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黑龍江鳥巢LED網(wǎng)幕LED顯示屏安裝實戰(zhàn)技術(shù)

文章出處：佳帝 作者：佳帝 發(fā)表時間：2021.07.28

APEC會議期間，北京國家體育場“鳥巢”LED 網(wǎng)幕項目是近年大型顯示屏項目的經(jīng)典之作。該項目技術(shù)特點表現(xiàn)在安裝難度大、可靠性要求嚴苛以及對LED產(chǎn)品要求適應(yīng)能力強等三個方面。這樣規(guī)模的項目并不多見，平日里從業(yè)人員想要親自實踐大規(guī)模項目的機會不多。本文作者就項目中的重點難點具體實施過程中的問題做出分析，值得借鑒。
    在亞太經(jīng)濟合作組織（APEC）第二十二次領(lǐng)導人非正式會議歡迎晚宴的活動中，北京國家體育場“鳥巢”巨大的LED “網(wǎng)幕”作為整個室外演出背景，配合當晚的大型焰火晚會《自然頌》和紅火熱烈的鼓舞表演，呈現(xiàn)出和諧的立體式的畫面，打造出縱貫“鳥巢”南北夜空的APEC璀璨之夜，向世界完美表達出北京APEC“上善若水”之寓意，成為當晚演出的一大亮點。
    1LED“網(wǎng)幕”視效系統(tǒng)的構(gòu)成
    LED“網(wǎng)幕”視效系統(tǒng)主要由LED顯示主體、供電系統(tǒng)和控制系統(tǒng)三大部分組成。
    （1）顯示主體基于“鳥巢”西側(cè)最外圍鋼結(jié)構(gòu)內(nèi)層，占據(jù)“鳥巢”整個外圍三分之一的面積，橫向?qū)挾?232 m，上下最大高度55 m，近13 000 m2的超大面積。     為適應(yīng)“鳥巢”鋼結(jié)構(gòu)風阻系數(shù)要求以及特異的安裝需求，采用由近26萬條長度為500 mm、寬度為15 mm的燈條組裝完成，每個燈條由8個LED（BEln15）像素組成，每個像素采用2顆高亮度戶外貼片型LED燈體（3535）；LED像素點間距為橫向150 mm，縱向62.5 mm。
    （2）供電系統(tǒng)主要包括380 V交流系統(tǒng)、48 V冗余并機直流系統(tǒng)和48 V長距離直流分配系統(tǒng)。
    （3）控制系統(tǒng)主要包括LED信號分配系統(tǒng)、LED控制器、視頻切換矩陣和時間碼同步視頻播控系統(tǒng)。     系統(tǒng)規(guī)模：LED燈條13 000 m2，電源和信號分配器1 060臺，高清LED控制器12臺，8×8 DVI（Digital Visual Interface，數(shù)字視頻接口）矩陣2臺，視頻播放控制系統(tǒng)4套，18 kW DC（Direct Current，直流）48 V冗余并機電源柜120套，交直流電纜敷設(shè)長度近60 000 m、單模光纜敷設(shè)長度近5 000 m、峰值最大用電量近2 000 kW等等。歷時3個月完成設(shè)計、生產(chǎn)和安裝調(diào)試任務(wù)。
    2安裝技術(shù)
    此項目LED顯示區(qū)域巨大，有效顯示面積1 2000 m2以上（因為有鳥巢最外圍鋼結(jié)構(gòu)的遮擋, 實際的顯示面積大于LED條數(shù)的總面積），分布在鋼結(jié)構(gòu)下眾多形狀各異的網(wǎng)孔中，特異的安裝形態(tài)給結(jié)構(gòu)安裝、系統(tǒng)連接以及顯示像素的拼接帶來極大的難度，并加大了工作量；同時又因其是極具標志性的“鳥巢”，對結(jié)構(gòu)安裝提出了嚴苛的規(guī)定：不允許有任何對“鳥巢”原有結(jié)構(gòu)損傷性施工措施，不允許影響“鳥巢”外觀形象，不允許超過“鳥巢”鋼結(jié)構(gòu)風阻荷載要求，不允許高壓電與“鳥巢”鋼結(jié)構(gòu)有危險接觸等等。
    LED燈條的安裝基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)為鋼絲外徑3.6 mm 的鋼絲網(wǎng)，網(wǎng)孔尺寸為150 mm×250 mm，鋼絲網(wǎng)單元尺寸為1 200 mm×2 500 mm。LED燈條采用豎向級接、橫向一字排開的安裝方式，橫向間距定位采用定制的固定卡具，保持150 mm的間距，級聯(lián)的LED燈條與鋼網(wǎng)連接采用扎帶和LED燈條自帶的卡具完成。鋼絲網(wǎng)與橫向的鋼索固定鋪滿整個顯示區(qū)域（見圖1），鋼索通過卡具和專用收緊綁帶與“鳥巢”最外層鋼梁抱緊安裝（見圖2），從而實現(xiàn)無焊接無鉆孔操作的固定結(jié)構(gòu)方式。通過防刮痕保護措施，對“鳥巢”鋼結(jié)構(gòu)做到無損傷。LED燈條可進行左右和上下的滑動位移，以便于在鋼襯網(wǎng)高空入位安裝固定出現(xiàn)誤差時進行微調(diào)；同時分區(qū)域消除“鳥巢”西立面上沿與下沿12 m的橫向跨度差，因為“鳥巢”結(jié)構(gòu)為上大下小的曲面結(jié)構(gòu)。LED燈條填充“鳥巢”外層鋼結(jié)構(gòu)的各種異形網(wǎng)孔時，采用從顯示區(qū)域中心線開始左右對齊敷設(shè)，同時以500 mm為截取單位解決上下方向異形填充，保持上下鋼結(jié)構(gòu)異形孔中LED燈條對齊，防止LED顯示畫面不斷層或局部像素錯位。同時LED燈條具有彈性彎曲變形特性，消除了由于鋼網(wǎng)變形產(chǎn)生的對LED單元的破壞力。另外，LED燈條單元具備方便快捷的連接裝置，使構(gòu)造異形和維護快捷方便。

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 圖1 鋼絲網(wǎng)與橫向的鋼索固定鋪滿整個顯示區(qū)域

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 圖2 鋼索通過卡具和專用收緊綁帶與鳥巢最外層鋼梁抱緊安裝
    3保障高可靠性的技術(shù)措施
    LED“網(wǎng)幕”視效系統(tǒng)可靠性保證的技術(shù)方案的核心思想為“全系統(tǒng)1+1冗余同步運行熱備份”，見圖3，從LED顯示主體、供電系統(tǒng)到控制系統(tǒng)全部為雙套冗余實時同步運行。

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 圖3 “全系統(tǒng)1+1冗余同步運行熱備份”的可靠性保證技術(shù)方案
    3.1 LED屏體1+1冗余可靠性技術(shù)措施
    LED屏體采用1+1雙套硬件全部獨立系統(tǒng)，可謂是世界罕見超大規(guī)模應(yīng)用，采用A屏體和B屏體疊加同步顯示相同的視頻內(nèi)容，使LED像素、驅(qū)動電路、外殼防護結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)和電氣連接等全部硬件得到實時備份，極大地提高MTBF（Mean TimeBetween Failur，平均無故障時間）值。A、B屏顯示分辨率分別為1 700×896，疊加后分辯率仍為1 700×896，拆分后分辨率為3 400×896。由于LED像素橫向排列間距較大（150 mm），為實現(xiàn)冗余提供充分空間，A、B燈條采用豎向排列方式，A、B燈條緊密貼合，分別同步顯示，見圖4。A、B屏硬件（包括其信號和電源系統(tǒng)）完全獨立，即使出現(xiàn)故障也互不影響。

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 圖4 LED燈條的安裝排列方式
    A、B單屏最高亮度為800 cd/m2，重疊組合最大亮度為1 600 cd/m2。經(jīng)過實際測試演出對于LED顯示的亮度要求在400 cd/m2～1 200 cd/m2范圍，實際采用75%亮度設(shè)置，同時每根LED燈條內(nèi)設(shè)獨特的任何電路故障表現(xiàn)為LED熄滅的消黑電路，當A、B其中任意一個故障（包括個別故障或大面積故障）都能保證600 cd/m2亮度的正常顯示。經(jīng)過實際測試，幾乎可以做到使觀看者毫無察覺。
    3.2 LED供電系統(tǒng)1+1冗余可靠性技術(shù)措施
    主要提供A、B兩組DC 48 V，分別由配電柜及其電源分配器和相應(yīng)的交直流電纜組成。在每組直流供電系統(tǒng)中，配電柜主要包括54臺直流配電柜（實際使用數(shù)量稍多，為了備用），其中每個直流配電柜由6臺AC/DC、48 V、53 A可并機工作的開關(guān)電源，同時均流工作在同一條直流母線上，在滿足功率要求（5臺）基礎(chǔ)上，再提供1臺冗余功率，當有任意一臺故障電源退出工作后，其余5臺電源仍能滿足功率要求，從而大大提高直流電源的可靠性。當A、B屏所使用的直流配電柜和信號電源分配器獨立運行互不干涉時，A、B屏相應(yīng)的電源系統(tǒng)亦即實現(xiàn)了1+1的冗余備份，使得電源系統(tǒng)從交流鏈路、AC/DC系統(tǒng)、直流鏈路再到直流分配鏈路的全部同步1+1熱備份，為LED供電系統(tǒng)提供了足夠的可靠性保障。
    3.3 LED控制系統(tǒng)1+1冗余可靠性技術(shù)措施
    系統(tǒng)同樣分為A、B兩組，每組主要包括LED信號分配器、LED控制器、DVI矩陣、主備視頻播放系統(tǒng)等。
    LED信號分配器與直流48 V電源分配器集成在一起，與A、B屏體對應(yīng)布置，形成硬件完全獨立的A、B信號分配系統(tǒng)。每個LED信號分配器通過正向和反向兩路信號與對應(yīng)的LED控制器連接，正反信號為實時同任何一路信號中斷時，對應(yīng)的LED直流供電系統(tǒng)另一路信號會自動保持正常工作。A、B信號分配器具有各自的正反向信號系統(tǒng)，亦即A信號分配器對應(yīng)A正向LED控制器和A反向LED控制器，B信號分配器對應(yīng)B正向LED控制器和B反向LED控制器。
    相應(yīng)的A、B正反向LED控制器通過對應(yīng)的A、B兩組DVI矩陣與主備視頻播放系統(tǒng)同步接駁，DVI矩陣負責視頻信號的分配和切換。正常工作時，主備視頻播放系統(tǒng)同步（可非幀同步方式）播放相同的視頻內(nèi)容，形成兩路交叉信號鏈路，如圖5所示。

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 圖5 主備視頻播放系統(tǒng)同步播放的兩路交叉信號鏈路
    正常工作狀態(tài)，主視頻播放系統(tǒng)通過A、B兩組DVI矩陣將視頻信號以幀同步方式傳送到A、B LED信號控制屏的所有正反向LED控制器和LED信號分配器，任何A、B系統(tǒng)中的控制器、分配器，及A、B屏體等鏈路故障都不會影響系統(tǒng)的正常工作。當A、B兩組中的某一臺DVI矩陣故障時，或主視頻播放系統(tǒng)故障時，需要通過DVI矩陣切換到備用視頻播放系統(tǒng)的視頻信號。整體視頻控制系統(tǒng)的可靠性足以滿足實際需求。
4結(jié)束語
    LED“網(wǎng)幕”視效系統(tǒng)在圓滿完成APEC鳥巢煙火表演任務(wù)后，將繼續(xù)在“鳥巢”使用一段時間，但可靠性要求降低，A、B屏將會合二為一，使整個顯示區(qū)域橫向分辨率提高一倍，利用率將會顯著提高。LED“網(wǎng)幕”視效系統(tǒng)采用的安裝方式、可靠性以及LED產(chǎn)品等技術(shù)方案，尤其是全系統(tǒng)1+1冗余同步運行技術(shù)實現(xiàn)了演藝LED視效系統(tǒng)高可靠性和成本效益有機平衡，是演藝LED應(yīng)用的一次成功的創(chuàng)新實踐，為類似的應(yīng)用提供了在創(chuàng)意設(shè)計和工程實施中以資借鑒的成功經(jīng)驗。


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