武汉科技力量助力北京冬奥会

随着北京冬奥会的开幕，各项精彩激烈的赛事吸引着观众的目光。除了赛事本身外，这届冬奥会上随处可见的绿色科技，也成为大家关注的重点。从助力打造“最快的冰”到减阻赛服，从智能化的冰刀磨床到护脸装备，来自武汉高校最新技术和产品，正用科技力量服务冬奥会。

■ 地铁隧道测量技术助力打造“最快的冰”

国家速滑馆也叫“冰丝带”，是北京冬奥会唯一新建的冰上竞赛场馆。开赛以来，一项项新的纪录在“冰丝带”诞生，除了参赛选手们的出色发挥外，也验证了国家速滑馆“冰丝带”所追求的“最快的冰”名不虚传。

要打造世界上“最快的冰”，关键在于新技术和高标准。为了给运动员最好的滑行体验，“冰丝带”冰场是一整块大冰面，面积达1.2万平方米，且采用了世界上最先进的节能环保二氧化碳直冷制冰技术。经测算，“最快的冰”要确保400米冰道温差不超过0.5℃，冰的厚度控制在2.5厘米左右。要想达到如此目标，关键在国家速滑馆1.2万平方米的冰面下层混凝土中埋装密密麻麻的制冰排管，这些制冰排管的全场高度差不超过5毫米，管道之间的平行度要优于1/1000，即1米长度的连根管子的平行误差不超过1毫米。

怎样保证这样的精度？武汉大学遥感信息工程学院/宇航科学与技术研究院毛庆洲教授领衔的高分辨激光雷达团队，利用高精度三维激光技术，于2020年秋季对国家速滑馆制冰排管安装现场进行了全面测量。他们先采集整个冰场的制冰排管全图，然后分析得到一根一根排管的具体参数，点面结合，定位出每一根排管的坐标，这样每一根排管在施工过程中的高度、平行度一目了然，建设单位根据坐标轻松施工、校准、调整。毛庆洲教授介绍，他们经过28天的数据采集和分析，共获得2TB的现场点云数据，测量精度优于2毫米，满足施工要求，有效指导了制冰排管的现场安装布置，为建造“最快的冰”提供了有力保障。据悉，毛庆洲教授团队的三维激光测量技术之前已经大量运用于地铁隧道结构变形测量。    

■ 用“数值仿真科技”降低赛服阻力

12日晚，北京冬奥会速度滑冰男子500米，中国选手高亭宇以34.32秒的成绩破奥运纪录夺金。相比他在平昌冬奥会上的表现，高亭宇此次夺金的成绩提升了0.33秒。这“一眨眼”的差距，除了运动员自身的不懈努力之外，也离不开服装和装备的助力。武汉体育学院健康科学学院院长、国家体育总局体育工程重点实验室主任郑伟涛介绍，高亭宇身着的比赛服，正是国家重点研发计划“科技冬奥”重点专项——“冬季运动与训练比赛高性能服装研发关键技术”的成果与具体应用。

“竞速类项目追求的就是一个‘快’字，这就意味着要尽可能减小空气阻力。”郑伟涛介绍，武汉体育学院联合北京服装学院、清华大学、舒华体育股份有限公司等相关单位和企业，以速度滑冰、高山滑雪、雪车、跳台滑雪等竞速类项目服装为研究对象，针对中国运动员生理特征和北京冬奥场地环境构成，构建了“人体—服装—环境”复杂多自由度体系各类项目不同姿态下空气动力学模型，通过流体动力学仿真揭示竞速类比赛空气阻力来源、分布与占比，提出适应中国运动员特征的冬季运动项目服装综合减阻设计，定制符合中国运动员体型和技战术特点的“最佳运动姿态”比赛服。

自2019年起，郑伟涛教授团队的20余名师生参与研究，对速度滑冰运动员高亭宇等进行了典型运动姿态实体扫描，采用逆向工程对于不同姿态、不同速度下竞速类项目运动员展开建模。面对数以千万计的网格模型，团队每次都要进行上百个小时的数值计算，精准确定空气阻力来源与占比，聚焦阻力集中部位，多次进行计算优化减阻方案，并开展风洞试验。一系列研究为竞速类服装减阻结构、面料、版型等设计提供科学依据，最终实现减阻率5%—10%的效果。

■ 研制智能设备让冰刀磨削精度达微米级

华中科技大学参与的多项研究成果被应用于冬奥会赛场。

华中科技大学国家数控系统工程技术研究中心联合武汉华中数控股份有限公司等单位通过项目攻关，研制出智能化的冰刀磨床和滑雪板磨床，满足了短道速滑/速滑冰刀、越野/冬季两项雪板和跳台滑雪滑雪板等各种冰雪器材制造和修磨要求，解决了国内冰雪器材加工企业靠手工设备操作，劳动强度大、精度低、效率不高的难题和瓶颈，让原来“跟着感觉走”的粗放式加工和磨削变成了全程自动化、数字化、智能化的精磨细削。实现了冰刀和雪板磨削精度从毫米级到微米级的跨越。

华中科技大学牵头的国家重点研发计划“科技冬奥”重点专项“智能雪车雪橇赛道与竞技训练关键技术研究”项目，通过搭建赛道数字孪生系统，实现雪车雪橇运动的智能精确感知和数据融合，助力教练员、运动员滑得更快更安全。

项目团队与国家队围绕数字化训练的关键技术与配套方法展开了深入沟通，探讨以数字化、智能化技术挖掘基于数字赛道的滑行规律与制胜因素的研究实施路径，形成了“雪车雪橇穿戴式数字仪表盘”“钢架雪车训练及比赛滑行轨迹数据分析报告”“雪车雪橇可视化轨迹纠偏系统”等多项辅助训练的技术成果。  

此外，华中科技大学团队还研发了雪上科技护脸装备，能够在严寒环境中为着装轻便的越野滑雪运动员提供“暖”而“快”的保障服务，通过局部微环境的有效热调控，降低运动员在赛前热身或比赛过程中面部、呼吸道损伤以及低温的不适感，尽可能减小极端环境对水平发挥所造成的影响。目前总共已有八批护脸装备提供给国家越野滑雪队使用。