2007年世界夏季特殊奥林匹克运动会主火炬设计

2007年世界夏季特殊奥林匹克运动会主火炬设计

石士昌，薛懿华，黄建初

（上海市舞美艺术中心，上海200032）

【摘要】介绍了2007年世界夏季“特奥会”主火炬的设计思路与技术特点。

【关键词】特奥会；火炬；液压升降；点火

The Design of Torch for 2007 Special Olympics World Summer Games

SHI Shi-chang, XUE Yi-hua, HUANG Jian-chu

“2007年世界夏季特殊奥林匹克运动会”（以下简称“特奥会”）于当年10月在上海举行，获得巨大成功，其开幕式更被誉为史上最精彩的“特奥会”开幕式。作为开幕式上的重中之重，“特奥会”主火炬的点火仪式赢得了多方喝彩。上海舞美艺术中心承担了开幕式主火炬的技术设计、安装调试及点火燃烧运行工作。

本届“特奥会”主火炬创意新颖、点火燃烧系统复杂，涉及水中点火燃烧、液压升降、瀑布水景、艺术造型、集成调试、安全保障等多项技术和艺术交互集成。其制作工艺难度大、技术含量高，具有国际创新水平。

1 整体思路

本届“特奥会”火炬的设计不单是艺术造型设计，还涉及材料力学、结构力学、流体力学、机构学、热力学、化学等多学科、多专业技术，尤其是莫比斯环是一个象征永恒、和谐的特奥标志，同时也是一个巨大的燃烧器，按艺术创意要求燃烧器必须在造型上、结构上与莫比斯环融合在一起，并且要达到安全可靠。是一个艺术创新与技术创新的结合体。火炬设计效果图见图1。

图1 火炬设计效果图

主火炬主要由以下几部分组成：直径8 m、环状带宽0.9 m的环形大水池，三层台阶，直径4.4 m 的瀑布火炬盆，以及高5 m、宽3.3 m的莫比斯环燃烧器。整个点火过程是：由火炬手点燃环形大水池，水面燃起熊熊大火，随之引燃4条火龙，火龙沿三层台阶向瀑布火炬盆延伸并在水中引燃大火，火炬盆漫溢着水，盆中之火再引燃位于火炬盆之上的莫比斯环，燃烧的瀑布火炬盆和莫比斯环火焰在音乐声中缓缓升起，上升高度达7 m，上升过程历时45 s，飞流而下的瀑布水景和熊熊燃烧的火盆、火环形成水火交融的壮观景象（火焰高度0.5 m）。参见图2、图3。

图2 火炬设计方案图

图3 火炬燃烧及升降程序

火炬盆的结构复杂，它的力学结构不单要支撑直径4.4 m火炬盆的自身重量，还要承受高达5 m 的莫比斯环的风倾力矩。它的上部空间是一个深度为60 mm的水盆，水盆中装有燃烧器、点火器、常明火燃烧器、溢水喷涌口装置、煤气管阻水装置、水幕总管、水幕喷嘴等，水盆下除了火炬盆骨架外还有每小时喷水总量可达200 m3的输送水管、3根直径100 mm的不锈钢煤气输送软管，以及这些管道的连接和固定装置。

2 技术特点

“特奥会”火炬系统采用了集成创新的技术模式，实现了主火炬的新颖艺术创意。系统研制中

通过对水中点火燃烧、液压升降、瀑布水景控制以及安全保障等技术的研究，确保了火炬系统在“特奥会”期间的安全、稳定、可靠，实现了独一无二的视觉艺术效果。

（1）火炬设在高度为4 m的基础舞台上，大水池与基础舞台平齐，火炬盆的上升高度为7 m。由于基础舞台下不能开挖，因此系统采用三级液压技术，解决了低工位大升距的难题。火炬台的工艺构造见图4。

图4 火炬台工艺构造

（2）火炬盆和莫比斯环在上升过程中和上升到顶时都在燃烧，同时火炬盆中还有每小时流量达200 m3的瀑布。水和燃气都要通过穿越升降柱的软管送达火炬盆和莫比斯环。在最小直径仅有不足500 mm的升降柱内需要布置3套液压缸、3根直径100 mm的煤气软管、8根直径60的水管、6根高压液压软管和数根点火控制电缆，这些管线随火炬升降而升降。所有管线和升降机构全部隐藏在火炬升降柱内部，使得火炬外形更加秀美，实现了火炬创意的最佳造型。

液压动力由2台主泵和1台辅泵提供。2台主泵提供火炬快速上升时的液压动力，辅泵提供火炬即将升到顶及升到顶时的保压动力。

相关内容参见图5 ~ 图8。

图5 瀑布盆构造及制造工艺

图6 液压升降柱构造及制造工艺

图7 水池、台下机械构造及制造工艺

图8 液压升降柱截面构造及制造工艺

（3）从艺术表现上，要求火炬上升过程中和到达7 m高度时火炬盆溢水形成筒状瀑布。但是在火炬达到最大高度时，瀑布水溢出后呈自由落体状态，容易被风吹散，不易形成筒状瀑布。为此，

在火炬盆边缘设计了环形喷水总管，在总管下方装配了690个高速喷嘴，由两台流量各为60 m3/h 的水泵提供压力水，形成筒状水帘。由两台流量各为40 m3/h的水泵提供溢水。溢水产生的瀑布和喷嘴产生的水帘共同作用形成完美的瀑布效果。

（4）火炬燃烧气源采用人工煤气，用Dn200管道，以30 kPa、2 500 m3/h的状态从体育场附近的管道煤气调压站接入到体育场内火炬台下，并实时调整煤气压力。

水池、火龙和火炬盆的火是在水中点燃的。煤气必须排除管道内的水并冲破喷嘴上方的覆盖水层，在水面燃烧。因此，采用高能半导体点火电嘴，点火电能可排除点火电嘴上的水放电发火，确保火炬点火可靠。火炬点火程序要求莫比斯环在火炬盆点燃5 s后点火。而煤气打开到管道内充满煤气并从喷嘴喷出能被点燃需要3 s。在火炬盆燃烧时打开莫比斯环燃烧器的煤气阀可能造成管道内混合气爆燃。为此，采用充添氮气的方式，在打开莫比斯环燃烧器的煤气阀之前先对莫比斯环燃烧器的管道充氮气赶走空气，然后适时打开煤气阀再点燃莫比斯环。确保火炬莫比斯环燃烧安全，并使火焰颜色悦目，达到最佳燃烧效果。

（5）针对智障火炬手点火，采用计算机与人工干预控制相结合，确保瞬间点火精确准时。

在安装、调试过程中，由于白天要协助排练，也为保密起见，只能在晚上10点以后进行，从2007年7月底进场安装到开幕式演出的两个多月的时间里，项目组人员积极面对困难，想方设法克服难关，根据特奥组委会的时间节点，按时完成了制作安装、调试和配合排练演出。图9为操作人员正在安装液压装置。

图9 安装液压装置

上海舞美艺术中心完成的“特奥会”主火炬在开幕式上的完美表现，得到了“特奥会”主委会的嘉奖，他们在给舞美艺术中心的感谢信中写道：“2007特奥主火炬技术设计新颖、创意独特，工艺精湛，达到了设计要求，在开幕式上，火炬系统精确准时，点火运行正常，整个系统做到百分之百无故障运行。”