“水冰轉(zhuǎn)換”彰顯中國(guó)魅力

楊奇勇，國(guó)家游泳中心有限責(zé)任公司黨支部副書記、執(zhí)行董事、總經(jīng)理，國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“科技冬奧”重點(diǎn)專項(xiàng)——國(guó)家游泳中心冬-夏運(yùn)動(dòng)場(chǎng)景轉(zhuǎn)換技術(shù)研究及應(yīng)用示范項(xiàng)目負(fù)責(zé)人。

在國(guó)家游泳中心場(chǎng)館運(yùn)行團(tuán)隊(duì)中擔(dān)任后勤副主任，參與并主持了國(guó)家游泳中心工程建設(shè)、奧運(yùn)賽時(shí)保障、賽后運(yùn)營(yíng)、場(chǎng)館改造工作，參加了膜結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)施工和LED室外照明等重大科研攻關(guān)課題項(xiàng)目組，使“水立方”成為國(guó)家級(jí)精品工程，被評(píng)為科技奧運(yùn)先進(jìn)個(gè)人，奧運(yùn)會(huì)、殘奧會(huì)先進(jìn)個(gè)人，榮獲奧運(yùn)建設(shè)工程一等功。

曾經(jīng)，泳壇名將邁克爾·菲爾普斯在這方泳池獲得八枚金牌，成為單屆奧運(yùn)會(huì)奪金最多的選手。如今，這方泳池化身長(zhǎng)44.5米、寬4.32米的冰壺賽道，蓄勢(shì)待發(fā)，迎接遠(yuǎn)方賓朋。

被譽(yù)為“水立方”的國(guó)家游泳中心是北京2008年奧運(yùn)會(huì)最引人注目的比賽場(chǎng)館之一，為實(shí)現(xiàn)雙奧場(chǎng)館“反復(fù)利用、綜合利用、持久利用”，“水立方”換裝“冰立方”，繼續(xù)服務(wù)北京2022年冬奧會(huì)和冬殘奧會(huì)。2022年2月2日晚，被譽(yù)為“冰上國(guó)際象棋”的冰壺比賽將在這里開賽。來自瑞士、英國(guó)、美國(guó)、挪威、澳大利亞、捷克、中國(guó)的冰壺混雙冬奧健兒將在“冰立方”拉開北京冬奧首戰(zhàn)序幕。

如何在不破壞“水立方”的情況下，將其轉(zhuǎn)換成“冰立方”，這是國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“科技冬奧”重點(diǎn)專項(xiàng)——國(guó)家游泳中心冬-夏運(yùn)動(dòng)場(chǎng)景轉(zhuǎn)換技術(shù)研究及應(yīng)用示范項(xiàng)目需要解決的重要問題。我們采訪了項(xiàng)目負(fù)責(zé)人、國(guó)家游泳中心有限責(zé)任公司總經(jīng)理?xiàng)钇嬗拢犓v述“水立方”轉(zhuǎn)換成“冰立方”的科研之路。

問：把“水立方”轉(zhuǎn)換成“冰立方”，難度主要在哪？

楊奇勇：冰場(chǎng)上的冰是最大難點(diǎn)，是我們籌備奧運(yùn)會(huì)所有工作的核心。冰的表面品質(zhì)是需要解決的重要問題，必須研究冰的內(nèi)在品質(zhì)和它外在所受環(huán)境因素的影響，才能保證賽時(shí)品質(zhì)。

在冬奧會(huì)和冬殘奧會(huì)的冰壺比賽中，冰壺運(yùn)動(dòng)員對(duì)冰的品質(zhì)要求極高。結(jié)霜、冰面不平整、裂縫等冰面上任何微小的變化都會(huì)對(duì)冰壺運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生影響。如果冰的品質(zhì)不好，對(duì)運(yùn)動(dòng)員產(chǎn)生了干擾，運(yùn)動(dòng)員會(huì)覺得不公平，這就是一個(gè)失敗的比賽了。

冰在不同溫度下呈現(xiàn)出不同強(qiáng)度、硬度、摩擦系數(shù)。不同的水質(zhì)也會(huì)給冰帶來力學(xué)性能的變化。外在環(huán)境有七八個(gè)因素會(huì)影響到冰的表面品質(zhì)，包括空氣的溫度、濕度、冰本身的溫度、風(fēng)的流速、微小的震動(dòng)、制冰時(shí)間的長(zhǎng)短等。所以必須把冰的內(nèi)在和外在因素綜合起來研究，才能保證奧運(yùn)會(huì)期間冰的穩(wěn)定性。

怎么定義穩(wěn)定？

簡(jiǎn)單地說，冰沒有開裂，沒有明顯的震動(dòng)、變形，是一塊完整的比賽場(chǎng)地。在長(zhǎng)期冰凍的情況下，整個(gè)體系既不延伸，也不收縮，冰面整體性比較好。不結(jié)霜是硬性要求，一旦結(jié)霜，冰面的摩擦?xí)兇螅蛩贂?huì)變慢，而結(jié)霜在比賽過程中是比較難以克服的，甚至不可逆，一旦發(fā)生了結(jié)霜會(huì)一直惡化下去，在比賽中間很難停下來去處理它，直接影響運(yùn)動(dòng)員的發(fā)揮，甚至可能會(huì)影響關(guān)鍵球的發(fā)揮。再有就是不“吃冰”，所謂“吃冰”實(shí)際上是升華，北方冬季空氣里面的水非常少，有些固體冰直接變成氣體揮發(fā)到空氣中。這也是比較危險(xiǎn)的因素，它會(huì)帶來冰的表面粗糙不平，這樣會(huì)影響運(yùn)動(dòng)員的發(fā)揮。

怎么控制這些指標(biāo)？

實(shí)際上，我們不但要用比較合適的手段去測(cè)量它，還要用一個(gè)完整的系統(tǒng)來保護(hù)這塊冰。測(cè)量方面，我們對(duì)鋼結(jié)構(gòu)支撐體系做了健康監(jiān)測(cè)，任何微小的震動(dòng)都能被我們捕捉到，可以隨時(shí)判斷這塊冰有什么風(fēng)險(xiǎn);從環(huán)境上看，場(chǎng)館大廳里面布置了上千個(gè)傳感器，這些傳感器隨時(shí)把空氣里面的溫度、濕度、風(fēng)速信號(hào)反饋給智慧控制系統(tǒng)，而智慧控制系統(tǒng)又控制著三件大機(jī)器：制冰機(jī)、除濕機(jī)、空調(diào)機(jī)。這些機(jī)器按照既定指標(biāo)，根據(jù)環(huán)境監(jiān)測(cè)傳感器反饋的信號(hào)，自動(dòng)地增加或減少工作，以保證冰的穩(wěn)定性，從而對(duì)這塊冰實(shí)現(xiàn)全面監(jiān)測(cè)和控制。

問：如何在“水立方”凍出符合冬奧比賽嚴(yán)苛標(biāo)準(zhǔn)的冰面呢？

楊奇勇：凍這塊冰不簡(jiǎn)單，需要科技的引領(lǐng)。

科技部重點(diǎn)支持項(xiàng)目“水立方”冬-夏場(chǎng)景轉(zhuǎn)換，核心就是要解決滿足冬奧冰壺賽事嚴(yán)苛標(biāo)準(zhǔn)的冰的問題。聯(lián)合攻關(guān)組以科研成果為前提，進(jìn)行設(shè)計(jì)工作。冰場(chǎng)搭設(shè)之后又布設(shè)了大量傳感器控制系統(tǒng)，這些數(shù)據(jù)也要被科學(xué)家及時(shí)地監(jiān)測(cè)到。整個(gè)科研工作是實(shí)現(xiàn)水冰轉(zhuǎn)換的基本支撐，沒有這些工作，靠盲目設(shè)計(jì)、施工，做不到這么嚴(yán)謹(jǐn)。

我們提出可轉(zhuǎn)換、可拆卸方案后，世界冰壺聯(lián)合會(huì)不放心這個(gè)方案，我們唯有依托自己的科研人員做大量的實(shí)驗(yàn)證明是可以辦到的。我們請(qǐng)來環(huán)境結(jié)構(gòu)領(lǐng)域科學(xué)家，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地做對(duì)比實(shí)驗(yàn)，一邊實(shí)驗(yàn)一邊對(duì)不同體系進(jìn)行比較，決定最后在什么樣的體系下用實(shí)際制冰驗(yàn)證我們的場(chǎng)地是否穩(wěn)定。

通過實(shí)驗(yàn)，我們發(fā)現(xiàn)目前采用的方式可以達(dá)到世界冰壺聯(lián)合會(huì)對(duì)于場(chǎng)地的要求。不論用什么樣的方式，最后冰場(chǎng)在荷載下的震動(dòng)、運(yùn)動(dòng)仍然可以度量，我們就在這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)上做實(shí)驗(yàn)。如果我們達(dá)到了目標(biāo)，就有把握讓世界冰壺聯(lián)合會(huì)聽我們的，達(dá)不到我們認(rèn)輸，就用現(xiàn)澆混凝土。

我們的科研人員通過精心計(jì)算和準(zhǔn)備，對(duì)整個(gè)施工力量進(jìn)行高質(zhì)量投入，依靠科研工作達(dá)到要求。

此外，“水立方”的環(huán)境特殊?！八⒎健笔荅TFE氣枕結(jié)構(gòu)，由3000多個(gè)氣泡組成。這個(gè)大廳既大，維護(hù)結(jié)構(gòu)性能又非常特殊。我們沒有盲目地把整個(gè)屋子作為冰箱來考慮，這很不經(jīng)濟(jì)。我們采用分層控制策略，在不同高度上，讓機(jī)器出力不同，最后通過分層控制室內(nèi)溫度和濕度。這樣得到的效率非常高，把有限精力全部放在下層，而上層是略略放寬的?？諝鉁囟仁?.2米以下10攝氏度，在觀眾區(qū)大概是16攝氏度，而冰是零下6—8攝氏度。濕度也是一樣，最下邊控制在30%以下，露點(diǎn)溫度在零下4攝氏度左右，1.2米以下控制在40%左右，而露點(diǎn)溫度在零度以下，再往上基本上不需要控制。這樣形成了一個(gè)有效的場(chǎng)地條件，這些全部要在電腦里提前模擬出來，然后到現(xiàn)場(chǎng)做測(cè)試，測(cè)試以后再改進(jìn)。

問：2019年底，“水立方”第一次圓滿完成水冰轉(zhuǎn)換，當(dāng)時(shí)耗時(shí)近60天，2020年底第二次水冰轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)搭建順利完成，用時(shí)僅十幾天，達(dá)到了“科技冬奧”重點(diǎn)專項(xiàng)的既定目標(biāo)。這么快的提速，我們是怎么完成的？

楊奇勇：第一次搭建大家經(jīng)驗(yàn)不足，沒有對(duì)整個(gè)搭建工作做系統(tǒng)研究。在科技冬奧項(xiàng)目支持下，我們采用基于BIM技術(shù)的原位置安裝基本策略，將2600個(gè)構(gòu)件在BIM系統(tǒng)里單獨(dú)注冊(cè)、單獨(dú)標(biāo)號(hào)，從出場(chǎng)就知道構(gòu)件將來要去哪、現(xiàn)在在什么位置上，形成了物流方面的智慧管理。指揮安裝的工長(zhǎng)可以在任何時(shí)候知道構(gòu)件的位置，在工序安排、場(chǎng)地利用上就會(huì)效率非常高。這種智慧安裝手段使下次安裝的效率更高，把構(gòu)件從原位置拆下來，知道它將來會(huì)在哪入庫(kù)，再安裝的時(shí)候，它還會(huì)回到同一個(gè)位置上，這樣越裝越快。

在第一次安裝時(shí)，大量時(shí)間消耗在整個(gè)構(gòu)件調(diào)頻上。按照世界冰壺聯(lián)合會(huì)要求，這塊冰場(chǎng)正負(fù)誤差不能超過3毫米。工人安裝、構(gòu)建加工等誤差遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于3毫米。我們的安裝要快速把整個(gè)場(chǎng)地全部調(diào)到同一個(gè)高度上。測(cè)量這塊場(chǎng)地，按照傳統(tǒng)方式就消耗了一半時(shí)間，如果有60天的話，可能有十幾二十天是測(cè)量工在跑腿，這樣效率比較低，同時(shí)也讓指揮工程師沒有全局概念，指揮起來比較盲目。我們用智慧化多點(diǎn)同時(shí)定位測(cè)量手段，可以同時(shí)測(cè)量100個(gè)點(diǎn)，用這個(gè)技術(shù)，100個(gè)點(diǎn)每個(gè)點(diǎn)反饋回來的自身誤差要小于0.5毫米，它能夠告訴工人在大區(qū)域里有針對(duì)性地去調(diào)節(jié)，使效率大大提升。

問：冰壺在國(guó)內(nèi)是小眾運(yùn)動(dòng)，一方面，我們希望借助冬奧會(huì)的舞臺(tái)推廣冰壺運(yùn)動(dòng);另一方面，以后有序經(jīng)營(yíng)“冰立方”場(chǎng)館需要持續(xù)吸引更多的冰壺愛好者參與其中。我們?yōu)榇俗隽四男┕ぷ鳎?/p>

楊奇勇：冰壺是一個(gè)集智力和體力于一身的運(yùn)動(dòng)，本身門檻并不高，但是中國(guó)的冰壺場(chǎng)地比較少，所以冰壺選手比較少。我國(guó)目前注冊(cè)的運(yùn)動(dòng)員不超過2000人。但是這項(xiàng)運(yùn)動(dòng)又是一個(gè)電視項(xiàng)目，大家喜歡在電視上看它。為什么有趣？我理解為冰壺運(yùn)動(dòng)中壺的位置類似下國(guó)際象棋，再有一個(gè)大的特點(diǎn)是，冰壺是繞障礙物的弧線在擊打，而不是直線，所有冰壺比賽中的選手都會(huì)扔擲出弧線，弧線導(dǎo)致可以繞開前面的障礙去打后面的球，充滿懸念和挑戰(zhàn)，這是冰壺的魅力。

你可以去設(shè)計(jì)戰(zhàn)略、戰(zhàn)術(shù)后發(fā)制人，把懸念留到最后一刻去釋放。如果全都是直線，局面就一目了然，所有的可能性都被看穿了。所以，冰壺的弧線是很獨(dú)特的現(xiàn)象，也是冰壺運(yùn)動(dòng)的一把鑰匙。觀眾看比賽時(shí)看不到弧線，我們運(yùn)用視頻捕捉、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的方式，把冰壺的位置、運(yùn)動(dòng)曲線、旋轉(zhuǎn)以及刷冰對(duì)冰壺運(yùn)動(dòng)的影響等數(shù)據(jù)全部提取出來。數(shù)據(jù)有兩個(gè)方面的用途：一方面，可以幫助向公眾解釋冰壺運(yùn)動(dòng)，在奧運(yùn)測(cè)試賽期間，我們?cè)诂F(xiàn)場(chǎng)大屏幕上向公眾投放冰壺大本營(yíng)的實(shí)況和投擲曲線，不但得到現(xiàn)場(chǎng)記者、觀眾的關(guān)注和認(rèn)可，同時(shí)也得到世界冰壺聯(lián)合會(huì)凱特主席等官員的好評(píng);另一方面，這種面向公眾的概念性推送，可以幫助公眾理解冰壺運(yùn)動(dòng)的魅力，通過短期的接觸能夠愛上冰壺運(yùn)動(dòng)。

問：很多觀眾還不是很清楚冰壺比賽具體的規(guī)則，剛剛您提到擦地板，能否介紹一下“擦地板”是一個(gè)什么樣的過程？

楊奇勇：冰場(chǎng)表面有顆粒，并不是完整平面，在小尺度上它通過小顆粒組成，這些顆粒讓冰壺在上面滑行時(shí)滑得更快、更遠(yuǎn)。大家看到的冰壺是一個(gè)直徑30多厘米的圓盤，但是冰壺真正接觸冰的點(diǎn)是下面的一圈滑動(dòng)帶，這個(gè)滑動(dòng)帶大概有一厘米寬，兩個(gè)小面積互相接觸，冰壺就滑動(dòng)起來了。運(yùn)動(dòng)員用刷子刷的是冰壺上面的點(diǎn)，叫拍寶，這些小點(diǎn)被刷后會(huì)變得更光滑，甚至融化，摩擦系數(shù)更小，這樣就使得一個(gè)正常運(yùn)動(dòng)的冰壺走得更遠(yuǎn)、速度更快，甚至改變它的運(yùn)行方向。團(tuán)隊(duì)運(yùn)動(dòng)中，擲壺的選手?jǐn)S壺之后，隊(duì)友幫助他做微調(diào)，得到制勝點(diǎn)，打到最佳位置上。這是冰壺刷子的功能。刷子對(duì)點(diǎn)的影響較大，國(guó)際冰壺聯(lián)合會(huì)曾對(duì)刷子做出過非常嚴(yán)格的統(tǒng)一規(guī)定，因?yàn)樵谶@種高技術(shù)加持下，有一些布面非常干擾拍寶表面品質(zhì)。國(guó)際冰壺聯(lián)合會(huì)統(tǒng)一規(guī)定，大家只能用這樣的布料做刷子，這樣相對(duì)公平。

“水冰轉(zhuǎn)換”施工現(xiàn)場(chǎng)

施工人員在調(diào)試

建成后的比賽現(xiàn)場(chǎng)

我們?cè)诙瑠W運(yùn)會(huì)期間還會(huì)跟互聯(lián)網(wǎng)視頻網(wǎng)站合作，直接向公眾推送數(shù)據(jù)化數(shù)字冰場(chǎng)冰壺比賽，會(huì)把經(jīng)過提取的所有冰壺?cái)?shù)據(jù)跟視頻流一塊推給觀眾，觀眾也可以在觀看的同時(shí)展開思考。

還有一個(gè)方向就是“讀”冰，幫助運(yùn)動(dòng)員理解冰的表現(xiàn)。冰的所有變化都會(huì)影響到冰壺的最后曲線，影響到什么程度恰恰是運(yùn)動(dòng)員最需要知道的。如果我們的運(yùn)動(dòng)員能夠通過訓(xùn)練建立直覺，知道數(shù)據(jù)之后，能夠反饋、重新認(rèn)識(shí)冰場(chǎng)，及時(shí)地做出糾正和調(diào)節(jié)，就會(huì)幫助他下決心選擇戰(zhàn)略戰(zhàn)術(shù)，這對(duì)運(yùn)動(dòng)員提升水平、訓(xùn)練是有幫助的。

事實(shí)上，“讀”冰也是中外運(yùn)動(dòng)員爭(zhēng)奪制勝球的焦點(diǎn)，誰(shuí)能更好地理解這塊冰，誰(shuí)就更容易在比賽中選擇合理戰(zhàn)略戰(zhàn)術(shù)提高勝率。

問：您剛剛提到“讀”冰能力，能否給我們解釋一下這個(gè)概念？

楊奇勇：運(yùn)動(dòng)員觀察冰壺在同一塊冰不同時(shí)間運(yùn)行的摩擦系數(shù)的微小變化。摩擦系數(shù)越小，冰壺運(yùn)行的阻力越小，跑得就遠(yuǎn)，球的速度就快;摩擦系數(shù)大，阻力大，跑得近，冰壺運(yùn)行得慢。運(yùn)動(dòng)員隨時(shí)在觀察自己上一個(gè)球的運(yùn)行情況，來判斷摩擦系數(shù)是否有變化。我們關(guān)于冰的研究用盡了一切辦法，來保證這塊冰是穩(wěn)定不變的。但在頂級(jí)運(yùn)動(dòng)員眼里，在這種最高級(jí)別的比賽上，這不是絕對(duì)不變的，運(yùn)動(dòng)員要捕捉到這種極其微小的變化，指導(dǎo)自己怎么打制勝球，這就是“讀”冰能力。

問：冬奧會(huì)之后，我們的這些項(xiàng)目成果還將有哪些應(yīng)用？

楊奇勇：我們未來會(huì)在“冰立方”冰場(chǎng)之外，將虛實(shí)融合、冰壺曲線的捕捉技術(shù)用于群眾冰壺運(yùn)動(dòng)冰場(chǎng)，投入青少年的輔助訓(xùn)練中。而關(guān)于冰的研究，關(guān)于冬-夏場(chǎng)景轉(zhuǎn)換的研究，會(huì)一直指導(dǎo)“水立方”未來的運(yùn)營(yíng)。綜合性質(zhì)的群眾場(chǎng)館總是處在各種場(chǎng)景轉(zhuǎn)換之中，這種智慧控制手段會(huì)一直延續(xù)下去。整體思路上，這種室內(nèi)場(chǎng)館的環(huán)境轉(zhuǎn)換，包括冰水功能轉(zhuǎn)換，可能會(huì)對(duì)其他場(chǎng)館克服季節(jié)干擾導(dǎo)致經(jīng)營(yíng)下滑現(xiàn)象有所幫助。

★冬奧會(huì)歷史上體量最大的冰壺場(chǎng)館

★世界唯一水上項(xiàng)目和冰上項(xiàng)目均可運(yùn)行的雙奧場(chǎng)館

★世界上首個(gè)在泳池上架設(shè)冰壺賽道的奧運(yùn)場(chǎng)館

北京2022年冬奧會(huì)冰壺項(xiàng)目共有三個(gè)小項(xiàng)：男子冰壺、女子冰壺和混合雙人冰壺，其中混合雙人冰壺隊(duì)伍由一男一女兩位選手組成，沒有替補(bǔ)隊(duì)員。比賽以兩隊(duì)握手開始，每隊(duì)由4名場(chǎng)上隊(duì)員和1名替補(bǔ)隊(duì)員組成，分配紅色手柄冰壺的隊(duì)伍著深色服裝，分配黃色手柄冰壺的隊(duì)伍著淺色服裝。4名隊(duì)員分別任“一壘”“二壘”“三壘”以及最重要的“四壘”隊(duì)長(zhǎng)（或主將）。

兩隊(duì)的4名隊(duì)員交替投出用蘇格蘭花崗巖制成的冰壺，投壺目標(biāo)是距離不到150英尺外的大本營(yíng)，大本營(yíng)由4個(gè)同心圓組成。

隊(duì)長(zhǎng)相當(dāng)于團(tuán)隊(duì)“軍師”，進(jìn)行戰(zhàn)術(shù)規(guī)劃和及時(shí)調(diào)整，最大程度確保勝利。隊(duì)長(zhǎng)通過喊叫指導(dǎo)隊(duì)員們?cè)诒鶋厍八⒈?，刷冰能極大地影響冰壺滑行的速度和方向。

每局比賽中隊(duì)員可以利用防守壺?fù)踝〈蟊緺I(yíng)，利用投營(yíng)壺試圖得分，或使用擊打壺移除對(duì)手冰壺。

每隊(duì)投擲8只冰壺后，冰壺離大本營(yíng)中心最近的隊(duì)伍將得分。如果有不止1只冰壺比對(duì)手任意冰壺離大本營(yíng)中心更近，每只更近的冰壺都可積分，所有局結(jié)束后得分最高的隊(duì)伍獲勝。

綜合央視新聞、《國(guó)家人文歷史》