科技冬奥中的那些高科技

文=本刊记者

科技冬奥是2022年北京冬季奥运会、冬残奥会提出的愿景。通过冬奥筹办，为世界探寻更好的未来城市生活解决方案，实现对人友好、对环境友好、对产业友好、对社群友好的人类城市生活目标。

“科技冬奥”是2022年北京冬奥的主要特色，有61个项目228项技术陆续在测试赛、运动员训练及冬奥会相关筹备工作中测试应用。冬奥申办成功以来，《科技冬奥（2022）行动计划》全面推进。通过组织实施“科技冬奥”重点专项，我们攻克了一批关键核心技术，示范了一批前沿引领技术，转化了一批绿色低碳技术，折射出我国体育科技走向高水平自立自强的不凡历程。

在北京冬奥会、冬残奥会筹办过程中，科技创新贯穿场馆建设、基础设施、智慧服务、转播技术等方方面面。在办赛方面，破解雪车雪橇赛道、场馆建造运维难题，打造绿色低碳和智慧场馆；在参赛方面，重点研发科学化训练方法和装备，助力运动员向更快、更高、更强突破；在观赛方面，研发云转播平台、智能语音服务等技术，提升观众观赛体验……科技创新，成为运动员实现梦想、冬奥盛会成功举办的重要支撑。同时，我们把贯彻新发展理念与绿色办奥运相结合。比如，赛事期间，北京冬奥会所有场馆实现100%绿电供应；用薯类、秸秆等可再生资源为原材料，为冬奥村生产可降解餐具；等等。这铺就了北京冬奥会的“绿色之路”。

圆满完成的冰雪之约，展现了我国自主创新的能力和底气，为中国制造转型升级提供了重要驱动力。从采用仿生材料设计的高性能服装，到体型庞大的雪蜡车，这些令人振奋的“中国制造”，提升了冰雪装备自主研发和供给能力。中国设计、中国技术、中国材料，汇入中国制造提质升级的大潮，为中国冰雪运动发展插上腾飞的翅膀。我国首台碳纤维雪车比国际同类产品风阻系数低8%，“水立方”成为世界首个实现水冰转换的双奥场馆，国内冬奥标准的冰状雪赛道实现零的突破……有关部门、科研机构和企业通力协作，“科技冬奥”重点专项中500多家单位、超过万名科研人员攻坚克难，实现了一次次从无到有的蝶变，一项项替代方案的优化。

200余项技术应用冬奥会

2016年，在北京冬奥组委统筹协调下，科技部会同国家体育总局、北京市、河北省等有关部门和地方制定了“科技冬奥（2022）行动计划”，围绕“零排供能、绿色出行、5G共享、智慧观赛、运动科技、清洁环境、安全办赛、国际合作”等8个方面统筹设计重点任务。

2017年，国家重点研发计划设立了“科技冬奥”重点专项。面向北京冬奥会的实际需求，围绕办赛、参赛、观赛、安全、示范5大板块部署科研任务。办赛，主要是围绕场馆建设、气象预报、智慧出行、火炬研制、开闭幕式、运行指挥、碳中和等方面部署任务；参赛，主要是围绕科学训练，在运动员技能优化、体能训练和训练监测、训练基地建设、高性能竞赛器材和服装等方面部署任务；观赛，主要是围绕“5G+8K”、云转播平台、VR观赛、智能语音服务等方面部署任务；安全，主要围绕奥运场馆运维管理、设备运行、食品安全、医疗保障、疫情研判和防控等方面部署任务；示范，主要是围绕氢能出行、无人驾驶、100%清洁电力、智能机器人、无障碍服务等新技术在冬奥会场景中的集成应用。

“科技冬奥”专项安排部署了80个科研项目，共有200余项技术在北京冬奥会上落地应用，为实现北京冬奥的“简约、安全、精彩”提供有力支撑。通过组织实施“科技冬奥”重点专项，中国攻克了一批关键核心技术，示范了一批前沿引领技术，转化了一批绿色低碳技术，建设了一批示范工程。

“科技冬奥”不仅满足了北京冬奥会筹办和参赛的重大科技需求，也将对经济社会高质量发展发挥积极作用。一方面，加大对压雪车、造雪机、滑雪板、冰刀等装备研发投入，提升了冰雪运动装备自主研发和供给能力，促进了冰雪运动普及和冰雪体育产业发展；另一方面，通过推动5G、氢能出行、智能车联网、100%清洁电力等高新技术在冬奥会中示范应用，带动5G通信、绿色出行、零排供能等产业发展。

绿色环保：具有中国技术特色、国际先进的氢燃料电池客车已经实现零下30摄氏度极寒环境下的储存和冷机启动，以及开启暖风空调场景下300-450公里的长续驶里程。这些车辆在服务场景多、气候条件差、道路情况多变的冬奥会进行示范应用，将对全世界氢燃料电池汽车发展产生影响。

智慧服务：整合“冬奥APP”。这个APP可满足一个外国人来到中国后，在参加奥运会或者工作期间的几乎所有需求。未来，这款APP有望成为北京面向城市访客的窗口。

场馆仿真：各个业务领域需要围绕场馆布局图进行规划设计，场馆仿真系统则将二维场馆数据转化为动态化、参数化的三维数据，展现出数字时代奥运筹办的新变化。

转播技术：云转播实现了转播设备云端化和人员服务远程化，减少了转播车和相关设备的投入。此外运用VR的交互式多维度观赛体验可以让冬奥观众自主从不同角度和位置观赏冰雪运动比赛。

水下接力：奥运史上首次机器人在水下完成北京冬奥会火炬传递，在“科技冬奥”多机器人跨域协同的火炬接力环节，两名火炬手“机器人”完成水下接力。这一环节包括机器人冰面滑行入水、水下火炬交接传火、机器人出水三部分，传递过程中，不仅能体现火焰在水中“水火相融”的神奇景象，还能展现设计者所倡导的绿色环保理念。

重点立项体现高科技

以创新驱动发展战略为指导，以京津冀协同发展战略为依托，面向冬奥会科技保障的重大战略需求，攻克一批核心关键技术，示范一批前沿引领技术，转化一批绿色低碳技术，展示一批体现国家实力的高新技术，建立一批综合应用示范工程，促进冬季运动普及和体育产业发展，最终将北京2022年冬奥会办成了一届创新、绿色、开放、共享的科技盛会，办成一届精彩、非凡、卓越的奥运盛会。

科技部会同北京冬奥组委、北京市科委、河北省科技厅以及体育总局等部门，制定的国家重点研发计划“科技冬奥”重点专项实施方案，重点围绕冬奥会科学办赛关键技术、冬季项目运动训练与比赛关键技术、公共安全保障关键技术、全球影响传播和智慧观赛关键技术、建设绿色智慧综合示范区等5项重点任务科研攻关，国家拨款总概算约4亿元。

冬奥会气象条件预测保障关键技术：开展地基、空基和天基综合立体气象观测，研究三地冬奥赛场精细化三维气象特征监测和分析技术；研发复杂地形下稠密气象资料快速同化融合技术，建立0-24小时赛场百米级、分钟级快速更新短时临近数值预报系统；利用全球及区域一体化模式，研究24-240小时无缝隙高分辨率数值天气预报技术；基于0-240小时数值预报解释应用技术及大数据挖掘、深度学习等方法，研究精细到比赛场馆及赛道不同地点的赛事气象风险预报预警技术；研发基于人工智能、云计算的冬奥智慧气象服务技术及系统，为雪上项目竞赛环境提供专项气象服务产品，为公众、交通、媒体等提供针对性赛事专项服务产品。

人工剖面赛道类场馆新型建造、维护与运营技术：针对冬奥会人工剖面赛道类场馆精确几何剖面建设要求，研究不同材料构型下的赛道基准面精确控制和精准建造关键技术；跳台滑雪赛道助滑道冰面智能铺设、修复、监控等一体化设施和技术系统研究；加速（助滑）道的气候防护、加速、结构、动感照明和智能监测一体化技术；局部山体切削面的生态再造格宾支护体系；赛道沿线动力、造（补）雪和环境感应技术；比赛起点区、裁判塔和转播台的模块化装配与循环利用技术；永久赛道设施的全季训练与休闲利用技术；基于新型材料的冬季室外环境局部热舒适营造技术；基于同一场馆的跳跃类项目训练、比赛共享可变剖面赛道建设技术；室外人工剖面赛道制冰系统节能新技术。

复杂山地条件下冬奥雪上场馆设计建造运维关键技术：基于建筑信息模型（BIM）技术的特殊工艺与复杂地形场馆设计、施工和赛时、赛后运营维护技术研究；特殊工艺与复杂地形条件下的高山滑雪跳台复杂结构BIM技术研究；雪上设施虚拟现实与BIM技术结合的一体化平台研究；复杂场地环境下冬奥高山滑雪场馆、赛道设计和建造关键技术研究；复杂场地环境下冬奥雪车雪橇场馆的设计关键技术、清洁能源应用技术；奥运村及配套设施的设计关键技术及既有环境和生态保护技术；山区复杂条件下雪上场馆交通基础设施设计及运营支持技术，高山滑雪赛时赛后新型智能化系统构建。

冬季项目运动员专项能力特征和科学选材关键技术：冬季项目专项能力结构特征的研究；冬季体能类项目的（模拟）比赛以及主要训练手段的能量代谢、运动学和动力学特征研究；同一项目不同运动水平运动员在能量供应和利用上的区别研究；低温/常温、高原/平原测试生理学特征的差异研究；优秀运动员选材指标体系的建立；运动员选材用基因标记和标准实验方法研究；运动员跨界跨项选材的指标体系构建与应用；运动员早期专项化和早期多项化的生物学和社会学机制研究；冬季项目夏季化训练措施研究。

冬季项目运动员技能优化关键技术：冬季项目不同技术类型的运动效率研究；提升冬季项目运动员运动表现的神经-生物力学增强技术研究与应用；冬季项目运动员平衡稳定性控制特征和动作模式最优化模型研究与应用；冬季雪上技巧项目运动员在动作控制中的大脑功能、结构网络模型及运动心理学评价体系研究与应用；生物力学、神经生理等多模态远程信息采集/分析系统的研发；冬季项目的跨学科竞技表现提升智慧诊断和分析服务创新应用。

冬残奥运动员运动表现提升的关键技术：冬残奥项目专项能力结构特征和评价体系研究与应用；冬残奥项目专项训练理论和方法体系研究与应用；高原训练或低氧训练方法提升残疾人冬残奥运动员专项体能水平和赛前竞技状态关键技术研究；应用功能性训练提升冬残奥运动员专项体能水平的理论与方法研究；冬残奥项目动作技术分析评价与优化关键技术的研究与应用；雪上项目夏季化训练模拟技术研究与应用；冬残奥运动员身体机能特征、疲劳与恢复、个性化营养补充方案研究；冬残奥运动员心理特征及针对性心理干预与训练调控方法的研究；冬残奥各项目运动伤病发生机制、预防措施及康复促进方法研究；基于分级的冬残奥运动员科学化选材技术的研究；功能性高新材料、人工智能技术和3D打印技术在冬残奥国家队不同残疾类别各级别运动假肢、矫形器和护具设计与优化的适配技术与应用；冬残奥各项目特殊训练比赛器材装备材料及设计的关键技术研究。

兴奋剂检测新技术研发及方法确立：应用轨道离子阱高分辨质谱技术和代谢组学方法建立大分子类兴奋剂药物常规检测方法；应用高分辨质谱技术提高兴奋剂检测灵敏度的新技术研发；生物护照检测新技术的研发和应用；基因兴奋剂检测新技术研发与验证。

国家科学化训练基地建设关键技术研究与示范：对国际冬季项目的专项训练、体能训练和康复训练相关的关键技术进行系统集成研究；研发冬季项目场景三维感知技术，检测并三维重建冬奥会场地及周边环境；针对雪上项目的专项特征，研发室内多自由度模拟滑雪训练系统；针对速度滑冰的弯道技术、跳台滑雪的起跳和飞行技术，研发适用于分阶段技术训练的人体高速弹射装置；集成三维动作捕捉、非接触式生理体征检测、柔性传感器和人工智能等先进技术，研发冬季项目训练智能管理系统；依托冬季项目国家科学化训练基地对研发成果进行应用和示范。

冬季潜优势及落后项目国际化训练平台关键技术研究与示范：筛选、引进潜优势项目（速度滑冰、单板滑雪U型槽、花样滑冰、自由式滑雪空中技巧、冰壶等）和落后项目（雪车、雪橇、冰球、高山滑雪、越野滑雪等）的国外先进训练方法，建立训练专家系统并在相应冬奥和冬残奥国家队开展应用研究；引进国外高水平大数据、智能化科学化训练平台，开展冬奥和冬残奥国家队“训科医”的国际合作研究，探索构建国际化工作平台；探索具有中国特色的冬季项目科学化训练人才培训与认证体系。

冬奥会公共安全综合风险评估技术：根据北京冬奥会的特点，研究影响北京冬奥会正常举行的公共安全风险和多灾种、多尺度时空分析方法，包括风险影响因素的种类、数量和风险耦合关系；研究基于“互联网+”等风险数据采集方式、内容和动态更新方法；研究基于大数据、事件链分析和情景推演的北京冬奥会公共安全综合评估技术模型；研发北京冬奥会公共安全综合评估数据采集、处理和评估技术系统。

冬奥会运动创伤防治和临床诊疗安全保障技术：针对冬奥会比赛项目常见及严重运动创伤，开展预防、急救处置、诊断、治疗和康复新技术研究；开展运动损伤组织快速修复与康复及机制研究；开展冬季运动创伤微创诊疗新技术应用研究，建立研发、转化、诊断、治疗和康复一体化平台；采集冬季运动损伤数据，建立基于大数据的冬季运动创伤的临床决策系统和远程诊断辅助处置体系。

复杂、极端条件下的可靠5G通信与先进网络示范建设：针对冬奥的室外高山赛道、山区盲点等复杂场景和多种电磁干扰，研究无线信号传输的特殊属性，开发可靠的全频段电磁干扰监测与分析设备。

开展室内外多种典型场景移动通信试验验证方案设计和建设，实现无缝覆盖：针对室外场景，尤其考虑极端天气条件下，开发多频段、多形态和可抵抗高寒、强风等恶劣条件的稳定基站及通信设备；针对室内场馆海量、高密度连接等特点，研究新型网络架构优化理论、开发新型室内高容量基站；研究从直播拍摄现场到场馆终端的端到端的安全传输机制和服务质量（QoS）保障技术，为实现高清视频等多媒体数据的高速、安全、稳定传输提供理论基础及技术支撑。