2022北京冬奥会不仅是体育的盛会，也是一场科技赋能的“智慧”盛会。从刚刚结束的北京冬奥会上不难发现，科技创新无处不在，科技创新成果已深度融入北京冬奥会，“科技冬奥”成为北京冬奥会的一大亮点。
冰丝带里“最快的冰”
有着“冰丝带”美誉的国家速滑馆，是2022年冬奥会北京赛区的标志性场馆。“冰丝带”创下不少纪录，它不仅是亚洲最大的全冰面设计（冰面面积高达1.2万平方米），还是全世界首个采用“二氧化碳跨临界直接蒸发制冷技术”的冬奥场馆。作为2022年冬奥会期间极具特色的“中国方案”，二氧化碳跨临界直冷制冰技术被视为目前最先进、最环保、最高效的制冰技术之一。那么，这种技术到底厉害在哪里？
其实，二氧化碳制冷的原理和普通空调中的制冷剂循环类似。二氧化碳在常温常压下是气态，但在施加一定高压后，二氧化碳会变为临界状态的流体；这些流体随后被送到需要制冷的区域，在其蒸发过程中会大量吸热，进而达到降温制冷的目的。这种技术最关键的特征是大气友好性，不会引起臭氧层破坏，对碳达峰、碳中和都有非常大的贡献。长期以来，制冷机厂商或冬季体育场馆都使用氟利昂类化合物作为主要的制冷剂。随着科学界对氟利昂认识的逐渐提高，人们意识到氟利昂类物质会造成臭氧层破坏、温室效应等环境危害。相比之下，作为自然冷媒的二氧化碳制冷剂，显得既环保又安全。
为了更好地发挥二氧化碳直冷制冰的优点，“冰丝带”配置了一套先进的智能能源管理系统，可以高效回收制冷系统所产生的余热，为场馆除湿、冰面维护浇水及运动员日常所需等场景提供近70℃的热水。在全冰面运行的情况下，“冰丝带”仅在制冷环节每年就能节电200余万度，相当于北京6000余个家庭一个月的用电量。由于在整个制冷过程中碳排放趋近于零，这堪比种下超过120万株树木实现的碳减排量。
“冰丝带”作为本届冬奥会的速滑比赛场馆，对冰面质量有着极高的要求。冰温不均会导致冰面有的地方太软，有的地方太硬——对于速滑运动员来说，太软的冰面会导致速度变慢，而太硬的地方又可能蹬不住冰，影响选手的比赛发挥。传统冰场通常会采用间接制冷的方式（例如使用氟利昂制冷剂、乙二醇载冷剂），由于载冷剂常常不在固定温度放热，冰面温差一般都高达1.5℃-2℃。相比之下，“冰丝带”采用二氧化碳直冷制冰系统，不仅系统换热效率更高，而且冰温均匀，其冰面温差基本可以控制在0.5℃以内，这意味着整个冰面赛道硬度一致，有助于为顶级赛事打造“最快的冰”，有利于运动员滑出好成绩。
“猎豹”和“飞猫”
在观看奥运比赛时，你是否好奇过：如此风驰电掣的比赛场面，是如何被捕捉下来的？在2月7日的北京冬奥短道速滑男子1000米决赛中，率先冲过终点的匈牙利选手因犯规判罚被取消资格，中国选手任子威和李文龙分获冠亚军。全网沸腾之时，众多网友发起“谢谢‘猎豹’”活动。一场冬奥会比赛，场边的摄像机竟“意外”成了主角！
那么，“猎豹”究竟是什么呢？其实，猎豹不是动物，而是超高速4K轨道摄像机系统。它是一个庞大的设备，由陀螺仪、轨道车、360米长的U型轨道三部分组成，安装在国家速度滑冰馆赛道的最外侧。如果说运动员是冰面上的雄鹰，那“猎豹”就像是神秘的捕鹰人。在冬奥会的速度滑冰比赛中，运动员的速度可达到15-18米/秒，约等于50公里/小时，而“猎豹”的设计技术标准更是达到了25米/秒，约等于90公里/小时。它还具备4K高清捕捉能力，可以将运动员比赛过程中竭尽全力的姿态与冲线的兴奋一览无余，具有低延迟、高质量等特点。本届冬奥会上，“猎豹”系统只有一套，安装在“冰丝带”场馆内，它的研发弥补了短道速滑比赛中直播摄影机无法快速跟踪拍摄的缺陷，可实时跟踪运动员的位置，捕捉现场画面。
短道速滑决赛场馆——首都体育馆使用的摄影系统，由40台4K超高清摄影机阵列加上3台8KVR摄像头组成，被称为“飞猫”，在赛场中起了重要作用。短道速滑注重队员之间的战术配合以及选手之间的“弯道博弈”，因此选择多机位超高清摄影机阵列的“飞猫”则更为合理。值得一提的是，“飞猫”与“猎豹”不同，并不是这套摄影系统特定的名称，而是“索道摄像系统技术”的代名词。因此我们可以在足球赛、演唱会或是其他大型文艺节目中听到“飞猫”的大名，但此“飞猫”非彼“飞猫”，不能混淆。“飞猫”系统摄像头可以做到全视角覆盖。除了转播画面，也起到了辅助判罚的作用。在短道速滑决赛中，韩国与匈牙利运动员的隐蔽犯规无所遁形，靠的正是这套高清摄像头的“火眼金睛”。
“水立方”变身“冰立方”
在北京冬奥会上，从“水立方”变身为“冰立方”的国家游泳中心，成为全球冰壶运动员巅峰对决的绝佳舞台，继2008年后再次惊艳世人。作为“双奥”场馆，“冰立方”是冬奥会历史上体量最大的冰壶场馆，也是世界上唯一在泳池上架设冰壶赛道的“双奥”场馆。它在水冰自由转换之间，充分彰显了北京冬奥会可持续发展的理念，是绿色奥运和科技奥运结合的典范。
那么，它是如何实现“变身”的呢？科研团队采用了在泳池上方架设可拆卸冰场的方式，在抽干水的泳池内搭设可转换架体。可别小看在泳池里“搭架子”，因为冰壶比赛对冰面要求极高，每平方米赛道在承受150公斤重量的情况下，冰面变形不能超过1毫米。如何保证冰面在稳定牢固的同时还能达到冬奥会比赛要求呢?秘密就藏在支撑冰面的可转换钢结构中。支撑冰面的“骨架”分为8层，由2600根3米高、2米长的钢搭建而成，每根梁柱装有柱脚，每个连接点装有可拆卸高强度螺栓，确保钢架坚固结实。另外，钢架上还装有传感器，稍有一点震动或不稳都能监测到。
有了钢筋铁骨，还得有冰肌雪肤。铺设的最上层，就是600根制冰排管，制冰排管相当于毛细血管，与动脉静脉相连。而室外制冷机组就是“心脏”，将载冷剂通过管道循环输送至制冰场，保证赛场制冰顺利进行。
如何保证比赛用冰不融化、观赛群众不寒冷，这又涉及到本次场馆改造的一大难点——赛场温度分区控制。全新的群智能系统能够有效监控比赛大厅的热湿环境和光环境的变化，比赛大厅内根据需要在不同的点位设置了传感设备，这些传感设备就像我们人体的眼、耳、皮肤等感觉器官一样，感知着比赛大厅的温湿度、声光等环境的变化，并将这些数据及时反馈至“神经中枢”，群智能系统就会根据实际情况自动调节，最终实现室内高大空间温度的分区调控。冰壶赛场内会确保三种不同温度并存——赛道需要始终保持－8.5℃，冰面上方1.5米控制在10℃左右，看台区温度则在16℃到18℃之间，由座椅下的出风口吹出热风，确保观众舒适观赛。
责任编辑：王昆鹏
