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冬奧會(huì)中，這些高校貢獻(xiàn)了科技力量！

2022-02-07 16:48:59 作者：DT新材料來源：DT新材料分享至：

申冬奧成功以來，“科技冬奧”重點(diǎn)攻關(guān)大力推進(jìn)，《科技冬奧（2022）行動(dòng)計(jì)劃》全面展開，國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“科技冬奧”重點(diǎn)專項(xiàng)有序推進(jìn)，取得了一系列科技創(chuàng)新成果。這其中自然少不了高校的力量。

據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，清華大學(xué)、浙江大學(xué)、復(fù)旦大學(xué)、上海交通大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)、北京航空航天大學(xué)、重慶大學(xué)、大連理工大學(xué)、北京林業(yè)大學(xué)、東北大學(xué)等國內(nèi)多所高校貢獻(xiàn)了科技智慧，助力冬奧。

浙江大學(xué)

織就炫酷的“冰絲帶”

作為唯一新建冰上競賽場館——國家速滑館“冰絲帶”為世界貢獻(xiàn)了由中國設(shè)計(jì)、中國技術(shù)、中國材料、中國制造組成的奧運(yùn)場館建設(shè)“中國方案”。這其中，浙江大學(xué)建筑工程學(xué)院羅堯治教授團(tuán)隊(duì)和鄧華、袁行飛教授團(tuán)隊(duì)就為“冰絲帶”超大跨度索網(wǎng)結(jié)構(gòu)建設(shè)施工與運(yùn)維保障提供了重要的科技力量。

“冰絲帶”的屋面體系采用了雙曲面馬鞍形單層索網(wǎng)結(jié)構(gòu)，是目前世界上跨度最大的單層雙向正交馬鞍形索網(wǎng)屋面體育館。所謂的索網(wǎng)結(jié)構(gòu)，簡單地說，就是一張由鋼索編織而成的大網(wǎng)。這樣一張大網(wǎng)“扣”在了速滑館的上方，形成一個(gè)馬鞍形雙曲面屋頂。

相較于傳統(tǒng)的剛性屋面結(jié)構(gòu)體系，柔性的索網(wǎng)屋面在滿足結(jié)構(gòu)功能的前提下大大減小了結(jié)構(gòu)的用鋼量，這樣精巧的空間設(shè)計(jì)為節(jié)能環(huán)保提供了保障。

除了對“冰絲帶”屋頂?shù)谋O(jiān)測，浙大團(tuán)隊(duì)還對速滑館的賽場冰下混凝土開展了結(jié)構(gòu)監(jiān)測。“冰絲帶”采用了全冰面設(shè)計(jì)，同時(shí)也采用最先進(jìn)的制冰技術(shù)，冰面溫差可控制在0.5℃以內(nèi)。

在“冰絲帶”建設(shè)期間，浙江大學(xué)建筑工程學(xué)院的另一撥人馬也發(fā)揮了重要作用。為了更好解決屋頂?shù)慕ㄔO(shè)難題，鄧華、袁行飛教授團(tuán)隊(duì)通過12：1的縮尺模型，開展了國家速滑館大跨度索網(wǎng)屋蓋結(jié)構(gòu)建造關(guān)鍵技術(shù)及模型試驗(yàn)研究。

復(fù)旦大學(xué)

智能冰上運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練分析系統(tǒng)

如何通過人工智能為冬奧健兒的體育訓(xùn)練賦能？復(fù)旦大學(xué)工程與應(yīng)用技術(shù)研究院教授、智能機(jī)器人研究院常務(wù)副院長張立華團(tuán)隊(duì)研發(fā)智能冰上運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練分析系統(tǒng)。這一系統(tǒng)的主要技術(shù)指標(biāo)被2022北京冬奧會(huì)采用，讓“智能化”教練親身指導(dǎo)，助你化身“冰雪精靈”！

該系統(tǒng)采用基于人工智能計(jì)算機(jī)視覺算法對滑冰運(yùn)動(dòng)員的動(dòng)作、姿態(tài)、速度等信息進(jìn)行智能分析對比，從定性、定量再到定制化分析每個(gè)運(yùn)動(dòng)員的特點(diǎn)，提高科學(xué)化訓(xùn)練水平與效率，有效減輕教練員工作負(fù)荷，實(shí)現(xiàn)科學(xué)訓(xùn)練、有效提升運(yùn)動(dòng)員訓(xùn)練效果和競賽成績的目的。

“我們利用人工智能技術(shù)，可以分析冰上運(yùn)動(dòng)員的骨架、各關(guān)節(jié)的動(dòng)作、姿勢，這叫運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的骨架節(jié)點(diǎn)識別和可視化。”張立華介紹。

未來，張立華團(tuán)隊(duì)將面向?qū)I(yè)和大眾運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目開展比賽訓(xùn)練分析算法及應(yīng)用系統(tǒng)研究，根據(jù)現(xiàn)有基礎(chǔ)建設(shè)競技體育比賽訓(xùn)練智能分析平臺，實(shí)現(xiàn)訓(xùn)練輔助分析、比賽輔助裁判等智能化應(yīng)用，并建設(shè)示范性智能化體育比賽場館、大眾體育智能化示范設(shè)施，讓廣大群眾能夠在日常運(yùn)動(dòng)中感受“智能化”服務(wù)帶來的全新體驗(yàn)。

上海交通大學(xué)

自主研發(fā)的滑雪機(jī)器人

近日，由上海交通大學(xué)設(shè)計(jì)研發(fā)的六足滑雪機(jī)器人在沈陽完成了初級道、中級道以及與人共同滑雪實(shí)驗(yàn)，通過了穩(wěn)定控制、智能感知、規(guī)劃決策等多方面的測試。這款滑雪機(jī)器人是在“科技冬奧”的號召下，由上海交通大學(xué)高峰教授領(lǐng)銜，上海交通大學(xué)機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院和電子信息與電氣工程學(xué)院組成的足式機(jī)器人研究團(tuán)隊(duì)研制，獲得了科技部國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“科技冬奧”重點(diǎn)專項(xiàng)支持。

不僅能高速滑雪，還能躲避人群、自己規(guī)劃最優(yōu)路線。滑雪機(jī)器人在初級與中級雪道中的測試，證明了自己具備敏捷的轉(zhuǎn)彎、制動(dòng)能力和強(qiáng)大的自主感知、規(guī)劃能力。它能在雪場高速滑行，遇到障礙物還能急轉(zhuǎn)彎，繼續(xù)保持自己矯健的滑雪身姿，還能在滑行的過程中完成高山滑雪運(yùn)動(dòng)中的“過旗門”任務(wù)，能夠?qū)崿F(xiàn)良好的速度、方向控制，具有滑行、急停、避障、繞桿等功能。

據(jù)介紹，上海交通大學(xué)足式機(jī)器人團(tuán)隊(duì)研發(fā)的這款滑雪機(jī)器人是六足機(jī)器人，采用雙板滑雪。中間的四條腿分成兩組，每兩條腿固定在一個(gè)滑雪板上，用于控制滑雪板的位置和姿態(tài)，兩側(cè)的兩條腿分別加裝了滑雪杖，用以模仿人，實(shí)現(xiàn)點(diǎn)杖的功能。每個(gè)滑雪板具有五個(gè)自由度，通過控制滑雪板的位姿可以實(shí)現(xiàn)滑雪的速度控制、轉(zhuǎn)彎和制動(dòng)等功能。

滑雪機(jī)器人不僅是“科技冬奧”的直觀體現(xiàn)，同時(shí)也以“人機(jī)共融”的理念為后冬奧時(shí)代提供了無限暢想。研究團(tuán)隊(duì)表示，“冬奧會(huì)結(jié)束后，這款機(jī)器人還可以結(jié)合當(dāng)下5G、無線網(wǎng)絡(luò)等先進(jìn)技術(shù)，通過遠(yuǎn)程控制，實(shí)現(xiàn)滑雪機(jī)器人同場競技，創(chuàng)造電-機(jī)-競的全新娛樂模式，為滑雪愛好者和青少年創(chuàng)造科技感十足的娛樂新風(fēng)尚。”

北京航空航天大學(xué)

航天科技助力冰雪訓(xùn)練決勝毫厘之間

科技助力競技體育需要科學(xué)的訓(xùn)練才能夠決勝毫厘之間，有哪些方式可以提升運(yùn)動(dòng)員的速度呢？哪里轉(zhuǎn)彎哪里變換姿勢是最為恰當(dāng)和合適的呢？北京航空航天大學(xué)教授柯鵬團(tuán)隊(duì)研發(fā)出了一套訓(xùn)練神器。

據(jù)介紹，北京航空航天大學(xué)交通科學(xué)與工程學(xué)院副教授柯鵬帶領(lǐng)著團(tuán)隊(duì)，從2019年開始，充分借鑒航空工程的基礎(chǔ)理論和技術(shù)方法，在服裝、裝備、動(dòng)作、冰面摩擦等每一個(gè)環(huán)節(jié)，都經(jīng)過了細(xì)致的研究。對于運(yùn)動(dòng)員什么時(shí)候加速、怎樣轉(zhuǎn)彎、如何減少阻力、滑行路線選擇、體能分配和配速優(yōu)化方面，都引入航空航天科技，特別是找到了適合中國運(yùn)動(dòng)員的最佳滑行線路，借助科技讓訓(xùn)練更科學(xué)。

重慶大學(xué)

研發(fā)監(jiān)測系統(tǒng) 隨時(shí)為臨時(shí)設(shè)施“體檢”

為保障大規(guī)模臨時(shí)設(shè)施的安全，重慶大學(xué)“科技冬奧”團(tuán)隊(duì)成員、土木工程學(xué)院劉綱教授研發(fā)了嚴(yán)寒山區(qū)復(fù)雜地形下大面積高容量臨時(shí)設(shè)施安全運(yùn)維監(jiān)測系統(tǒng)。他告訴視界網(wǎng)記者：“通過在臨時(shí)設(shè)施上安裝溫度、濕度等環(huán)境傳感器，以及振動(dòng)、傾角、應(yīng)變等結(jié)構(gòu)響應(yīng)傳感器，實(shí)時(shí)監(jiān)測臨時(shí)看臺的狀態(tài)，隨時(shí)對設(shè)施進(jìn)行‘體檢’”。

小插銷帶來大保障

冬奧會(huì)臨時(shí)設(shè)施大多都建在腳手架上，所以每一個(gè)連接點(diǎn)的安全牢固就非常重要。在實(shí)驗(yàn)室檢測現(xiàn)場腳手架上的每一個(gè)連接處，都插著數(shù)個(gè)插銷來實(shí)現(xiàn)的固定和鏈接。為此重慶大學(xué)“科技冬奧”團(tuán)隊(duì)研發(fā)了一套設(shè)備，實(shí)現(xiàn)用無人機(jī)給整個(gè)賽場的腳手架做體檢。僅僅拍一張照片，就能夠檢測出拍照范圍內(nèi)的插銷是否安裝到位。每一片插銷都預(yù)先涂上了特有的反光材料，一旦有安裝不到位的情況，通過無人機(jī)拍照就能夠立馬在顯示屏中看到反饋。這樣，既節(jié)約了時(shí)間、人力，也最大程度地保證臨時(shí)設(shè)施的安全牢固。

目前，重慶大學(xué)“科技冬奧”團(tuán)隊(duì)已在崇禮和延慶賽區(qū)，共計(jì)安裝了30套設(shè)備對臨時(shí)設(shè)施安全進(jìn)行監(jiān)測，設(shè)備要等冬奧會(huì)和冬殘奧會(huì)結(jié)束后才會(huì)拆除，期間所有的監(jiān)測數(shù)據(jù)都會(huì)實(shí)時(shí)發(fā)給現(xiàn)場的運(yùn)維人員，對臨時(shí)設(shè)施架體進(jìn)行及時(shí)維護(hù)。

關(guān)鍵專利技術(shù) 保障臨時(shí)設(shè)施安全運(yùn)行

另外，賽場下都是凍土，如何保證建筑安全？重慶大學(xué)“科技冬奧”團(tuán)隊(duì)研發(fā)了適用于嚴(yán)寒山區(qū)大面積復(fù)雜結(jié)構(gòu)荷載的抗凍融循環(huán)凍土地基快速處理專利技術(shù)新型樁。

通俗來說就是氣溫到了零下，土壤里面的水變成了冰，隨著氣候變化，凍土在不斷凍脹融沉。當(dāng)?shù)鼗寥雷兓獪y，那么打下的地基也將受到影響，地上的建筑物也就不會(huì)穩(wěn)固。劉綱教授說，“新型樁樁身采用螺旋葉片式設(shè)計(jì)，這是便于機(jī)械旋螺鉆進(jìn)施工，從而到達(dá)實(shí)現(xiàn)快速、弱擾動(dòng)施工，單樁施工僅需十余分鐘；可反向旋擰回收再利用，實(shí)現(xiàn)綠色辦奧運(yùn)的理念。”

不僅如此，所研發(fā)的新型樁除可顯著提高承載力外，最大特點(diǎn)在于樁身深入凍土地層段采用隔離套設(shè)計(jì)，將中心承載鋼管與周圍凍土隔離，消除了地基土凍脹融沉的影響。

清華大學(xué)

智能加熱裝備

冬奧會(huì)期間，無論是工作人員還是現(xiàn)場觀眾，冬季室外低溫都是個(gè)大麻煩。在極寒條件下如何溫暖觀賽？清華大學(xué)建筑學(xué)院副教授曹彬團(tuán)隊(duì)專門開發(fā)了極寒環(huán)境下的“熱保障”，研發(fā)出了極寒環(huán)境下的“溫暖裝備”——智能加熱服和加熱坐墊，可以在短時(shí)間內(nèi)迅速發(fā)熱、鎖熱。配上手機(jī)App的模式選擇，就能對人體重要部位進(jìn)行補(bǔ)熱。同樣，黑色坐墊打開開關(guān)，也能短時(shí)間內(nèi)迅速發(fā)熱、鎖熱。

北京2022年冬奧張家口賽區(qū)整體及全部場館和北京賽區(qū)首鋼場館的規(guī)劃設(shè)計(jì)工作，由清華大學(xué)建筑學(xué)院團(tuán)隊(duì)主導(dǎo)。清華大學(xué)建筑學(xué)院院長張利擔(dān)任北京冬奧會(huì)張家口賽區(qū)和首鋼滑雪大跳臺總設(shè)計(jì)師，國家跳臺滑雪中心“雪如意”和首鋼滑雪大跳臺就是由他主持。

據(jù)悉，以往冬奧會(huì)跳臺場館的跳臺落差超百米，普通人無法使用，也提供不了很好的觀光體驗(yàn)。對此，張利團(tuán)隊(duì)沿用了城市設(shè)計(jì)中常用到的“2.5小時(shí)慢行體驗(yàn)”原則。在場館群之間，附加做了步行橋“冰玉環(huán)”，西半環(huán)總長1.7公里，距地面高7米，便于觀眾往返于場館間，形成一個(gè)慢行體驗(yàn)。“雪如意”頂端，是一個(gè)具有環(huán)狀空間的頂峰俱樂部，借助VR技術(shù)打造環(huán)形共享空間。在首鋼滑雪大跳臺的設(shè)計(jì)中，張利稱，“我們借助人因技術(shù)，從東南方向開始，每5度做一個(gè)測試場景，請志愿者被試幫助判斷。”過程中，測試人的皮電，以及對跳臺、冷卻塔和西山的注視時(shí)長等，根據(jù)測試數(shù)據(jù)確定跳臺的最終方位。

哈爾濱工業(yè)大學(xué)

冰壺機(jī)器人系統(tǒng)

自動(dòng)夾取、釋放冰壺、準(zhǔn)確擊中目標(biāo)……冰壺機(jī)器人將在北京冬奧會(huì)亮相，不僅在冰壺比賽期間進(jìn)行表演，還將在群眾體驗(yàn)場與觀眾進(jìn)行互動(dòng)。哈爾濱工業(yè)大學(xué)聯(lián)合黑龍江省體科所、哈爾濱體育學(xué)院等體育專業(yè)隊(duì)伍組成20多人的研發(fā)團(tuán)隊(duì)，構(gòu)思和設(shè)計(jì)一款能夠與人協(xié)作共同完成冰壺比賽的機(jī)器人，實(shí)現(xiàn)人工智能賦能冰雪體育。研發(fā)團(tuán)隊(duì)還將進(jìn)一步研制面向大眾體育的冰壺機(jī)器人系統(tǒng)。

“坐著高鐵看冬奧”

京張高鐵智能動(dòng)車組正線全長174公里，實(shí)現(xiàn)世界首次350km/h全自動(dòng)駕駛，是復(fù)興號的智能升級版，實(shí)現(xiàn)了“坐著高鐵看冬奧”的愿望。京張高鐵的兩款車頭“龍鳳呈祥”和“瑞雪迎春”的蒙皮，就是哈工大材料學(xué)院王國峰教授團(tuán)隊(duì)采用快速超塑成形工藝助力實(shí)現(xiàn)制造生產(chǎn)的。“龍鳳呈祥”和“瑞雪迎春”采用仿生學(xué)與空氣動(dòng)力學(xué)原理，分別仿生于“鷹隼”與“旗魚”。其流線型的仿生車頭模型能夠有效減少氣體分流，降低空氣阻力，減少內(nèi)耗，保證時(shí)速。

水立方變冰立方

“雙奧場館”國家游泳中心在2019年首次通過“水冰轉(zhuǎn)換”制出4條冬奧標(biāo)準(zhǔn)的冰壺賽道，使該場館可在“水上功能”和“冰上功能”之間自由切換，同時(shí)具備開展水上、冰上運(yùn)動(dòng)及各類大型活動(dòng)的能力。

哈爾濱工業(yè)大學(xué)土木學(xué)院張文元教授團(tuán)隊(duì)從無到有，提出了一種轉(zhuǎn)換冰場的結(jié)構(gòu)方案，所有鋼結(jié)構(gòu)、混凝土面板都是組裝的，可以隨時(shí)進(jìn)行安裝，10到20天就可以完成，不僅效率高、經(jīng)濟(jì)性好，而且可以重復(fù)使用。

哈爾濱工業(yè)大學(xué)建筑學(xué)院陸詩亮教授帶領(lǐng)的科研團(tuán)隊(duì)對國家游泳中心頂棚膜結(jié)構(gòu)，進(jìn)行了遮蔽改造，構(gòu)建冰立方所需要的低濕低溫環(huán)境，為冬奧會(huì)冰壺比賽保駕護(hù)航。

大連理工大學(xué)

航天科技賦能滑雪頭盔

據(jù)了解，這款滑雪頭盔運(yùn)用了航天薄壁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)科技。大連理工大學(xué)科研團(tuán)隊(duì)運(yùn)用了曲線加筋變剛度的設(shè)計(jì)技術(shù)，頭盔的材料也有所創(chuàng)新。在保持沖擊韌度的同時(shí)將剛度提高了4倍，拉伸強(qiáng)度提高了3倍，大幅提升了頭盔的抗沖擊吸能效率，對運(yùn)動(dòng)員形成更好的保護(hù)。如今，這款頭盔已經(jīng)通過歐洲滑雪頭盔安全標(biāo)準(zhǔn)測試，并在我國雪上空中技巧項(xiàng)目專業(yè)隊(duì)的訓(xùn)練當(dāng)中投入使用。值得一提的是，它的重量只有700克左右，在不大幅增加厚度和重量的前提下，防護(hù)性能比歐洲標(biāo)準(zhǔn)還高出至少20%。

北京林業(yè)大學(xué)

北京林業(yè)大學(xué)科技服務(wù)北京2022年冬奧會(huì)張家口賽區(qū)崇禮核心區(qū)生態(tài)景觀建設(shè)。技術(shù)團(tuán)隊(duì)按照空間線（全域）、時(shí)間線（全時(shí)）兩條主線開展工作，構(gòu)建了核心區(qū)生態(tài)景觀賽區(qū)場館圈層、配套設(shè)施圈層和生態(tài)基底圈層三大空間圈層；對森林綠地樹木開展全過程精準(zhǔn)監(jiān)控和施策，集成創(chuàng)新系列關(guān)鍵技術(shù)，保證存活率。團(tuán)隊(duì)還修復(fù)山體破損區(qū)，實(shí)現(xiàn)了全域不留白、綠色全覆蓋。

目前冬奧核心區(qū)已構(gòu)建起完整的生態(tài)景觀體系，森林覆蓋率達(dá)80%以上，生態(tài)環(huán)境不斷優(yōu)化，空氣質(zhì)量領(lǐng)跑全省，已為冬奧會(huì)舉辦做好了全面準(zhǔn)備。

東北大學(xué)

VR滑雪體驗(yàn)系統(tǒng)助力運(yùn)動(dòng)員備戰(zhàn)

如何應(yīng)用科技手段，模擬真實(shí)高山滑雪賽場環(huán)境呢？東北大學(xué)采集利用VR，把滑雪場景信息重建并顯示出來。該成果可幫助運(yùn)動(dòng)員進(jìn)行賽前模擬，以更好地提前適應(yīng)比賽環(huán)境；可輔助教練員糾正運(yùn)動(dòng)員訓(xùn)練動(dòng)作，從而有效提高訓(xùn)練效率；還可用于春夏秋季運(yùn)動(dòng)員的滑雪訓(xùn)練，以及非運(yùn)動(dòng)員進(jìn)行室內(nèi)仿真滑雪體驗(yàn)。

VR滑雪體驗(yàn)系統(tǒng)可以讓滑雪運(yùn)動(dòng)員在備戰(zhàn)過程中以多種方式使用，包括比賽場地的提前檢查、提前適應(yīng)環(huán)境變化、練習(xí)比賽路線等，同時(shí)可以面向大眾進(jìn)行滑雪科普，幫助大家掌握滑雪技能、增強(qiáng)安全知識，為他們上冰雪奠定一定的基礎(chǔ)。

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