第24屆冬奧會(huì)的火炬臺(tái)由清華大學(xué)美術(shù)學(xué)院黨委書記馬賽教授帶隊(duì)設(shè)計(jì)。在開幕式的主火炬基礎(chǔ)上，充分融合了藝術(shù)及工程技術(shù)的要求，體現(xiàn)了“簡(jiǎn)約、安全、精彩”的冬奧理念，以純粹的冰雪元素，演繹了純潔、和平、團(tuán)結(jié)和友誼，晶瑩的雪花和靈動(dòng)的絲帶相向旋轉(zhuǎn)，如冰上長袖飄飄的舞者，輕盈優(yōu)雅。簡(jiǎn)潔、現(xiàn)代的造型中透出東方的審美韻味，成為此次冬奧會(huì)的亮點(diǎn)之一。

獨(dú)特造型詮釋藝術(shù)與科學(xué)的融合

火炬臺(tái)的造型在開幕式主火炬的基礎(chǔ)上增加了環(huán)繞的“銀絲帶”及鏡面底盤，起到支撐、穩(wěn)定的作用。將開幕式上的大雪花以中軸固定的方式予以呈現(xiàn)，“銀絲帶”造型完美詮釋了冬奧會(huì)的理念，緊緊縈繞著象征世界各國攜手走向未來的由小雪花和橄欖枝組成的大雪花。隨著底盤的旋轉(zhuǎn)，它在不同角度下呈現(xiàn)出高低起伏的形態(tài)，是對(duì)冬奧會(huì)眾多賽事項(xiàng)目速度、激情、節(jié)奏、躍動(dòng)，以及群山等自然形態(tài)的抽象表達(dá)，通過鏡面的映射及流動(dòng)的燈光，讓觀賞者在火炬臺(tái)的旋轉(zhuǎn)中既能感受到“燕山雪花大如席”的意境和“銀絲帶”輕舞飛揚(yáng)的姿態(tài)，又能感受到冰雪運(yùn)動(dòng)的速度、激情、優(yōu)雅與純潔。

為了兼顧火炬夜間的動(dòng)態(tài)效果，團(tuán)隊(duì)在“銀絲帶”、橄欖枝和底座轉(zhuǎn)臺(tái)上均設(shè)置了燈帶，并在燈帶外層添加鏤空的小雪花格柵以修正光強(qiáng)效果。整體燈光效果以橄欖枝為核心，“銀絲帶”、底盤燈光與之配合，營造出冬奧運(yùn)動(dòng)強(qiáng)烈的速度感、節(jié)奏感和冰雪的圣潔感。

受燃?xì)?、材料、加工工藝，以及力學(xué)結(jié)構(gòu)等工程技術(shù)的制約，設(shè)計(jì)方案進(jìn)行了多輪修改，為了降低反復(fù)調(diào)整帶來的不確定性與不可解釋性，團(tuán)隊(duì)采用參數(shù)化設(shè)計(jì)，從“銀絲帶”基礎(chǔ)主干曲線階數(shù)的控制，到每一個(gè)控制點(diǎn)的坐標(biāo)調(diào)整，支撐結(jié)構(gòu)件的數(shù)據(jù)化生成，再到每一個(gè)小雪花位置的排布，都有數(shù)值可依。并且每一次調(diào)整、修正的數(shù)據(jù)都被完整記錄，通過數(shù)值的優(yōu)化迭代，使火炬臺(tái)既滿足工程的要求，又能達(dá)到設(shè)計(jì)的藝術(shù)性要求。

機(jī)械傳動(dòng)為雕塑注入“動(dòng)”的靈魂

不同于傳統(tǒng)的靜態(tài)火炬，此次火炬臺(tái)的設(shè)計(jì)圍繞著雪花核心圖形，增加了動(dòng)感的表達(dá)，增添了雪花所帶來的活力與魅力，引發(fā)人們對(duì)圣潔的冰雪及激情運(yùn)動(dòng)的無限遐想?！般y絲帶”與“大雪花”非勻速的雙向同心運(yùn)動(dòng)，為火炬增加了時(shí)間維度及動(dòng)態(tài)視覺體驗(yàn)。

項(xiàng)目早期嘗試以雪花為整體形態(tài)，橄欖枝作為枝干結(jié)構(gòu)，該方案具有很高的藝術(shù)美學(xué)，但是其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度及工程實(shí)現(xiàn)上都存在問題。若要滿足整個(gè)雪花重量都?jí)涸谝桓?xì)小的枝條上且實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)，就要求整個(gè)雕塑厚度約為100毫米，團(tuán)隊(duì)通過有限元受力分析，證實(shí)了該結(jié)構(gòu)是不可能實(shí)現(xiàn)的。在深化設(shè)計(jì)過程中，針對(duì)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)支撐結(jié)構(gòu)提出以上下兩點(diǎn)支撐的方式，并以縈繞周圍的“銀絲帶”作為中心結(jié)構(gòu)加持，但大雪花自身結(jié)構(gòu)卻無法滿足結(jié)構(gòu)受力邊界條件。清華大學(xué)土木工程系石永久教授根據(jù)相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)，以及雕塑所在地歷史天氣數(shù)據(jù)等確定了整個(gè)裝置設(shè)計(jì)校核時(shí)應(yīng)采用的載荷工況，綜合考慮風(fēng)載、雪壓，以及自重等因素;與美術(shù)學(xué)院團(tuán)隊(duì)一起最大限度地保留“銀絲帶”的美學(xué)理念;機(jī)械系田煜教授團(tuán)隊(duì)通過將上下橄欖枝條中的葉子與枝條搭接，構(gòu)成雙支撐結(jié)構(gòu)，有效地提高了橄欖枝支撐點(diǎn)的強(qiáng)度。中心圓環(huán)與上下支條采用10毫米厚度的不銹鋼板，形成主要承力結(jié)構(gòu)，其余枝條與葉子采用4毫米厚度的不銹鋼板，以降低整體重量。上下枝條與中心圓環(huán)連接處焊接采用內(nèi)部支撐的方式，并增加肋條以提高局部力集中部位的強(qiáng)度，為橄欖枝成為動(dòng)態(tài)雕塑的重要受力結(jié)構(gòu)提供了基礎(chǔ)，進(jìn)而完成最終優(yōu)化圖案。

在此基礎(chǔ)上，由清華大學(xué)機(jī)械系田煜教授牽頭組織，帶領(lǐng)其團(tuán)隊(duì)骨干成員王子羲老師、高志老師、李新新博士和李遠(yuǎn)哲博士，針對(duì)中心圖案剛度較低、整體裝置上下支點(diǎn)跨度的問題，提出上下運(yùn)動(dòng)支點(diǎn)均采用調(diào)心軸承支撐，以適應(yīng)加工、安裝等帶來的上下端不同軸問題。通過一端固定、一端預(yù)緊的軸承定位方式，提高薄板的剛度，減小變形，降低失穩(wěn)風(fēng)險(xiǎn)。電機(jī)固定在地面，采用齒形聯(lián)軸器或雙萬向節(jié)等柔性聯(lián)軸器連接齒輪箱和薄板轉(zhuǎn)軸，以適應(yīng)轉(zhuǎn)軸末端較大的偏轉(zhuǎn)，氫氣通過旋轉(zhuǎn)連接器、內(nèi)部中空管道進(jìn)入到火炬，對(duì)軸承、電機(jī)等零部件進(jìn)行選型與校核，最終實(shí)現(xiàn)大尺寸動(dòng)態(tài)雕塑“動(dòng)”的靈魂。

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