作者：关晓（科普作者）审稿：黄宇（北京市科学技术情报研究所）来源：《知识就是力量》杂志
第二十四届冬季奥林匹克运动会将于2022年02月04日～2022年02月20日在北京市和张家口市联合举行，这是中国历史上第一次举办冬季奥运会，北京、张家口同为主办城市，也是中国继北京奥运会、南京青奥会后，中国第三次举办的奥运赛事。据最新消息，北京冬奥会、冬残奥会竞赛场馆已全部完工，筹办工作进入全力冲刺关键时期。
本次奥运会的筹办始终秉持“科技冬奥”理念，以科技支撑为赛会做足保障工作。下面就让我们走进北京冬奥会场馆，一起来看看都有哪些“黑科技”吧！
“水立方”巧变“冰立方”
充满梦幻色彩的北京“水立方”，曾是2008年北京奥运会的水上项目比赛场馆，在这里产生了一枚又一枚奖牌。如今，“水立方”奇迹般地变身为“冰立方”，成为2022年冬奥会冰壶项目的比赛场地。这是国家游泳中心提出的可转换冰场理念，通过可转换的钢结构、混凝土板的体系，在游泳池上进行制冰，神奇地完成了“水冰转换”。
引领冬奥的“冰丝带”
2021年1月22日，北京2022年冬奥会场馆国家速滑馆“冰丝带”宣布，完成速滑赛道的首次制冰，具备了迎接测试赛的条件。“冰丝带”的制冰技术就是目前世界独一无二的“黑科技”。“冰丝带”的制冰采用了世界上最先进的二氧化碳制冰技术，这是全球首个采用此技术的冬奥会速滑场馆。这一高科技制冰技术，可使冰面温度差不超过0.5摄氏度，而温差越小，冰面的硬度就越均匀，冰面就会越平整，越有利于出成绩。因此这很可能是世界上“最快的冰”，届时运动员很可能将在这里创造出更好的成绩！另外，“冰丝带”的场馆设计也十分独到。步入“冰丝带”，一眼望去，蓝色的墙面和深蓝、浅蓝色交替的座位相互呼应，场馆甚是壮观。该场馆建筑面积约8万平方米，能容纳约1.2万名观众。“冰丝带”之所以能达到如此大的规模，是因为采用了双曲面马鞍形单层索网结构屋面设计，这种结构设计不单能实现空间利用最大化，而且极大地节约了材料，用钢量仅为传统屋面的四分之一。建设团队将这张索网称为“天幕”，而屋面索网施工的过程好似“编织天幕”。北京城建集团国家速滑馆工程总承包部项目经理李少华称，这就好像有一个巨大的羽毛球拍“绷”在了场馆的上方，只不过这个球拍不是由树脂纤维而是由粗大的钢索编织而成，不是平面而是马鞍形，类似一个“薯片形”。在这个2万平方米的空间内，“天幕”施工难度可想而知。该结构通过49对承重索和30对稳定索编织成长跨198米、短跨124米的索网状屋面，再铺设1080块4米×4米单元屋面板组装而成。由于索网屋面的空间形态非常复杂，张拉以后每一个“方格”空间形态都不一样，因此填充的每一块单元体尺寸也不同，需要通过实测得到数据后再进行加工定制。另外，据北京国家速滑馆公司副总经理、总工程师李久林介绍，“未来的国家速滑馆是全生命周期的智慧化场馆，将引入‘全域数字孪生系统’‘室内外一体化定位导航系统’‘能源管理系统’和全新的‘BIM运维系统’技术，像给场馆配备一颗‘智慧大脑’，给运动员、观众带来全新的竞赛和观赛体验。”
绿色冬奥
北京申办2022年冬奥会时提出的理念之一，就是“绿色办奥”， 2020年北京奥运场馆建设，正在兑现着北京做出的承诺，运用高科技为绿色环保理念的实施保驾护航。首先，上文提过的“冰丝带”的黑科技二氧化碳制冰技术就是一种最环保的技术，这种技术使得国家速滑馆的碳排放量接近于零，并且配有一套场馆智能化能源管理系统，能把制冰产生的废热用于除湿、冰面维护、场馆生活热水等，全冰面模式下每年仅制冷部分就能节省200多万度电，整个系统的碳减排量，相当于种植超过120万棵树实现的碳减排量！另外，作为改建场馆的代表作的首都体育馆承担着花滑和短道两个比赛项目的功能转换。由于两个项目对冰面的温度、硬度要求均有不同，需在2个小时完成冰面转换。为此首体在制冷方式上也采用了二氧化碳制冷系统，使得整体能耗降低，更加环保。
再次，在场馆能源方面，已全部投运了12项冬奥会配套电网工程，全面满足运动员训练、测试比赛、正式比赛等供电需求。随着去年6月世界首条50万伏张北柔性直流输变电工程投用，来自张家口的风电、光伏电能等绿色清洁电能正式进入北京，北京赛区所有竞赛场馆开始利用绿色电能开展建设，让北京冬奥会所有场馆实现100%绿电供应。
冬奥组委首钢办公区，料仓楼顶光伏板
（图源：北京日报）
神奇的雪橇雪车中心
北京延庆小海坨山南麓的赛区选定，意味着建设在这里的国家雪车雪橇中心将成为全球唯一建在山体南坡的赛道。为了解决阳光照射使赛道冰面温度升高的问题，国家雪车雪橇中心也成为全球唯一拥有全遮阳棚的赛道。
北京北控京奥建设有限公司副总经理李长洲解释说：“外界环境温度再低，只要有阳光直射，冰面也会融化、蒸发，影响赛道质量。所以，为了不让光线直接照射冰面，我们研发了一套全球首个钢木结合结构的‘地形气候保护系统’(TWPS)进行遮光处理。加上遮阳帘，形成赛道的小气候，满足赛时需求。”国家雪车雪橇中心赛道遮阳棚结合赛道形状、自然地形和“人工地形”，实现了传统木结构与现代钢结构的完美结合，有效保护了赛道冰面，免于受到各种气候因素影响，大大减少阳光直射，起到节能保温作用的同时最大限度地降低了能源消耗。
全方位5G
回望2008年的北京夏季奥运会，首次全部使用高清方式转播赛事，让更多中国人有机会近距离直观奥运赛场的魅力。而随着5G时代到来，5G技术的应用使得奥运会实现了新媒体的虚拟现实（VR）直播。作为5G技术世界领跑者的中国，会将5G网络全面覆盖北京至张家口的奥运场馆，届时，将通过人工智能、大数据和5G等技术的融合，向全世界展现我们中国智慧，留下更多精彩的比赛瞬间。
激光测风雷达
2021年1月，中国兵器工业集团激光院日前携激光测风雷达来到冬奥会张家口赛区崇礼赛场展开测风工作。2019年底至2020年初，激光院激光公司FC-Ⅲ型激光测风雷达先后参加了中国气象局气象探测中心在深圳市气象台、张家口市气象探测中心组织的比对验证试验，对激光雷达在300米内高度和在高空的风速、风向精度进行了评估。在此基础上，经充分验证及各方确认，该型激光雷达采用下滑道工作模式测量可以满足冬奥会赛事气象保障需求。该型激光雷达安装于坡道、跳台滑雪赛道底端适宜位置，主要采用下滑道工作模式为主、风廓线及PPI模式为辅，采用适宜仰角的下滑道多角度波束扫描，反演计算出沿滑雪道各个距离的横风和纵风的方向和大小，为赛事管理人员、运动员及教练员提供辅助决策依据。张家口赛区的雪上赛道由于地理环境复杂、风场复杂多变，运动员在高速下滑的过程中，易受赛道突变的风向影响，因此对赛道风速风向实时监测与危险预警，对冬奥会滑雪比赛顺利完成具有重要意义。
安心直饮水
为保证冬奥场馆高品质安全用水，河北省张家口市启动了崇礼奥运直饮水工程，采用北京理工大学研发的直饮水处理技术，对城区居民生活用水进行处理，确保水质达到国际直饮水标准。届时，冬奥会场馆里将随处可以喝到安全放心的直饮水。据介绍，这项处理技术通过创新的消毒方式，解除传统工艺中加氯对人体带来的二次伤害，正在做到了安全放心。
“快、护、暖、美”冬奥战服
2021年2月4日是2022年北京冬奥会倒计时一周年，国家冬季运动服装备研发中心表示，目前冬奥会各项目运动员的比赛服正在研发过程中，全部是原创战服。“快、护、暖、美”将是冬奥备战服装设计的主旨，将在不同比赛项目的运动员身上展示出不同的风格。竞速类项目比赛服主打“快”，最新设计的高山滑雪速降项目战服，在每秒32米风速时的综合减阻已经优于国际先进水平，在冬奥会赛场上，还将进一步提升减阻效果。
冬季比赛项目的普遍需求是“暖”，此次战服实现“暖”主要通过两种途径：一是提升纤维保暖率；二是使用主动加热技术把电能量转化成热量，在零下30摄氏度环境下可持续作业180分钟以上，全方位保护人体。一款名为“堡垒”的黑色长衣，其综合保暖系统集防风、防水、透气、耐磨多功能高效保暖于一体。
非常受大家喜爱的花样滑冰项目的战服更是集美貌与实力于一体，据介绍，2022年北京冬奥会花样滑冰比赛服，每一件都将根据不同的音乐主题、舞蹈设计，融合服装高级定制元素，按照运动员身体尺寸、性格特点以及自身习惯定制。未来，冬奥会花滑运动员比赛服的设计还将运用印染织绣等传统工艺，通过独特的艺术风格展现深厚的文化内涵。量体裁衣，需要精确测量队员的人体数据。科研团队不仅为国家队全体队员进行三维扫描，搭建人体工学数据库，还通过使用数字图像采集技术记录运动中皮肤变化的数据，为冬奥会比赛服的设计提供数据支撑。
“飞扬”火炬
同样在北京冬奥会倒计时一周年之际，北京2022年冬奥会、冬残奥会火炬外观设计正式对外发布，并公布火炬起名为“飞扬”。
北京冬奥会火炬颜色为银色与红色，象征“冰火相约，激情飞扬，照亮冰雪，温暖世界”；北京冬残奥会火炬则选用银色与金色，寓意辉煌与梦想，体现“勇气、决心、激励、平等”的残奥价值观，火炬最下方一圈刻有“北京2022年冬残奥会”全称的盲文。火炬外观设计师李剑叶表示，祥云传达吉祥的寓意，是2008年北京奥运会的延续，雪花表现冬奥会特征，是北京2022年冬奥会的创新，既体现了“双奥之城”的传承与发扬，又蕴含着“道法自然，天人合一”，更是展现了奥林匹克精神。冬奥火炬不仅外形美观、寓意丰富，还破解了多项制作过程中的技术难题。首先，破解了火炬外壳在1000℃高温制备过程中起泡、开裂等难题。碳纤维专家、中国石化上海石化股份公司副总经理黄翔宇表示，北京冬奥会火炬外壳由碳纤维及其复合材料制造而成，呈现出了“轻、固、美”的特点。解决了碳纤维复合材料在极端条件下的应用瓶颈，实现了火炬外壳在高于800℃的氢气燃烧环境中正常使用。此外，据中国航天科技集团高级工程师韩宗捷介绍，火炬的研制解决了火焰颜色与稳定性、高压储氢，氢能安全利用等多项技术难题，安全可靠性高，可抗风10级，可在极寒天气中使用，减压比高达几百倍。北京冬奥会真的要来了，有高科技作为北京冬奥会的骨血，中国必将再次创造历史。
