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武漢鳥(niǎo)巢LED網(wǎng)幕LED顯示屏安裝實(shí)戰(zhàn)技術(shù)

文章出處：佳帝 作者：佳帝 發(fā)表時(shí)間：2021.07.28

APEC會(huì)議期間，北京國(guó)家體育場(chǎng)“鳥(niǎo)巢”LED 網(wǎng)幕項(xiàng)目是近年大型顯示屏項(xiàng)目的經(jīng)典之作。該項(xiàng)目技術(shù)特點(diǎn)表現(xiàn)在安裝難度大、可靠性要求嚴(yán)苛以及對(duì)LED產(chǎn)品要求適應(yīng)能力強(qiáng)等三個(gè)方面。這樣規(guī)模的項(xiàng)目并不多見(jiàn)，平日里從業(yè)人員想要親自實(shí)踐大規(guī)模項(xiàng)目的機(jī)會(huì)不多。本文作者就項(xiàng)目中的重點(diǎn)難點(diǎn)具體實(shí)施過(guò)程中的問(wèn)題做出分析，值得借鑒。
    在亞太經(jīng)濟(jì)合作組織（APEC）第二十二次領(lǐng)導(dǎo)人非正式會(huì)議歡迎晚宴的活動(dòng)中，北京國(guó)家體育場(chǎng)“鳥(niǎo)巢”巨大的LED “網(wǎng)幕”作為整個(gè)室外演出背景，配合當(dāng)晚的大型焰火晚會(huì)《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(huà)面，打造出縱貫“鳥(niǎo)巢”南北夜空的APEC璀璨之夜，向世界完美表達(dá)出北京APEC“上善若水”之寓意，成為當(dāng)晚演出的一大亮點(diǎn)。
    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(niǎo)巢”西側(cè)最外圍鋼結(jié)構(gòu)內(nèi)層，占據(jù)“鳥(niǎo)巢”整個(gè)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(niǎo)巢”鋼結(jié)構(gòu)風(fēng)阻系數(shù)要求以及特異的安裝需求，采用由近26萬(wàn)條長(zhǎng)度為500 mm、寬度為15 mm的燈條組裝完成，每個(gè)燈條由8個(gè)LED（BEln15）像素組成，每個(gè)像素采用2顆高亮度戶外貼片型LED燈體（3535）；LED像素點(diǎn)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(jī)直流系統(tǒng)和48 V長(zhǎng)距離直流分配系統(tǒng)。
    （3）控制系統(tǒng)主要包括LED信號(hào)分配系統(tǒng)、LED控制器、視頻切換矩陣和時(shí)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(hào)分配器1 060臺(tái)，高清LED控制器12臺(tái)，8×8 DVI（Digital Visual Interface，數(shù)字視頻接口）矩陣2臺(tái)，視頻播放控制系統(tǒng)4套，18 kW DC（Direct Current，直流）48 V冗余并機(jī)電源柜120套，交直流電纜敷設(shè)長(zhǎng)度近60 000 m、單模光纜敷設(shè)長(zhǎng)度近5 000 m、峰值最大用電量近2 000 kW等等。歷時(shí)3個(gè)月完成設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和安裝調(diào)試任務(wù)。
    2安裝技術(shù)
    此項(xiàng)目LED顯示區(qū)域巨大，有效顯示面積1 2000 m2以上（因?yàn)橛续B(niǎo)巢最外圍鋼結(jié)構(gòu)的遮擋, 實(shí)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(lái)極大的難度，并加大了工作量；同時(shí)又因其是極具標(biāo)志性的“鳥(niǎo)巢”，對(duì)結(jié)構(gòu)安裝提出了嚴(yán)苛的規(guī)定：不允許有任何對(duì)“鳥(niǎo)巢”原有結(jié)構(gòu)損傷性施工措施，不允許影響“鳥(niǎo)巢”外觀形象，不允許超過(guò)“鳥(niǎo)巢”鋼結(jié)構(gòu)風(fēng)阻荷載要求，不允許高壓電與“鳥(niǎo)巢”鋼結(jié)構(gòu)有危險(xiǎn)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(jí)接、橫向一字排開(kāi)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(jí)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(gè)顯示區(qū)域（見(jiàn)圖1），鋼索通過(guò)卡具和專用收緊綁帶與“鳥(niǎo)巢”最外層鋼梁抱緊安裝（見(jiàn)圖2），從而實(shí)現(xiàn)無(wú)焊接無(wú)鉆孔操作的固定結(jié)構(gòu)方式。通過(guò)防刮痕保護(hù)措施，對(duì)“鳥(niǎo)巢”鋼結(jié)構(gòu)做到無(wú)損傷。LED燈條可進(jìn)行左右和上下的滑動(dòng)位移，以便于在鋼襯網(wǎng)高空入位安裝固定出現(xiàn)誤差時(shí)進(jìn)行微調(diào)；同時(shí)分區(qū)域消除“鳥(niǎo)巢”西立面上沿與下沿12 m的橫向跨度差，因?yàn)椤傍B(niǎo)巢”結(jié)構(gòu)為上大下小的曲面結(jié)構(gòu)。LED燈條填充“鳥(niǎo)巢”外層鋼結(jié)構(gòu)的各種異形網(wǎng)孔時(shí)，采用從顯示區(qū)域中心線開(kāi)始左右對(duì)齊敷設(shè)，同時(shí)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(duì)齊，防止LED顯示畫(huà)面不斷層或局部像素錯(cuò)位。同時(shí)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(duì)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(hù)快捷方便。

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2016-12-22 08:06 上傳

 圖1 鋼絲網(wǎng)與橫向的鋼索固定鋪滿整個(gè)顯示區(qū)域

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 圖2 鋼索通過(guò)卡具和專用收緊綁帶與鳥(niǎo)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(yùn)行熱備份”，見(jiàn)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(shí)時(shí)同步運(yùn)行。

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 圖3 “全系統(tǒng)1+1冗余同步運(yùn)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(dú)立系統(tǒng)，可謂是世界罕見(jiàn)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(dòng)電路、外殼防護(hù)結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)和電氣連接等全部硬件得到實(shí)時(shí)備份，極大地提高M(jìn)TBF（Mean TimeBetween Failur，平均無(wú)故障時(shí)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(shí)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(jiàn)圖4。A、B屏硬件（包括其信號(hào)和電源系統(tǒng)）完全獨(dú)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(guò)實(shí)際測(cè)試演出對(duì)于LED顯示的亮度要求在400 cd/m2～1 200 cd/m2范圍，實(shí)際采用75%亮度設(shè)置，同時(shí)每根LED燈條內(nèi)設(shè)獨(dú)特的任何電路故障表現(xiàn)為L(zhǎng)ED熄滅的消黑電路，當(dāng)A、B其中任意一個(gè)故障（包括個(gè)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(guò)實(shí)際測(cè)試，幾乎可以做到使觀看者毫無(wú)察覺(jué)。
    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(tái)直流配電柜（實(shí)際使用數(shù)量稍多，為了備用），其中每個(gè)直流配電柜由6臺(tái)AC/DC、48 V、53 A可并機(jī)工作的開(kāi)關(guān)電源，同時(shí)均流工作在同一條直流母線上，在滿足功率要求（5臺(tái)）基礎(chǔ)上，再提供1臺(tái)冗余功率，當(dāng)有任意一臺(tái)故障電源退出工作后，其余5臺(tái)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(dāng)A、B屏所使用的直流配電柜和信號(hào)電源分配器獨(dú)立運(yùn)行互不干涉時(shí)，A、B屏相應(yīng)的電源系統(tǒng)亦即實(shí)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L(zhǎng)ED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(hào)分配器、LED控制器、DVI矩陣、主備視頻播放系統(tǒng)等。
    LED信號(hào)分配器與直流48 V電源分配器集成在一起，與A、B屏體對(duì)應(yīng)布置，形成硬件完全獨(dú)立的A、B信號(hào)分配系統(tǒng)。每個(gè)LED信號(hào)分配器通過(guò)正向和反向兩路信號(hào)與對(duì)應(yīng)的LED控制器連接，正反信號(hào)為實(shí)時(shí)同任何一路信號(hào)中斷時(shí)，對(duì)應(yīng)的LED直流供電系統(tǒng)另一路信號(hào)會(huì)自動(dòng)保持正常工作。A、B信號(hào)分配器具有各自的正反向信號(hào)系統(tǒng)，亦即A信號(hào)分配器對(duì)應(yīng)A正向LED控制器和A反向LED控制器，B信號(hào)分配器對(duì)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(guò)對(duì)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(fù)責(zé)視頻信號(hào)的分配和切換。正常工作時(shí)，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(hào)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(hào)鏈路
    正常工作狀態(tài)，主視頻播放系統(tǒng)通過(guò)A、B兩組DVI矩陣將視頻信號(hào)以幀同步方式傳送到A、B LED信號(hào)控制屏的所有正反向LED控制器和LED信號(hào)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(huì)影響系統(tǒng)的正常工作。當(dāng)A、B兩組中的某一臺(tái)DVI矩陣故障時(shí)，或主視頻播放系統(tǒng)故障時(shí)，需要通過(guò)DVI矩陣切換到備用視頻播放系統(tǒng)的視頻信號(hào)。整體視頻控制系統(tǒng)的可靠性足以滿足實(shí)際需求。
4結(jié)束語(yǔ)
    LED“網(wǎng)幕”視效系統(tǒng)在圓滿完成APEC鳥(niǎo)巢煙火表演任務(wù)后，將繼續(xù)在“鳥(niǎo)巢”使用一段時(shí)間，但可靠性要求降低，A、B屏將會(huì)合二為一，使整個(gè)顯示區(qū)域橫向分辨率提高一倍，利用率將會(huì)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(yùn)行技術(shù)實(shí)現(xiàn)了演藝LED視效系統(tǒng)高可靠性和成本效益有機(jī)平衡，是演藝LED應(yīng)用的一次成功的創(chuàng)新實(shí)踐，為類似的應(yīng)用提供了在創(chuàng)意設(shè)計(jì)和工程實(shí)施中以資借鑒的成功經(jīng)驗(yàn)。


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