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冬奥竞技,岂止在体育赛场


五大洲同起舞,你追我赶天地殊。
作 者丨吴 锐
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图片:网络、图虫创意
 

北京丰台长辛店,有一片工业风浓厚的建筑群,这是一个叫作“二七厂”的地方。

在中国,这种用数字代号命名的机构,常常来历不凡。既有代号“542厂”的北京印钞厂,也有在甘肃玉门,人称“404城”的核工业基地。二七厂,诞生了中国第一台“建设型”蒸汽机车和第一台内燃机车,是大国重器的发源地。

2018年,二七厂告别了它的制造业使命。两年后,一支团队进驻厂区西南角。在这块荣耀之地,这支团队需要思考一个新课题:中国速滑运动员,能否穿上世界级的比赛服装。


刘莉,是这支团队的负责人。在2019年之前,她只有一个身份:北京服装学院教授。

2019年初,刘莉接到了冬运中心的求援电话。她要为中国顶尖的花样双人滑选手隋文静和韩聪,定制六套比赛服装,限时三周。

刘莉赢得很漂亮。在“快、护、暖、美”的四大标准中,美,是花样滑冰服最重要的指标。凭借对中国美学的理解,她的设计方案很快出炉。

三周后的日本埼玉世锦赛,身披中国战衣的隋文静和韩聪,一举打破自由滑和总成绩双料纪录,夺得冠军。

这是一个激励,但也是新挑战的开始。

2015年7月31日,在128届国际冬奥会全体会议上,北京以44票获得2022年冬奥会举办权。这意味着,平昌冬奥会一旦结束,北京的冲刺时间就将开启。



冲刺,不仅是运动员的备战,也有运动科技的紧急护航。短道速滑项目的比赛服,正是最紧迫的一项。

对于0.01秒就会决定奖牌归属的短道速滑,比赛服,是最具科技含量的装备。

高速的冰上滑行,需要对抗相当于十级大风的空气阻力。一套优秀的专业速滑服,其表面与结构,需要尽量减阻。它还要做到坚韧,能承受碰撞中冰刀的切割。它需要真正的“量体裁衣”,符合顶尖运动员的技术习惯。

小小一件衣服,其实融合了数学、计算机图形、材料力学、人体工程学、人体运动学多个学科技术。在过去的若干年里,这是专属西方国家的技术领域,中国选手的比赛服,只能由海外定制。

但测试结果让人失望——海外定制的服装没有达到承诺的科技水平,中国运动员能拿到的最优装备,其实是十年前的水平。

如何让中国运动员穿上世界级水平装备,这是现实层面的需求。不在科技领域先输一筹,这是产业的期许。2019年,作为“科技冬奥”重点研发计划的一环,“冬季运动与训练比赛高性能服装研发关键技术”项目应运而生。

北京服装学院为项目牵头单位,刘莉因此增加了一个身份:国家冬季运动服装装备研发中心主任。但技术尚存空白、学科高复合、时间紧、压力大,这是一场与时间的赛跑。彼时,刘莉并不知道,能不能胜出。

在北京冬奥会的冲刺时间里,承受压力的并不止刘莉一个人。在山东,更多的技术专家,需要共同面对国产雪蜡车的制造课题。

雪蜡车,冬奥会雪上项目的必备设备。

对于雪板维护,尤其是加快雪板在雪上的滑行速度,打蜡至关重要。冰雪运动的优势国家,基本都随队配备了专用雪蜡车。

王岩,国家越野滑雪集训队副领队。在他的回忆中,雪蜡车是一个让中国运动员羡慕不已的存在。“以前去国外比赛,我们只能在赛场边的空地上,像烧烤一样支个摊打蜡。”

2020年11月,作为“科技冬奥”的一环,国家体育总局将雪蜡车研制项目交付给山东省。但在一年内,要完成专项功能用车从设计、研发,到制造、调试的流程,时间紧迫、技术难度极高。

如果说,速滑服是一场减阻的竞速,雪蜡车是从零到一的创造,那么,人造雪团队面临的,则是真正的隘口突围。

一个少有人知的知识是,国际大型冰雪比赛的雪场用雪,并非天然。

专用的冰状雪,需要人工制造。这种冰状雪在硬度、密度、含水量上都有着严格的制作标准。它的密度,必须达到0.65克每立方厘米,普通人造雪的密度只有0.1至0.4克每立方厘米。


只有采用这样的雪,才能保障运动员的安全,并有利于成绩的提高。作为冬奥会的基建设施,雪务保障极为关键。

由于雪道质量问题,2010年温哥华冬奥会出现5次比赛延期,9次比赛推迟。随后的索契和平昌冬奥会虽然进行了提前储雪,仍然因为气温和大风意外因素,数次出现比赛延期改期。

高规格冰状雪的制造、保存、储藏技术,并非伸手可得。

作为北京冬奥赛事用雪技术项目负责人,王飞腾有一个难忘的记忆:外方专家在雪场上踩了一脚,捏了一把,然后给出不合格的结论。至于造雪的核心技术,专家从来缄口不言。




一边是外国公司技术优秀,但态度傲慢;另一边是北京地处大陆性季风气候区,温差极大,气象多变,一旦出现降雨、降雪,必须立刻重新铺雪。结果显而易见:要在冬奥会开幕前储备充足的冰状雪,造雪技术是必须突破的难关。

无论是减阻竞速,还是隘口突围,中国的技术人员在找到明确答案前,都很难安稳地度过这段冲刺时间。


从2019年开始,通过为400多名运动员进行三维测量,追踪运动员动作,细化研究运动员皮肤伸展规律,刘莉和她的团队初步完成了比赛服装的结构设计,仅仅设计手稿,就超过了2000份。

但理论上的设计,显然需要实战中的检验。在同一时刻,一支跨界团队,正在丰台二七厂完成最后的设备调试。

中国航空工业空气动力研究院(以下简称“气动院”),业内人称“626所”。它是中国第一个高速空气动力专业研究机构,从歼七到“飞豹”,626所制造的风洞,几乎参与了所有重点军用飞机的研制。

风洞,是一种产生人造气流的管道,常用于研究空气流经物体所产生的气动效应。

在过去的几年里,气动院一直在尝试风洞在其他领域的跨界应用。通过对国外体育运动的研究,其发现利用风洞提高比赛成绩,有极佳效果。

这促成了一场跨界合作,受体育总局之托,气动院建设了两大两小四个体育风洞,位于二七厂的综合风洞,正是其中之一。

用风洞实验的方法,测试运动装备在各种阻力下的减阻性能。风洞,因此成为了刘莉和服装团队改进装备设计的利器。在风洞落成后,二七厂成为了服装团队常驻场地,860个小时的测试,帮助团队为速滑项目筛选出56种服装结构,数十种减阻面料。


站在服装团队背后的,并不只有气动院一家。在两年多的研究时间里,多家高校与企业参与其中。清华大学、武汉体育学院负责减阻机理设计,东华大学负责减阻面料设计,广东德润纺织有限公司负责织造面料,安踏负责整体服装制作,北京服装学院除执行风洞测试和效果反馈外,负责总体牵头。

正是在这种产业链的通力协作中,横跨纺织工程、服装设计、摩擦学、热物理、生物力学和体育科学的难题,被一环一环解开。

在六百公里外的山东,一场规模更大的产业合作,围绕雪蜡车打响了。

2020年11月6日,山东省成立雪蜡车联合攻关项目指挥部。在成员名单里,包括了全省顶尖的装备制造能力和技术资源:中国重汽、潍柴动力、海尔集团、海信集团、力诺瑞特集团、山东省工业设计院……

尽管在实力上足以代表“山东智造”,但要解决现实的困难,还需要把技术上的硬仗一场场打下来。

作为在极低温环境下的工作车辆,一个典型难题是:雪蜡车内的加热空调,必须做到快速启动。

海尔,中国智能家电制造的龙头企业。在雪蜡车项目中,它承担着房车交互、新风系统和空调设备三大技术任务,为雪蜡车提供一站式的健康空气解决方案。

在第一时间,海尔派出了集团旗下的卡奥斯工业互联网平台,牵头整合内部资源,与康派斯、固特等生态方联合成立了雪蜡车攻坚团队,依托平台丰富的生态资源方,协调200余人,加入雪蜡车的技术攻关工作。

通过与国家队教练组、运动员、打蜡师的沟通,团队了解了使用、安装、功能等现场需求。而与中国重汽、省设计院的充分交互,结合海尔沉淀多年的数据、仿真与定制能力,雪蜡车的整体布局及功能分区,被迅速推演出来。紧随其后的,是机器低温制热启动、空调低温制热启动防低压故障技术等6项发明专利。

在零下30度的户外风雪环境中,雪蜡车的显示器如何流畅工作?这是海信拿到的任务。

在承接任务的海信视像,耐低温玻璃面板成为了显示器的选配方案;通过对产品的结构、主板电路进行特殊防护,以承受大风雪干扰;此外,ULED背光分区控制技术的应用,雪蜡车显示器成功通过了高亮度、高对比度的环境测试。

刘希平,中国重汽应用工程开发中心专用车设计部副主任。作为雪蜡车整体方案的设计人员,刘希平在事后做了个统计——保存在电脑上的雪蜡车设计资料多达几百GB,仅雪蜡车牵引头设计图纸就画了600多张。

在雪蜡车项目与时间赛跑的同时,王飞腾的人造雪团队,正在野外承受最艰苦的考验。

从2019年到2021年,负责研发冰状雪的王飞腾团队,几乎每个冬季都需要坚守在黑龙江亚布力滑雪场、张家口云顶滑雪公园、国家高山滑雪中心等场地,进行造雪试验。

对于团队成员而言,试验的另一重含义,是每天在零下30多度的室外连续工作十小时。不过,比起皮肤干裂与寒冷,团队成员更在意的是雪的密度、硬度、含水量指标。

在人造雪团队背后提供支持的,是中国科学院旗下的西北生态环境资源研究院。经历了数百次试验后,人造雪团队终于研究出最适合北京冬奥赛场的冰状雪制作方案,并掌握了从造雪、保雪到储雪的全部技术。




“不知雪已深,但觉寒无奈。”这是苏东坡发出的感慨,但在科学和技术的助力下,面对冰雪,不知与无奈已成为过去式,更多的解决方案和成果,开始陆续在速滑服、雪蜡车、钢架雪车、压雪机、雪地摩托车、和奥运转播一系列项目中浮现。

科技冬奥全面突围的结果,自然可以通过“智慧+汗水”的公式推导出来,但同一个解的左端,其实可以存在更多方程。


2021年9月,新疆乌鲁木齐,21-22赛季中国杯速度滑冰精英联赛打响。

平昌冬奥会男子速滑500米铜牌得主高亭宇,以33秒83的成绩,刷新了他个人保持的全国纪录,这个成绩,也是全世界该项目的历史第三名。

细心的观众,可以在转播镜头中发现一个细节,高亭宇身上的赛服只有黑白两种颜色。



▲高亭宇身穿第七版速滑服进行比赛
来源:北京服装学院

 

这件貌似单调的衣服,内涵却并不简单。它是刘莉团队最终打造的比赛服,尽管还处在未染色的样衣阶段,但通过两种性能纱线的复合,它同时具备超强韧和超弹两种性质,经过风洞测试,可以将阻力下降超10%。

在这件比赛服背后,包含了近900小时的风洞测试,100多种面料的筛选,以及100%的心血。

同样在风洞中接受“逆风而行”的钢架雪车,完成了十个外形关键点位的优化设计,这使得国产雪车的风阻系数较进口同类雪车最终降低了8%。

对于远在山东的雪蜡车团队,2021年10月27日,注定是难忘的时刻。在经历了11个月的研发后,第一辆国产雪蜡车成功交付。

在这辆展开面积达92.5平方米的雪蜡车上,可以看到中国重汽的黄河牵引车,潍柴动力的氢燃料电池,海尔的空调和空气系统,海信的智能显示屏,车载光伏发电,为运动员检测体质的AI智能体质检测一体机,5G信号传输,VR体验……一位外国记者因此发出感慨——这更像是一个“中国制造能力”的展示平台。


数日之后,完成交付仪式的雪蜡车自北京出发,巡回纵横一万多公里,与国家滑雪队在新疆会合集训。

在新疆,雪蜡车遇到了一场真正的考验。

一场寒潮,令当地气温在11月,便骤降至零下30度。但在车厢之内,从休息的运动员,到工作的打蜡师,都可以身着单衣,与车外分隔成两重世界。也正是在这辆雪蜡车护航下,中国越野滑雪队在随后的FIS积分赛中,一举摘得7金4银4铜。

已经进驻冬奥会崇礼赛区的人造雪团队,正在应用一套自研的储雪创新技术。

赛场的储雪地点,一般选择在比赛雪道附近。按照传统做法,依靠老师傅的“肉眼看、人脑估”的经验模式,很难适用于不同区域。

这成为了储雪堆智能设计系统的研发动力。根据场地的地貌属性,以影响雪堆设计的主要要素和当地的气象条件作为输入参数,能够模拟预测雪堆的形态、质量和雪质(密度、温度、粒径、含水量等)等变化。根据模拟输出结果,能够智能推荐一套无时空域限制的储雪堆最优化设计方案。

如果说,这些“从零到一”的故事,意味着突破。那么,在北京冬奥会上,还有一些“从一到零”的细节,它们不容易被人注意,却有着新的价值和意义。

火炬接力传递,燃成熊熊圣火。但少有人知,和历次盛会不同的是,在阿里云的支持下,由于采用了液冷等0机械制冷技术,北京冬奥会境内接力火炬全部应用氢燃料,实现了火炬接力零排放。北京冬奥会因此成为人类历史上,第一个真正实现碳中和的奥运赛事。

从“一到零”,不仅是新的价值和意义,也是效率与技术的极限。通过阿里云在人工智能和云计算技术上的积累,“奥运转播云”得以用0死角极速捕捉奥运精彩时刻,让赛事转播实现电影特效,0时差陪伴全球观众,让全球亿万人与奥运无缝相连。

第一个30秒完成超大体育场自动配座的数字化智慧票务系统,1.1亿人次捐助公益步数促成的第一条冬奥公益跑道,这些来自互联网巨头的科技延伸,汇集成奥运历史上第一次的探索。


随着北京冬奥会上国歌奏响,不久之后,“科技助力大国竞技”,一定会写入历史。但从“卡脖子”到“全面超车”,这一切是怎么发生的?


一方面,发现用户需求,满足用户需求,给用户带来新的价值和意义,不断创造惊喜,这是科技的价值观;另一方面,政府居中调度与产业链协同,确保“集中力量办大事”的原则,也是无数次得到印证的成功铁律。

但对于中国科技产业链而言,这其实只是下半场的开赛哨声。

技术研发,是从无到有、从零到一的突破,但官、产、学、研联手,工艺改进、良率提升、成本优化、用户反馈,才是从大到强的进程,它一旦到达超越的临界点,就会以成果的形式集中喷发。

2022年早春二月的北京,上演着冬奥会现场上空璀璨的烟火、开幕式绚烂的表演、赛场上的激烈竞技,但更精彩的角逐,永远发生在赛场之外。


[1]《科技赋能北京冬奥会 雪蜡车压雪机国产化获突破》中国工业报 郭宇

[2]《海外滑雪产业看准冬奥会》小康 袁帅

[3]《北京冬奥会如何实现“用雪自由”》科技日报 何亮

[4]《用时不到一年,总书记登上中国首台雪蜡车》大众日报 于晓波

[5]《航天风洞技术助力冬奥备战》中国航天报 苗珊珊 董国强






THE END



出品人:毕亚军

主编:杨倩  责编:周怡  刘彦潮

美编:杨亚姣  运营:方乐迪  张婵

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