申冬奧成功以來(lái)，“科技冬奧”重點(diǎn)攻關(guān)大力推進(jìn)，《科技冬奧(2022)行動(dòng)計劃》全面展開(kāi)，國家重點(diǎn)研發(fā)計劃“科技冬奧”重點(diǎn)專(zhuān)項有序推進(jìn)，取得了一系列科技創(chuàng )新成果。這其中自然少不了高校的力量，據不完全統計，清華大學(xué)、浙江大學(xué)、復旦大學(xué)、上海交通大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)、北京航空航天大學(xué)、重慶大學(xué)、大連理工大學(xué)、北京林業(yè)大學(xué)、東北大學(xué)等國內多所高校貢獻了科技智慧，助力冬奧。
浙江大學(xué)
織就炫酷的“冰絲帶”
作為唯一新建冰上競賽場(chǎng)館——國家速滑館“冰絲帶”為世界貢獻了由中國設計、中國技術(shù)、中國材料、中國制造組成的奧運場(chǎng)館建設“中國方案”。這其中，浙江大學(xué)建筑工程學(xué)院羅堯治教授團隊和鄧華、袁行飛教授團隊就為“冰絲帶”超大跨度索網(wǎng)結構建設施工與運維保障提供了重要的科技力量。
“冰絲帶”的屋面體系采用了雙曲面馬鞍形單層索網(wǎng)結構，是目前世界上跨度最大的單層雙向正交馬鞍形索網(wǎng)屋面體育館。所謂的索網(wǎng)結構，簡(jiǎn)單地說(shuō)，就是一張由鋼索編織而成的大網(wǎng)。這樣一張大網(wǎng)“扣”在了速滑館的上方，形成一個(gè)馬鞍形雙曲面屋頂。
相較于傳統的剛性屋面結構體系，柔性的索網(wǎng)屋面在滿(mǎn)足結構功能的前提下大大減小了結構的用鋼量，這樣精巧的空間設計為節能環(huán)保提供了保障。
除了對“冰絲帶”屋頂的監測，浙大團隊還對速滑館的賽場(chǎng)冰下混凝土開(kāi)展了結構監測。“冰絲帶”采用了全冰面設計，同時(shí)也采用最先進(jìn)的制冰技術(shù)，冰面溫差可控制在0.5℃以?xún)取?/p>
在“冰絲帶”建設期間，浙江大學(xué)建筑工程學(xué)院的另一撥人馬也發(fā)揮了重要作用。為了更好解決屋頂的建設難題，鄧華、袁行飛教授團隊通過(guò)12：1的縮尺模型，開(kāi)展了國家速滑館大跨度索網(wǎng)屋蓋結構建造關(guān)鍵技術(shù)及模型試驗研究。
復旦大學(xué)
智能冰上運動(dòng)訓練分析系統
如何通過(guò)人工智能為冬奧健兒的體育訓練賦能?復旦大學(xué)工程與應用技術(shù)研究院教授、智能機器人研究院常務(wù)副院長(cháng)張立華團隊研發(fā)智能冰上運動(dòng)訓練分析系統。這一系統的主要技術(shù)指標被2022北京冬奧會(huì )采用，讓“智能化”教練親身指導，助你化身“冰雪精靈”!
該系統采用基于人工智能計算機視覺(jué)算法對滑冰運動(dòng)員的動(dòng)作、姿態(tài)、速度等信息進(jìn)行智能分析對比，從定性、定量再到定制化分析每個(gè)運動(dòng)員的特點(diǎn)，提高科學(xué)化訓練水平與效率，有效減輕教練員工作負荷，實(shí)現科學(xué)訓練、有效提升運動(dòng)員訓練效果和競賽成績(jì)的目的。
“我們利用人工智能技術(shù)，可以分析冰上運動(dòng)員的骨架、各關(guān)節的動(dòng)作、姿勢，這叫運動(dòng)目標的骨架節點(diǎn)識別和可視化。”張立華介紹。
未來(lái)，張立華團隊將面向專(zhuān)業(yè)和大眾運動(dòng)項目開(kāi)展比賽訓練分析算法及應用系統研究，根據現有基礎建設競技體育比賽訓練智能分析平臺，實(shí)現訓練輔助分析、比賽輔助裁判等智能化應用，并建設示范性智能化體育比賽場(chǎng)館、大眾體育智能化示范設施，讓廣大群眾能夠在日常運動(dòng)中感受“智能化”服務(wù)帶來(lái)的全新體驗。
上海交通大學(xué)
自主研發(fā)的滑雪機器人
近日，由上海交通大學(xué)設計研發(fā)的六足滑雪機器人在沈陽(yáng)完成了初級道、中級道以及與人共同滑雪實(shí)驗，通過(guò)了穩定控制、智能感知、規劃決策等多方面的測試。這款滑雪機器人是在“科技冬奧”的號召下，由上海交通大學(xué)高峰教授領(lǐng)銜，上海交通大學(xué)機械與動(dòng)力工程學(xué)院和電子信息與電氣工程學(xué)院組成的足式機器人研究團隊研制，獲得了科技部國家重點(diǎn)研發(fā)計劃“科技冬奧”重點(diǎn)專(zhuān)項支持。
不僅能高速滑雪，還能躲避人群、自己規劃最優(yōu)路線(xiàn)?；C器人在初級與中級雪道中的測試，證明了自己具備敏捷的轉彎、制動(dòng)能力和強大的自主感知、規劃能力。它能在雪場(chǎng)高速滑行，遇到障礙物還能急轉彎，繼續保持自己矯健的滑雪身姿，還能在滑行的過(guò)程中完成高山滑雪運動(dòng)中的“過(guò)旗門(mén)”任務(wù)，能夠實(shí)現良好的速度、方向控制，具有滑行、急停、避障、繞桿等功能。
據介紹，上海交通大學(xué)足式機器人團隊研發(fā)的這款滑雪機器人是六足機器人，采用雙板滑雪。中間的四條腿分成兩組，每?jì)蓷l腿固定在一個(gè)滑雪板上，用于控制滑雪板的位置和姿態(tài)，兩側的兩條腿分別加裝了滑雪杖，用以模仿人，實(shí)現點(diǎn)杖的功能。每個(gè)滑雪板具有五個(gè)自由度，通過(guò)控制滑雪板的位姿可以實(shí)現滑雪的速度控制、轉彎和制動(dòng)等功能。
滑雪機器人不僅是“科技冬奧”的直觀(guān)體現，同時(shí)也以“人機共融”的理念為后冬奧時(shí)代提供了無(wú)限暢想。研究團隊表示，“冬奧會(huì )結束后，這款機器人還可以結合當下5G、無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )等先進(jìn)技術(shù)，通過(guò)遠程控制，實(shí)現滑雪機器人同場(chǎng)競技，創(chuàng )造電-機-競的全新娛樂(lè )模式，為滑雪愛(ài)好者和青少年創(chuàng )造科技感十足的娛樂(lè )新風(fēng)尚。”
北京航空航天大學(xué)
航天科技助力冰雪訓練 決勝毫厘之間
科技助力競技體育需要科學(xué)的訓練才能夠決勝毫厘之間，有哪些方式可以提升運動(dòng)員的速度呢?哪里轉彎哪里變換姿勢是最為恰當和合適的呢?北京航空航天大學(xué)教授柯鵬團隊研發(fā)出了一套訓練神器。
據介紹，北京航空航天大學(xué)交通科學(xué)與工程學(xué)院副教授柯鵬帶領(lǐng)著(zhù)團隊，從2019年開(kāi)始，充分借鑒航空工程的基礎理論和技術(shù)方法，在服裝、裝備、動(dòng)作、冰面摩擦等每一個(gè)環(huán)節，都經(jīng)過(guò)了細致的研究。對于運動(dòng)員什么時(shí)候加速、怎樣轉彎、如何減少阻力、滑行路線(xiàn)選擇、體能分配和配速優(yōu)化方面，都引入航空航天科技，特別是找到了適合中國運動(dòng)員的最佳滑行線(xiàn)路，借助科技讓訓練更科學(xué)。
重慶大學(xué)
研發(fā)監測系統 隨時(shí)為臨時(shí)設施“體檢”
為保障大規模臨時(shí)設施的安全，重慶大學(xué)“科技冬奧”團隊成員、土木工程學(xué)院劉綱教授研發(fā)了嚴寒山區復雜地形下大面積高容量臨時(shí)設施安全運維監測系統。他告訴視界網(wǎng)記者：“通過(guò)在臨時(shí)設施上安裝溫度、濕度等環(huán)境傳感器，以及振動(dòng)、傾角、應變等結構響應傳感器，實(shí)時(shí)監測臨時(shí)看臺的狀態(tài)，隨時(shí)對設施進(jìn)行‘體檢’”。
小插銷(xiāo)帶來(lái)大保障
冬奧會(huì )臨時(shí)設施大多都建在腳手架上，所以每一個(gè)連接點(diǎn)的安全牢固就非常重要。在實(shí)驗室檢測現場(chǎng)腳手架上的每一個(gè)連接處，都插著(zhù)數個(gè)插銷(xiāo)來(lái)實(shí)現的固定和鏈接。為此重慶大學(xué)“科技冬奧”團隊研發(fā)了一套設備，實(shí)現用無(wú)人機給整個(gè)賽場(chǎng)的腳手架做體檢。僅僅拍一張照片，就能夠檢測出拍照范圍內的插銷(xiāo)是否安裝到位。每一片插銷(xiāo)都預先涂上了特有的反光材料，一旦有安裝不到位的情況，通過(guò)無(wú)人機拍照就能夠立馬在顯示屏中看到反饋。這樣，既節約了時(shí)間、人力，也最大程度地保證臨時(shí)設施的安全牢固。
目前，重慶大學(xué)“科技冬奧”團隊已在崇禮和延慶賽區，共計安裝了30套設備對臨時(shí)設施安全進(jìn)行監測，設備要等冬奧會(huì )和冬殘奧會(huì )結束后才會(huì )拆除，期間所有的監測數據都會(huì )實(shí)時(shí)發(fā)給現場(chǎng)的運維人員，對臨時(shí)設施架體進(jìn)行及時(shí)維護。
關(guān)鍵專(zhuān)利技術(shù) 保障臨時(shí)設施安全運行
另外，賽場(chǎng)下都是凍土，如何保證建筑安全?重慶大學(xué)“科技冬奧”團隊研發(fā)了適用于嚴寒山區大面積復雜結構荷載的抗凍融循環(huán)凍土地基快速處理專(zhuān)利技術(shù)新型樁。
通俗來(lái)說(shuō)就是氣溫到了零下，土壤里面的水變成了冰，隨著(zhù)氣候變化，凍土在不斷凍脹融沉。當地基土壤變化莫測，那么打下的地基也將受到影響，地上的建筑物也就不會(huì )穩固。劉綱教授說(shuō)，“新型樁樁身采用螺旋葉片式設計，這是便于機械旋螺鉆進(jìn)施工，從而到達實(shí)現快速、弱擾動(dòng)施工，單樁施工僅需十余分鐘;可反向旋擰回收再利用，實(shí)現綠色辦奧運的理念。”
不僅如此，所研發(fā)的新型樁除可顯著(zhù)提高承載力外，最大特點(diǎn)在于樁身深入凍土地層段采用隔離套設計，將中心承載鋼管與周?chē)鷥鐾粮綦x，消除了地基土凍脹融沉的影響。
清華大學(xué)
智能加熱裝備
冬奧會(huì )期間，無(wú)論是工作人員還是現場(chǎng)觀(guān)眾，冬季室外低溫都是個(gè)大麻煩。在極寒條件下如何溫暖觀(guān)賽?清華大學(xué)建筑學(xué)院副教授曹彬團隊專(zhuān)門(mén)開(kāi)發(fā)了極寒環(huán)境下的“熱保障”，研發(fā)出了極寒環(huán)境下的“溫暖裝備”——智能加熱服和加熱坐墊，可以在短時(shí)間內迅速發(fā)熱、鎖熱。配上手機App的模式選擇，就能對人體重要部位進(jìn)行補熱。同樣，黑色坐墊打開(kāi)開(kāi)關(guān)，也能短時(shí)間內迅速發(fā)熱、鎖熱。
北京2022年冬奧張家口賽區整體及全部場(chǎng)館和北京賽區首鋼場(chǎng)館的規劃設計工作，由清華大學(xué)建筑學(xué)院團隊主導。清華大學(xué)建筑學(xué)院院長(cháng)張利擔任北京冬奧會(huì )張家口賽區和首鋼滑雪大跳臺總設計師，國家跳臺滑雪中心“雪如意”和首鋼滑雪大跳臺就是由他主持。
據悉，以往冬奧會(huì )跳臺場(chǎng)館的跳臺落差超百米，普通人無(wú)法使用，也提供不了很好的觀(guān)光體驗。對此，張利團隊沿用了城市設計中常用到的“2.5小時(shí)慢行體驗”原則。在場(chǎng)館群之間，附加做了步行橋“冰玉環(huán)”，西半環(huán)總長(cháng)1.7公里，距地面高7米，便于觀(guān)眾往返于場(chǎng)館間，形成一個(gè)慢行體驗。“雪如意”頂端，是一個(gè)具有環(huán)狀空間的頂峰俱樂(lè )部，借助VR技術(shù)打造環(huán)形共享空間。在首鋼滑雪大跳臺的設計中，張利稱(chēng)，“我們借助人因技術(shù)，從東南方向開(kāi)始，每5度做一個(gè)測試場(chǎng)景，請志愿者被試幫助判斷。”過(guò)程中，測試人的皮電，以及對跳臺、冷卻塔和西山的注視時(shí)長(cháng)等，根據測試數據確定跳臺的最終方位。
哈爾濱工業(yè)大學(xué)
冰壺機器人系統
自動(dòng)夾取、釋放冰壺、準確擊中目標……冰壺機器人將在北京冬奧會(huì )亮相，不僅在冰壺比賽期間進(jìn)行表演，還將在群眾體驗場(chǎng)與觀(guān)眾進(jìn)行互動(dòng)。哈爾濱工業(yè)大學(xué)聯(lián)合黑龍江省體科所、哈爾濱體育學(xué)院等體育專(zhuān)業(yè)隊伍組成20多人的研發(fā)團隊，構思和設計一款能夠與人協(xié)作共同完成冰壺比賽的機器人，實(shí)現人工智能賦能冰雪體育。研發(fā)團隊還將進(jìn)一步研制面向大眾體育的冰壺機器人系統。
“坐著(zhù)高鐵看冬奧”
京張高鐵智能動(dòng)車(chē)組正線(xiàn)全長(cháng)174公里，實(shí)現世界首次350km/h全自動(dòng)駕駛，是復興號的智能升級版，實(shí)現了“坐著(zhù)高鐵看冬奧”的愿望。京張高鐵的兩款車(chē)頭“龍鳳呈祥”和“瑞雪迎春”的蒙皮，就是哈工大材料學(xué)院王國峰教授團隊采用快速超塑成形工藝助力實(shí)現制造生產(chǎn)的。“龍鳳呈祥”和“瑞雪迎春”采用仿生學(xué)與空氣動(dòng)力學(xué)原理，分別仿生于“鷹隼”與“旗魚(yú)”。其流線(xiàn)型的仿生車(chē)頭模型能夠有效減少氣體分流，降低空氣阻力，減少內耗，保證時(shí)速。
水立方變冰立方
“雙奧場(chǎng)館”國家游泳中心在2019年首次通過(guò)“水冰轉換”制出4條冬奧標準的冰壺賽道，使該場(chǎng)館可在“水上功能”和“冰上功能“之間自由切換，同時(shí)具備開(kāi)展水上、冰上運動(dòng)及各類(lèi)大型活動(dòng)的能力。
哈爾濱工業(yè)大學(xué)土木學(xué)院張文元教授團隊從無(wú)到有，提出了一種轉換冰場(chǎng)的結構方案，所有鋼結構、混凝土面板都是組裝的，可以隨時(shí)進(jìn)行安裝，10到20天就可以完成，不僅效率高、經(jīng)濟性好，而且可以重復使用。
哈爾濱工業(yè)大學(xué)建筑學(xué)院陸詩(shī)亮教授帶領(lǐng)的科研團隊對國家游泳中心頂棚膜結構，進(jìn)行了遮蔽改造，構建冰立方所需要的低濕低溫環(huán)境，為冬奧會(huì )冰壺比賽保駕護航。
大連理工大學(xué)
航天科技賦能滑雪頭盔
據了解，這款滑雪頭盔運用了航天薄壁結構設計科技。大連理工大學(xué)科研團隊運用了曲線(xiàn)加筋變剛度的設計技術(shù)，頭盔的材料也有所創(chuàng )新。在保持沖擊韌度的同時(shí)將剛度提高了4倍，拉伸強度提高了3倍，大幅提升了頭盔的抗沖擊吸能效率，對運動(dòng)員形成更好的保護。如今，這款頭盔已經(jīng)通過(guò)歐洲滑雪頭盔安全標準測試，并在我國雪上空中技巧項目專(zhuān)業(yè)隊的訓練當中投入使用。值得一提的是，它的重量只有700克左右，在不大幅增加厚度和重量的前提下，防護性能比歐洲標準還高出至少20%。
北京林業(yè)大學(xué)
北京林業(yè)大學(xué)科技服務(wù)北京2022年冬奧會(huì )張家口賽區崇禮核心區生態(tài)景觀(guān)建設。技術(shù)團隊按照空間線(xiàn)(全域)、時(shí)間線(xiàn)(全時(shí))兩條主線(xiàn)開(kāi)展工作，構建了核心區生態(tài)景觀(guān)賽區場(chǎng)館圈層、配套設施圈層和生態(tài)基底圈層三大空間圈層;對森林綠地樹(shù)木開(kāi)展全過(guò)程精準監控和施策，集成創(chuàng )新系列關(guān)鍵技術(shù)，保證存活率。團隊還修復山體破損區，實(shí)現了全域不留白、綠色全覆蓋。
目前冬奧核心區已構建起完整的生態(tài)景觀(guān)體系，森林覆蓋率達80%以上，生態(tài)環(huán)境不斷優(yōu)化，空氣質(zhì)量領(lǐng)跑全省，已為冬奧會(huì )舉辦做好了全面準備。
東北大學(xué)
VR滑雪體驗系統助力運動(dòng)員備戰
如何應用科技手段，模擬真實(shí)高山滑雪賽場(chǎng)環(huán)境呢?東北大學(xué)采集利用VR，把滑雪場(chǎng)景信息重建并顯示出來(lái)。該成果可幫助運動(dòng)員進(jìn)行賽前模擬，以更好地提前適應比賽環(huán)境;可輔助教練員糾正運動(dòng)員訓練動(dòng)作，從而有效提高訓練效率;還可用于春夏秋季運動(dòng)員的滑雪訓練，以及非運動(dòng)員進(jìn)行室內仿真滑雪體驗。
VR滑雪體驗系統可以讓滑雪運動(dòng)員在備戰過(guò)程中以多種方式使用，包括比賽場(chǎng)地的提前檢查、提前適應環(huán)境變化、練習比賽路線(xiàn)等，同時(shí)可以面向大眾進(jìn)行滑雪科普，幫助大家掌握滑雪技能、增強安全知識，為他們上冰雪奠定一定的基礎。
綜合整理自微言教育、各高校官網(wǎng)
