙劇場(chǎng)設(shè)備的各項(xiàng)性能也得到大幅度提高，給原本沉悶的天象節(jié)目表演賦予時(shí)代氣息，特別是穹幕電影和天象儀的有機(jī)結(jié)合，為節(jié)目帶來無限的活力。2.1 天象儀 人們通常把天象儀分為光學(xué)天象儀和數(shù)字天象儀兩大類。其中，光學(xué)天象儀集光學(xué)、機(jī)械、電于一體，通過精確的光學(xué)成像、精密的機(jī)械傳動(dòng)和電控設(shè)備來模擬自然星空和天體的運(yùn)動(dòng)。傳統(tǒng)的啞鈴式雙球天象儀由兩個(gè)球體組成，每個(gè)球分別投影半個(gè)天球的星空，太陽系投影器整合在啞鈴型的設(shè)備上，例如北京天文館光學(xué)廳的國(guó)產(chǎn)光學(xué)天象儀。另一種為單球式的光學(xué)天象儀，把太陽系投影器分離出來由計(jì)算機(jī)控制，從而使觀察者能夠脫離地球，漫步太陽系，例如河北省科技館從日本引進(jìn)的GSS-VI光學(xué)天象儀。數(shù)字天象儀則完全利用計(jì)算機(jī)圖形處理技術(shù)和投影系統(tǒng)來產(chǎn)生星空，例如天津科技館從美國(guó)益世引進(jìn)的Digistar數(shù)字天象儀。兩種天象儀各有特色，光學(xué)天象儀模擬的星空異常逼真，可同觀測(cè)條件良好自然星空相媲美，但在演示天體運(yùn)動(dòng)方面受到一定的限制。同光學(xué)天象儀相比，數(shù)字天象儀的星空表演極具靈活性，幾乎不受任何限制，并且天象節(jié)目可移植性強(qiáng)，不需改動(dòng)即可在多個(gè)宇宙劇場(chǎng)播放，預(yù)示了天象儀的發(fā)展方向。但在模擬星空的亮度、分辨率等主要指標(biāo)上，現(xiàn)有的數(shù)字天象儀與光學(xué)天象儀相比還存在很大的差距。目前，國(guó)際上知名的光學(xué)天象儀有德國(guó)蔡司Universarium系列、日本五藤光學(xué)研究所HELIOS、URANUS系列和美能達(dá)Infinium系列，其中以德國(guó)蔡司的產(chǎn)品性能最好，售價(jià)也最高，大約500萬美元，五藤和美能達(dá)產(chǎn)品的售價(jià)也在200萬美元以上。數(shù)字天象儀以美國(guó)益世的Digistar為代表，售價(jià)在100萬美元左右。2.2 穹幕電影機(jī) 穹幕電影是一種全天域的電影系統(tǒng)，70 mm的膠片通過魚眼鏡頭的擴(kuò)展將圖像覆蓋在半球形的銀幕上，為觀眾帶來置身其中的絕對(duì)臨場(chǎng)感。按照膠片的格式，穹幕電影放映機(jī)可分為以下幾類：2.2.1 70mm 15片孔格式：例如加拿大IMAX和美國(guó)Ultra公司產(chǎn)品。IMAX是穹幕電影的最初開發(fā)者，使用1520KW氙燈，國(guó)外的大多宇宙劇場(chǎng)都在使用其產(chǎn)品，我國(guó)的上?？萍拣^、黑龍江科技館的IMAX影院也使用IMAX的設(shè)備。2.2.2 70mm 10片孔格式：例如日本五藤光學(xué)的ASTROVISION系列產(chǎn)品，使用6.5 KW氙燈。中國(guó)科技館穹幕影院和河北科技館宇宙劇場(chǎng)均采用了五藤公司此系列產(chǎn)品。2.2.3. 70mm 8片孔格式：例如日本美能達(dá)870系列，使用12 KW氙燈，天津科技館引進(jìn)了該公司產(chǎn)品。國(guó)內(nèi)廠家（例如廣東珠江影視設(shè)備有限公司（原廣東電影機(jī)械廠）開發(fā)的700mm 8片孔的穹幕電影放映機(jī)在畫面穩(wěn)定度和清晰度方面也已達(dá)到技術(shù)要求，在價(jià)格上具有很大的優(yōu)勢(shì)。近幾年來，國(guó)內(nèi)的70mm影院得到快速發(fā)展，天津科技館、沈陽科學(xué)宮、合肥科技館等單位由于相同的膠片格式和共同的影片需求，聯(lián)合成立了“穹幕影院870協(xié)作組”，以期以較低的價(jià)格共同租用、拍攝70mm影片。2.3 視頻投影設(shè)備為配合天象節(jié)目表演，天象儀還配備了多種投影設(shè)備，這些附屬設(shè)備大多以幻燈機(jī)為主，例如北京天文館的光學(xué)天象廳和河北科技館宇宙劇場(chǎng)，都配備了8臺(tái)以上的幻燈機(jī)和各種投影設(shè)備。近兩年，視頻投影技術(shù)逐漸在新建的宇宙劇場(chǎng)應(yīng)用。利用視頻投影拼接技術(shù)，取代大量附屬投影設(shè)施，為天象節(jié)目帶來了動(dòng)態(tài)畫面，極大地豐富天象節(jié)目?jī)?nèi)容和表現(xiàn)形式。視頻投影拼接技術(shù)以計(jì)算機(jī)多媒體技術(shù)為基礎(chǔ)，計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展為視頻投影拼接應(yīng)用帶來無限的前景。利用計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的圖形處理能力和最新的多媒體天文數(shù)據(jù)庫(kù)，通過視頻投影拼接，即可實(shí)現(xiàn)全天域的投影，為觀者帶來天象儀和穹幕電影協(xié)調(diào)配合般的藝術(shù)感受。雖然投影的星空還達(dá)不到光學(xué)天象儀的水平，但其靈活的演示方法、準(zhǔn)確的空間定位、實(shí)時(shí)的虛擬宇宙漫游使得該技術(shù)備受推崇。在我國(guó)，北京天文館的SGI數(shù)字宇宙劇場(chǎng)首先采用了該技術(shù)，它也是世界上第一個(gè)全天域激光投影（ADLIP（All-dome laser Image Projection）的劇場(chǎng)。所有的圖像，包括星空的表演，都是由計(jì)算機(jī)計(jì)算生成，通過6束激光投影出來。2006年9月，筆者參加了香港電訊盈科和美國(guó)Sky-Skan公司在北京天文館舉辦的技術(shù)展示會(huì)，考察了其8通道2 SXRD全天域數(shù)字宇宙劇場(chǎng)系統(tǒng)。該系統(tǒng)由 2 臺(tái)配備Sky-Skan獨(dú)有的definiti HD 鏡頭的索尼SXRD 投影機(jī)和8通道 Sky-Skan系統(tǒng)（包括 DigitalSky 2 全天軟件、Digital Universe配置、SPICE 自動(dòng)系統(tǒng)、控制臺(tái)和其它硬件）組成，模擬星空的效果雖不及光學(xué)天象儀逼真，但已可為一些非天文專業(yè)的場(chǎng)館接受，而其靈活的表現(xiàn)方式、豐富的天象節(jié)目、相對(duì)低廉的價(jià)格贏得了與會(huì)者的一致好評(píng)。在天象節(jié)目的演示中，天象儀、穹幕電影和視頻投影各有特色，一些新建的科技館、天文館，正在考慮將光學(xué)天象儀的星空背景、穹幕電影的全天域放影和視頻投影靈活的表現(xiàn)結(jié)合起來，充分發(fā)揮各設(shè)備功能，構(gòu)建世界一流的數(shù)字宇宙劇場(chǎng)。3、宇宙劇場(chǎng)建設(shè)在確定天象儀等設(shè)備后，即可根據(jù)所選設(shè)備進(jìn)行宇宙劇場(chǎng)的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，在建設(shè)過程中，通常需要作如下的考慮。3.1 宇宙劇場(chǎng)的建筑形式宇宙劇場(chǎng)半球形的銀幕使劇場(chǎng)的外觀有別于其它建筑物，精心的設(shè)計(jì)、施工能使其成為城市中一道亮麗的風(fēng)景。但在宇宙劇場(chǎng)的建設(shè)過程中，不應(yīng)過分強(qiáng)調(diào)建筑形式的“造型新穎”、“標(biāo)志性建筑”，因?yàn)楠?dú)特的外觀往往意味著數(shù)倍于一般建筑的工程造價(jià)和工期，同時(shí)也會(huì)對(duì)宇宙劇場(chǎng)的使用帶來極大的影響，諸如噪音大、空間浪費(fèi)、不利于使用等問題。國(guó)內(nèi)外的宇宙劇場(chǎng)和穹幕影院的建筑外觀大多呈球形，加之天象儀等設(shè)備又必須安放在最理想的位置才能滿足播放需求，這又對(duì)球型建筑的內(nèi)部使用功能提出了嚴(yán)格要求。筆者認(rèn)為，在宇宙劇場(chǎng)的建設(shè)過程中，應(yīng)充分考慮到劇場(chǎng)的使用功能，特別是在建筑外觀和使用功能發(fā)生沖突時(shí)，應(yīng)首先滿足使用的要求，以保證宇宙劇場(chǎng)的節(jié)目播放的最佳效果。3.2 宇宙劇場(chǎng)的消防安全作為科學(xué)普及和實(shí)施全民素質(zhì)行動(dòng)計(jì)劃的公益性的設(shè)施，科技館更應(yīng)將觀眾的安全放在首位，消防設(shè)計(jì)必須符合我國(guó)規(guī)范的要求。宇宙劇場(chǎng)的設(shè)計(jì)也應(yīng)嚴(yán)格按照國(guó)家規(guī)范進(jìn)行，要充分考慮結(jié)構(gòu)阻燃、煙霧檢測(cè)、自動(dòng)噴淋、火災(zāi)監(jiān)測(cè)和報(bào)警等系統(tǒng)。但由于宇宙劇場(chǎng)建筑的特殊性和放映設(shè)備的高價(jià)值，往往會(huì)出現(xiàn)個(gè)別部位不能完全滿足規(guī)范要求的情況。例如：建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范（GB516-87）、自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范（GB50261-96）都對(duì)劇場(chǎng)的自動(dòng)噴淋提出了具體要求，在宇宙劇場(chǎng)的走廊、觀眾休息室，這些規(guī)范都可以滿足，但在觀眾廳中卻難以實(shí)現(xiàn)。一是半球形的銀幕上根本無法安裝相應(yīng)的消防器材，二是即使在銀幕外側(cè)設(shè)法安裝了噴淋裝置，一次誤報(bào)就足以給安裝在觀眾廳中央、價(jià)值千萬的天象儀設(shè)備帶來致命的損害。對(duì)于這些未能完全滿足規(guī)范的部分，需要借鑒國(guó)外相應(yīng)規(guī)范，并與相關(guān)單位、專家探討解決的最佳方案，例如將觀眾廳中所用的材料全部設(shè)計(jì)為阻燃材料，加裝遠(yuǎn)紅外對(duì)射系統(tǒng)和紅外監(jiān)控設(shè)備，來達(dá)到消防安全的要求。3.3宇宙劇場(chǎng)的建聲設(shè)計(jì)宇宙劇場(chǎng)的音響效果與建筑的聲學(xué)特性有著密切的關(guān)系，要使音響系統(tǒng)發(fā)揮最佳的性能，就必須對(duì)劇場(chǎng)進(jìn)行建聲設(shè)計(jì)。嚴(yán)格地說，建聲設(shè)計(jì)應(yīng)在劇場(chǎng)的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)之前進(jìn)行，但目前大多宇宙劇場(chǎng)音響系統(tǒng)的施工往往是在完成建筑施工后，所以劇場(chǎng)的建聲測(cè)試、建聲設(shè)計(jì)顯得尤為重要。宇宙劇場(chǎng)的建聲設(shè)計(jì)主要包括“噪聲控制”和“音質(zhì)設(shè)計(jì)”兩部分。噪聲主要來源于空調(diào)系統(tǒng)和外界干擾，通過加裝消聲、減震器和隔音設(shè)施，這些噪聲都可以得到有效控制。音質(zhì)設(shè)計(jì)主要是聲音的擴(kuò)散、反射和吸聲的設(shè)計(jì)與處理，音質(zhì)的優(yōu)劣用混響時(shí)間及其頻率特性表示。適當(dāng)?shù)幕祉憰r(shí)間可使樂音豐滿、語音飽滿，過短會(huì)使聲音枯燥發(fā)干，過長(zhǎng)時(shí)聲音會(huì)顯得混淆不清。一般地說，宇宙劇場(chǎng)的混響時(shí)間在1.21.5秒之間比較合適。對(duì)于一個(gè)確定的宇宙劇場(chǎng)，混響時(shí)間主要取決于吸聲處理，目前常用的吸聲材料是地毯、絲絨和穿孔板。劇場(chǎng)的建聲測(cè)試、設(shè)計(jì)必須請(qǐng)有資質(zhì)的單位實(shí)施，然后依據(jù)預(yù)期音響指標(biāo)進(jìn)行吸聲處理和音響系統(tǒng)的施工，使劇場(chǎng)的音效達(dá)到最佳。3.4 宇宙劇場(chǎng)的防水處理對(duì)于外觀呈球形的宇宙劇場(chǎng)而言，防水處理必不可少。劇場(chǎng)滲水不僅影響觀眾的參觀，也關(guān)系到劇場(chǎng)內(nèi)天象儀設(shè)備的安全。由于是異型建筑，增加了防水處理的施工難度。因?yàn)橥鈿げ牧系臒崦浝淇s和密封材料的使用期限都可能導(dǎo)致劇場(chǎng)內(nèi)出現(xiàn)漏水現(xiàn)象，所以在設(shè)計(jì)、施工中必須在外殼和銀幕之間增加防水措施。根據(jù)宇宙劇場(chǎng)和穹幕影院建設(shè)的經(jīng)驗(yàn)，采用外堵和內(nèi)疏相結(jié)合的方法，能有效防止漏水現(xiàn)象的出現(xiàn)。在外殼施工過程中嚴(yán)把質(zhì)量關(guān)，防止水的滲入；在球殼內(nèi)設(shè)置集水槽，即可將非人為因素造成的滲水收集后通過管道導(dǎo)出。值得注意的是，由于水的粘滯作用，在球體赤道以下也可能出現(xiàn)滲水現(xiàn)象，這一點(diǎn)在設(shè)計(jì)中有時(shí)會(huì)被忽略。如果象上?？萍拣^的IMAX影院、北京天文館的SGI數(shù)字宇宙劇場(chǎng)那樣，在設(shè)計(jì)過程中將宇宙劇場(chǎng)、穹幕影院設(shè)在建筑物內(nèi)部，就沒必要再顧慮劇場(chǎng)的防水問題了。4、宇宙劇場(chǎng)內(nèi)部環(huán)境宇宙劇場(chǎng)的天象儀設(shè)備采用了大量的集成電路和電子設(shè)備，除了在防塵方面的嚴(yán)格要求外，對(duì)劇場(chǎng)內(nèi)溫度和濕度也有一定的要求。在溫度低、相對(duì)濕度大時(shí)，集成電路等電子元件會(huì)受到一定程度的損害，所以，要保證設(shè)備工作時(shí)的溫度要不低于10和適當(dāng)?shù)臐穸?。穹幕電影膠片在環(huán)境溫度1923、相對(duì)濕度4555的環(huán)境中存放時(shí)，才能免受損害，從而保證膠片的質(zhì)量，延長(zhǎng)使用年限。值得注意的是，普通的家用加濕器在加濕過程中會(huì)出現(xiàn)水霧，不利于膠片的維護(hù)，必須采用專業(yè)的設(shè)備，例如高精密的恒溫恒濕空調(diào)器或?qū)Ｓ玫募訚裨O(shè)備。穹幕電影放映設(shè)備的散熱問題在建設(shè)過程中也需認(rèn)真考慮。節(jié)目播放過程中氙燈散發(fā)的熱量會(huì)使放映室溫度迅速上升，如果熱量不能及時(shí)排出，氙燈會(huì)因?yàn)闇囟冗^高而自保護(hù)性熄滅，導(dǎo)致節(jié)目播放中斷。如果設(shè)計(jì)了專有的通道，