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科技創(chuàng)新為冰雪運動“破冰”

來源：中國知識產(chǎn)權(quán)報/中國知識產(chǎn)權(quán)資訊網(wǎng)

　　體育強則中國強，國運興則體育興。隨著2022年北京冬奧會日益臨近，我國對于冰雪運動跨越式發(fā)展的期待與日俱增。

　　我國基礎(chǔ)薄弱的冰雪運動該如何“破冰”？“同我們國家的強國之路一樣，中國冰雪運動也必須走科技創(chuàng)新之路。”1月19日，習(xí)近平總書記來到河北省張家口市崇禮區(qū)國家跳臺滑雪中心，在為運動員訓(xùn)練演示點贊時，對我國冰雪運動發(fā)展給予殷殷囑托。

隨著北京冬奧會臨近，公眾對于冰雪運動的熱情與日俱增。（蔣文杰/攝）

　　冬奧場館專利筑起盛會之基

　　場館建設(shè)是舉辦奧運盛會的基礎(chǔ)，也是反映運動競技水平的窗口。目前，北京冬奧會競賽場館已全面完工。在北京延慶賽區(qū)，國家高山滑雪中心7條雪道曲線蜿蜒，國家雪車雪橇中心1.9公里的賽道游龍盤臥；在河北張家口賽區(qū)，國家跳臺滑雪中心“雪如意”氣勢恢宏……冬奧場館建設(shè)高質(zhì)量、高標準穩(wěn)步推進如期完工，不僅填補了多個國內(nèi)空白，更實現(xiàn)了多項技術(shù)突破。

　　以國家雪車雪橇中心為例，雪車雪橇項目是冬奧會中速度最快的項目，被譽為冬奧會“雪上F1”，其最大時速達到每小時135公里。這類比賽項目對賽道精度要求極高，施工難度極大。國家雪車雪橇中心賽道是亞洲第三條、國內(nèi)首條雪車雪橇賽道，也是世界唯一具有360°回旋彎的賽道。諸多“首條”“唯一”背后其設(shè)計難度、施工難度更是可想而知。自2018年，中冶集團上海寶冶承建這一項目以來，就開啟了攻堅克難之旅，走出了一條自主創(chuàng)新之路。

　　“國家雪車雪橇賽道中心項目最大的難點在于精度”。上海寶冶集團國家雪車雪橇項目部相關(guān)負責(zé)人介紹，國家雪車雪橇賽道為雙曲面空間異形結(jié)構(gòu)，即長度方向、高度方向、寬度方向和每一個弧度及尺寸都不相同，賽道每一根鋼筋的長度和彎曲程度也不相同。賽道雙曲面空間異型鋼筋和模板安裝精度極高、難度大，每一根鋼筋均須結(jié)合現(xiàn)場定位做精確三維安裝定位和調(diào)整。全長1975米的賽道，任何一部分的誤差都不能超過4毫米。

　　迎難而上，上海寶冶集團圍繞賽道骨架施工、賽道混凝土噴射、賽道精加工三個主要環(huán)節(jié)進行了大量創(chuàng)新，并為三維曲面造型的賽道首創(chuàng)了空間雙曲面賽道噴射成型技術(shù)。因為傳統(tǒng)的澆筑混凝土無法滿足賽道施工的特殊性，而賽道噴射混凝土雖在國外是一項較為成熟的技術(shù)，但引進國外技術(shù)成本太高，為了掌握技術(shù)的主動權(quán)，公司成立專項對賽道噴射混凝土的材料配方及施工工藝等進行了攻關(guān)。

　　最終，“1.9公里賽道一次性噴射澆筑成型，一次性通過國際組織認證，提交專利申請百余件。”國家雪車雪橇中心運用專利技術(shù)，完美呈現(xiàn)冰雪世界中的風(fēng)馳電掣，樹立起冬奧場館建設(shè)的高標準。

　　訓(xùn)練基地創(chuàng)新為運動健兒喝彩

　　隨著“科技冬奧”工作的不斷開展，越來越多的創(chuàng)新技術(shù)與先進設(shè)備，被應(yīng)用于我國冰雪運動訓(xùn)練中。在北京體育大學(xué)國家冰雪運動訓(xùn)練科研基地，就有這樣一座科技感十足的場館——風(fēng)洞實驗室。

　　風(fēng)洞是空氣動力研究最有效的技術(shù)之一，可以構(gòu)造一定速度的均勻流場，最早用于航天航空領(lǐng)域的飛行器模擬試驗。后來，這一技術(shù)與體育訓(xùn)練結(jié)合，被瑞典、英國、德國、加拿大等冰雪強國所廣泛采用，并且取得了較好的效果。如英國的Boardman風(fēng)洞、美國的Specialized風(fēng)洞、比利時的Flanders Bike Valley風(fēng)洞等。

　　北京體育大學(xué)國家冰雪運動訓(xùn)練科研基地基于廢舊廠房二次利用，在改造二七廠柴油機試驗站的基礎(chǔ)上建成風(fēng)洞試驗室。“這是國內(nèi)首個體育綜合訓(xùn)練風(fēng)洞，填補了國內(nèi)沒有專門用于體育訓(xùn)練測試的大型綜合風(fēng)洞的空白。同時，其性能處于同行業(yè)領(lǐng)先水平，在流場品質(zhì)、測試精度等方面均優(yōu)于上述國外同類型的體育專用風(fēng)洞。”北京體育大學(xué)中國運動與健康研究院高級工程師吳海軍表示。

　　吳海軍介紹，在設(shè)計體育綜合訓(xùn)練風(fēng)洞時堅持自主創(chuàng)新，采用了多項創(chuàng)新技術(shù)。比如，在試驗安全性、舒適度、空氣質(zhì)量和溫濕度等方面，通過仿真計算確定空氣循環(huán)對流場品質(zhì)的影響，保證運動員在風(fēng)洞內(nèi)訓(xùn)練時空氣的溫濕度和質(zhì)量；創(chuàng)新性采用多種降噪技術(shù)，降低風(fēng)洞設(shè)備運行對運動員訓(xùn)練的干擾和影響，提升運動員訓(xùn)練的舒適度。

　　目前，基地的這一風(fēng)洞實驗室，不僅可以滿足滑冰、滑雪等冬季運動項目的訓(xùn)練，還可以為自行車等部分夏季項目提供幫助。吳海軍介紹，在運動員訓(xùn)練時，風(fēng)洞不僅能為運動員提供一定流速的風(fēng)場，還可以結(jié)合輔助模擬訓(xùn)練裝置和測量設(shè)備，更好地模擬真實賽場環(huán)境并準確評估運動員所受阻力變化，指導(dǎo)教練員制定日常訓(xùn)練計劃和比賽技戰(zhàn)術(shù)。

　　輔助訓(xùn)練科技助力更快更強

　　如何在非雪季進行雪上訓(xùn)練？如何提升冬季運動項目訓(xùn)練水平？為備戰(zhàn)北京冬奧會，目前，人工智能、大數(shù)據(jù)、可穿戴設(shè)備等科技手段，已廣泛與冰雪運動親密接觸。

觀眾在體驗智能模擬滑雪系統(tǒng)。（曾嘉/攝）

　　“室內(nèi)多自由度模擬滑雪訓(xùn)練系統(tǒng)”是北京理工大學(xué)牽頭實施的國家重點研發(fā)計劃“科技冬奧”重點專項中的項目之一。“在滑臺上做回轉(zhuǎn)、滑行等專項運動，是真實雪道的體驗，可達到滑雪訓(xùn)練的目的。”北京理工大學(xué)自動化系教授姚小蘭介紹，這一系統(tǒng)主要應(yīng)用于冬季滑雪項目室內(nèi)訓(xùn)練，通過滑雪運動的室內(nèi)臨場感模擬，讓高山滑雪、越野滑雪運動員在訓(xùn)練平臺上進行專項訓(xùn)練，可快速提高運動員對關(guān)鍵技術(shù)動作的掌握，大幅提升訓(xùn)練效率和成績。

　　除了滑臺硬件，這套系統(tǒng)在滑雪訓(xùn)練平臺上安裝了運動形態(tài)識別與位姿測量裝置，訓(xùn)練時運動員全身關(guān)節(jié)處的17個傳感器，可精準反映其姿態(tài)動作數(shù)據(jù)，幫助教練評估參考。此外，這套設(shè)備的通用型產(chǎn)品還在滑臺下加裝了運動模擬平臺，有高低、傾斜、偏轉(zhuǎn)變化，通過各角度幫助運動員訓(xùn)練，為科學(xué)化訓(xùn)練提供指導(dǎo)依據(jù)。“相關(guān)設(shè)備已試用于國家高山滑雪隊運動員的日常訓(xùn)練，但系統(tǒng)數(shù)據(jù)還需要不斷調(diào)試，目前還沒有大規(guī)模應(yīng)用。”姚小蘭表示。

　　以技術(shù)手段再現(xiàn)場景，用信息技術(shù)優(yōu)化訓(xùn)練，北京理工大學(xué)牽頭實施的“科技冬奧”專項共6個課題組各顯神通，助力運動員在冰雪賽場上更快、更強。除了“室內(nèi)多自由度模擬滑雪訓(xùn)練系統(tǒng)”，還包括利用三維感知及重建技術(shù)、VR（虛擬現(xiàn)實）技術(shù)等多種手段，采集測量冰雪運動項目的三維場景數(shù)據(jù)或運動數(shù)據(jù)，用于運動員在室內(nèi)的仿真訓(xùn)練，或幫助進行動作和軌跡分析，以優(yōu)化技術(shù)動作，提升科學(xué)化訓(xùn)練水平。

　　無論是比賽場館、訓(xùn)練基地，還是運動裝備、輔助訓(xùn)練系統(tǒng)，近年來助力冰雪運動的科技攻關(guān)多點開花，已初顯成果。在2019年和2020年的北京科博會“科技冬奧展區(qū)”，一項項用于賽道施工、輔助訓(xùn)練、賽場安防等方面的技術(shù)或設(shè)備面前，圍滿了參觀與體驗的觀眾。采用高性能石墨烯材料的智能加熱夾克、馬甲，可穿戴式神經(jīng)啟動（大腦訓(xùn)練）裝備，冰雪運動動作技術(shù)虛擬仿真，適用于冬殘奧項目的液壓阻尼彈性系統(tǒng)運動假肢……北京服裝學(xué)院、上海體育學(xué)院、哈爾濱體育學(xué)院、阿里巴巴、科大訊飛等大批院校和企業(yè)都積極投身冰雪運動的科技攻關(guān)，展示了服務(wù)冬奧的創(chuàng)新成果。

　　冰雪運動科技創(chuàng)新，我們已經(jīng)在路上。但我國冰雪運動基礎(chǔ)薄弱,冰雪產(chǎn)業(yè)尚處于啟動期，推動我國冰雪運動跨越式發(fā)展依然任重道遠。多位承擔(dān)“科技冬奧”專項課題的負責(zé)人表示，在冰雪運動訓(xùn)練中，運用人工智能、大數(shù)據(jù)、虛擬仿真等技術(shù)，在冰雪運動強國早已較為普遍，而我國尚處于初期探索階段。我國仍需加快推進體育科技工作創(chuàng)新體系建設(shè)，加大自主創(chuàng)新，組織實施重大科技項目，加強體育科技隊伍建設(shè)，培養(yǎng)富有創(chuàng)新精神的體育科技人才隊伍，進一步提升體育科技創(chuàng)新能力。

標簽：舟山常州江蘇佛山寧德丹東廣安海東

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