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科技創新為冰雪運動“破冰”

來源：中國知識產權報/中國知識產權資訊網

　　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展的期待與日俱增。

　　我國基礎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新之路。”1月19日，習近平總書記來到河北省張家口市崇禮區國家跳臺滑雪中心，在為運動員訓練演示點贊時，對我國冰雪運動發展給予殷殷囑托。

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

　　場館建設是舉辦奧運盛會的基礎，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，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，國家跳臺滑雪中心“雪如意”氣勢恢宏……冬奧場館建設高質量、高標準穩步推進如期完工，不僅填補了多個國內空白，更實現了多項技術突破。

　　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負責人介紹，國家雪車雪橇賽道為雙曲面空間異形結構，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，每一根鋼筋均須結合現場定位做精確三維安裝定位和調整。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節進行了大量創新，并為三維曲面造型的賽道首創了空間雙曲面賽道噴射成型技術。因為傳統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，但引進國外技術成本太高，為了掌握技術的主動權，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。

　　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，完美呈現冰雪世界中的風馳電掣，樹立起冬奧場館建設的高標準。

　　訓練基地創新為運動健兒喝彩

　　隨著“科技冬奧”工作的不斷開展，越來越多的創新技術與先進設備，被應用于我國冰雪運動訓練中。在北京體育大學國家冰雪運動訓練科研基地，就有這樣一座科技感十足的場館——風洞實驗室。

　　風洞是空氣動力研究最有效的技術之一，可以構造一定速度的均勻流場，最早用于航天航空領域的飛行器模擬試驗。后來，這一技術與體育訓練結合，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風洞、美國的Specialized風洞、比利時的Flanders Bike Valley風洞等。

　　北京體育大學國家冰雪運動訓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上建成風洞試驗室。“這是國內首個體育綜合訓練風洞，填補了國內沒有專門用于體育訓練測試的大型綜合風洞的空白。同時，其性能處于同行業領先水平，在流場品質、測試精度等方面均優于上述國外同類型的體育專用風洞。”北京體育大學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，在設計體育綜合訓練風洞時堅持自主創新，采用了多項創新技術。比如，在試驗安全性、舒適度、空氣質量和溫濕度等方面，通過仿真計算確定空氣循環對流場品質的影響，保證運動員在風洞內訓練時空氣的溫濕度和質量；創新性采用多種降噪技術，降低風洞設備運行對運動員訓練的干擾和影響，提升運動員訓練的舒適度。

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

　　輔助訓練科技助力更快更強

　　如何在非雪季進行雪上訓練？如何提升冬季運動項目訓練水平？為備戰北京冬奧會，目前，人工智能、大數據、可穿戴設備等科技手段，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。（曾嘉/攝）

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

　　除了滑臺硬件，這套系統在滑雪訓練平臺上安裝了運動形態識別與位姿測量裝置，訓練時運動員全身關節處的17個傳感器，可精準反映其姿態動作數據，幫助教練評估參考。此外，這套設備的通用型產品還在滑臺下加裝了運動模擬平臺，有高低、傾斜、偏轉變化，通過各角度幫助運動員訓練，為科學化訓練提供指導依據。“相關設備已試用于國家高山滑雪隊運動員的日常訓練，但系統數據還需要不斷調試，目前還沒有大規模應用。”姚小蘭表示。

　　以技術手段再現場景，用信息技術優化訓練，北京理工大學牽頭實施的“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“室內多自由度模擬滑雪訓練系統”，還包括利用三維感知及重建技術、VR（虛擬現實）技術等多種手段，采集測量冰雪運動項目的三維場景數據或運動數據，用于運動員在室內的仿真訓練，或幫助進行動作和軌跡分析，以優化技術動作，提升科學化訓練水平。

　　無論是比賽場館、訓練基地，還是運動裝備、輔助訓練系統，近年來助力冰雪運動的科技攻關多點開花，已初顯成果。在2019年和2020年的北京科博會“科技冬奧展區”，一項項用于賽道施工、輔助訓練、賽場安防等方面的技術或設備面前，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，可穿戴式神經啟動（大腦訓練）裝備，冰雪運動動作技術虛擬仿真，適用于冬殘奧項目的液壓阻尼彈性系統運動假肢……北京服裝學院、上海體育學院、哈爾濱體育學院、阿里巴巴、科大訊飛等大批院校和企業都積極投身冰雪運動的科技攻關，展示了服務冬奧的創新成果。

　　冰雪運動科技創新，我們已經在路上。但我國冰雪運動基礎薄弱,冰雪產業尚處于啟動期，推動我國冰雪運動跨越式發展依然任重道遠。多位承擔“科技冬奧”專項課題的負責人表示，在冰雪運動訓練中，運用人工智能、大數據、虛擬仿真等技術，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新體系建設，加大自主創新，組織實施重大科技項目，加強體育科技隊伍建設，培養富有創新精神的體育科技人才隊伍，進一步提升體育科技創新能力。

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