銘星冰雪科技人工造雪設(shè)備自主創(chuàng)新與應(yīng)用研究

利汶樺，李子欣

（1.中鐵房地產(chǎn)集團文旅發(fā)展有限公司，河北 張家口 076250；2.銘星冰雪（北京）科技有限公司，北京 100012）

銘星冰雪科技有限公司發(fā)揚獨立自主、艱苦創(chuàng)業(yè)的做法，打造了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的室內(nèi)外造雪設(shè)備，開發(fā)出室內(nèi)外滑雪場系統(tǒng)、真冰溜冰場系統(tǒng)、真雪飄雪系統(tǒng)、全天候人工降雪、高精度的室內(nèi)環(huán)境模擬控制、低溫制冷及冷凍系統(tǒng)總成等一系列高新技術(shù)，為室內(nèi)外雪場和真冰場、冰雪樂園、冰雪世界、冰雪小鎮(zhèn)等提供一體化專業(yè)解決方案與服務(wù)。在冰雪項目中，規(guī)模、技術(shù)難度和復(fù)雜程度方面創(chuàng)下了多項世界第一。銘星冰雪科技有限公司天津基地，是由銘星冰雪投資建設(shè)的亞洲大型冰雪裝備制造基地。該基地位于天津市靜海經(jīng)濟開發(fā)區(qū)，占地50畝，兩年內(nèi)可達到年產(chǎn)室外造雪機1000臺，飄雪機2000套，室內(nèi)造雪機1000套。是銘星冰雪自主知識產(chǎn)權(quán)的集中體現(xiàn)，是銘星冰雪面對冬奧機遇的重大戰(zhàn)略部署。

1 研究意義

人工造雪是冬季旅游的基礎(chǔ)。如果不進行人工造雪的雪量補充，天然降雪是無法滿足日益增加的旅游及滑雪運動的需求的。在此項需求的推動下，造雪機應(yīng)運而生。造雪機是人工造雪的核心設(shè)備，它是利用自然降雪的原理，根據(jù)自然

環(huán)境所具備的低溫條件，向環(huán)境中噴灑過冷的細小水滴產(chǎn)生晶核，促使大水滴和環(huán)境中的水蒸汽結(jié)晶、成雪。針對“科技冬奧”對高性能造雪機的迫切需求，以人工造雪行業(yè)國家級高新技術(shù)企業(yè)銘星冰雪（北京）科技有限公司核心產(chǎn)品研制中亟待破解的技術(shù)難題為對象，以高效成雪過程精準分析、關(guān)鍵部件及整機協(xié)同設(shè)計、系統(tǒng)高效匹配與調(diào)控為主線，突破造雪機噴嘴、核子器等部件及整機研發(fā)的共性關(guān)鍵技術(shù)，成功研制成雪率高、成雪時間短、使用壽命長的新型造雪機產(chǎn)品，完成新型高效智能造雪機及控制系統(tǒng)的典型示范，為大幅提升我國大型造雪裝備的自主研發(fā)能力做出重大貢獻。

2 研究內(nèi)容

2.1 技術(shù)原理

人工造雪時，所謂的成核劑器制造水和壓縮空氣的混合物，在施布過程中，混合物在大氣環(huán)境下形成雪核（晶核）。水在通過造雪機噴嘴時被霧化成微小液滴，它將與核素結(jié)合。接著，在降落到地面上的過程中，它們凍結(jié)成雪晶。不同造雪機都將模擬這一過程：炮式造雪機通過風機，槍式造雪機則利用高達10米的自然落差。就像自然降雪一樣，在人工造雪時，空氣溫度和空氣濕度都必須滿足一定的要求。在造雪中稱為濕球溫度，即溫度和相對濕度的條件。所以，濕球溫度要始終低于傳輸外部溫度。空氣越濕，它吸收的水蒸氣就越少。同時，還需要更低的溫度，使得小液滴可以形成雪核。

目前，市場上的人工造雪機是利用雪花降落的原理，將水和空氣混合在適宜的條件下制造出雪花而用于各種未能下雪又需要雪的地方。將水注入一個專用噴嘴或噴槍，在那里接觸到高壓空氣，高壓空氣將水流分割成微小的粒子并噴入寒冷的外部空氣中，在落到地面以前這些，小水滴凝固成冰晶，也就是人們看到的雪花。

造雪機成雪全過程中水體霧化、晶核發(fā)育以及雪晶生長受造雪機結(jié)構(gòu)、環(huán)境條件、運行參數(shù)等因素的綜合影響，且涉及復(fù)雜的流動、傳熱及相變等現(xiàn)象。因此，研究成雪全過程熱流特性高精度仿真方法，開展造雪機流動特性及傳熱特性分析，進而掌握造雪機內(nèi)外因作用復(fù)雜機制是研制新型高效造雪機的關(guān)鍵。

銘星冰雪科技通過自主創(chuàng)新，開展造雪機系統(tǒng)試驗，測量溫度、濕度、風速、當?shù)卮髿鈮毫Φ拳h(huán)境參數(shù)，及高壓泵的壓力與流量、軸流風機的風量、造雪機的造雪量等參數(shù)，建立造雪機系統(tǒng)性能與環(huán)境耦合作用的數(shù)據(jù)庫；研究典型運行條件下造雪機自學習控制方法，通過監(jiān)測、評估、調(diào)節(jié)和校正的迭代循環(huán)，在自我學習中不斷完善控制策略，開發(fā)全天候自適應(yīng)的造雪機系統(tǒng)智能控制技術(shù)，研制具有自主知識產(chǎn)權(quán)的人工造雪控制平臺，實現(xiàn)造雪機系統(tǒng)“環(huán)境參數(shù)-反饋信號-高效造雪”的快速匹配和智能調(diào)控。

銘星冰雪科技通過噴嘴和核子器的協(xié)同設(shè)計，開發(fā)高環(huán)境溫度下高成雪率造雪機，并進行部件及整機的可靠性分析；考慮配套設(shè)備與控制設(shè)備的特性，采用已建立的造雪機系統(tǒng)設(shè)計優(yōu)化平臺，進行新型造雪機系統(tǒng)全局優(yōu)化與運行參數(shù)的優(yōu)化匹配；采用全天候自適應(yīng)的造雪機系統(tǒng)智能控制技術(shù)，研制新型高效造雪設(shè)備：室外造雪機、室內(nèi)造雪機及飄雪機。實現(xiàn)在不同的地域及氣候條件下，溫度0℃、濕度50%的常態(tài)出雪。

2.2 技術(shù)水平及產(chǎn)品參數(shù)

銘星冰雪科技中國內(nèi)最早專注于冰雪技術(shù)研發(fā)的企業(yè)，一直專注從事冰雪設(shè)備的創(chuàng)新；擁有業(yè)內(nèi)最頂級的產(chǎn)品技術(shù)研發(fā)團隊；打被行業(yè)技術(shù)的國際感壘，創(chuàng)造多個國內(nèi)第一；投資8000萬建造現(xiàn)代化天津工；擁有完整設(shè)備生產(chǎn)線，規(guī)?；a(chǎn)三大實驗室，測試質(zhì)檢，保質(zhì)保編。

銘星冰雪是國內(nèi)唯一一家提供一體化規(guī)劃設(shè)計、項目施工等服務(wù)的專業(yè)企業(yè)擁有超30人的專業(yè)設(shè)計團隊，包括海歸背景設(shè)計師；團隊成功為數(shù)十個大型冰雪項目主題包裝，實戰(zhàn)經(jīng)驗豐富；根據(jù)客戶需求量身定制，規(guī)劃設(shè)計時充分考慮后期落地；專業(yè)化服務(wù)，流程化協(xié)作，保質(zhì)保量。超過15人的專業(yè)機電系統(tǒng)設(shè)計團隊，實戰(zhàn)經(jīng)驗豐富；擁有自主知識產(chǎn)權(quán)和核心降雪技術(shù)專利的“室內(nèi)分布式造雷系統(tǒng)”，在國內(nèi)外諸多大型雪場已成功應(yīng)用；充分考量系統(tǒng)每一細節(jié)，提前預(yù)備后續(xù)階段；各系統(tǒng)兼容性強，規(guī)劃合理，銜接對口。

資深專業(yè)團隊，實戰(zhàn)經(jīng)驗豐富；國內(nèi)首家成功研發(fā)并應(yīng)用了“室內(nèi)滑雪場專用工藝保溫系統(tǒng)”；“制冷造雪+工藝保溫一體化解決方案”已在重慶融創(chuàng)雪世界等項目成功實施，為項目節(jié)約成本、提高效率和項目管理質(zhì)量等方面創(chuàng)造價值。造雪設(shè)備規(guī)劃設(shè)計技術(shù)含量高、專業(yè)性強，是項目成功最關(guān)鍵的因素之一。

暴雪ESB-A8室內(nèi)造雪機是銘星冰雪自主研發(fā)制造的高科技室內(nèi)造雪設(shè)備，設(shè)計研發(fā)理念先進，專門采用特殊材質(zhì)精心打造內(nèi)外部結(jié)構(gòu)，機身體積小。僅為進口造雪機七分之一重量，即裝即用。暴雪ESB-A8室內(nèi)造雪機安裝簡單，即裝即用，大幅減少了對場館鋼結(jié)構(gòu)的要求。設(shè)備穩(wěn)定，可持續(xù)造雪造雪量大，雪質(zhì)為干雪、濕雪可調(diào)，媲美天然雪，在多個場館受到國家級專業(yè)運動員和教練員的好評。

暴雪ESB-A8造雪功能強大，適用于零下溫度的任何環(huán)境，且兼容性極佳；出雪量大、雪質(zhì)優(yōu)，可以替代天然降雪。在保證造雪效果的情況下，將能耗控制在最低，節(jié)約環(huán)保，調(diào)試維護方便，故障率幾乎為零，造雪技術(shù)遙遙領(lǐng)先國際水平，為用戶提供高品質(zhì)冰雪體驗。

2.3 專業(yè)服務(wù)與市場應(yīng)用

銘星冰雪科技已在冰雪領(lǐng)域構(gòu)筑了全產(chǎn)業(yè)服務(wù)鏈。目前，已開發(fā)出室內(nèi)外滑雪場系統(tǒng)、真冰溜冰場系統(tǒng)、真雪飄雪系統(tǒng)、全天候人工降雪、高精度的室內(nèi)環(huán)境模擬控制、低溫制冷及冷凍系統(tǒng)總成等一系列高新技術(shù)，為室內(nèi)外雪場和真冰場、冰雪樂園、冰雪世界、冰雪小鎮(zhèn)等提供一體化專業(yè)解決方案與服務(wù)。在室內(nèi)造雪技術(shù)和裝備領(lǐng)域的市場占有率高達85%以上，完成了超過200多個海內(nèi)外冰雪項目。其中，多個項目的規(guī)模、技術(shù)難度和復(fù)雜程度方面創(chuàng)下了多項世界第一。

銘星冰雪科技涵蓋多個冰雪小鎮(zhèn)、50多個冰面系統(tǒng)、50多個室外滑雪場、100多個室內(nèi)冰雪世界以及多個國家級冰雪實驗室，并在全國設(shè)立多家分公司。即將開業(yè)天津工廠，更將成為促進中國乃至世界冰雪體育快速發(fā)展的重大力量。

2.4 國內(nèi)市場代替水平

據(jù)不完全統(tǒng)計，截至2019年6月，全球已建成并運營的室內(nèi)滑雪場約有90家；其中，國內(nèi)室內(nèi)滑雪場有31家，約占全球市場份額1/3。銘星冰雪科技作為國內(nèi)冰雪行業(yè)的龍頭企業(yè)，在室內(nèi)造雪技術(shù)和裝備領(lǐng)域的市場占有率高達85%以上，完成了眾多大型室內(nèi)冰雪項目。包括榮獲吉尼斯世界紀錄“最大的室內(nèi)滑雪設(shè)施”認證的哈爾濱融創(chuàng)雪世界、全球第二大和第三大的成都融創(chuàng)雪世界及廣州融創(chuàng)雪世界、備戰(zhàn)2022冬奧而建的吉林北山國家越野滑雪訓練基地、國家級首批運動休閑特色小鎮(zhèn)—重慶際華園室內(nèi)滑雪館、貴州首家室內(nèi)滑雪館—關(guān)嶺奇緣谷冰雪小鎮(zhèn)室內(nèi)滑雪場、貴州荔波冰雪水世界室內(nèi)滑雪場、重慶武隆仙女山室內(nèi)滑雪場、石家莊西部長青室內(nèi)滑雪場、洛陽伏牛山室內(nèi)滑雪場、邯鄲四季室內(nèi)滑雪場、廣西忻城冰河世紀室內(nèi)滑雪場以及即將開業(yè)的重慶融創(chuàng)雪世界等項目。

3 研究結(jié)論

人工造雪機設(shè)備的發(fā)展是建立在滑雪場冬季運營市場發(fā)展的需要基礎(chǔ)上的，也是開展室內(nèi)冬季運動項目的重要保證。銘星冰雪科技的人工造雪設(shè)備適用于任何環(huán)境，且兼容性極佳；出雪量大、雪質(zhì)優(yōu)，可以替代自然降雪。在保證造雪效果的情況下，將能耗控制在最低，節(jié)約環(huán)保，調(diào)試維護方便，故障率幾乎為零。銘星冰雪科技接軌國際自主研發(fā)環(huán)境，深化冰雪裝備制造業(yè)的提質(zhì)升級，人工造雪技術(shù)遙遙領(lǐng)先國際水平，為用戶提供高品質(zhì)冰雪體驗，提高了人工冰雪裝備的國產(chǎn)化比重，是我國人工造雪領(lǐng)域自主創(chuàng)新的代表，是促進中國乃至世界冰雪體育產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展的重要力量。