盘点冬奥会上高校的“黑科技”

让“大雪花”经受住风的考验

2月4日，立春之日。晶莹的“大雪花”在鸟巢绽放，冬奥开幕式盛典如约而至。艺术与创意完美的结合离不开科学的验证，有一支队伍负责将想象落地。他们是来自北京交通大学的一群了解风、分析风、利用风的驭风人。

自2018年起，作为风洞实验室研究团队，北京交通大学教授李波与课题组成员就开始投入到冬奥场馆建设与运动员辅助训练中，涉及冬奥会开幕式。风洞实验室的研究人员要做的工作就是“让风的影响消失”。

2021年7月，李波接到北京冬奥组委会的通知，需验证“大雪花”的点火方案，原方案是将其从场馆顶部悬吊下来并倾斜于地面，火炬手将火炬插入，继而起吊升空、旋转。凭借着提供建国70周年庆典花车、建党百年庆典红色拱门等重要项目的抗风咨询工作。李波意识到，保障“大雪花”的点火功能是关键，立马组成了攻关团队设计方案。

这期间，他们反复试验，初版“大雪花”模型质地轻薄，无法进行传统的建筑物风洞试验模型搭建，团队经过多次修正，最后采用铝合金3D打印制作出试验所需的高保真缩尺模型，逼真程度让主火炬设计团队大为赞叹。

经过多次试验，团队发现按照原方案，无论风速如何，“大雪花”总是控制不住地左右摇摆，火炬手根本无法将火炬插入到大雪花中。最终，团队提出建议将原方案调整为“悬挂+支架”的方式，保证“大雪花”的稳定性，确保点火仪式顺利举行。

冬奥火炬零排放背后的奥秘

2月4日晚，北京冬奥会开幕式在国家体育场隆重举行，随着最后一棒火炬手将火炬放入“雪花”中央，星光璀璨，“雪花”绽放。在这其中，哈尔滨工业大学材料学院苏彦庆教授团队的3D打印技术有效助力了北京冬奥会零碳排放火炬的研发和制造。

苏彦庆教授团队对多种3D打印材料进行了测试和优化，对火炬内部结构进行了成形工艺优化，对燃烧器3D打印工艺进行了系统验证和改进，最后成功制备出完全满足要求的氢火炬及其燃烧系统，保障了冬奥会主火炬燃烧的可靠性。

此外，为保证火炬外观质量和燃烧效果，除要求尺寸精度准确外，还需要保证3D打印火炬内部的致密度接近锻态，以保证内部燃烧器气密性要求和火炬表面抛光质量要求。苏彦庆教授团队及哈特三维技术团队对3D打印装备进行了改进，配套研发了新型打印工艺，进一步提升了打印效率和打印火炬内部质量，满足了火炬生产的各方面要求。

为冬奥赛场的大气层“做CT”

高山滑雪、跳台滑雪、越野滑雪……每一项运动都与天气的变化密不可分，准确把握风向、温度、湿度等信息对赛事保障至关重要。北京理工大学张军院士、集成电路与电子学院吕昕、胡伟东团队与国家卫星气象中心合作，采用风云三号气象卫星获取北京——张家口区域的遥感数据，为冬奥赛场提供精准的温度、湿度、风场和降雪等天气预报信息。

“要对冬奥天气作出预测，首先要有足够的天气数据，需要通过风云三号气象卫星搭载的微波成像仪(MWRI)来获取海量信息。”团队负责人胡伟东介绍道。

风云三号气象卫星可全天候、全天时观测大气，在探测波段方面实现了紫外、可见、红外和微波的全波谱探测。依托强大的风云三号气象卫星，北理工科研团队可以获取全球、全天候、三维、适时准确的大气参数、地表参数、海洋动力环境参数等数据。同时，北理工团队利用微波太赫兹遥感技术探测卫星所搭载的微波成像仪(MWRI)，即可获取雪深、雪水当量等重要的积雪参数。可以说，该团队借助风云三号气象卫星给大气层做了一个“CT”，全方位了解大气的状态。

冬奥园区里的无人驾驶“汽车总动员”

在北京冬奥会首钢示范园区内，不同类型的自动驾驶车辆正在来回穿梭。与一般车辆不同的是，这些车没有驾驶员直接操作，却可以熟练地进行自主避障、路径规划、智能调度等。这就是由清华大学与首钢集团牵头，联合百度、智行者、福田等多家参与单位研制的全天候多车型L4级无人驾驶汽车。

作为北京市科技冬奥专项“全天候多车型自动驾驶技术开发及首钢园区功能示范（科技冬奥）”的项目负责人，清华大学车辆与运载学院杨殿阁教授从2018年起带领团队针对冬奥全天候运行的特殊工况，围绕“车”“路”“云”“仿真”“示范”，研发了中巴公交等七种类型的无人车；建设了首钢园区智慧道路，开发了智能网联汽车云端控制与调度平台，实现对无人驾驶汽车的实时监控与远程调度。

“面向冬奥复杂多变极寒天气以及中国的人车混杂复杂道路交通场景，在自动驾驶相关技术研发过程中，团队基于清华多学科优势，联合多家单位进行技术攻关，实现了全天候高级别自动驾驶技术并向全世界展示。”杨殿阁说。

据悉，该项目研发的多种车型L4级自动驾驶车辆，结合了首钢冬奥园区实际应用需求，围绕首钢冬奥园区无人接驳、无人公交、无人清洁、无人文件及快递派送、共享约车等实际应用场景，为2022年北京冬奥会自动驾驶示范提供了强有力的技术支撑与保障。