驅(qū)風(fēng)者

宸心

阿爾山的起跳臺、云頂賽道的賽時風(fēng)環(huán)境、二七基地的風(fēng)洞測試，這些僅僅只是李波教授親身經(jīng)歷的、冬運中心組織的一些科技保障工作。

阿爾山的起跳臺、云頂賽道的賽時風(fēng)環(huán)境、二七基地的風(fēng)洞測試，這些僅僅只是李波教授親身經(jīng)歷的、冬運中心組織的一些科技保障工作。

阿爾山的起跳臺、云頂賽道的賽時風(fēng)環(huán)境、二七基地的風(fēng)洞測試，這些僅僅只是李波教授親身經(jīng)歷的、冬運中心組織的一些科技保障工作。

第一時間，李波教授的學(xué)生、同事紛紛點贊這條朋友圈，并評論——“這一刻可以揭秘大雪花是怎樣升起來的”“李波教授的保密工作做得太好了”。

大家紛紛稱奇的“大雪花”是開幕式當(dāng)晚，96朵互相連接標(biāo)志著參賽國家代表團的“小雪花”，6條橄欖枝將它們包圍，組成了一個“大雪花”圖案。這是2022年北京冬奧會的主火炬臺。

這片“大雪花”直徑14.89米，其實是一個采用雙面鏤空設(shè)計的LED屏幕，內(nèi)嵌有55萬余顆燈珠。它傾斜于地面45度，與正上方的奧運冰雪五環(huán)相呼應(yīng)。

開幕式當(dāng)晚，隨著地臺升起，兩名火炬手出現(xiàn)在雪花正中，把手中的火炬插入雪花之中。雪花慢慢升起，懸掛在鳥巢的上空。就這樣，點火儀式完成了。

燕山雪花大如席，喜迎賓客四方來。立春之日晶瑩的“大雪花”在鳥巢升騰，驚艷北京冬奧會開幕。緩緩升起的巨大雪花在北京的寒風(fēng)中穩(wěn)穩(wěn)當(dāng)當(dāng)，這背后離不開北京交通大學(xué)風(fēng)洞實驗室的技術(shù)支持。

李波教授說，為了保密，這朵“大雪花”代號為“風(fēng)車”。2018年，他帶領(lǐng)團隊成員開始投入到北京冬奧會場館的建設(shè)和運動隊的風(fēng)洞測試與訓(xùn)練中，除此之外，他們還承擔(dān)了開幕式抗風(fēng)設(shè)計這項“秘密工作”。

高亭宇奪冠的背后，是不斷創(chuàng)新的訓(xùn)練方法！李波教授覺得自己非常幸運，能在二七基地跟頂尖教練員合作V/ZgntXUIUdhBEgwIGU6CtBZ+Abo6E9lPFgAZdOHpYc=，開發(fā)出這套“大風(fēng)扇”！從前期的CFD數(shù)值模擬，到風(fēng)扇的適用性、安全性改造，從在冰場的調(diào)試到冰面監(jiān)測，大家共同完成了這項工作。

2021年7月，李波接到北京冬奧會的通知，驗證“大雪花”的點火方案。原方案是將其從場館頂部懸吊下來，并傾斜于地面，火炬手將火炬插入，繼而起吊升空、旋轉(zhuǎn)。

憑借著提供國慶70年慶典花車、建黨百年慶典紅色拱門等重要項目的抗風(fēng)咨詢工作經(jīng)驗，李波意識到保障“大雪花”的點火功能是關(guān)鍵。為此，一支力求“讓風(fēng)的影響消失”的公關(guān)團隊組建而成。

想要確保在安全穩(wěn)定的前提下，實現(xiàn)點火儀式功能，就必須知道當(dāng)天場館內(nèi)的實際風(fēng)速。李波教授的團隊?wèi){借常年觀測北京中心城區(qū)風(fēng)速所積攢的大量歷史數(shù)據(jù)，對鳥巢在冬奧會開幕式期間的局地風(fēng)氣候進行了評估。團隊很快發(fā)現(xiàn)，受鳥巢建筑物影響，“大雪花”升起區(qū)域的風(fēng)速條件與局地風(fēng)氣候并不相同。為此，他們又制作了鳥巢縮尺模型進行風(fēng)洞試驗，確定出了“大雪花”在開幕式中受到風(fēng)速的概率模型。

這期間，經(jīng)歷了反復(fù)試驗，新的問題也不斷接踵而來。

由橄欖枝、小雪花組成的“大雪花”，整體是鏤空結(jié)構(gòu)的。團隊最初制作的初版“大雪花”模型質(zhì)地輕薄，無法進行試驗。由于“大雪花”形體十分復(fù)雜，還要在開幕式中進行翻轉(zhuǎn)、升起及旋轉(zhuǎn)等動作，只有制作出高保真的縮尺模型才能準確測量并得到“大雪花”在不同狀態(tài)受到的風(fēng)荷載。在意識到借助傳統(tǒng)的建筑物風(fēng)洞試驗?zāi)Ｐ痛罱ǚ椒ㄐ胁煌ê?，團隊經(jīng)過多次修正，最終采用鋁合金3D打印制作出試驗所需的高保真縮尺模型，其逼真程度讓主火炬設(shè)計團隊都大為贊嘆。

縮尺模型風(fēng)洞試驗

縮尺模型風(fēng)洞試驗

鳥巢1/200縮尺模型風(fēng)洞試驗

傾斜狀態(tài)內(nèi)場“大雪花”風(fēng)致振動分析模型

張雨霏在進行風(fēng)洞測試

可多次試驗后團隊發(fā)現(xiàn)，按照原方案，無論風(fēng)速如何，“大雪花”總是控制不住地左右搖擺。傾斜狀態(tài)下，“大雪花”的擺動高達1至2米，火炬手根本無法將火炬準確插入其中。

在2021年國慶前夕，團隊提出建議，將原方案調(diào)整為“懸掛+支架”的方式，不僅能保證火炬手準確插入火炬，還符合簡約的理念。

經(jīng)過一次次嘗試、失敗、調(diào)整、多次測試后，晶瑩的“大雪花”最終在冬奧會開幕式上穩(wěn)穩(wěn)亮相。難怪李波教授自豪地說：“我們的‘大雪花’經(jīng)受住了風(fēng)的考驗！”

在冬奧會主火炬大雪花裝置的設(shè)計中，團隊主要負責(zé)了哪些工作？

李波：張藝謀團隊負責(zé)創(chuàng)意，中國航天集團負責(zé)主火炬的設(shè)計，我們主要來評估這些創(chuàng)意在風(fēng)的影響下能否實現(xiàn)，用什么辦法能實現(xiàn)。特別是引發(fā)大量關(guān)注的雪花設(shè)計，我們會去評估現(xiàn)場的風(fēng)有多大、大雪花晃動數(shù)據(jù)是多少，而這些正是點火儀式能否順利完成的關(guān)鍵。

在前期工作中，大雪花的模型一直在修改。設(shè)計團隊提供一個模型，我們對模型進行風(fēng)力風(fēng)速的測試，再把結(jié)果反饋給他們，看看方案可不可以實行。這是一個反復(fù)溝通的過程，我們配合設(shè)計團隊做過的大雪花風(fēng)振分析有好幾版。

對雪花裝置的測試工作是怎么做到如此保密的？

李波：當(dāng)然是知道的人越少越好。我們團隊只有五個人參與進來，三個老師、兩個研究生。每次試驗完成之后，所有材料、圖紙都要藏起來，因為我們的模型做得太精細了，橄欖枝、小雪花在模型上都有，就連國家名牌我們也都做上去了，只是上面沒有字，不知道具體是哪個國家的名牌罷了。

其次是交流（保密），我們把大雪花稱作“風(fēng)車”，對“風(fēng)車”的交流也局限在我們這五個人之間，而且和設(shè)計團隊也都是面對面交流，不能通過網(wǎng)絡(luò)傳遞。

除了“大雪花”的抗風(fēng)設(shè)計，此次冬奧會中團隊還貢獻了哪些技術(shù)支持？利用風(fēng)洞實驗得到的數(shù)據(jù)還可以為冬奧會比賽提供哪些幫助？

李波：在辦賽方面，我們負責(zé)了建設(shè)難度最大的延慶賽區(qū)抗風(fēng)咨詢和風(fēng)環(huán)境評估;在參賽方面，我們協(xié)助國家體育總局建設(shè)了體育專業(yè)風(fēng)洞，負責(zé)完成了十余支國家隊的風(fēng)洞測試和訓(xùn)練。

將風(fēng)洞試驗與氣象數(shù)據(jù)相結(jié)合得到的賽時風(fēng)環(huán)境數(shù)據(jù)有幾種不同的用途，例如鳥巢的數(shù)據(jù)可以幫助雪花裝置升起。對于首鋼大跳臺、自由式滑雪空中技巧、U型場地等，我們會把數(shù)據(jù)提交給有關(guān)代表團，讓他們進行有針對性地備戰(zhàn)。

對于延慶賽區(qū)的高山滑雪中心，我們主要是保證比賽的順利進行。延慶賽區(qū)位于北京西北部小海陀山，冬季極端風(fēng)速可達40米/秒，如果比賽當(dāng)天風(fēng)太大，會影響運動員的安全，比賽可能會被取消，之前平昌冬奧會男子滑雪比賽就因為大風(fēng)推遲了。所以，這次我們在延慶賽區(qū)高山滑雪中心滑降賽道出發(fā)區(qū)設(shè)計了擋風(fēng)墻。這些工作將高山滑雪比賽能夠如期舉行的概率提升至90%以上。

責(zé)任編輯：陳思