冬奥背后的科技力量-新闻专题-科学网

  2021年10月27日，2022年北京冬奥会迎来倒计时100天。“科技冬奥”是2022年北京冬奥会提出的愿景之一，旨在通过冬奥筹办，为世界探寻更好的未来城市生活解决方案，实现对人友好、对环境友好、对产业友好、对社群友好的人类城市生活目标。

  国家速滑馆“冰丝带”、赛道环境营造及观赛环境保障、冷链食品溯源面向北京冬奥会和冬残奥会的重大需求，一系列“科技冬奥”成果实现转化和应用示范，助力北京冬奥会和冬残奥会打造成为一项“酷炫”的赛事盛会。

  短道速滑比赛服选用防切割材料，剪刀划不破；领奖服应用炽热科技，可实现零下20℃御寒保暖；结合快速系带技术，领奖鞋兼具舒适性与便捷性2021年12月31日，北京2022年冬奥会中国体育代表团领奖及比赛装备在北京发布，其背后的“科技元素”惹人注目。

  无论是场馆建设、赛事服务，还是观赛体验、装备设计，本届冬奥会都处处彰显着中国智造的“科技底色”。创新，不仅将这场世界瞩目的冰雪盛会装点得更精彩，也必将为今后全民共享冬奥成果、推动冰雪运动可持续发展打下牢固基础。

  同心写大爱，一起向未来专访北京冬奥组委技术部部长喻红

  “技术无处不在，技术如影随形”，这是历届奥运会的真实写照。成功举办一届奥运会需要稳定可靠的技术，这直接关乎每一场赛事能否正常举行。在北京冬奥会筹办期间，北京冬奥组委技术部承担了大量的技术工作，冬奥将近，他们依然处于忙碌的工作中。

  北京冬奥组委技术部部长喻红在接受新华社记者专访时表示，技术工作需要协调的人员团队庞杂，需要服务的客户群体众多，但是技术团队要保证以“同一水平”提供技术服务，保持各项技术工作平稳运行。

  2月20日晚，北京第二十四届冬季奥林匹克运动会（以下简称北京冬奥会）在国家体育场“鸟巢”落下帷幕。闭幕式借用别具东方韵味的“折柳送别”诠释了怀念和惜别之情，与此同时还有一组激光束组成的参天大树矗立在舞台中央，穿过雪花火炬台直射天空，表达了对这场冬奥会的铭记。

  这棵由激光束组成的大树使用了“真激光”技术，该技术由杭州中科极光科技有限公司（以下简称中科极光）自主研发，以三基色激光为光源，可全面实现BT.2020国际最新标准，具有真亮度、真色彩、真节能、真陪伴、真可靠五大真体验。

  中科极光孵化自中国科学院理化技术研究所，创始团队历时40年攻克了“真激光”显示技术。至此，被海外企业占领的高端显示领域也有了中国企业的身影。

  初春的北京气温尚低，北京2022年冬奥会开闭幕式场馆国家体育场（鸟巢）作为半开放的场馆，开幕式当天最冷气温零下6℃，闭幕式气温零下2℃。而冬奥会的开闭幕式都在夜间举行，那么，在这种半开放的体育场馆，如何保障观礼区的温暖舒适？

  2020年1月，鸟巢体育场部分观礼区精准加热保障项目启动。冬奥组委及国家体育场相关专家经过一年多的深入调研及比较，亲身体验多种加热方案后，从“安全、高效率节约能源、舒适”三个综合维度考量，最终选定石墨烯柔性热管理技术方案。这让作为世界上最薄、最坚硬、导电导热性能最好的“新材料之王”石墨烯材料，首次在世界上应用在奥运场馆，实现观礼部分区域的温控管理，包括地毯、桌椅等，形成智能加热管理系统。

  冬奥赛事正在如火如荼进行中。在众人热议的诸多“没想到事件”中，当然包括北京冬奥会的开幕仪式上，火炬“飞扬”的小火苗成为本届冬奥会的主火炬。与往届奥运会大量使用液化天然气或丙烷等气体作为火炬燃料不同，北京2022年冬奥会首次使用氢能作为火炬燃料。

  首次采用氢能作为火炬燃料，最大限度减少碳排放，向世界展示了中国绿色低碳的发展理念。近日，记者专访了中国科学院院士、中国石油深圳新能源研究院院长邹才能，他向大家解密了他带领的绿氢团队如何在最短的时间内完成技术攻关。“氢装上阵必将成为冬奥史册上浓墨重彩的一笔。” 邹才能告诉《中国科学报》。

  北京2022年冬奥会开幕前夕，在国网冀北电力有限公司张北和延庆2大基地，8位身材轻巧的“电力保镖”正式上岗，对风机、光伏板、500千伏高压线路等关键输电场景开展巡检，保障冬奥期间供电安全。

  这8位“电力保镖”，是由未来科学城能源谷入驻企业中国商飞北京民用飞机技术研究中心（以下简称“中国商飞北研中心”）研发的复合翼、固定翼、多旋翼3款氢能无人机。此次正式上岗作业，标志着新能源无人机从研制期走向示范运行。

  “针对分布式能源的特点和巡检环境的特殊性，我们的对策是建立基于新能源网联无人机的电力巡检系统，简单地说，就是用我们的智能新能源飞机服务于新能源电力。”中国商飞北研中心总师杨志刚介绍。

  中国科学院过程工程研究所和北京科技大学材料学院联合团队成功研制出长寿命、高储热密度、一致熔融型水合盐相变材料，该材料寿命长、储热能力强。基于该材料完成的“谷电相变储热清洁供暖系统主导的相变储热”谷电清洁供暖示范工程，于2021年开始在张家口赛区进行试运行调试，工程总功率1.2MW，解决了极寒气候下复杂结构山地建筑清洁能源供暖的储热难题，保障了冬奥会山地转播中心的供暖，为实现绿色、低碳冬奥提供技术支撑。

  北京冬奥会开幕当天，一份来自火星轨道上的祝福，穿越了3.2亿千米的漫长星际旅程，到达地球。正在执行我国首个行星际探索任务的“天问一号”探测器，与五星红旗、北京冬奥会和冬残奥会会徽的同框照片传回地球，送上了一份“最高”的冬奥礼物。

  这张珍贵合影原来是一张“宇宙级”，回拍相机由中国航天科技集团八院803所研制。据803所产品主管设计师吴迪介绍，回拍相机安装在杆的末端。杆是一种变结构锁定和伸展装置，由特殊材质制成，在“天问一号”发射和飞往火星的过程中，均为收拢状态。到达火星轨道后，杆通过加热片局部加热的方式，使其由四段折叠收拢状态向外展开，完全伸展开后的长度可达1.6米。

  中科院沈阳自动化研究所公布消息，在北京冬奥公园举行的2022年冬奥火炬传递活动中，该所牵头研制的两台机器人实现奥运史上首次机器人水下火炬接力，彰显了奥运与科技的结合。

  在火炬传递中，火炬手将奥运火炬传递给水陆两栖机器人，水陆两栖机器人手持燃烧火炬，沿冰壶赛道旋转滑入冰洞口；水下变结构机器人向其靠拢，两台机器人手持火炬在水下精准对接点火；水下变结构机器人手持点燃火炬从冰洞口出水，将奥运火炬传递给下一棒火炬手。

  北京2022年冬奥会开幕在即，激动人心的火炬接力仪式正在进行。旋转上升，犹如丝带舞动飘逸，化作顶端的熊熊火焰

  作为历届奥运会中非常关注的元素之一，此次冬奥火炬“飞扬”一亮相就吸睛无数。东华大学机械学院教授、纺织科学技术创新中心主任孙以泽团队作为火炬重要部分外飘带（外壳）的关键制造技术提供方，将为我们揭开“小”火炬背后蕴藏的“大”学问。

  日前，《中国科学报》记者从中科院南京天文光学技术研究所（以下简称南京天光所）获悉，该所南极天文技术团队和中国气象科学研究院共同研发了专门检测赛道质量的冰雪粒径测量仪和冰雪强度测量仪，将高山滑雪赛道的检测由过去以人工经验为主，改为用科学仪器定量检测。

  “你的摆臂幅度如果再小5厘米，就会减少一定阻力，速度和稳定能力也会提升。”在长春冰上训练基地，教练正通过“智能冰上运动训练分析系统”对运动员进行指导。

  借助复旦大学工程与应用技术研究院教授、智能机器人研究院常务副院长张立华团队研发的训练分析系统，人工智能（AI）教练也许能助你化身“冰雪精灵”。

  中国科学院多家单位利用自身优势和相关科技成果，助力北京打造绿色冬奥、科技冬奥。

  中科院过程工程研究所等使用长寿命、高储热密度一致熔融型水合盐相变材料，在冬奥会张家口赛区山地转播中心建成小体积、模块化相变储热-谷电清洁供暖示范工程，为在极寒、山地条件下绿色、高效供暖提供技术支撑；科大讯飞股份有限公司等通过技术创新，攻克大量小语种面临的专家知识匮乏和资源稀缺难题，把中文语音语言技术拓展到60个语种，将助力冬奥会跨语言沟通和多语种信息发布；西北生态环境资源研究院在滑雪场造雪、储雪、雪质保障和赛道维护等方面，为冬奥会雪上项目提供技术支撑和服务保障；空天信息创新研究院在自由式滑雪空中技巧、跳台滑雪、冬季两项等外场雪上竞技体育项目上，攻克了精准、实时、可视化气象保障技术，为国家队训练和比赛提供全方位气象保障支撑和辅助决策支持。

  在北京2022年冬奥会即将召开之际，疫情防控丝毫不能松懈。除了对人、物品等检测之外，目前对于涉奥场馆内外的环境中的新冠病毒怎么检验测试呢？

  “相比咽拭子等常规方式，迅速检测空气中的新冠病毒是一项难题。新冠病毒会通过空气里的气溶胶传播，而对气溶胶的采集始终没很好的方法。

  为了解决气溶胶检测难题，按照北京市委市政府部署，在北京市科委、中关村管委会的全力支持下，清华大学医学院刘鹏、生命学院王建斌、药学院白净卫联合北京大学要茂盛和黄岩谊、中国医学科学院病原生物学研究所任丽丽和昌平实验室等单位，针对新冠疫情发展的新趋势和新挑战，开展应急攻关，经过8个月的努力，开发完成了公共空间生物气溶胶新冠病毒核酸监测系统。

  冬奥会各项目的资格赛已临近尾声，选手们正为通往北京的门票做最后努力。但新年伊始，高山滑雪世界杯男子项目的首站比赛就取消了。1月6日，降雨、大雾和强风天气，使得原定于克罗地亚首都萨格勒布举行的男子回转赛事搁浅，办赛似乎遭遇开年不利。

  不过，由于天气太差而导致的赛事改期、取消，在高山滑雪中其实屡见不鲜。北京冬奥会也已在科技加持下，做好了应对准备。

  “北京冬奥会冰上场馆采用节能型制冷系统、环保型制冷剂，积极推动了国际奥委会的可持续发展战略。其中二氧化碳制冷系统的使用，率先为世界做出环保和可持续的示范，R449A制冷剂的选择，将使得北京冬奥会成为冬奥会历史上冰上场馆制冷剂GWP（全球变暖潜能）值最低的一届冬奥会。”近日，国际奥委会相关官员对北京冬奥会场馆建设中的环保选择特别点赞。

  据了解，北京2022年冬奥会新建、改建了7座冰上场馆，共9块冰面，均使用环保型制冷系统和制冷剂，其中5块冰面使用二氧化碳（R744）跨临界直接制冷系统，4块冰面使用了R449A制冷剂。

  与夏季奥运会项目多在体育场馆内举行不同，作为冬奥会“重头戏”的雪上项目，多在室外山区举行。冬奥会山地雪上项目赛程安排和赛事举办、观赛、救援等外围保障服务，都与气象条件紧密关联。在比赛期间，除了运动装备、运动员自身水平外，风速、风向、温度、湿度、能见度及雪质等自然条件的差异，将会直接影响赛程安排以及运动员的比赛成绩、比赛安全。

  别担心！北京城市气象研究院副院长陈明轩带领团队开展的“科技冬奥”重点专项“冬奥会气象条件预测保障关键技术”，研发形成了自主可控的冬奥“百米级”天气预报技术体系，首次实现“百米级、分钟级”业务天气预报能力。

  2021年12月13日，2022年冬奥会火种抵达北京首钢园，北京冬奥的脚步越来越近。

  本届冬奥会最大的特色之一就是“绿色环保”。作为我国提出“2030碳达峰、2060碳中和”目标后的首个世界级体育盛会，北京2022年冬奥会承诺碳排放将全部中和，用实际行动彰显了中国实现碳达峰碳中和目标的决心，体现了大国的责任和担当。

  北京冬奥会有望成为首个真正的完成碳中和的奥运赛事，其中科技的作用功不可没。那么，北京2022年冬奥会的碳中和之路，科技将会怎样大显身手？在场馆建设、交通出行、能源供应、生态环保方面又有哪些亮点？通过举办绿色冬奥，会给我国实现碳中和目标带来哪些机遇与挑战？

  越野滑雪是冬季项目中的马拉松，赛道路线长、运动员比赛时间长，是典型的耐力项目。在以往的冬奥会比赛中，越野滑雪因其自身项目的特点，裁判员很难用肉眼快速准确地识别出运动员在比赛过程中的技术犯规，往往要在赛后看录像才能做出执裁决定。

  “越野滑雪辅助裁判系统结合北斗精准定位功能与5G高速传送特性，助力裁判员快速、精准执裁。”北京冬奥会、冬残奥会越野滑雪副竞赛长左伟告诉人民网“强观察”栏目记者，这套由国内自主研发的系统，会在运动员易出现犯规行为的地段“布控”，做到提前预判、精准捕捉、实时上传。这种“抓现行”的方法，有效保证了越野滑雪裁判执裁的公平和高效。

  左伟举例，传统比赛中，运动员用“左右蹬冰”动作进行爬坡是违反相关规定的行为，但大多数情况下，裁判员无法当即做出裁定。“北京冬奥会采用具有视频捕捉功能的辅助裁判系统，有利于裁判对比赛的精准判断。”

  据悉，这套系统已在2021年10月-12月应用到北京冬奥系列测试赛当中。

  近日记者从北京冬奥组委获悉，截止到最近，在基本的建设场景方面，已确定应用的技术共有9项；城市运行场景方面，确定应用的技术有3项。

  在基础建设场景方面，“超大跨度钢结构索网智能实施工程技术”解决了超大跨度索网结构屋盖的平行施工和高效高精度建造，节省钢材、节约工期，目前该技术已在国家速滑馆应用。国家速滑馆“复杂曲面幕墙及柔性屋面关键技术”集成了幕墙用曲面玻璃工艺、平曲玻璃耦合几何控制等多项关键技术。国家体育场“数字孪生操作系统”解决了建筑的安全运维、物业管理等问题，该技术已确定在国家体育场、国家速滑馆、延庆冬奥村、北京冬奥村应用。

  在城市运行场景方面，“低温、强风等极端天气场景下的室内外多频段、多形态、大容量基站设备研发”，解决了低温、强风等极恶劣条件下的基站稳定及通信问题,已确定在赛时使用。“5G TDD+FDD大带宽融合组网技术”实现了5G多小区合并技术，该技术由中国联合网络通信集团有限公司实施，已确定在赛时使用。

  记者近日获悉，目前在北京五环内、延庆赛区场馆以及京张高铁等区域，已实现5G信号的全面覆盖；到冬奥会赛时，冬奥场馆内部、场馆间道路、媒体班车等交通设施将会实现5G信号全覆盖，提供高效可靠的通信保障。

  得益于5G通信技术的应用，场外观众的观赛体验也将得到质的改变。据了解，2022年，8K超高清画面传输、远程线上观赛、VR/AR虚拟观赛等都将基于5G通信技术实现。

  北京冬奥组委技术部部长喻红介绍，基于5G技术，冬奥会将采用超高清8K技术对冬奥赛事进行转播。

  在2021年5月22日-28日举行的北京科技周主场展览上，来自北京微芯区块链与边缘计算研究院的“基于区块链和加密锚定技术的冬奥食品安全保障研发技术与示范应用”产品，为公众展示了区块链技术之于冬奥会食品溯源方面的应用。

  “这是我们研发的超微型可信芯片，封装后与冬奥会赛事食品进行集成，就可以采集信息和电子追溯。食品在电子终端上通过NFC感知之后，就可以对食品的温湿度进行实时监控。”北京微芯区块链与边缘计算研究院工作人员李天颖向《中国科学报》介绍。

  2022年北京冬奥会北京主赛区标志性场馆国家速滑馆，又称“冰丝带”，是本届赛事唯一新建冰上竞赛场馆。

  冰面是场馆运行的关键设施。2019年，中粮工科北京院接到为国家速滑馆制冰任务后，在进行大量调研工作后认为，主流制冷剂氟利昂对环境破坏极大，决定采用二氧化碳跨临界制冷技术铺设冰面。

  经过科研团队的不懈努力，2021年1月，这一技术终于成功，实现了“冰丝带”冰场的近零排放。当月，国家速滑馆顺利完成首次制冰，次月，国家速滑馆成功举办了“相约北京”冰上测试活动的速度滑冰比赛，“冰丝带”的冰接受了实战考验，这一科学技术创新成果，为我国以及国际冰雪产业起到示范作用。

  马进表示，团队的设计思路是，控制温差是关键，这将决定冰面的平整度和硬度尽可能的均匀。经过努力，冰面温差最终控制在0.5度以内，低于奥组委提出的1.5度的标准。

  记者从北京冬奥组委获悉，北京冬奥会场馆媒体中心全景导览系统结束了赛前阶段的数据采集，目前已完成了后期制作并于近日正式上线运行。

  据了解，该系统以全景、全维的融媒体技术形式，通过高空航拍视角和720度地面全景视角，全方位、立体式地展现了北京、延庆和张家口3个赛区12个北京冬奥会竞赛场馆和3个冬奥村场馆的媒体中心，对场馆媒体运行功能区、媒体流线、场馆运作情况等进行了可视化的体现。

  值得一提的是，作为科技冬奥的组成部分，该系统首次探索实现了将全景、全维的融媒技术运用于奥运会场馆的可视化，旨在全面、形象地展示北京2022年冬奥会各竞赛场馆和部分非竞赛场馆的赛前状况，向国际社会和全球媒体提供高效、便捷的信息服务，传递北京筹办工作的进展。

  国内首座站内氢气检测实验室中国石化西湾子氢气检测实验室在河北崇礼正式投运。该实验室能完成燃料电池氢气的13项典型指标检测，将为保障冬奥会氢能质量安全可靠提供有力技术支撑，助力“绿色冬奥”。

  据介绍，中国石化河北崇礼西湾子加氢站是中国石化4座服务冬奥加氢站之一，距离冬奥会张家口赛区仅15公里，是进入赛区的重要交通枢纽。该站日供氢能力1000公斤，设有加氢机两台，可同时满足35兆帕、70兆帕氢燃料电池汽车加注需求。

  近日，记者从北京服装学院获悉，由该学院承担的“科技冬奥”项目“高性能多功能冬奥服装服饰研究开发”项目成果已实现转化，通过与相关服装企业合作，冬奥制服第7版样衣已经确定，下一步将进行大货生产。

  北京服装学院教授曹荷红介绍，“高性能多功能冬奥服装服饰研究开发”项目的主要研究任务有两个，一是为 2022 年北京冬奥会的志愿者、工作人员研究开发轻质保暖舒适实用的高科技服装服饰产品原型，二是为国家冬季运动队构建个性化人体数据库，研究比赛服的技术要点等基础理论，为研制“中国造”比赛服进行实践尝试。

  聚焦“百米级、分钟级”精准预报要求，北京气象局建成了京津冀区域500米分辨率、冬奥山地赛场核心区域100米分辨率、逐10分钟快速更新的“北京睿图”数值预报模式体系。

  此外，还组织实施了“智慧冬奥2022天气预报示范计划”，来自气象部门、科研院所、高校和社会企业等22家单位，在冬奥天气预报大舞台上同台竞技，取长补短，合力保障冬奥。

  为保障北京冬奥会顺利举办，北京、延庆、张家口还建成了3个赛区气象服务的信息网络，可提供相互连通、数据共享、相互备份的冬奥气象数据服务，实现多点灵活的现场视频会商；同时，建设了冬奥气象服务网站，满足公众观赛、出行的气象服务需求。

  在2021中关村论坛之“AI与多学科协同创新”平行论坛上，北京智源人工智能研究院学术副院长、清华大学教授唐杰发布了“冬奥手语播报数字人系统”成果。

  据介绍，在新闻播报员播报新闻时，手语播报数字人可根据收听到的语音，自动实时生成手语手势，让听障人士能了解新闻播报员播报的信息内容。

  唐杰表示，手语播报数字人依托“悟道2.0”超大规模预训练模型为底层核心研发技术，可提供智能化的手语生成服务，展现科技带来的信息无障碍效果！手语播报数字人将用于北京冬奥会期间赛事新闻的实时手语翻译播报，方便听障人士收看赛事报道。