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智慧冬奧 科技之光

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來源:人民日報海外版 | 2021-02-10 11:20:16
人民日報海外版 | 2021-02-10 11:20:16
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速滑館全景。 黎方益 攝

“我們看到所有場館都使用環保能源,這為可持續發展和冬季運動的可持續性做出了巨大貢獻。”在北京2022年冬季奧運會倒計時一週年之際,對於賽事籌辦所使用的智慧技術,國際奧委會主席巴赫讚嘆道。

科技冬奧是北京冬奧籌辦工作的重要組成部分。如今,一大批技術成果的廣泛應用,對提升冬奧籌辦水平、展示中國科技亮點、促進綠色場館建設等都産生了至關重要的作用。賽場左右無處不在的科技“底色”,更彰顯出2022北京冬奧的中國智慧。

場館建造

中國智慧破難題

深冬時節,在陽光的映襯下,3360塊曲面玻璃拼裝而成的國家速滑館“冰絲帶”顯得格外飄逸。在玻璃外墻之下,則是總長20450米的鋼索網。

“‘冰絲帶’是東西兩側上翹,南北兩側下探,整體呈馬鞍型。”國家速滑館公司總工程師李久林介紹道,“就像羽毛球拍的線一樣,我們利用鋼索編織好曲面屋頂,南北跨度有200米,東西跨度接近130米。”

殊不知,關於這個鋼索“天幕”的施工方案,建設團隊曾與外界有過分歧。

2018年初,當李久林提出“冰絲帶”索網結構計劃採用國産高釩密閉索時,外界曾提出許多不同聲音:“以前都是使用進口鋼索,為何這次非要使用國産?”“萬一齣現風險,責任誰來承擔?”……

有人好言相勸,建造冬奧場館不敢冒任何風險,但李久林不為所動。“其實,我們國家早就具備了生産高釩密閉索的技術條件,缺的只是驗證其可行性的載體。”李久林堅信,中國已經具備鋼索國産化的基礎。為此,他花費3個月的時間跑遍全國尋找廠家,又&&試驗進行技術攻關,最終成功研製出第一根試製索。

事實證明,中國創新的確可為冬奧場館建設“實力破題”。“冰絲帶”的整體用鋼量僅為傳統鋼架結構的四分之一,成為全球跨度最大的單層雙向正交馬鞍形索網結構。

國家雪車雪橇中心的賽道,既是中國第一條雪車雪橇賽道,也是全球第一條360度迴旋奧運賽道。但從工程開始之初,施工方北控京奧建設團隊就面臨著一道躲不開的難題——技術壟斷。

高強度雙曲面噴射混凝土技術是賽道建設的主要工藝,但這項技術卻長期被國外壟斷。“這項技術非常複雜,涉及噴射角度、混凝土濕度、溫度和力度等各方面問題,而且咱們國內還沒有相關標準和相關工程做參考。”混凝土噴射團隊隊長向茂盛告訴記者。

2022年的冬奧會是在中國舉辦,難道不能依靠自身力量來完成技術創新?

為了找到技術參數,54歲的向茂盛扛起60多斤的噴槍,幾乎天天泡在模塊基地,研究圖紙、設備參數、材料性能,經常深夜觀察模塊養護情況。從一無所知到瞭如指掌,無數個深夜的獨自鑽研終於結出碩果。

不僅如此,建設團隊還從上千名優秀噴射手中層層選拔出了21名人員,跟隨向茂盛進行技術訓練。夏天,密不透風的小海坨山施工現場極其悶熱,普通人站5分鐘就受不了,而噴射手們拿起噴槍就是20個小時以上的作業。“大家不敢喝一口水,更不敢去廁所,出來之後像是蒸了桑拿一樣,身上直冒熱氣兒。”北控京奧副總經理夏魏感嘆道。

最終,歷經342天的日夜奮戰,噴射團隊攻克4項技術難關,完成了全長1975米的賽道噴射,成功填補了中國在雪車雪橇賽道建設上的空白。

在冬奧場館改造建設工作中,“反復利用、綜合利用、持久利用”的“中國方案”引人關注,其中最具代表性的便是國家游泳中心“水立方”的“水冰轉換”。通過在比賽大廳中部搭建冰場可轉換結構,並安裝可拆裝制冰系統,形成具有4條標準賽道的冰壺場地,這在冬奧會歷史上尚屬首次。

看似是在泳池裏“搭架子”,但“水冰轉換”的設計考量堪稱週密。

“人在冰面上打球時,人和地板的振動頻率在2赫茲左右。根據冰壺賽事場地的要求,其冰面結構自振頻率需達到30赫茲。”國家游泳中心總經理楊奇勇説,為達到賽事指標,對於支撐冰面的預製混凝土板,施工方派專人從生産環節就開始校核生産精度;安裝時,每名工人還需用卡尺進行精密微調,保證將轉換結構的總誤差控制在毫米級。

此外,利用調平動態監測技術,冰場可轉換結構的安裝耗時僅有10天。“現在配備的10台高精度傳感儀能實時反映高差變化,調平一次性到位。隨著這項技術的成熟,未來‘水冰轉換’還能繼續提效。”楊奇勇信心滿滿地表示。

綠色奧運

節能工藝展身手

在北京冬奧建設中,潔凈可持續的環保理念貫穿始終。隨著多種節能工藝的相繼亮相,“綠色、共享、開放、廉潔”的申奧承諾正一步步高效兌現。

中空開放的形態、“雙奧之城”的傳承、內外飄帶纏繞……2月4日,北京冬奧會、冬殘奧會火炬——“飛揚”正式問世。輕量小巧的奧運火炬,更實現了藝術設計與創新節能的完美融合。

“飛揚”火炬的最大科技亮點便是使用氫氣作為燃料。高級工程師韓宗捷解釋説:“氫氣是最清潔環保的燃料,燃燒時産物只有水,可以實現完全零的碳排放,這是我們選取它作為火炬燃料的主要原因。”

事實上,以氫氣為燃料的落實應用之路並非一片坦途。

“最大的問題就是高壓儲氫,因為火炬的內部空間非常狹小,要實現大比例的減壓極其困難。”

韓宗捷説:“好在經過我們的不懈努力,終於研製出一款小型氫氣減壓裝置,保證了火炬能在極寒天氣中使用,並可抗風10級。”

冰面是冬奧場館的“靈魂”所在。而今,一項綠色高效的制冰“黑科技”已在北京冬奧賽區的7塊冰面中投入使用。

除了建設追求“科技范兒”,國家速滑館的環保設計也是“綠意十足”。“這裡有著全世界最大的由二氧化碳跨臨界製冷系統製成的冰面,也是全球首個採用該系統的冬奧速度滑冰場館。”“冰絲帶”制冰工程專項負責人馬進自豪地説。

二氧化碳跨臨界製冷技術,是世界上最先進的制冰技術。據了解,它可使冰面溫差控制在0.5攝氏度以內,不會出現各個部位溫度不一樣、冰面硬度不均勻的情況。在以0.001秒計時的高水平競技中,這些都是影響比賽結果的關鍵因素。

更難得可貴的是,除高效、環保地制冰外,“冰絲帶”的二氧化碳制冰系統還具備高效的全熱回收能力。當前運轉的機組可回收其它機組的餘熱,用於運動員生活熱水、融冰池融冰、冰面維護澆冰等,餘熱回收效率超過75%。“每年僅製冷部分就能節省200多萬度電。”馬進指出,這相當於減少近3900輛汽車的二氧化碳年排放量。

“用張北的風點亮北京的燈”,隨著去年6月世界首條50萬伏張北柔性直流輸變電工程投用,這句頗具詩意的口號正成為現實。大規模風電、抽水蓄能等清潔能源的輸送,將助力北京冬奧會成為奧運歷史上第一屆全部使用綠色清潔電能的奧運會。

除外供“綠電”外,為減少損耗,多個冬奧場館還在照明節能方面狠“下功夫”。通過安裝光伏發電系統,五棵松冰上運動中心可實現年供電約70萬千瓦時;“冰立方”則採用了更節能的LED光源照明,針對性解決普通燈光照射冰面産生的熱輻射影響;國家體育館則依靠倣冰玻璃磚設計,充分引入自然採光,最大限度減少照明能耗……

營造綠色奧運,水資源的循環利用也是重要課題。

在延慶賽區,為了給國家高山滑雪中心賽道造雪,每次用水量大約都在幾十萬方。如何最大限度降低水資源消耗?從賽區規劃初期,水資源全收集、全處理、再利用的節水理念便被擺在優先位置。

為加大水資源的循環利用,國家高山滑雪中心建有兩個海拔在900米和1050米的蓄水塘壩,既可收集融化雪水,還能實現對自然降水的循環利用。除此之外,賽區還配有分散和集中的污水處理設施,各類建築的節水型生活用水器具普及率達到100%。

賽事舉辦

智慧體驗譜新章

冬奧會的成功與否,不只取決於運動技能的精彩比拼,還在於賽事參與的體驗質量。根據參賽、觀賽、賽後保障的不同需求,大批前沿技術理念與創新方案被投入應用,共同為冬奧會賽事舉辦貢獻行業智慧。

走進剛剛完成第二次“水冰轉換”的“冰立方”,雖然觀眾席距離冰面很近,但人卻並未感受到明顯的溫差變化。

原來,為保障“冰立方”的室內環境條件符合冰壺比賽標準,場館專門設置了由4000多個傳感器組成的環境智慧調控平臺,將制冰系統、除濕系統、空調系統等匯集在一起,同步監測、控制場館內的溫度、濕度等環境變化。

在環繞冰場的觀眾台下方,不難發現直徑1米的藍色長條“布袋”,這便是調控平臺的除濕送風口。楊奇勇告訴記者,依託傳感器,低溫低濕空氣被快速除濕後,就能均勻地吹送到場地上空。

據悉,在智慧平臺的精準調控下,賽場冰面溫度可維持在零下8.5攝氏度,冰面1.5米高處溫度始終保持在8至12攝氏度,看臺觀眾區溫度則恒定在16至18攝氏度,真正做到“同室不同天”。

隨著業務、終端等技術的逐步成熟,5G網絡也已成為推動奧運賽事服務智慧化的核心力量。

北京冬奧組委技術部部長喻紅在接受本報採訪時表示,目前,北京冬奧會的所有比賽場館及連接賽場之間的道路,均已實現了5G全覆蓋,“此次冬奧會可以説是奧運會歷史中5G應用最全面的一屆”。

正是基於5G網絡建設,諸如“冰絲帶”等比賽場館成功引入“室內外一體化定位導航系統”“全域數字孿生系統”等技術,為觀賽服務配備“智慧大腦”。

“擁有‘大腦’後的‘冰絲帶’就像一部智慧手機。”李久林介紹,未來,“冰絲帶”將上線專用APP,制定精準的室內定位導航。觀眾進入場館後,可以通過手機享受定位導航服務,匹配出到達目的地的最佳路徑,也可以體驗機器人問路、餐飲無人售賣等多元化服務。

新冠肺炎疫情的暴發,為冬奧籌辦工作的交流溝通增添了些許困難。而不少“虛擬技術”的適時登場,令許多賽事承辦難題迎刃而解。例如,受疫情影響,奧林匹克轉播服務公司的工作人員無法來到現場確認轉播時的攝影點位。將建築、技術等分散數據轉為可視化的虛擬場館倣真系統,便可以輕鬆遠程部署轉播點。

與此同時,媒體對該項技術的積極反饋,也激發了其他業務領域的需求。“像運動員及觀眾入場路線等很多工作都可以基於這套系統來優化我們的設計。”喻紅説。

為降低賽事轉播服務成本,提高轉播團隊的製作效率,基於雲計算、人工智慧和互聯網高速傳輸技術的“雲轉播”,也將在北京冬奧會上迎來“首秀”。

通過這套雲轉播技術,在輕量級轉播需求下,僅需前方將內容進行拍攝採集,後方就可以利用雲上采編進行轉播。“這相當於將我們的導播、製作、剪輯等工作從傳統的轉播車移到雲端。”北京冬奧組委開閉幕式工作部部長常宇表示,“境內外各家電視臺在雲上就可以完成制播流程,真正實現奧運賽事高畫質、低成本轉播,從而帶給觀眾更優質的觀賽體驗。”

編輯:李雪菲 責任編輯:
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