科技唱響冰雪歡歌 創(chuàng)新閃耀冬奧五環(huán)
——北京冬奧會展現(xiàn)我國科技創(chuàng)新智慧

◎ 本刊記者 白 靜

筑夢冰雪，同向未來。2022年2月4日晚，舉世矚目的北京第二十四屆冬季奧林匹克運動會開幕式在國家體育場隆重舉行。中華文明與奧林匹克再度攜手，科技創(chuàng)新與冬季奧運完美結(jié)合，奏響全人類團結(jié)、和平、友誼的精彩樂章。

航天科技加持,冰立方幻化冰五環(huán)閃耀冬奧

一滴墨從天而降，逐漸幻化為黃河之水，滔滔不絕；隨即飛流直下，奔匯成“冰”，瞬間凝結(jié)成巨大的冰立方；一朵朵雪花被置于“冰面”上，即刻又悄然幻化為奧林匹克五環(huán)冉冉升起……2月4日，北京冬奧會開幕式在國家體育場“鳥巢”舉行，行云流水般轉(zhuǎn)場變換的舞臺，水、冰、雪之間不斷交融的奇幻場景，給全世界億萬觀眾呈現(xiàn)了一場極致享受的視覺盛宴。如此收放自如的舞臺效果，其背后是來自航天科技的加持，保障冬奧會開幕式上的舞臺變換像火箭發(fā)射一樣安全、精準(zhǔn)。

“導(dǎo)演負(fù)責(zé)精彩，我們負(fù)責(zé)安全、可靠，為藝術(shù)家提供堅實的基礎(chǔ)，為藝術(shù)創(chuàng)作提供技術(shù)保障。”2月4日，中國運載火箭技術(shù)研究院黨委書記李明華在接受采訪時表示。

中國運載火箭技術(shù)研究院作為中國航天科技集團有限公司冬奧專項工程的抓總單位，承擔(dān)了本屆冬奧會和冬殘奧會開閉幕式舞臺、空中設(shè)施、地面顯示系統(tǒng)等多個項目的技術(shù)保障任務(wù)。來自北京經(jīng)濟技術(shù)開發(fā)區(qū)的創(chuàng)新企業(yè)北京長征天民高科技有限公司，是火箭院所屬北京航天發(fā)射技術(shù)研究所的全資公司，其總承擔(dān)的地面舞臺系統(tǒng)要完成相關(guān)展示、視頻播放等最重要的儀式性表演，滿足不同場景使用需求。

據(jù)了解，此次開幕式告別“人海式演繹”（參演人數(shù)僅為2008年奧運會開幕式的20%），利用科技使舞臺更飽滿是本屆冬奧會開幕式的最大特點之一。這就使得舞臺哪怕出現(xiàn)細(xì)微的差錯，都將被放大凸顯出來。為了確保萬無一失，長征天民首次用航天系統(tǒng)工程模式對產(chǎn)業(yè)項目進行管理和實施，這也是對產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域管理創(chuàng)新的重要探索。

與夏季奧運會繁花似錦的熱烈氣氛不同，本屆冬奧會要用科技和新的觀念去表達冬季帶給人們的空靈浪漫感。面對目前國內(nèi)最大的體育場露天舞臺，長征天民專項團隊將復(fù)雜的舞臺工程系統(tǒng)設(shè)備完全置于平靜的“冰面”之下——數(shù)十套電機與剛性鏈條、鋼絲繩及滑輪組相互配合，驅(qū)動大型升降臺、車臺、傾斜臺等活動設(shè)備，完成各類升降、平移、翻轉(zhuǎn)等動作，使得“空靈”得以實現(xiàn)。而舞臺上所呈現(xiàn)的從“奔流”瞬間凝結(jié)而成的通體冰瑩的冰立方，總重量約400噸，升降重量達180噸，載荷超過一般劇院大型升降臺的8倍，是整個開閉幕式最大功率的驅(qū)動設(shè)備。長征天民研制團隊在場地受限情況下，通過精確控制電機驅(qū)動16條鏈條、16條鋼絲繩組成的4套同步傳動單元，讓這塊巨大的冰立方升降定位精度控制在±1毫米。

當(dāng)“冰面”上一朵朵雪花悄然幻化為奧林匹克五環(huán)冉冉升起，這行云流水般的轉(zhuǎn)場，來源于地面中央升降臺所采用的“先下沉、再平移、最后上升”的“小開合”方式。長征天民采取這種創(chuàng)新方式，能夠減少大幅度動作所帶來的突兀感，為藝術(shù)表演與流程儀式提供了流暢而平穩(wěn)的舞臺，配合整體演出塑造出寧靜的唯美意境。

李明華介紹說，舞臺機械控制系統(tǒng)的設(shè)計，加入了航天系統(tǒng)產(chǎn)品研發(fā)中采用的數(shù)字化仿真軟硬件設(shè)備，開展控制算法的優(yōu)化設(shè)計，并全面進行半實物仿真測試試驗，把冬奧項目與航天人熟悉的質(zhì)量管理體系進行創(chuàng)造性結(jié)合，從而在設(shè)計階段識別并規(guī)避重大失誤，提高整個系統(tǒng)的可靠性和安全性。相對于一般火箭飛行試驗前需要進行近百項地面試驗，冬奧會舞臺系統(tǒng)進行了近千項地面測試。通過各種分系統(tǒng)與綜合性試驗，排除一切不可靠因素，做到現(xiàn)場表演“零失誤”。

科技創(chuàng)新奏響北京冬奧會主火炬“冰與火”之歌

冰火相融，當(dāng)空舞動。2月4日晚，當(dāng)最后兩位火炬手擎著“飛揚”火炬跑向鳥巢中央，全場寂靜，萬眾矚目。

地臺緩緩出現(xiàn)，火炬被輕輕插入基座。此時，“飛揚”開始蝶變，晶瑩剔透的顯示屏化作“雪花”，托舉著盛開的火焰升空飄舞。

奧運史上主火炬的點燃方式各有創(chuàng)新，但北京2022年冬奧會主火炬仍以“意想不到”的方式展現(xiàn)在全世界億萬觀眾面前——微火、屏顯、當(dāng)空舞動，在科技加持下，冬奧會主火炬實現(xiàn)冰與火的完美結(jié)合！

“北京冬奧會主火炬的設(shè)計研發(fā)，最大的創(chuàng)新之處是微火設(shè)計、視頻顯示以及由復(fù)雜的姿態(tài)控制系統(tǒng)構(gòu)成鳥巢上空的完整結(jié)構(gòu)，這在百年奧運史上是獨一無二的。”北京冬奧會主火炬技術(shù)負(fù)責(zé)人、航天科技集團六院11所（京）事業(yè)部總工程師劉悅接受記者采訪時說。

為何使用微火設(shè)計？是為了更好展現(xiàn)綠色低碳與可持續(xù)發(fā)展理念。此前的奧運火炬都是熊熊大火，能源消耗量巨大，北京冬奧會將綠色能源——氫氣作為燃料，微火設(shè)計可實現(xiàn)氫氣消耗量每小時小于2立方米。

“從技術(shù)角度來說，微火的實現(xiàn)并不容易。”劉悅告訴記者，北京冬奧會主火炬須長時間燃燒，對環(huán)境適應(yīng)性、穩(wěn)燃性及抗低溫、火焰顯色等方面均提出很高要求。而且，氫氣的供給需要達到安全、穩(wěn)定，劉悅團隊將氫氣供給系統(tǒng)設(shè)計為撬裝結(jié)構(gòu)，使儲存、減壓、輸送、控制集成起來。“由于特定的使用場景突破了氫氣使用規(guī)范的現(xiàn)有要求，最終，我們的撬裝結(jié)構(gòu)作為航天專有產(chǎn)品提供給了北京冬奧組委。”劉悅說。

火焰本身太小，如何使之壯觀？創(chuàng)意團隊給出設(shè)計，采用“微火+視頻顯示”技術(shù)方案。劉悅表示，視頻顯示技術(shù)成熟，但是用在火炬的核心裝置內(nèi)，復(fù)雜的造型就需要大量采用“異形屏”技術(shù)，從設(shè)計到制造再到保證系統(tǒng)的可靠性都存在諸多挑戰(zhàn)。“我們將結(jié)構(gòu)高度集成并實現(xiàn)輕量化，結(jié)構(gòu)變得不顯眼，屏顯做到輕薄，讓大家只關(guān)注到唯美的火炬，感受主火炬晶瑩剔透的效果。”劉悅說。

與以往火炬最大的不同還在于，北京冬奧會主火炬懸掛在鳥巢上空，宛如飄舞在空中的雪花托舉著盛開的火焰，這對系統(tǒng)的高可靠性提出要求——保證各個環(huán)節(jié)萬無一失！劉悅團隊不光在結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性、承載力、空中姿態(tài)方面為主火炬找到最優(yōu)方案，還在供電、信號、燃燒、機電、播控等方面都進行了冗余設(shè)計，確保主火炬在鳥巢上空美輪美奐地呈現(xiàn)。

手持火炬“搖身一變”成為主火炬，這是一個懸念，更是一個大膽的設(shè)想——火炬手將火炬插入基座，一個“插入”的動作成為開幕式最富創(chuàng)意的“點火”方式。

動作雖然簡單，但實現(xiàn)的功能卻非常復(fù)雜。手持火炬的燃料很有限，主火炬又要持續(xù)燃燒，插入基座的瞬間，氣路聯(lián)通、電路聯(lián)通、信號控制聯(lián)通……為此，劉悅團隊做了多版插接結(jié)構(gòu)設(shè)計，從連接的可靠性到環(huán)境適應(yīng)性均進行了大量測試。

最后一棒手持火炬即主火炬，在材料和結(jié)構(gòu)設(shè)計上有何獨特之處？劉悅介紹，主火炬殼體材質(zhì)采用耐熱不銹鋼，這種選擇是為了耐受長時間的燃燒和室外環(huán)境對它的影響，而且主火炬的焰色實現(xiàn)方法與固化方式也都做了針對性設(shè)計。

航天產(chǎn)品講求高可靠性、可驗證性，因此測試檢驗過程必須做到系統(tǒng)性能指標(biāo)和工作流程的全覆蓋性。2021年10月末，經(jīng)歷了近10個多月的設(shè)計、研制，在航天綜合測試場，劉悅第一次看到成型的北京冬奧會主火炬亮起來、動起來、轉(zhuǎn)起來，他的第一反應(yīng)是，“感覺與創(chuàng)意團隊給的效果圖非常接近了，我一下很有信心” 。

2月4日晚，北京冬奧會主火炬成功點燃。見證北京冬奧會主火炬從無到有、驚艷現(xiàn)身的劉悅難掩內(nèi)心的自豪與喜悅。此時，他和團隊成員不辱使命，成功為北京冬奧會奉獻著航天人的力量；此時，他和團隊將繼續(xù)奮斗，為奧運圣火熊熊燃燒保駕護航。

奧運史上首次使用8K技術(shù)直播開幕式

2月4日，北京冬奧會開幕式首次使用我國具有自主知識產(chǎn)權(quán)的高可靠、低時延EUHT無線寬帶技術(shù)，進行8K超高清直播無線傳輸展示。

8K是當(dāng)前視頻顯示技術(shù)的最高標(biāo)準(zhǔn)，北京市相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展應(yīng)用走在世界前列。根據(jù)“科技冬奧”有關(guān)工作安排，本次冬奧會使用8K技術(shù)直播開幕式及重要體育賽事，這是全球首次規(guī)模化應(yīng)用8K技術(shù)進行開幕式直播和賽事報道。

據(jù)了解，經(jīng)前期部署，目前北京市已建成全球最大的城市級8K播放體系，包括20塊8K超高清大屏和200臺大尺寸8K電視機，涵蓋國家大劇院、豐臺麗澤商務(wù)區(qū)、朝陽區(qū)藍色港灣、亦莊大族廣場等公共空間，清華大學(xué)等知名高校，國家體育場等賽事場館，城市副中心等社區(qū)，咪咕咖啡等商業(yè)場所。其間，北京市通過多層次的大屏、中屏和小屏體系，全方位展示北京8K產(chǎn)業(yè)在信號采集、現(xiàn)場直播、信號傳輸和終端顯示等方面的技術(shù)和產(chǎn)品。

數(shù)字科技+美學(xué)創(chuàng)新：北京冬奧會開幕式點亮世界最大地屏

2月4日晚8時整，第二十四屆冬季奧林匹克運動會開幕式在北京國家體育場舉行，世界最大地屏也正式點亮。

“‘?dāng)?shù)字科技+美學(xué)創(chuàng)新’是北京冬奧開幕式的視覺標(biāo)簽，11000平方米地面顯示屏、1200平方米冰瀑布、600平方米冰立方、1000平方米看臺屏組成了世界最大的LED三維立體舞臺，用一場無與倫比的視聽盛宴向世界大聲講出最浪漫的中國故事。”2022北京冬奧會開幕式地屏提供方、利亞德集團冬奧會開幕式項目經(jīng)理王定芳在接受記者采訪時揭秘道。

科技賦能藝術(shù)是本次開幕式的一大亮點。2022北京冬奧會開幕式視效總監(jiān)王志鷗表示，整個鳥巢超大地屏首次實現(xiàn)全LED影像，以取代傳統(tǒng)的地屏投影，畫質(zhì)達到16K。

“從演出的那一刻開始，我們希望給全球人民帶來中國新的視聽語言。這次開幕式的畫面像素非常高，是14000分辨率的巨幕。我們對畫面的要求是1秒鐘50幀，整場內(nèi)容數(shù)據(jù)量巨大，一個節(jié)目就含有幾個T的數(shù)字內(nèi)容，可以想象它是非常大的數(shù)字科技工程。”王志鷗說。

如今，手機拍的高清照片的大小約是幾兆，一個藍光電影的大小約是幾G。

“這次開幕式的每一個節(jié)目就是幾T的數(shù)字量，其對于清晰度的要求、細(xì)節(jié)的要求都是呈幾何級增長，這之前在全球來說是前所未有的挑戰(zhàn)，這對背后的科技升級、美學(xué)升級都提出了更高的標(biāo)準(zhǔn)。”王志鷗說。

王定芳介紹說，此次開幕式播放系統(tǒng)包含LED地屏、冰瀑、冰立方、南北看臺屏等顯示屏的播放。其中，整個地屏LED負(fù)責(zé)顯示4個8K播放素材, 冰瀑負(fù)責(zé)顯示2個8K播放素材，冰立方負(fù)責(zé)顯示1個8K播放素材，配合播控系統(tǒng)實現(xiàn)多個播放器視頻輸出同步誤差不超過2幀。

由于LED地屏需要滿足開幕式的演出需求，整個顯示系統(tǒng)有其獨立的顯示組件、顯示系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、結(jié)構(gòu)系統(tǒng)和電氣系統(tǒng)，操作人員可在控制室內(nèi)通過計算機遠(yuǎn)程控制，而LED地屏顯示系統(tǒng)則可以文字、圖片、視頻等多種形式顯示。

“此次，LED地屏顯示面板加裝抗眩光、抗摩爾紋、防滑霧化面罩，顯示畫面柔和，為攝像轉(zhuǎn)播提供全焦段無雜波、無干擾的純凈視頻顯示畫面。”王定芳指出，而南北看臺屏也達到了實時顯示OBS的12G SDI 4K分辨率, 同時還能顯示4K宣傳短片，實時回傳給OBS，與地屏等其他顯示裝置的信號做到了整體的完美配合。

綠色+科技+文化：北京冬奧會“三味”打造簡約精彩奧運

2月5日，是北京冬奧會首個金牌日。比賽當(dāng)天，不光中國短道速滑隊在混合接力比賽中為中國體育代表團奪得本屆冬奧會首金，荷蘭名將伊雷妮?斯豪滕更以3分56秒93的成績打破塵封20年的冬奧會紀(jì)錄，奪得速度滑冰女子3000米金牌。一日之內(nèi)，冬奧熱度不斷升溫，盡管受疫情影響，一些明星運動員可能會缺席本屆冬奧會，但并不影響簡約、安全、精彩的賽事呈現(xiàn)。

“我們認(rèn)為安全是一切工作的前提，沒有安全就談不上精彩。”北京冬奧組委專職副主席、秘書長韓子榮在2月6日舉行的例行新聞發(fā)布會上表示，北京冬奧會秉持綠色共享、開放廉潔的辦奧理念，最大的特色莫過于努力實現(xiàn)精彩辦賽和節(jié)儉辦賽能夠有機統(tǒng)一。

首先，北京冬奧會“綠色味”很濃。韓子榮介紹，北京賽區(qū)的競賽與非競賽場館中，有11個是2008年北京奧運會的遺產(chǎn)。被人們熟知的“鳥巢”已經(jīng)成為“雙奧”開閉幕式場館、“水立方”變身“冰立方”為冰壺比賽提供場地，“我相信，參與過2008年北京奧運會報道的媒體朋友們，當(dāng)大家故地重游時一定會有不同的感受。”韓子榮表示，北京冬奧會賽時全部場館實現(xiàn)百分百使用綠電，所用的車輛中清潔能源車輛占比80%，北京冬奧會將通過低碳場館、低碳能源、低碳交通等多項措施實現(xiàn)碳中和。

除了綠色低碳，北京冬奧會的“科技味”也很濃。“我們利用二氧化碳直冷制冰技術(shù)打造了‘最快的冰’，在延慶和張家口賽區(qū)設(shè)置天氣預(yù)報雷達和賽道氣象站，形成氣象監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，努力實現(xiàn)百米級、分鐘級精準(zhǔn)氣象預(yù)報。”韓子榮介紹，北京冬奧會期間，奧林匹克轉(zhuǎn)播服務(wù)公司的視頻使用5G傳播，成為奧運史上首次正式實現(xiàn)基于5G技術(shù)的賽事轉(zhuǎn)播，“這些精彩的科技味，非常值得關(guān)注”韓子榮說。

新聞發(fā)布會上，韓子榮還推薦了最具中國特色的“文化味”。作為東道主，北京冬奧會的場館設(shè)計體現(xiàn)著中國文化的特色，“冰絲帶”“雪飛天”“雪如意”等場館無一不飽含著中國元素。韓子榮表示，北京冬奧會和冬殘奧會的會徽體現(xiàn)了中國書法與體育運動的完美結(jié)合；備受追捧的吉祥物“冰墩墩”形象來自中國的國寶大熊貓、“雪容融”的設(shè)計靈感源于象征團結(jié)喜慶的中國燈籠。“這些內(nèi)容可謂精彩無處不在，期待來自世界各地的媒體朋友們親身體驗現(xiàn)場報道。”韓子榮說。

科技創(chuàng)新為冬奧監(jiān)管通關(guān)強基固本

2月4日，期盼已久的北京2022冬奧會正式開幕。作為2022年北京冬奧會和冬殘奧會的主管地海關(guān)，北京海關(guān)不斷細(xì)化通關(guān)保障方案，對所有涉冬奧航班實施“一機一策”，做到嚴(yán)格監(jiān)管、精準(zhǔn)檢疫、高效服務(wù)。同時部署應(yīng)用核輻射全息定位系統(tǒng)、通用消毒柜等10種設(shè)備設(shè)施，完善“橫向+縱向”人力資源梯隊工作機制，組建起包括一線和預(yù)備人員1000多人、應(yīng)急支援力量400多人的保障梯隊，為涉奧人員入境高峰期提供全方位支持。

“核心機房就是監(jiān)管信息運行的中樞和大腦。要提升監(jiān)管效能，就要先打造最強大腦。”北京海關(guān)科技處處長由智勇說。為保障北京冬奧會、冬殘奧會期間各項業(yè)務(wù)的順暢運行，北京海關(guān)于2021年上半年就提前啟動了核心機房的在線改造，通過冷通道封閉技術(shù)精準(zhǔn)降溫，使機房核心設(shè)備溫度始終保持在25攝氏度以下，確保不間斷高速運行中的大腦“冷靜清醒”。

“據(jù)了解，北京海關(guān)是首個接入‘海關(guān)總署基礎(chǔ)設(shè)施云平臺’的直屬海關(guān)。在海關(guān)總署的云平臺上，計算、存儲等IT資源可按照各直屬海關(guān)信息系統(tǒng)的繁忙程度分配，實現(xiàn)資源智能化調(diào)用。云平臺就像一條實行潮汐車道的智能高速公路，即時分析各信息系統(tǒng)的‘車流量’，科學(xué)調(diào)整IT資源的‘車道’配置，提升了資源利用效率和系統(tǒng)穩(wěn)定性。”北京海關(guān)科技處運行管理科科長呂丕明形象地比喻。

針對冬奧旅客普遍在入境現(xiàn)場申報的情況，北京海關(guān)在冬奧測試賽前，就在旅客通關(guān)現(xiàn)場增配了126臺（套）申報設(shè)備，最大限度避免申報旅客“扎堆”，通過推行“智慧旅檢”系統(tǒng)，在入境申報和流調(diào)過程中加強對旅客的輔助，大幅提升旅客通關(guān)體驗。

據(jù)了解，北京海關(guān)還整合了監(jiān)控指揮、視頻會議、移動單兵、執(zhí)法記錄儀等音視頻信號，通過一個平臺調(diào)度、一個接口調(diào)用，實現(xiàn)前后方零延時通信、零距離溝通、零失誤決策，做到“業(yè)務(wù)現(xiàn)場設(shè)置到哪里，實時監(jiān)控就覆蓋到哪里，調(diào)度指揮就延伸到哪里”。“科技手段建立了一個可以實現(xiàn)上下聯(lián)動、一竿子插到底的指揮體系。現(xiàn)在根據(jù)工作需要，我們的一線關(guān)員在T3D現(xiàn)場就可以隨時與海關(guān)總署、北京海關(guān)視頻連線，并接受調(diào)度指揮。”高延軍副處長說。

此外，北京海關(guān)、冬奧組委、北京市商務(wù)局基于區(qū)塊鏈技術(shù)、依托“單一窗口”線上平臺，開發(fā)了冬奧無紙化通關(guān)系統(tǒng)，實現(xiàn)企業(yè)一站式在線提交、冬奧組委無紙化審批、海關(guān)無紙化通關(guān)。北京海關(guān)還開發(fā)了通關(guān)時效監(jiān)控應(yīng)用系統(tǒng)，監(jiān)測冬奧航班行李物品整體通關(guān)時間，提高通關(guān)時效。

“通關(guān)時效監(jiān)控應(yīng)用系統(tǒng)就像指揮棒，時刻提醒督促我們提升工作效率、及時驗放物資，用實際行動服務(wù)保障冬奧。”首都機場海關(guān)查驗處副處長夏云成說。