楊奇勇，國家游泳中心有限責(zé)任公司黨支部副書記、執(zhí)行董事、總經(jīng)理，國家重點研發(fā)計劃“科技冬奧”重點專項——國家游泳中心冬-夏運動場景轉(zhuǎn)換技術(shù)研究及應(yīng)用示范項目負(fù)責(zé)人。

在國家游泳中心場館運行團(tuán)隊中擔(dān)任后勤副主任，參與并主持了國家游泳中心工程建設(shè)、奧運賽時保障、賽后運營、場館改造工作，參加了膜結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計施工和LED室外照明等重大科研攻關(guān)課題項目組，使“水立方”成為國家級精品工程，被評為科技奧運先進(jìn)個人，奧運會、殘奧會先進(jìn)個人，榮獲奧運建設(shè)工程一等功。

曾經(jīng)，泳壇名將邁克爾·菲爾普斯在這方泳池獲得八枚金牌，成為單屆奧運會奪金最多的選手。如今，這方泳池化身長44.5米、寬4.32米的冰壺賽道，蓄勢待發(fā)，迎接遠(yuǎn)方賓朋。

被譽(yù)為“水立方”的國家游泳中心是北京2008年奧運會最引人注目的比賽場館之一，為實現(xiàn)雙奧場館“反復(fù)利用、綜合利用、持久利用”，“水立方”換裝“冰立方”，繼續(xù)服務(wù)北京2022年冬奧會和冬殘奧會。2022年2月2日晚，被譽(yù)為“冰上國際象棋”的冰壺比賽將在這里開賽。來自瑞士、英國、美國、挪威、澳大利亞、捷克、中國的冰壺混雙冬奧健兒將在“冰立方”拉開北京冬奧首戰(zhàn)序幕。

如何在不破壞“水立方”的情況下，將其轉(zhuǎn)換成“冰立方”，這是國家重點研發(fā)計劃“科技冬奧”重點專項——國家游泳中心冬-夏運動場景轉(zhuǎn)換技術(shù)研究及應(yīng)用示范項目需要解決的重要問題。我們采訪了項目負(fù)責(zé)人、國家游泳中心有限責(zé)任公司總經(jīng)理楊奇勇，聽他講述“水立方”轉(zhuǎn)換成“冰立方”的科研之路。

問：把“水立方”轉(zhuǎn)換成“冰立方”，難度主要在哪？

楊奇勇：冰場上的冰是最大難點，是我們籌備奧運會所有工作的核心。冰的表面品質(zhì)是需要解決的重要問題，必須研究冰的內(nèi)在品質(zhì)和它外在所受環(huán)境因素的影響，才能保證賽時品質(zhì)。

在冬奧會和冬殘奧會的冰壺比賽中，冰壺運動員對冰的品質(zhì)要求極高。結(jié)霜、冰面不平整、裂縫等冰面上任何微小的變化都會對冰壺運動產(chǎn)生影響。如果冰的品質(zhì)不好，對運動員產(chǎn)生了干擾，運動員會覺得不公平，這就是一個失敗的比賽了。

冰在不同溫度下呈現(xiàn)出不同強(qiáng)度、硬度、摩擦系數(shù)。不同的水質(zhì)也會給冰帶來力學(xué)性能的變化。外在環(huán)境有七八個因素會影響到冰的表面品質(zhì)，包括空氣的溫度、濕度、冰本身的溫度、風(fēng)的流速、微小的震動、制冰時間的長短等。所以必須把冰的內(nèi)在和外在因素綜合起來研究，才能保證奧運會期間冰的穩(wěn)定性。

怎么定義穩(wěn)定？

簡單地說，冰沒有開裂，沒有明顯的震動、變形，是一塊完整的比賽場地。在長期冰凍的情況下，整個體系既不延伸，也不收縮，冰面整體性比較好。不結(jié)霜是硬性要求，一旦結(jié)霜，冰面的摩擦?xí)兇?，球速會變慢，而結(jié)霜在比賽過程中是比較難以克服的，甚至不可逆，一旦發(fā)生了結(jié)霜會一直惡化下去，在比賽中間很難停下來去處理它，直接影響運動員的發(fā)揮，甚至可能會影響關(guān)鍵球的發(fā)揮。再有就是不“吃冰”，所謂“吃冰”實際上是升華，北方冬季空氣里面的水非常少，有些固體冰直接變成氣體揮發(fā)到空氣中。這也是比較危險的因素，它會帶來冰的表面粗糙不平，這樣會影響運動員的發(fā)揮。

怎么控制這些指標(biāo)？

實際上，我們不但要用比較合適的手段去測量它，還要用一個完整的系統(tǒng)來保護(hù)這塊冰。測量方面，我們對鋼結(jié)構(gòu)支撐體系做了健康監(jiān)測，任何微小的震動都能被我們捕捉到，可以隨時判斷這塊冰有什么風(fēng)險;從環(huán)境上看，場館大廳里面布置了上千個傳感器，這些傳感器隨時把空氣里面的溫度、濕度、風(fēng)速信號反饋給智慧控制系統(tǒng)，而智慧控制系統(tǒng)又控制著三件大機(jī)器：制冰機(jī)、除濕機(jī)、空調(diào)機(jī)。這些機(jī)器按照既定指標(biāo)，根據(jù)環(huán)境監(jiān)測傳感器反饋的信號，自動地增加或減少工作，以保證冰的穩(wěn)定性，從而對這塊冰實現(xiàn)全面監(jiān)測和控制。

問：如何在“水立方”凍出符合冬奧比賽嚴(yán)苛標(biāo)準(zhǔn)的冰面呢？

楊奇勇：凍這塊冰不簡單，需要科技的引領(lǐng)。

科技部重點支持項目“水立方”冬-夏場景轉(zhuǎn)換，核心就是要解決滿足冬奧冰壺賽事嚴(yán)苛標(biāo)準(zhǔn)的冰的問題。聯(lián)合攻關(guān)組以科研成果為前提，進(jìn)行設(shè)計工作。冰場搭設(shè)之后又布設(shè)了大量傳感器控制系統(tǒng)，這些數(shù)據(jù)也要被科學(xué)家及時地監(jiān)測到。整個科研工作是實現(xiàn)水冰轉(zhuǎn)換的基本支撐，沒有這些工作，靠盲目設(shè)計、施工，做不到這么嚴(yán)謹(jǐn)。

我們提出可轉(zhuǎn)換、可拆卸方案后，世界冰壺聯(lián)合會不放心這個方案，我們唯有依托自己的科研人員做大量的實驗證明是可以辦到的。我們請來環(huán)境結(jié)構(gòu)領(lǐng)域科學(xué)家，現(xiàn)場實地做對比實驗，一邊實驗一邊對不同體系進(jìn)行比較，決定最后在什么樣的體系下用實際制冰驗證我們的場地是否穩(wěn)定。

通過實驗，我們發(fā)現(xiàn)目前采用的方式可以達(dá)到世界冰壺聯(lián)合會對于場地的要求。不論用什么樣的方式，最后冰場在荷載下的震動、運動仍然可以度量，我們就在這個標(biāo)準(zhǔn)上做實驗。如果我們達(dá)到了目標(biāo)，就有把握讓世界冰壺聯(lián)合會聽我們的，達(dá)不到我們認(rèn)輸，就用現(xiàn)澆混凝土。

我們的科研人員通過精心計算和準(zhǔn)備，對整個施工力量進(jìn)行高質(zhì)量投入，依靠科研工作達(dá)到要求。

此外，“水立方”的環(huán)境特殊。“水立方”是ETFE氣枕結(jié)構(gòu)，由3000多個氣泡組成。這個大廳既大，維護(hù)結(jié)構(gòu)性能又非常特殊。我們沒有盲目地把整個屋子作為冰箱來考慮，這很不經(jīng)濟(jì)。我們采用分層控制策略，在不同高度上，讓機(jī)器出力不同，最后通過分層控制室內(nèi)溫度和濕度。這樣得到的效率非常高，把有限精力全部放在下層，而上層是略略放寬的。空氣溫度是1.2米以下10攝氏度，在觀眾區(qū)大概是16攝氏度，而冰是零下6—8攝氏度。濕度也是一樣，最下邊控制在30%以下，露點溫度在零下4攝氏度左右，1.2米以下控制在40%左右，而露點溫度在零度以下，再往上基本上不需要控制。這樣形成了一個有效的場地條件，這些全部要在電腦里提前模擬出來，然后到現(xiàn)場做測試，測試以后再改進(jìn)。

問：2019年底，“水立方”第一次圓滿完成水冰轉(zhuǎn)換，當(dāng)時耗時近60天，2020年底第二次水冰轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)搭建順利完成，用時僅十幾天，達(dá)到了“科技冬奧”重點專項的既定目標(biāo)。這么快的提速，我們是怎么完成的？

楊奇勇：第一次搭建大家經(jīng)驗不足，沒有對整個搭建工作做系統(tǒng)研究。在科技冬奧項目支持下，我們采用基于BIM技術(shù)的原位置安裝基本策略，將2600個構(gòu)件在BIM系統(tǒng)里單獨注冊、單獨標(biāo)號，從出場就知道構(gòu)件將來要去哪、現(xiàn)在在什么位置上，形成了物流方面的智慧管理。指揮安裝的工長可以在任何時候知道構(gòu)件的位置，在工序安排、場地利用上就會效率非常高。這種智慧安裝手段使下次安裝的效率更高，把構(gòu)件從原位置拆下來，知道它將來會在哪入庫，再安裝的時候，它還會回到同一個位置上，這樣越裝越快。

在第一次安裝時，大量時間消耗在整個構(gòu)件調(diào)頻上。按照世界冰壺聯(lián)合會要求，這塊冰場正負(fù)誤差不能超過3毫米。工人安裝、構(gòu)建加工等誤差遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于3毫米。我們的安裝要快速把整個場地全部調(diào)到同一個高度上。測量這塊場地，按照傳統(tǒng)方式就消耗了一半時間，如果有60天的話，可能有十幾二十天是測量工在跑腿，這樣效率比較低，同時也讓指揮工程師沒有全局概念，指揮起來比較盲目。我們用智慧化多點同時定位測量手段，可以同時測量100個點，用這個技術(shù)，100個點每個點反饋回來的自身誤差要小于0.5毫米，它能夠告訴工人在大區(qū)域里有針對性地去調(diào)節(jié)，使效率大大提升。

問：冰壺在國內(nèi)是小眾運動，一方面，我們希望借助冬奧會的舞臺推廣冰壺運動;另一方面，以后有序經(jīng)營“冰立方”場館需要持續(xù)吸引更多的冰壺愛好者參與其中。我們?yōu)榇俗隽四男┕ぷ鳎?/p>

楊奇勇：冰壺是一個集智力和體力于一身的運動，本身門檻并不高，但是中國的冰壺場地比較少，所以冰壺選手比較少。我國目前注冊的運動員不超過2000人。但是這項運動又是一個電視項目，大家喜歡在電視上看它。為什么有趣？我理解為冰壺運動中壺的位置類似下國際象棋，再有一個大的特點是，冰壺是繞障礙物的弧線在擊打，而不是直線，所有冰壺比賽中的選手都會扔擲出弧線，弧線導(dǎo)致可以繞開前面的障礙去打后面的球，充滿懸念和挑戰(zhàn)，這是冰壺的魅力。

你可以去設(shè)計戰(zhàn)略、戰(zhàn)術(shù)后發(fā)制人，把懸念留到最后一刻去釋放。如果全都是直線，局面就一目了然，所有的可能性都被看穿了。所以，冰壺的弧線是很獨特的現(xiàn)象，也是冰壺運動的一把鑰匙。觀眾看比賽時看不到弧線，我們運用視頻捕捉、增強(qiáng)現(xiàn)實的方式，把冰壺的位置、運動曲線、旋轉(zhuǎn)以及刷冰對冰壺運動的影響等數(shù)據(jù)全部提取出來。數(shù)據(jù)有兩個方面的用途：一方面，可以幫助向公眾解釋冰壺運動，在奧運測試賽期間，我們在現(xiàn)場大屏幕上向公眾投放冰壺大本營的實況和投擲曲線，不但得到現(xiàn)場記者、觀眾的關(guān)注和認(rèn)可，同時也得到世界冰壺聯(lián)合會凱特主席等官員的好評;另一方面，這種面向公眾的概念性推送，可以幫助公眾理解冰壺運動的魅力，通過短期的接觸能夠愛上冰壺運動。

問：很多觀眾還不是很清楚冰壺比賽具體的規(guī)則，剛剛您提到擦地板，能否介紹一下“擦地板”是一個什么樣的過程？

楊奇勇：冰場表面有顆粒，并不是完整平面，在小尺度上它通過小顆粒組成，這些顆粒讓冰壺在上面滑行時滑得更快、更遠(yuǎn)。大家看到的冰壺是一個直徑30多厘米的圓盤，但是冰壺真正接觸冰的點是下面的一圈滑動帶，這個滑動帶大概有一厘米寬，兩個小面積互相接觸，冰壺就滑動起來了。運動員用刷子刷的是冰壺上面的點，叫拍寶，這些小點被刷后會變得更光滑，甚至融化，摩擦系數(shù)更小，這樣就使得一個正常運動的冰壺走得更遠(yuǎn)、速度更快，甚至改變它的運行方向。團(tuán)隊運動中，擲壺的選手?jǐn)S壺之后，隊友幫助他做微調(diào)，得到制勝點，打到最佳位置上。這是冰壺刷子的功能。刷子對點的影響較大，國際冰壺聯(lián)合會曾對刷子做出過非常嚴(yán)格的統(tǒng)一規(guī)定，因為在這種高技術(shù)加持下，有一些布面非常干擾拍寶表面品質(zhì)。國際冰壺聯(lián)合會統(tǒng)一規(guī)定，大家只能用這樣的布料做刷子，這樣相對公平。

“水冰轉(zhuǎn)換”施工現(xiàn)場

施工人員在調(diào)試

建成后的比賽現(xiàn)場

我們在冬奧運會期間還會跟互聯(lián)網(wǎng)視頻網(wǎng)站合作，直接向公眾推送數(shù)據(jù)化數(shù)字冰場冰壺比賽，會把經(jīng)過提取的所有冰壺數(shù)據(jù)跟視頻流一塊推給觀眾，觀眾也可以在觀看的同時展開思考。

還有一個方向就是“讀”冰，幫助運動員理解冰的表現(xiàn)。冰的所有變化都會影響到冰壺的最后曲線，影響到什么程度恰恰是運動員最需要知道的。如果我們的運動員能夠通過訓(xùn)練建立直覺，知道數(shù)據(jù)之后，能夠反饋、重新認(rèn)識冰場，及時地做出糾正和調(diào)節(jié)，就會幫助他下決心選擇戰(zhàn)略戰(zhàn)術(shù)，這對運動員提升水平、訓(xùn)練是有幫助的。

事實上，“讀”冰也是中外運動員爭奪制勝球的焦點，誰能更好地理解這塊冰，誰就更容易在比賽中選擇合理戰(zhàn)略戰(zhàn)術(shù)提高勝率。

問：您剛剛提到“讀”冰能力，能否給我們解釋一下這個概念？

楊奇勇：運動員觀察冰壺在同一塊冰不同時間運行的摩擦系數(shù)的微小變化。摩擦系數(shù)越小，冰壺運行的阻力越小，跑得就遠(yuǎn)，球的速度就快;摩擦系數(shù)大，阻力大，跑得近，冰壺運行得慢。運動員隨時在觀察自己上一個球的運行情況，來判斷摩擦系數(shù)是否有變化。我們關(guān)于冰的研究用盡了一切辦法，來保證這塊冰是穩(wěn)定不變的。但在頂級運動員眼里，在這種最高級別的比賽上，這不是絕對不變的，運動員要捕捉到這種極其微小的變化，指導(dǎo)自己怎么打制勝球，這就是“讀”冰能力。

問：冬奧會之后，我們的這些項目成果還將有哪些應(yīng)用？

楊奇勇：我們未來會在“冰立方”冰場之外，將虛實融合、冰壺曲線的捕捉技術(shù)用于群眾冰壺運動冰場，投入青少年的輔助訓(xùn)練中。而關(guān)于冰的研究，關(guān)于冬-夏場景轉(zhuǎn)換的研究，會一直指導(dǎo)“水立方”未來的運營。綜合性質(zhì)的群眾場館總是處在各種場景轉(zhuǎn)換之中，這種智慧控制手段會一直延續(xù)下去。整體思路上，這種室內(nèi)場館的環(huán)境轉(zhuǎn)換，包括冰水功能轉(zhuǎn)換，可能會對其他場館克服季節(jié)干擾導(dǎo)致經(jīng)營下滑現(xiàn)象有所幫助。

★冬奧會歷史上體量最大的冰壺場館

★世界唯一水上項目和冰上項目均可運行的雙奧場館

★世界上首個在泳池上架設(shè)冰壺賽道的奧運場館

北京2022年冬奧會冰壺項目共有三個小項：男子冰壺、女子冰壺和混合雙人冰壺，其中混合雙人冰壺隊伍由一男一女兩位選手組成，沒有替補(bǔ)隊員。比賽以兩隊握手開始，每隊由4名場上隊員和1名替補(bǔ)隊員組成，分配紅色手柄冰壺的隊伍著深色服裝，分配黃色手柄冰壺的隊伍著淺色服裝。4名隊員分別任“一壘”“二壘”“三壘”以及最重要的“四壘”隊長（或主將）。

兩隊的4名隊員交替投出用蘇格蘭花崗巖制成的冰壺，投壺目標(biāo)是距離不到150英尺外的大本營，大本營由4個同心圓組成。

隊長相當(dāng)于團(tuán)隊“軍師”，進(jìn)行戰(zhàn)術(shù)規(guī)劃和及時調(diào)整，最大程度確保勝利。隊長通過喊叫指導(dǎo)隊員們在冰壺前刷冰，刷冰能極大地影響冰壺滑行的速度和方向。

每局比賽中隊員可以利用防守壺?fù)踝〈蟊緺I，利用投營壺試圖得分，或使用擊打壺移除對手冰壺。

每隊投擲8只冰壺后，冰壺離大本營中心最近的隊伍將得分。如果有不止1只冰壺比對手任意冰壺離大本營中心更近，每只更近的冰壺都可積分，所有局結(jié)束后得分最高的隊伍獲勝。

綜合央視新聞、《國家人文歷史》