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科技创新为冰雪运动“破冰”

来源：中国知识产权报/中国知识产权资讯网

　　体育强则中国强，国运兴则体育兴。随着2022年北京冬奥会日益临近，我国对于冰雪运动跨越式发展的期待与日俱增。

　　我国基础薄弱的冰雪运动该如何“破冰”？“同我们国家的强国之路一样，中国冰雪运动也必须走科技创新之路。”1月19日，习近平总书记来到河北省张家口市崇礼区国家跳台滑雪中心，在为运动员训练演示点赞时，对我国冰雪运动发展给予殷殷嘱托。

随着北京冬奥会临近，公众对于冰雪运动的热情与日俱增。（蒋文杰/摄）

　　冬奥场馆专利筑起盛会之基

　　场馆建设是举办奥运盛会的基础，也是反映运动竞技水平的窗口。目前，北京冬奥会竞赛场馆已全面完工。在北京延庆赛区，国家高山滑雪中心7条雪道曲线蜿蜒，国家雪车雪橇中心1.9公里的赛道游龙盘卧；在河北张家口赛区，国家跳台滑雪中心“雪如意”气势恢宏……冬奥场馆建设高质量、高标准稳步推进如期完工，不仅填补了多个国内空白，更实现了多项技术突破。

　　以国家雪车雪橇中心为例，雪车雪橇项目是冬奥会中速度最快的项目，被誉为冬奥会“雪上F1”，其最大时速达到每小时135公里。这类比赛项目对赛道精度要求极高，施工难度极大。国家雪车雪橇中心赛道是亚洲第三条、国内首条雪车雪橇赛道，也是世界唯一具有360°回旋弯的赛道。诸多“首条”“唯一”背后其设计难度、施工难度更是可想而知。自2018年，中冶集团上海宝冶承建这一项目以来，就开启了攻坚克难之旅，走出了一条自主创新之路。

　　“国家雪车雪橇赛道中心项目最大的难点在于精度”。上海宝冶集团国家雪车雪橇项目部相关负责人介绍，国家雪车雪橇赛道为双曲面空间异形结构，即长度方向、高度方向、宽度方向和每一个弧度及尺寸都不相同，赛道每一根钢筋的长度和弯曲程度也不相同。赛道双曲面空间异型钢筋和模板安装精度极高、难度大，每一根钢筋均须结合现场定位做精确三维安装定位和调整。全长1975米的赛道，任何一部分的误差都不能超过4毫米。

　　迎难而上，上海宝冶集团围绕赛道骨架施工、赛道混凝土喷射、赛道精加工三个主要环节进行了大量创新，并为三维曲面造型的赛道首创了空间双曲面赛道喷射成型技术。因为传统的浇筑混凝土无法满足赛道施工的特殊性，而赛道喷射混凝土虽在国外是一项较为成熟的技术，但引进国外技术成本太高，为了掌握技术的主动权，公司成立专项对赛道喷射混凝土的材料配方及施工工艺等进行了攻关。

　　最终，“1.9公里赛道一次性喷射浇筑成型，一次性通过国际组织认证，提交专利申请百余件。”国家雪车雪橇中心运用专利技术，完美呈现冰雪世界中的风驰电掣，树立起冬奥场馆建设的高标准。

　　训练基地创新为运动健儿喝彩

　　随着“科技冬奥”工作的不断开展，越来越多的创新技术与先进设备，被应用于我国冰雪运动训练中。在北京体育大学国家冰雪运动训练科研基地，就有这样一座科技感十足的场馆——风洞实验室。

　　风洞是空气动力研究最有效的技术之一，可以构造一定速度的均匀流场，最早用于航天航空领域的飞行器模拟试验。后来，这一技术与体育训练结合，被瑞典、英国、德国、加拿大等冰雪强国所广泛采用，并且取得了较好的效果。如英国的Boardman风洞、美国的Specialized风洞、比利时的Flanders Bike Valley风洞等。

　　北京体育大学国家冰雪运动训练科研基地基于废旧厂房二次利用，在改造二七厂柴油机试验站的基础上建成风洞试验室。“这是国内首个体育综合训练风洞，填补了国内没有专门用于体育训练测试的大型综合风洞的空白。同时，其性能处于同行业领先水平，在流场品质、测试精度等方面均优于上述国外同类型的体育专用风洞。”北京体育大学中国运动与健康研究院高级工程师吴海军表示。

　　吴海军介绍，在设计体育综合训练风洞时坚持自主创新，采用了多项创新技术。比如，在试验安全性、舒适度、空气质量和温湿度等方面，通过仿真计算确定空气循环对流场品质的影响，保证运动员在风洞内训练时空气的温湿度和质量；创新性采用多种降噪技术，降低风洞设备运行对运动员训练的干扰和影响，提升运动员训练的舒适度。

　　目前，基地的这一风洞实验室，不仅可以满足滑冰、滑雪等冬季运动项目的训练，还可以为自行车等部分夏季项目提供帮助。吴海军介绍，在运动员训练时，风洞不仅能为运动员提供一定流速的风场，还可以结合辅助模拟训练装置和测量设备，更好地模拟真实赛场环境并准确评估运动员所受阻力变化，指导教练员制定日常训练计划和比赛技战术。

　　辅助训练科技助力更快更强

　　如何在非雪季进行雪上训练？如何提升冬季运动项目训练水平？为备战北京冬奥会，目前，人工智能、大数据、可穿戴设备等科技手段，已广泛与冰雪运动亲密接触。

观众在体验智能模拟滑雪系统。（曾嘉/摄）

　　“室内多自由度模拟滑雪训练系统”是北京理工大学牵头实施的国家重点研发计划“科技冬奥”重点专项中的项目之一。“在滑台上做回转、滑行等专项运动，是真实雪道的体验，可达到滑雪训练的目的。”北京理工大学自动化系教授姚小兰介绍，这一系统主要应用于冬季滑雪项目室内训练，通过滑雪运动的室内临场感模拟，让高山滑雪、越野滑雪运动员在训练平台上进行专项训练，可快速提高运动员对关键技术动作的掌握，大幅提升训练效率和成绩。

　　除了滑台硬件，这套系统在滑雪训练平台上安装了运动形态识别与位姿测量装置，训练时运动员全身关节处的17个传感器，可精准反映其姿态动作数据，帮助教练评估参考。此外，这套设备的通用型产品还在滑台下加装了运动模拟平台，有高低、倾斜、偏转变化，通过各角度帮助运动员训练，为科学化训练提供指导依据。“相关设备已试用于国家高山滑雪队运动员的日常训练，但系统数据还需要不断调试，目前还没有大规模应用。”姚小兰表示。

　　以技术手段再现场景，用信息技术优化训练，北京理工大学牵头实施的“科技冬奥”专项共6个课题组各显神通，助力运动员在冰雪赛场上更快、更强。除了“室内多自由度模拟滑雪训练系统”，还包括利用三维感知及重建技术、VR（虚拟现实）技术等多种手段，采集测量冰雪运动项目的三维场景数据或运动数据，用于运动员在室内的仿真训练，或帮助进行动作和轨迹分析，以优化技术动作，提升科学化训练水平。

　　无论是比赛场馆、训练基地，还是运动装备、辅助训练系统，近年来助力冰雪运动的科技攻关多点开花，已初显成果。在2019年和2020年的北京科博会“科技冬奥展区”，一项项用于赛道施工、辅助训练、赛场安防等方面的技术或设备面前，围满了参观与体验的观众。采用高性能石墨烯材料的智能加热夹克、马甲，可穿戴式神经启动（大脑训练）装备，冰雪运动动作技术虚拟仿真，适用于冬残奥项目的液压阻尼弹性系统运动假肢……北京服装学院、上海体育学院、哈尔滨体育学院、阿里巴巴、科大讯飞等大批院校和企业都积极投身冰雪运动的科技攻关，展示了服务冬奥的创新成果。

　　冰雪运动科技创新，我们已经在路上。但我国冰雪运动基础薄弱,冰雪产业尚处于启动期，推动我国冰雪运动跨越式发展依然任重道远。多位承担“科技冬奥”专项课题的负责人表示，在冰雪运动训练中，运用人工智能、大数据、虚拟仿真等技术，在冰雪运动强国早已较为普遍，而我国尚处于初期探索阶段。我国仍需加快推进体育科技工作创新体系建设，加大自主创新，组织实施重大科技项目，加强体育科技队伍建设，培养富有创新精神的体育科技人才队伍，进一步提升体育科技创新能力。

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