宸心

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

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

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

第一時(shí)間，李波教授的學(xué)生、同事紛紛點(diǎn)贊這條朋友圈，并評(píng)論——“這一刻可以揭秘大雪花是怎樣升起來(lái)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(guó)家代表團(tuán)的“小雪花”，6條橄欖枝將它們包圍，組成了一個(gè)“大雪花”圖案。這是2022年北京冬奧會(huì)的主火炬臺(tái)。

這片“大雪花”直徑14.89米，其實(shí)是一個(gè)采用雙面鏤空設(shè)計(jì)的LED屏幕，內(nèi)嵌有55萬(wàn)余顆燈珠。它傾斜于地面45度，與正上方的奧運(yùn)冰雪五環(huán)相呼應(yīng)。

開幕式當(dāng)晚，隨著地臺(tái)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(diǎn)火儀式完成了。

燕山雪花大如席，喜迎賓客四方來(lái)。立春之日晶瑩的“大雪花”在鳥巢升騰，驚艷北京冬奧會(huì)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(shí)驗(yàn)室的技術(shù)支持。

李波教授說(shuō)，為了保密，這朵“大雪花”代號(hào)為“風(fēng)車”。2018年，他帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)成員開始投入到北京冬奧會(huì)場(chǎng)館的建設(shè)和運(yùn)動(dòng)隊(duì)的風(fēng)洞測(cè)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(jì)這項(xiàng)“秘密工作”。

高亭宇?yuàn)Z冠的背后，是不斷創(chuàng)新的訓(xùn)練方法！李波教授覺(jué)得自己非常幸運(yùn)，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(chǎng)的調(diào)試到冰面監(jiān)測(cè)，大家共同完成了這項(xiàng)工作。

2021年7月，李波接到北京冬奧會(huì)的通知，驗(yàn)證“大雪花”的點(diǎn)火方案。原方案是將其從場(chǎng)館頂部懸吊下來(lái)，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(guó)慶70年慶典花車、建黨百年慶典紅色拱門等重要項(xiàng)目的抗風(fēng)咨詢工作經(jīng)驗(yàn)，李波意識(shí)到保障“大雪花”的點(diǎn)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(tuán)隊(duì)組建而成。

想要確保在安全穩(wěn)定的前提下，實(shí)現(xiàn)點(diǎn)火儀式功能，就必須知道當(dāng)天場(chǎng)館內(nèi)的實(shí)際風(fēng)速。李波教授的團(tuán)隊(duì)?wèi){借常年觀測(cè)北京中心城區(qū)風(fēng)速所積攢的大量歷史數(shù)據(jù)，對(duì)鳥巢在冬奧會(huì)開幕式期間的局地風(fēng)氣候進(jìn)行了評(píng)估。團(tuán)隊(duì)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(jìn)行風(fēng)洞試驗(yàn)，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(yàn)，新的問(wèn)題也不斷接踵而來(lái)。

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

縮尺模型風(fēng)洞試驗(yàn)

縮尺模型風(fēng)洞試驗(yàn)

鳥巢1/200縮尺模型風(fēng)洞試驗(yàn)

傾斜狀態(tài)內(nèi)場(chǎng)“大雪花”風(fēng)致振動(dòng)分析模型

張雨霏在進(jìn)行風(fēng)洞測(cè)試

可多次試驗(yàn)后團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，按照原方案，無(wú)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(dòng)高達(dá)1至2米，火炬手根本無(wú)法將火炬準(zhǔn)確插入其中。

在2021年國(guó)慶前夕，團(tuán)隊(duì)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(zhǔn)確插入火炬，還符合簡(jiǎn)約的理念。

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

在冬奧會(huì)主火炬大雪花裝置的設(shè)計(jì)中，團(tuán)隊(duì)主要負(fù)責(zé)了哪些工作？

李波：張藝謀團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)創(chuàng)意，中國(guó)航天集團(tuán)負(fù)責(zé)主火炬的設(shè)計(jì)，我們主要來(lái)評(píng)估這些創(chuàng)意在風(fēng)的影響下能否實(shí)現(xiàn)，用什么辦法能實(shí)現(xiàn)。特別是引發(fā)大量關(guān)注的雪花設(shè)計(jì)，我們會(huì)去評(píng)估現(xiàn)場(chǎng)的風(fēng)有多大、大雪花晃動(dòng)數(shù)據(jù)是多少，而這些正是點(diǎn)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(jì)團(tuán)隊(duì)提供一個(gè)模型，我們對(duì)模型進(jìn)行風(fēng)力風(fēng)速的測(cè)試，再把結(jié)果反饋給他們，看看方案可不可以實(shí)行。這是一個(gè)反復(fù)溝通的過(guò)程，我們配合設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)做過(guò)的大雪花風(fēng)振分析有好幾版。

對(duì)雪花裝置的測(cè)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(tuán)隊(duì)只有五個(gè)人參與進(jìn)來(lái)，三個(gè)老師、兩個(gè)研究生。每次試驗(yàn)完成之后，所有材料、圖紙都要藏起來(lái)，因?yàn)槲覀兊哪Ｐ妥龅锰?xì)了，橄欖枝、小雪花在模型上都有，就連國(guó)家名牌我們也都做上去了，只是上面沒(méi)有字，不知道具體是哪個(gè)國(guó)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(duì)“風(fēng)車”的交流也局限在我們這五個(gè)人之間，而且和設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)也都是面對(duì)面交流，不能通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳遞。

除了“大雪花”的抗風(fēng)設(shè)計(jì)，此次冬奧會(huì)中團(tuán)隊(duì)還貢獻(xiàn)了哪些技術(shù)支持？利用風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)得到的數(shù)據(jù)還可以為冬奧會(huì)比賽提供哪些幫助？

李波：在辦賽方面，我們負(fù)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(píng)估;在參賽方面，我們協(xié)助國(guó)家體育總局建設(shè)了體育專業(yè)風(fēng)洞，負(fù)責(zé)完成了十余支國(guó)家隊(duì)的風(fēng)洞測(cè)試和訓(xùn)練。

將風(fēng)洞試驗(yàn)與氣象數(shù)據(jù)相結(jié)合得到的賽時(shí)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(duì)于首鋼大跳臺(tái)、自由式滑雪空中技巧、U型場(chǎng)地等，我們會(huì)把數(shù)據(jù)提交給有關(guān)代表團(tuán)，讓他們進(jìn)行有針對(duì)性地備戰(zhàn)。

對(duì)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(jìn)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(dá)40米/秒，如果比賽當(dāng)天風(fēng)太大，會(huì)影響運(yùn)動(dòng)員的安全，比賽可能會(huì)被取消，之前平昌冬奧會(huì)男子滑雪比賽就因?yàn)榇箫L(fēng)推遲了。所以，這次我們?cè)谘討c賽區(qū)高山滑雪中心滑降賽道出發(fā)區(qū)設(shè)計(jì)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