奧運(yùn)“冰雪之戰(zhàn)”有智慧

本刊綜合

冰墩墩、雪如意、大跳臺、最快的冰……當(dāng)看到這些詞的時候，你第一時間想到了什么？是不是和小編一樣，想到了2022年北京冬奧會呢？

第24屆冬季奧林匹克運(yùn)動會（即2022年北京冬奧會）于2月4日至2月20日在北京舉行，吸引了全世界人們的目光。

這場“冰雪之戰(zhàn)”看點(diǎn)十足：“飛揚(yáng)”火炬如絲帶飄繞，可謂“永不熄滅”;“水立方”搖身變成“冰立方”，“雙奧場館”為運(yùn)動員提供全新的冰上體驗(yàn);運(yùn)動員在“冰絲帶”“最快的冰”上輕盈地滑過，不斷打破紀(jì)錄……這些都具有滿滿的科技感、滿滿的知識點(diǎn)。

你知道嗎

世界上首個“雙奧之城”是哪座城市？

它是我國的首都北京。北京是世界上首個既舉辦了夏季奧運(yùn)會又舉辦了冬季奧運(yùn)會的城市?！半p奧場館”即在這兩次奧運(yùn)會上都投入使用的場館。

火炬篇???激情“飛揚(yáng)”

“飛揚(yáng)”火炬自上而下從祥云紋樣過渡到剪紙風(fēng)格的雪花圖案，旋轉(zhuǎn)上升，如絲帶飄舞。它的外殼采用重量輕、耐高溫的碳纖維材料。燃燒罐也以碳纖維材質(zhì)為主。

“飛揚(yáng)”火炬以氫為燃料，實(shí)現(xiàn)了燃燒的零排放，且在極寒天氣中能正常使用，并可抗10級風(fēng)，可謂“永不熄滅的火炬”。

火炬?zhèn)鬟f也融入了不少科技元素。以人機(jī)共融等方式實(shí)現(xiàn)跨域傳遞。火炬交接時，兩支火炬的頂部緊密相扣，如兩只手相握，象征不同文明交流互鑒。

場館篇??? “冰”家族與“雪”家族

2022年北京冬奧會場館的昵稱都與冰、雪有關(guān)，藏著中國式浪漫。比如：國家跳臺滑雪中心的昵稱為“雪如意”;國家雪車雪橇中心的昵稱為“雪游龍”;國家速滑館的昵稱為“冰絲帶”，外墻上鑲嵌著由玻璃制成的22道裝飾條，宛如晶瑩剔透的冰雪外衣。

“水冰轉(zhuǎn)換”不簡單

“冰立方”（國家游泳中心）可是奧運(yùn)會上的“老面孔”，它是由2008年北京奧運(yùn)會的場館“水立方”轉(zhuǎn)換而來，是2022年北京冬奧會冰壺項(xiàng)目的比賽場地。

“水立方”改造成“冰立方”并非機(jī)械性的轉(zhuǎn)換，而是在保有“水立方”水上功能的基礎(chǔ)上新增冰上功能。也就是在比賽大廳中部，通過搭建可轉(zhuǎn)換架體、安裝可拆裝制冰系統(tǒng)形成具有4條標(biāo)準(zhǔn)賽道的冰壺場地。

在游泳池上“搭架子”并不是一件容易的事。設(shè)計團(tuán)隊(duì)在嘗試了木頭、鋼筋等多種材料后，最終選擇了鋼結(jié)構(gòu)加輕質(zhì)混凝土預(yù)制板結(jié)構(gòu)體系。

可轉(zhuǎn)換鋼結(jié)構(gòu)由2600根3米高、2米長的薄壁H型鋼搭建而成，每根梁柱裝有柱腳，每個連接點(diǎn)裝有可拆卸高強(qiáng)度螺絲，確保鋼架堅固結(jié)實(shí)。

冰壺比賽對現(xiàn)場環(huán)境要求極高，如果比賽場館未能有效密封，濕熱空氣進(jìn)入賽場，就會造成冰面起霧，影響比賽。所以，設(shè)計團(tuán)隊(duì)對場館進(jìn)行了改造，增加了除濕系統(tǒng)、吸聲材料、室內(nèi)外空氣隔離設(shè)施等。

“水立方”變身“冰立方”的關(guān)鍵環(huán)節(jié)還是制冰。場館采用制冰機(jī)組“兩用一備”的方案，即賽場旁邊有兩組管道，一進(jìn)一出形成回路，制冰基礎(chǔ)層上有序地鋪裝著制冰排管，室外制冷機(jī)組相當(dāng)于“心臟”。打開制冰機(jī)組使其運(yùn)行，將載冷劑通過管道循環(huán)輸送至制冰場，保證賽場制冰順利進(jìn)行。

世界第一“冰絲帶”

國家速滑館是2022年北京冬奧會北京賽區(qū)唯一新建的冰上競技場館，如同一條冰雪織就的絲帶。別看它現(xiàn)在如此美麗，當(dāng)初建造的時候可是費(fèi)了不少力氣。

“冰絲帶”的主要屋頂結(jié)構(gòu)是目前世界體育場館中規(guī)模最大的單層雙向正交馬鞍形索網(wǎng)屋面，長跨約200米，短跨約130米。它的核心部件是一種叫“高釩密閉索”的零件。起初計劃建造時，國內(nèi)還沒有這種部件。建設(shè)團(tuán)隊(duì)自主創(chuàng)新，僅用3個月就突破了瓶頸，掌握了技術(shù)核心，實(shí)現(xiàn)了高釩密閉索國產(chǎn)化，創(chuàng)新性地采用索網(wǎng)結(jié)構(gòu)體系。

“冰絲帶”采用全冰面設(shè)計，1.2萬平方米的冰面創(chuàng)下了亞洲之最。冰面分區(qū)域控溫，冰面下猶如千層糕，從下向上鋪設(shè)加熱層、防潮隔汽層、保溫層、隔離層、防水層、滑動層、混凝土冰板層……整整9層。

冰雪篇??就是不一樣

說起2022年北京冬奧會，那自然離不開主角冰與雪。

不同賽事用不同的冰

“冬奧冰”的制作并不簡單，不僅要做到形成時間快、表面光滑，還需滿足不同比賽項(xiàng)目對冰面溫度、厚度等的不同需求。

短道速滑需要“最快的冰”，這就要求冰面厚度為3厘米到5厘米，冰面溫度為-7 ℃至-6? ?℃。

短道速滑冰道每圈為111.12米，被稱為“大道”的速度滑冰冰道周長要比它長得多，為400米。所以，“大道”要求冰面厚度在2.5厘米到3厘米之間，冰面溫度為-9? ℃至-5? ℃ 。

被譽(yù)為“冰上舞蹈”的花樣滑冰對冰面厚度要求為6厘米到7厘米，冰面溫度要求為-4 ℃至-3? ℃。

冰球與冰壺比賽要求冰面溫度在-6 ℃，且冰面極為平整。在冰壺比賽中，冰面1毫米的平整度偏差都會對冰壺的走向產(chǎn)生很大影響，進(jìn)而影響運(yùn)動員發(fā)揮。

打造“最快的冰”

由于二氧化碳做制冷劑不但無毒，而且環(huán)保，不會破壞臭氧層，所以被運(yùn)用于制冰。2022年北京冬奧會北京賽區(qū)共有15塊冰面，其中7塊采用了先進(jìn)的二氧化碳跨臨界直冷制冰技術(shù)。本次奧運(yùn)會也成為歷史上首次大規(guī)模使用二氧化碳制冷劑的奧運(yùn)會。

采用二氧化碳直接蒸發(fā)制冷技術(shù)，制冷劑在地下預(yù)埋的盤管中進(jìn)行熱交換，不僅系統(tǒng)換熱效率更高，還可將冰面溫差控制在0.5 ℃以內(nèi)，制成的冰也更加均勻，不會出現(xiàn)冰面各處溫度不一樣、冰面硬度不均勻的情況。

此外，相比傳統(tǒng)的制冰技術(shù)，二氧化碳跨臨界直冷制冰技術(shù)能將能效提升20%以上。制冰產(chǎn)生的余熱經(jīng)高效回收后可提供70 ℃熱水，用于生活熱水、冰面維護(hù)、場館除濕等。

選用人造雪

充足的積雪是冬奧會順利進(jìn)行的基本條件。在依靠自然雪的年代，出現(xiàn)過老天“不給面子”，積雪不足以讓冬奧會順利進(jìn)行的情況。而人造雪就可以改變冬奧會“靠天賞臉”的局面，化解主辦地?zé)o雪、少雪的尷尬。

隨著奧運(yùn)會各項(xiàng)賽事更加公平公正化和標(biāo)準(zhǔn)化，對競技場地的雪量和雪質(zhì)的要求更高。

自然積雪的孔隙率高、密度小、強(qiáng)度低，物理特性多變，無法滿足某些比賽用雪需求，且對運(yùn)動員的成績及滑雪的舒適感等都有影響。人造雪的雪層單一、性狀穩(wěn)定，在被壓平整、注水后，更容易成為物理性質(zhì)一致的雪道，保證運(yùn)動員在公平公正的條件下展開競技。

2022年北京冬奧會不僅選用人造雪，還根據(jù)不同比賽項(xiàng)目對場地的不同需求造出了9種不同型號的雪。

裝備篇??? 完美“戰(zhàn)衣”

要想取得好成績，少不了完美裝備的輔助。2022年北京冬奧會上，我國奧運(yùn)健兒的“戰(zhàn)衣”集減阻、防護(hù)于一體，包含了很多高科技元素。

競速類項(xiàng)目追求“快”，那么比賽服就要考慮減阻。短道速滑比賽服采用空氣湍流控制減阻和邊界滑移減阻技術(shù)，表面為凹坑結(jié)構(gòu)，將空氣迅速導(dǎo)流，相比普通滑冰服，減阻力能提升5%～10%。整體采用新型的高彈防切割面料，由單向防切割升級為雙向防切割，在保持彈性的基礎(chǔ)上，防切割性能提高了20%～30%，給運(yùn)動員提供全方位的防護(hù)。

高山滑雪訓(xùn)練防護(hù)服采用新型抗沖擊結(jié)構(gòu)和新型吸能緩震材料，使高山滑雪運(yùn)動員在穿越旗門時免受傷害。

運(yùn)動項(xiàng)目篇??百問百答

我們要想看懂冬奧會，關(guān)于競賽項(xiàng)目的知識可一定要掌握哦。下面進(jìn)入問答環(huán)節(jié)，看看誰能又快又準(zhǔn)地回答出所有的問題。

1.冬奧會有哪些競賽項(xiàng)目？

冬奧會競賽項(xiàng)目共有7大項(xiàng)和15個分項(xiàng)。7個大項(xiàng)為滑冰、冰球、冰壺、滑雪、冬季兩項(xiàng)、雪車和雪橇。15個分項(xiàng)為高山滑雪、自由式滑雪、單板滑雪、越野滑雪、跳臺滑雪、北歐兩項(xiàng)、短道速滑、速度滑冰、花樣滑冰、冰球、冰壺、雪車、鋼架雪車、雪橇和冬季兩項(xiàng)。

2.2022年北京冬奧會新增了哪些比賽項(xiàng)目？

本次冬奧會新增了7個小項(xiàng)：女子單人雪車、短道速滑混合團(tuán)體接力、跳臺滑雪混合團(tuán)體、自由式滑雪大跳臺（男子、女子）、自由式滑雪空中技巧混合團(tuán)體和單板滑雪障礙追逐混合團(tuán)體。

3. 最具“反差萌”的項(xiàng)目是什么？

冬季兩項(xiàng)，它是越野滑雪和射擊相結(jié)合的運(yùn)動，由遠(yuǎn)古時期獵人滑雪狩獵的活動演變而來。運(yùn)動員在滑行時需要在指定的位置完成射擊動作，堪稱“靜如處子，動如脫兔”。

4.為什么冰球是扁的，而不是圓的？

冰球由英文ice hockey翻譯而來，hockey又譯為曲棍球，所以，ice hockey的中文名稱就變成了冰球。

為了快速鎖定冰球的位置，冰球通常是黑色的，外形酷似象棋，和人們想象中的球類完全不一樣。

從科學(xué)的角度來講，冰球上下兩個平整的表面可以完全與冰面接觸，增加滑動時的摩擦力，能在冰面上更穩(wěn)地“行走”，運(yùn)動員也可以很好地控制它。

5.鋼架雪車、雪車和雪橇有什么不同？

鋼架雪車、雪車、雪橇三個項(xiàng)目有相似之處，均在延慶賽區(qū)的國家雪車雪橇中心進(jìn)行，比賽使用同一個賽道，而且雪車和鋼架雪車共用一個起點(diǎn)。

鋼架雪車被稱為“冰上俯沖機(jī)”，它和雪橇都只有底座，沒有外殼，而被稱為“冰上F1”的雪車是有外殼的，更像車。雪橇和鋼架雪車沒有轉(zhuǎn)向和制動裝置，而雪車車體是配備轉(zhuǎn)向和制動裝置的。雪橇是通過前后擺動及耙冰獲得初始速度，而雪車和鋼架雪車是通過奔跑推動車體而獲得初始速度。雪橇需要運(yùn)動員躺著滑，雪車需要運(yùn)動員坐著滑，而鋼架雪車需要運(yùn)動員趴著滑。

6.為什么冰壺比賽時，運(yùn)動員要瘋狂“擦地”？

在冰壺比賽時，運(yùn)動員用冰刷掃冰，冰刷與冰摩擦生熱。這部分熱量使少量冰融化，這樣在冰壺和冰之間會形成一層薄薄的水膜，可以減小兩者之間的摩擦，使冰壺滑行得更加順暢，同時能調(diào)整冰壺的滑行軌道。

2022年北京冬奧會雖然結(jié)束了，但是體育精神還在，運(yùn)動永遠(yuǎn)不會停歇。了解冬奧，了解冰雪，讓我們積極參與冰雪運(yùn)動，享受冰雪帶來的快樂吧！