北京豐臺長辛店,有一片工業(yè)風(fēng)濃厚的建筑群,這是一個叫作“二七廠”的地方。
在中國,這種用數(shù)字代號命名的機構(gòu),常常來歷不凡。既有代號“542廠”的北京印鈔廠,也有在甘肅玉門,人稱“404城”的核工業(yè)基地。二七廠,誕生了中國第一臺“建設(shè)型”蒸汽機車和第一臺內(nèi)燃機車,是大國重器的發(fā)源地。
2018年,二七廠告別了它的制造業(yè)使命。兩年后,一支團隊進駐廠區(qū)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。
1賽場內(nèi)外的難題
劉莉,是這支團隊的負(fù)責(zé)人。在2019年之前,她只有一個身份:北京服裝學(xué)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。
劉莉贏得很漂亮。在“快、護、暖、美”的四大標(biāo)準(zhǔn)中,美,是花樣滑冰服最重要的指標(biāo)。憑借對中國美學(xué)的理解,她的設(shè)計方案很快出爐。
三周后的日本埼玉世錦賽,身披中國戰(zhàn)衣的隋文靜和韓聰,一舉打破自由滑和總成績雙料紀(jì)錄,奪得冠軍。
這是一個激勵,但也是新挑戰(zhàn)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(quán)。這意味著,平昌冬奧會一旦結(jié)束,北京的沖刺時間就將開啟。
沖刺,不僅是運動員的備戰(zhàn),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(dāng)于十級大風(fēng)的空氣阻力。一套優(yōu)秀的專業(yè)速滑服,其表面與結(jié)構(gòu),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(shù)習(xí)慣。
小小一件衣服,其實融合了數(shù)學(xué)、計算機圖形、材料力學(xué)、人體工程學(xué)、人體運動學(xué)多個學(xué)科技術(shù)。在過去的若干年里,這是專屬西方國家的技術(shù)領(lǐng)域,中國選手的比賽服,只能由海外定制。
但測試結(jié)果讓人失望——海外定制的服裝沒有達到承諾的科技水平,中國運動員能拿到的最優(yōu)裝備,其實是十年前的水平。
如何讓中國運動員穿上世界級水平裝備,這是現(xiàn)實層面的需求。不在科技領(lǐng)域先輸一籌,這是產(chǎn)業(yè)的期許。2019年,作為“科技冬奧”重點研發(fā)計劃的一環(huán),“冬季運動與訓(xùn)練比賽高性能服裝研發(fā)關(guān)鍵技術(shù)”項目應(yīng)運而生。
北京服裝學(xué)院為項目牽頭單位,劉莉因此增加了一個身份:國家冬季運動服裝裝備研發(fā)中心主任。但技術(shù)尚存空白、學(xué)科高復(fù)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里,承受壓力的并不止劉莉一個人。在山東,更多的技術(shù)專家,需要共同面對國產(chǎn)雪蠟車的制造課題。
雪蠟車,冬奧會雪上項目的必備設(shè)備。
對于雪板維護,尤其是加快雪板在雪上的滑行速度,打蠟至關(guān)重要。冰雪運動的優(yōu)勢國家,基本都隨隊配備了專用雪蠟車。
王巖,國家越野滑雪集訓(xùn)隊副領(lǐng)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?!耙郧叭獗荣?,我們只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(huán),國家體育總局將雪蠟車研制項目交付給山東省。但在一年內(nèi),要完成專項功能用車從設(shè)計、研發(fā),到制造、調(diào)試的流程,時間緊迫、技術(shù)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(chuàng)造,那么,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、含水量上都有著嚴(yán)格的制作標(biāo)準(zhǔn)。它的密度,必須達到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(shè)施,雪務(wù)保障極為關(guān)鍵。
由于雪道質(zhì)量問題,2010年溫哥華冬奧會出現(xiàn)5次比賽延期,9次比賽推遲。隨后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(fēng)意外因素,數(shù)次出現(xiàn)比賽延期改期。
高規(guī)格冰狀雪的制造、保存、儲藏技術(shù),并非伸手可得。
作為北京冬奧賽事用雪技術(shù)項目負(fù)責(zé)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,然后給出不合格的結(jié)論。至于造雪的核心技術(shù),專家從來緘口不言。
一邊是外國公司技術(shù)優(yōu)秀,但態(tài)度傲慢;另一邊是北京地處大陸性季風(fēng)氣候區(qū),溫差極大,氣象多變,一旦出現(xiàn)降雨、降雪,必須立刻重新鋪雪。結(jié)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(shù)是必須突破的難關(guān)。
無論是減阻競速,還是隘口突圍,中國的技術(shù)人員在找到明確答案前,都很難安穩(wěn)地度過這段沖刺時間。
2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(guī)律,劉莉和她的團隊初步完成了比賽服裝的結(jié)構(gòu)設(shè)計,僅僅設(shè)計手稿,就超過了2000份。
但理論上的設(shè)計,顯然需要實戰(zhàn)中的檢驗。在同一時刻,一支跨界團隊,正在豐臺二七廠完成最后的設(shè)備調(diào)試。
中國航空工業(yè)空氣動力研究院(以下簡稱“氣動院”),業(yè)內(nèi)人稱“626所”。它是中國第一個高速空氣動力專業(yè)研究機構(gòu),從殲七到“飛豹”,626所制造的風(fēng)洞,幾乎參與了所有重點軍用飛機的研制。
風(fēng)洞,是一種產(chǎn)生人造氣流的管道,常用于研究空氣流經(jīng)物體所產(chǎn)生的氣動效應(yīng)。
在過去的幾年里,氣動院一直在嘗試風(fēng)洞在其他領(lǐng)域的跨界應(yīng)用。通過對國外體育運動的研究,其發(fā)現(xiàn)利用風(fēng)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(shè)了兩大兩小四個體育風(fēng)洞,位于二七廠的綜合風(fēng)洞,正是其中之一。
用風(fēng)洞實驗的方法,測試運動裝備在各種阻力下的減阻性能。風(fēng)洞,因此成為了劉莉和服裝團隊改進裝備設(shè)計的利器。在風(fēng)洞落成后,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(jié)構(gòu),數(shù)十種減阻面料。
站在服裝團隊背后的,并不只有氣動院一家。在兩年多的研究時間里,多家高校與企業(yè)參與其中。清華大學(xué)、武漢體育學(xué)院負(fù)責(zé)減阻機理設(shè)計,東華大學(xué)負(fù)責(zé)減阻面料設(shè)計,廣東德潤紡織有限公司負(fù)責(zé)織造面料,安踏負(fù)責(zé)整體服裝制作,北京服裝學(xué)院除執(zhí)行風(fēng)洞測試和效果反饋外,負(fù)責(zé)總體牽頭。
正是在這種產(chǎn)業(yè)鏈的通力協(xié)作中,橫跨紡織工程、服裝設(shè)計、摩擦學(xué)、熱物理、生物力學(xué)和體育科學(xué)的難題,被一環(huán)一環(huán)解開。
在六百公里外的山東,一場規(guī)模更大的產(chǎn)業(yè)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(lián)合攻關(guān)項目指揮部。在成員名單里,包括了全省頂尖的裝備制造能力和技術(shù)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(yè)設(shè)計院……
盡管在實力上足以代表“山東智造”,但要解決現(xiàn)實的困難,還需要把技術(shù)上的硬仗一場場打下來。
作為在極低溫環(huán)境下的工作車輛,一個典型難題是:雪蠟車內(nèi)的加熱空調(diào),必須做到快速啟動。
海爾,中國智能家電制造的龍頭企業(yè)。在雪蠟車項目中,它承擔(dān)著房車交互、新風(fēng)系統(tǒng)和空調(diào)設(shè)備三大技術(shù)任務(wù),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(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺,牽頭整合內(nèi)部資源,與康派斯、固特等生態(tài)方聯(lián)合成立了雪蠟車攻堅團隊,依托平臺豐富的生態(tài)資源方,協(xié)調(diào)200余人,加入雪蠟車的技術(shù)攻關(guān)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(xiàn)場需求。而與中國重汽、省設(shè)計院的充分交互,結(jié)合海爾沉淀多年的數(shù)據(jù)、仿真與定制能力,雪蠟車的整體布局及功能分區(qū),被迅速推演出來。緊隨其后的,是機器低溫制熱啟動、空調(diào)低溫制熱啟動防低壓故障技術(shù)等6項發(fā)明專利。
在零下30度的戶外風(fēng)雪環(huán)境中,雪蠟車的顯示器如何流暢工作?這是海信拿到的任務(wù)。
在承接任務(wù)的海信視像,耐低溫玻璃面板成為了顯示器的選配方案;通過對產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)、主板電路進行特殊防護,以承受大風(fēng)雪干擾;此外,ULED背光分區(qū)控制技術(shù)的應(yīng)用,雪蠟車顯示器成功通過了高亮度、高對比度的環(huán)境測試。
劉希平,中國重汽應(yīng)用工程開發(fā)中心專用車設(shè)計部副主任。作為雪蠟車整體方案的設(shè)計人員,劉希平在事后做了個統(tǒng)計——保存在電腦上的雪蠟車設(shè)計資料多達幾百GB,僅雪蠟車牽引頭設(shè)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(fù)責(zé)研發(fā)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、張家口云頂滑雪公園、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(xù)工作十小時。不過,比起皮膚干裂與寒冷,團隊成員更在意的是雪的密度、硬度、含水量指標(biāo)。
在人造雪團隊背后提供支持的,是中國科學(xué)院旗下的西北生態(tài)環(huán)境資源研究院。經(jīng)歷了數(shù)百次試驗后,人造雪團隊終于研究出最適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(shù)。
“不知雪已深,但覺寒無奈。”這是蘇東坡發(fā)出的感慨,但在科學(xué)和技術(shù)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(xù)在速滑服、雪蠟車、鋼架雪車、壓雪機、雪地摩托車、和奧運轉(zhuǎn)播一系列項目中浮現(xiàn)。
科技冬奧全面突圍的結(jié)果,自然可以通過“智慧+汗水”的公式推導(dǎo)出來,但同一個解的左端,其實可以存在更多方程。
3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(lián)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,刷新了他個人保持的全國紀(jì)錄,這個成績,也是全世界該項目的歷史第三名。
細心的觀眾,可以在轉(zhuǎn)播鏡頭中發(fā)現(xiàn)一個細節(jié),高亭宇身上的賽服只有黑白兩種顏色。
▲高亭宇身穿第七版速滑服進行比賽 (來源:北京服裝學(xué)院 )
這件貌似單調(diào)的衣服,內(nèi)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復(fù)合,它同時具備超強韌和超彈兩種性質(zhì),經(jīng)過風(fēng)洞測試,可以將阻力下降超10%。
在這件比賽服背后,包含了近900小時的風(fēng)洞測試,100多種面料的篩選,以及100%的心血。
同樣在風(fēng)洞中接受“逆風(fēng)而行”的鋼架雪車,完成了十個外形關(guān)鍵點位的優(yōu)化設(shè)計,這使得國產(chǎn)雪車的風(fēng)阻系數(shù)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(jīng)歷了11個月的研發(fā)后,第一輛國產(chǎn)雪蠟車成功交付。
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(diào)和空氣系統(tǒng),海信的智能顯示屏,車載光伏發(fā)電,為運動員檢測體質(zhì)的AI智能體質(zhì)檢測一體機,5G信號傳輸,VR體驗……一位外國記者因此發(fā)出感慨——這更像是一個“中國制造能力”的展示平臺。
數(shù)日之后,完成交付儀式的雪蠟車自北京出發(fā),巡回縱橫一萬多公里,與國家滑雪隊在新疆會合集訓(xùn)。
在新疆,雪蠟車遇到了一場真正的考驗。
一場寒潮,令當(dāng)?shù)貧鉁卦?1月,便驟降至零下30度。但在車廂之內(nèi),從休息的運動員,到工作的打蠟師,都可以身著單衣,與車外分隔成兩重世界。也正是在這輛雪蠟車護航下,中國越野滑雪隊在隨后的FIS積分賽中,一舉摘得7金4銀4銅。
已經(jīng)進駐冬奧會崇禮賽區(qū)的人造雪團隊,正在應(yīng)用一套自研的儲雪創(chuàng)新技術(shù)。
賽場的儲雪地點,一般選擇在比賽雪道附近。按照傳統(tǒng)做法,依靠老師傅的“肉眼看、人腦估”的經(jīng)驗?zāi)J?,很難適用于不同區(qū)域。
這成為了儲雪堆智能設(shè)計系統(tǒng)的研發(fā)動力。根據(jù)場地的地貌屬性,以影響雪堆設(shè)計的主要要素和當(dāng)?shù)氐臍庀髼l件作為輸入?yún)?shù),能夠模擬預(yù)測雪堆的形態(tài)、質(zhì)量和雪質(zhì)(密度、溫度、粒徑、含水量等)等變化。根據(jù)模擬輸出結(jié)果,能夠智能推薦一套無時空域限制的儲雪堆最優(yōu)化設(shè)計方案。
如果說,這些“從零到一”的故事,意味著突破。那么,在北京冬奧會上,還有一些“從一到零”的細節(jié),它們不容易被人注意,卻有著新的價值和意義。
火炬接力傳遞,燃成熊熊圣火。但少有人知,和歷次盛會不同的是,在阿里云的支持下,由于采用了液冷等0機械制冷技術(shù),北京冬奧會境內(nèi)接力火炬全部應(yīng)用氫燃料,實現(xiàn)了火炬接力零排放。北京冬奧會因此成為人類歷史上,第一個真正實現(xiàn)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(shù)的極限。通過阿里云在人工智能和云計算技術(shù)上的積累,“奧運轉(zhuǎn)播云”得以用0死角極速捕捉奧運精彩時刻,讓賽事轉(zhuǎn)播實現(xiàn)電影特效,0時差陪伴全球觀眾,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(shù)字化智慧票務(wù)系統(tǒng),1.1億人次捐助公益步數(shù)促成的第一條冬奧公益跑道,這些來自互聯(lián)網(wǎng)巨頭的科技延伸,匯集成奧運歷史上第一次的探索。
隨著北京冬奧會上國歌奏響,不久之后,“科技助力大國競技”,一定會寫入歷史。但從“卡脖子”到“全面超車”,這一切是怎么發(fā)生的?
一方面,發(fā)現(xiàn)用戶需求,滿足用戶需求,給用戶帶來新的價值和意義,不斷創(chuàng)造驚喜,這是科技的價值觀;另一方面,政府居中調(diào)度與產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同,確?!凹辛α哭k大事”的原則,也是無數(shù)次得到印證的成功鐵律。
但對于中國科技產(chǎn)業(yè)鏈而言,這其實只是下半場的開賽哨聲。
技術(shù)研發(fā),是從無到有、從零到一的突破,但官、產(chǎn)、學(xué)、研聯(lián)手,工藝改進、良率提升、成本優(yōu)化、用戶反饋,才是從大到強的進程,它一旦到達超越的臨界點,就會以成果的形式集中噴發(fā)。
2022年早春二月的北京,上演著冬奧會現(xiàn)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(fā)生在賽場之外。
本文來自微信公眾號 “華商韜略”(ID:hstl8888),作者:華商韜略,36氪經(jīng)授權(quán)發(fā)布。
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