2019年10月1日夜晚，中华人民共和国成立70周年国庆烟花联欢晚会隆重举行。七棵惊艳的烟火树揭开神秘的面纱，三组动态烟火依次生动演绎了“美好家园”、“牡丹盛开”、“欣欣向荣”三个主题，烘托出举国同庆的热烈气氛。
“铁树银花”的创意设计，由烟火总设计师蔡国强及其团队完成。每棵烟火树高25米，有3个象限中安装不同主题的烟火装置；七棵树统一旋转到位，树上的7套烟火装置同时点燃后共同表现一个主题画面。
北京金东高科科技有限公司承担了“美好家园”和“牡丹盛开”两个主题篇章共14套三维动态烟花燃放装置的研发设计、制作安装、电气控制、技术保障等工作。金东高科团队历时半载，数十人全程参与了设备承制和演练演出保障任务，充分体现了高科人的精湛技术能力和使命担当精神。下面对这些三维动态烟火燃放装置的原理做一介绍。
美好家园篇
▲“美好家园”主题篇章现场图
该主题用儿童画的表现手法，引入花鸟鱼虫、人与环境等众多元素，构成一副自然和谐、生动活泼、天真烂漫的美好家园风光。为实现这个欢快的效果，要求每套装置都能动起来，在12米宽X18米高的范围内尽情玩耍。元素不同，动作也各不相同，有的旋转，有的开合，有的平移，有的升降，有风筝摇摆，有小孩迈步，有水母一边上升一边摆动触须，有小鸟一边旋转一边扇动翅膀，有鲸鱼先水面上喷水后下沉变成“蛟龙号”潜艇……令人眼花缭乱、目不暇接。元素众多、动作繁杂，正是这个主题实现的难点。所以说，“美好家园”主题是三个主题中技术难度最大的。
▲“美好家园”主题篇章的效果图与施工图对比
▲“美好家园”主题装置技术参数与实现方案列表
牡丹盛开篇
▲“牡丹盛开”主题篇章现场图
国花牡丹，万花之王，雍容华贵，国色天香，寓意吉祥富贵、幸福美满。“牡丹盛开”这组画面，将大小牡丹花以不同的高度、仰角、偏角、偏距安装在七棵树上，动作大开大合，此起彼伏，配合烟火变色，既富丽端庄又不失灵动，正是“唯有牡丹真国色，花开时节动京城。”这组装置中，包含5朵大牡丹和4朵小牡丹，以及镶嵌有花苞、叶子的固定网幕架。大牡丹分三层花瓣，每层6片，展开直径约10.6m，合拢直径约7m，外层花瓣开合62.5°，中层和内层花瓣随动，全程开合4次。小牡丹分两层花瓣，每层6片，展开直径约7.6m，合拢直径约4.4m，外层花瓣开合62.5°，内层花瓣随动，全程开合4次。
大小牡丹设计的技术路线如下：
1.模块化设计，采用相同的六边形封闭传动轴系结构形式；
2.采用三维动态设计手段，花瓣呈双曲面，既要美观又不能相互干涉；
3.只使用1台电机实现18个花瓣同时动作；
4.采用曲柄摇杆机构，实现电机单向连续运转下的花瓣往复开合运动。
▲大牡丹三维设计图
在三维动态烟火燃放装置的研发设计中，始终遵循的设计原则如下：
总体：简单、可靠、安全、稳定。
结构：在兼顾安全的要求下，优先选用轻质材料，以减轻装置质量。
机构：减速电机单向旋转带动机构实现装置往复运动;尽量通过机构实现动力和运动传递，减少驱动源数量。
电控：电气控制系统尽可能简化，不使用变频器、编码器等设备，主要依靠机械机构精准的设计达到速度、位置和运动变化要求。
冗余：所有电机、传动绳系(链系)、电气检测元件等都有备份，并具备足够的安全系数。
操作：合理分块，便于运输、组装、拆卸、吊装、换药等操作。在后期的制作安装、调试演练、技术保障过程中，确实体现出由于遵循上述设计原则而带来的各种便利和优势。
电气控制篇
1.控制系统总要求
立足稳定、可靠、安全，采用成熟可靠的技术和产品。为保障国家大型活动演出成功，必须做到万无一失，杜绝一失万无。环境适应性强，要求防火、防水、防振、防尘、防漏电、防雷防静电、防误操作，软硬件系统都要坚固可靠。
2.技术线路
采取电机驱动双备份、电气系统双冗余的技术路线。
控制站点按树配置，每棵树的站点经网关集线器独立分配。过程控制与电气单动手动操作相结合，联动模式下的全自动过程中，允许对单个设备的启停进行干预，做到快速、准确的切换操作。同时，还提供了就地应急操作功能。
3.集成与制作
系统整体结构包括UPS不间断电源、控制核心的操作台、能量供给的树下配电箱、远程站点的树上控制箱、执行驱动的电机和制动器、检测位置的开关传感器等。
动力回路、控制回路、检测回路、网络回路等电路电缆，均采用全屏蔽阻燃软电缆，设备与设备均经过电缆两端的重载连接器和网络专用连接器进行连接。
操作台有冗余PLC、触摸屏、操作界面的操作按钮、网络集线器；控制箱有远程站点、低压电器及其线路；控制箱和配电箱为全密闭箱体；整个系统采用一点接地、一点接零，零地分开。
4.系统程序软件
依据烟花创意脚本，单个设备的运行过程按时间轴统一运行，依照初始状态、启动延时、停顿等参量设置，过程分解为子任务。人机界面设有控制模式、画面选择、禁用、状态显示、一键启动、程控单动等操作。
▲触摸屏参量设置画面示例
