天天看點

冬奧競技,豈止在體育賽場

冬奧競技,豈止在體育賽場

圖檔來源@視覺中國

文 | 華商韬略,作者丨吳銳

北京豐台長辛店,有一片工業風濃厚的建築群,這是一個叫作“二七廠”的地方。

在中國,這種用數字代号命名的機構,常常來曆不凡。既有代号“542廠”的北京印鈔廠,也有在甘肅玉門,人稱“404城”的核工業基地。二七廠,誕生了中國第一台“建設型”蒸汽機車和第一台内燃機車,是大國重器的發源地。

2018年,二七廠告别了它的制造業使命。兩年後,一支團隊進駐廠區西南角。在這塊榮耀之地,這支團隊需要思考一個新課題:中國速滑運動員,能否穿上世界級的比賽服裝。

01 賽場内外的難題

劉莉,是這支團隊的負責人。在2019年之前,她隻有一個身份:北京服裝學院教授。

2019年初,劉莉接到了冬運中心的求援電話。她要為中國頂尖的花樣雙人滑選手隋文靜和韓聰,定制六套比賽服裝,限時三周。

劉莉赢得很漂亮。在“快、護、暖、美”的四大标準中,美,是花樣滑冰服最重要的名額。憑借對中國美學的了解,她的設計方案很快出爐。

三周後的日本埼玉世錦賽,身披中國戰衣的隋文靜和韓聰,一舉打破自由滑和總成績雙料紀錄,奪得冠軍。

這是一個激勵,但也是新挑戰的開始。

2015年7月31日,在128屆國際冬奧會全體會議上,北京以44票獲得2022年冬奧會舉辦權。這意味着,平昌冬奧會一旦結束,北京的沖刺時間就将開啟。

冬奧競技,豈止在體育賽場

沖刺,不僅是運動員的備戰,也有運動科技的緊急護航。短道速滑項目的比賽服,正是最緊迫的一項。

對于0.01秒就會決定獎牌歸屬的短道速滑,比賽服,是最具科技含量的裝備。

高速的冰上滑行,需要對抗相當于十級大風的空氣阻力。一套優秀的專業速滑服,其表面與結構,需要盡量減阻。它還要做到堅韌,能承受碰撞中冰刀的切割。它需要真正的“量體裁衣”,符合頂尖運動員的技術習慣。

小小一件衣服,其實融合了數學、計算機圖形、材料力學、人體工程學、人體運動學多個學科技術。在過去的若幹年裡,這是專屬西方國家的技術領域,中國選手的比賽服,隻能由海外定制。

但測試結果讓人失望——海外定制的服裝沒有達到承諾的科技水準,中國運動員能拿到的最優裝備,其實是十年前的水準。

如何讓中國運動員穿上世界級水準裝備,這是現實層面的需求。不在科技領域先輸一籌,這是産業的期許。2019年,作為“科技冬奧”重點研發計劃的一環,“冬季運動與訓練比賽高性能服裝研發關鍵技術”項目應運而生。

北京服裝學院為項目牽頭機關,劉莉是以增加了一個身份:國家冬季運動服裝裝備研發中心主任。但技術尚存空白、學科高複合、時間緊、壓力大,這是一場與時間的賽跑。彼時,劉莉并不知道,能不能勝出。

在北京冬奧會的沖刺時間裡,承受壓力的并不止劉莉一個人。在山東,更多的技術專家,需要共同面對國産雪蠟車的制造課題。

雪蠟車,冬奧會雪上項目的必備裝置。

對于雪闆維護,尤其是加快雪闆在雪上的滑行速度,打蠟至關重要。冰雪運動的優勢國家,基本都随隊配備了專用雪蠟車。

王岩,國家越野滑雪集訓隊副領隊。在他的回憶中,雪蠟車是一個讓中國運動員羨慕不已的存在。“以前去國外比賽,我們隻能在賽場邊的空地上,像燒烤一樣支個攤打蠟。”

2020年11月,作為“科技冬奧”的一環,國家體育總局将雪蠟車研制項目傳遞給山東省。但在一年内,要完成專項功能用車從設計、研發,到制造、調試的流程,時間緊迫、技術難度極高。

如果說,速滑服是一場減阻的競速,雪蠟車是從零到一的創造,那麼,人造雪團隊面臨的,則是真正的隘口突圍。

一個少有人知的知識是,國際大型冰雪比賽的雪場用雪,并非天然。

專用的冰狀雪,需要人工制造。這種冰狀雪在硬度、密度、含水量上都有着嚴格的制作标準。它的密度,必須達到0.65克每立方厘米,普通人造雪的密度隻有0.1至0.4克每立方厘米。

隻有采用這樣的雪,才能保障運動員的安全,并有利于成績的提高。作為冬奧會的基建設施,雪務保障極為關鍵。

由于雪道品質問題,2010年溫哥華冬奧會出現5次比賽延期,9次比賽推遲。随後的索契和平昌冬奧會雖然進行了提前儲雪,仍然因為氣溫和大風意外因素,數次出現比賽延期改期。

高規格冰狀雪的制造、儲存、儲藏技術,并非伸手可得。

作為北京冬奧賽事用雪技術項目負責人,王飛騰有一個難忘的記憶:外方專家在雪場上踩了一腳,捏了一把,然後給出不合格的結論。至于造雪的核心技術,專家從來緘口不言。

冬奧競技,豈止在體育賽場

一邊是外國公司技術優秀,但态度傲慢;另一邊是北京地處大陸性季風氣候區,溫差極大,氣象多變,一旦出現降雨、降雪,必須立刻重新鋪雪。結果顯而易見:要在冬奧會開幕前儲備充足的冰狀雪,造雪技術是必須突破的難關。

無論是減阻競速,還是隘口突圍,中國的技術人員在找到明确答案前,都很難安穩地度過這段沖刺時間。

02 全面突圍

從2019年開始,通過為400多名運動員進行三維測量,追蹤運動員動作,細化研究運動員皮膚伸展規律,劉莉和她的團隊初步完成了比賽服裝的結構設計,僅僅設計手稿,就超過了2000份。

但理論上的設計,顯然需要實戰中的檢驗。在同一時刻,一支跨界團隊,正在豐台二七廠完成最後的裝置調試。

中國航空工業空氣動力研究院(以下簡稱“氣動院”),業内人稱“626所”。它是中國第一個高速空氣動力專業研究機構,從殲七到“飛豹”,626所制造的風洞,幾乎參與了所有重點軍用飛機的研制。

風洞,是一種産生人造氣流的管道,常用于研究空氣流經物體所産生的氣動效應。

在過去的幾年裡,氣動院一直在嘗試風洞在其他領域的跨界應用。通過對國外體育運動的研究,其發現利用風洞提高比賽成績,有極佳效果。

這促成了一場跨界合作,受體育總局之托,氣動院建設了兩大兩小四個體育風洞,位于二七廠的綜合風洞,正是其中之一。

用風洞實驗的方法,測試運動裝備在各種阻力下的減阻性能。風洞,是以成為了劉莉和服裝團隊改進裝備設計的利器。在風洞落成後,二七廠成為了服裝團隊常駐場地,860個小時的測試,幫助團隊為速滑項目篩選出56種服裝結構,數十種減阻面料。

冬奧競技,豈止在體育賽場

站在服裝團隊背後的,并不隻有氣動院一家。在兩年多的研究時間裡,多家高校與企業參與其中。清華大學、武漢體育學院負責減阻機理設計,東華大學負責減阻面料設計,廣東德潤紡織有限公司負責織造面料,安踏負責整體服裝制作,北京服裝學院除執行風洞測試和效果回報外,負責總體牽頭。

正是在這種産業鍊的通力協作中,橫跨紡織工程、服裝設計、摩擦學、熱實體、生物力學和體育科學的難題,被一環一環解開。

在六百公裡外的山東,一場規模更大的産業合作,圍繞雪蠟車打響了。

2020年11月6日,山東省成立雪蠟車聯合攻關項目指揮部。在成員名單裡,包括了全省頂尖的裝備制造能力和技術資源:中國重汽、濰柴動力、海爾集團、海信集團、力諾瑞特集團、山東省工業設計院……

盡管在實力上足以代表“山東智造”,但要解決現實的困難,還需要把技術上的硬仗一場場打下來。

作為在極低溫環境下的工作車輛,一個典型難題是:雪蠟車内的加熱空調,必須做到快速啟動。

海爾,中國智能家電制造的龍頭企業。在雪蠟車項目中,它承擔着房車互動、新風系統和空調裝置三大技術任務,為雪蠟車提供一站式的健康空氣解決方案。

在第一時間,海爾派出了集團旗下的卡奧斯工業網際網路平台,牽頭整合内部資源,與康派斯、固特等生态方聯合成立了雪蠟車攻堅團隊,依托平台豐富的生态資源方,協調200餘人,加入雪蠟車的技術攻關工作。

通過與國家隊教練組、運動員、打蠟師的溝通,團隊了解了使用、安裝、功能等現場需求。而與中國重汽、省設計院的充分互動,結合海爾沉澱多年的資料、仿真與定制能力,雪蠟車的整體布局及功能分區,被迅速推演出來。緊随其後的,是機器低溫制熱啟動、空調低溫制熱啟動防低壓故障技術等6項發明專利。

在零下30度的戶外風雪環境中,雪蠟車的顯示器如何流暢工作?這是海信拿到的任務。

在承接任務的海信視像,耐低溫玻璃面闆成為了顯示器的選配方案;通過對産品的結構、主機闆電路進行特殊防護,以承受大風雪幹擾;此外,ULED背光分區控制技術的應用,雪蠟車顯示器成功通過了高亮度、高對比度的環境測試。

劉希平,中國重汽應用工程開發中心專用車設計部副主任。作為雪蠟車整體方案的設計人員,劉希平在事後做了個統計——儲存在電腦上的雪蠟車設計資料多達幾百GB,僅雪蠟車牽引頭設計圖紙就畫了600多張。

在雪蠟車項目與時間賽跑的同時,王飛騰的人造雪團隊,正在野外承受最艱苦的考驗。

從2019年到2021年,負責研發冰狀雪的王飛騰團隊,幾乎每個冬季都需要堅守在黑龍江亞布力滑雪場、張家口雲頂滑雪公園、國家高山滑雪中心等場地,進行造雪試驗。

對于團隊成員而言,試驗的另一重含義,是每天在零下30多度的室外連續工作十小時。不過,比起皮膚幹裂與寒冷,團隊成員更在意的是雪的密度、硬度、含水量名額。

在人造雪團隊背後提供支援的,是中國科學院旗下的西北生态環境資源研究院。經曆了數百次試驗後,人造雪團隊終于研究出最适合北京冬奧賽場的冰狀雪制作方案,并掌握了從造雪、保雪到儲雪的全部技術。

冬奧競技,豈止在體育賽場

“不知雪已深,但覺寒無奈。”這是蘇東坡發出的感慨,但在科學和技術的助力下,面對冰雪,不知與無奈已成為過去式,更多的解決方案和成果,開始陸續在速滑服、雪蠟車、鋼架雪車、壓雪機、雪地機車、和奧運轉播一系列項目中浮現。

科技冬奧全面突圍的結果,自然可以通過“智慧+汗水”的公式推導出來,但同一個解的左端,其實可以存在更多方程。

03 超車的秘密

2021年9月,新疆烏魯木齊,21-22賽季中國杯速度滑冰精英聯賽打響。

平昌冬奧會男子速滑500米銅牌得主高亭宇,以33秒83的成績,重新整理了他個人保持的全國紀錄,這個成績,也是全世界該項目的曆史第三名。

細心的觀衆,可以在轉播鏡頭中發現一個細節,高亭宇身上的賽服隻有黑白兩種顔色。

冬奧競技,豈止在體育賽場

▲高亭宇身穿第七版速滑服進行比賽 來源:北京服裝學院

這件貌似單調的衣服,内涵卻并不簡單。它是劉莉團隊最終打造的比賽服,盡管還處在未染色的樣衣階段,但通過兩種性能紗線的複合,它同時具備超強韌和超彈兩種性質,經過風洞測試,可以将阻力下降超10%。

在這件比賽服背後,包含了近900小時的風洞測試,100多種面料的篩選,以及100%的心血。

同樣在風洞中接受“逆風而行”的鋼架雪車,完成了十個外形關鍵點位的優化設計,這使得國産雪車的風阻系數較進口同類雪車最終降低了8%。

對于遠在山東的雪蠟車團隊,2021年10月27日,注定是難忘的時刻。在經曆了11個月的研發後,第一輛國産雪蠟車成功傳遞。

在這輛展開面積達92.5平方米的雪蠟車上,可以看到中國重汽的黃河牽引車,濰柴動力的氫燃料電池,海爾的空調和空氣系統,海信的智能顯示屏,車載光伏發電,為運動員檢測體質的AI智能體質檢測一體機,5G信号傳輸,VR體驗……一位外國記者是以發出感慨——這更像是一個“中國制造能力”的展示平台。

數日之後,完成傳遞儀式的雪蠟車自北京出發,巡回縱橫一萬多公裡,與國家滑雪隊在新疆會合集訓。

在新疆,雪蠟車遇到了一場真正的考驗。

一場寒潮,令當地氣溫在11月,便驟降至零下30度。但在車廂之内,從休息的運動員,到工作的打蠟師,都可以身着單衣,與車外分隔成兩重世界。也正是在這輛雪蠟車護航下,中國越野滑雪隊在随後的FIS積分賽中,一舉摘得7金4銀4銅。

已經進駐冬奧會崇禮賽區的人造雪團隊,正在應用一套自研的儲雪創新技術。

賽場的儲雪地點,一般選擇在比賽雪道附近。按照傳統做法,依靠老師傅的“肉眼看、人腦估”的經驗模式,很難适用于不同區域。

這成為了儲雪堆智能設計系統的研發動力。根據場地的地貌屬性,以影響雪堆設計的主要要素和當地的氣象條件作為輸入參數,能夠模拟預測雪堆的形态、品質和雪質(密度、溫度、粒徑、含水量等)等變化。根據模拟輸出結果,能夠智能推薦一套無時空域限制的儲雪堆最優化設計方案。

如果說,這些“從零到一”的故事,意味着突破。那麼,在北京冬奧會上,還有一些“從一到零”的細節,它們不容易被人注意,卻有着新的價值和意義。

火炬接力傳遞,燃成熊熊聖火。但少有人知,和曆次盛會不同的是,在阿裡雲的支援下,由于采用了液冷等0機械制冷技術,北京冬奧會境内接力火炬全部應用氫燃料,實作了火炬接力零排放。北京冬奧會是以成為人類曆史上,第一個真正實作碳中和的奧運賽事。

從“一到零”,不僅是新的價值和意義,也是效率與技術的極限。通過阿裡雲在人工智能和雲計算技術上的積累,“奧運轉播雲”得以用0死角極速捕捉奧運精彩時刻,讓賽事轉播實作電影特效,0時差陪伴全球觀衆,讓全球億萬人與奧運無縫相連。

第一個30秒完成超大體育場自動配座的數字化智慧票務系統,1.1億人次捐助公益步數促成的第一條冬奧公益跑道,這些來自網際網路巨頭的科技延伸,彙內建奧運曆史上第一次的探索。

随着北京冬奧會上國歌奏響,不久之後,“科技助力大國競技”,一定會寫入曆史。但從“卡脖子”到“全面超車”,這一切是怎麼發生的?

一方面,發現使用者需求,滿足使用者需求,給使用者帶來新的價值和意義,不斷創造驚喜,這是科技的價值觀;另一方面,政府居中排程與産業鍊協同,確定“集中力量辦大事”的原則,也是無數次得到印證的成功鐵律。

但對于中國科技産業鍊而言,這其實隻是下半場的開賽哨聲。

技術研發,是從無到有、從零到一的突破,但官、産、學、研聯手,工藝改進、良率提升、成本優化、使用者回報,才是從大到強的程序,它一旦到達超越的臨界點,就會以成果的形式集中噴發。

2022年早春二月的北京,上演着冬奧會現場上空璀璨的煙火、開幕式絢爛的表演、賽場上的激烈競技,但更精彩的角逐,永遠發生在賽場之外。

參考資料:

[1]《科技賦能北京冬奧會 雪蠟車壓雪機國産化獲突破》中國工業報 郭宇

[2]《海外滑雪産業看準冬奧會》小康 袁帥

[3]《北京冬奧會如何實作“用雪自由”》科技日報 何亮

[4]《用時不到一年,總書記登上中國首台雪蠟車》大衆日報 于曉波

[5]《航天風洞技術助力冬奧備戰》中國航天報 苗珊珊 董國強

繼續閱讀