本文轉自【人民日報海外版】；
雪質紮實 設備暖心 訓練科學
2022北京冬奧會將至，中國答卷備受世界矚目。辦好冬奧絕非易事：比賽場地用雪需求大，保障雪質和造雪量尤為關鍵；在嚴寒地區開展工作和訓練，保暖是個大問題；運動員進行滑雪訓練時，從雪場山腳重登山頂費時費力……
種種難題如何破解？精彩絕倫的體育盛事離不開每個“細胞”的辛勤付出。眾多企業與高校積極創新，多項自主研發成果及時出爐，場地建設、訓練備戰有條不紊，3億人蔘與冰雪運動的理想也正在照進現實。
電線杆帶來創新靈感
滑雪是冬奧會上的重頭戲。北京冬奧會15個分項中，滑雪項目有6個。雪，自然成為場地建設的重中之重。
雪從何來？
自然不能靠降雪。天氣本身是個不穩定因素，此外，天然雪密度小，重量較輕，滑雪體驗不如質地更結實的人工雪。因此，在大型滑雪場和奧運場地，自動化的造雪機必不可少。
然而，傳統造雪機往往射程範圍小、造雪質量不高，如想變換造雪範圍，還需人工輔助。近些年，中國冰雪產業遍地開花，各地滑雪場的造雪工作量只增不減，由此引發的機械成本和人工成本攀升，困擾諸多滑雪場經營者。
“僅崇禮的萬龍滑雪場就有30多條雪道，如何提高造雪量是個大問題。”張長生是河北省張家口市宣化宏達冶金機械有限公司（下稱宏達公司）的創始人，公司成立初期主要生產面向旅遊景區的脱掛式索道相關產品。冰雪運動升温，讓他看到了背後的巨大商機。
怎樣以較低的技術和人工成本實現更大造雪量？靈感，就來自於馬路邊的電線杆。2015年的一天，張長生到崇禮萬龍滑雪場商談業務，驅車返程路上，窗外一根根向後退去的電線杆引起他的思考：造雪機的原理是用機器將原本3—4℃的水噴射到至少-2℃的環境中，水經過冷卻變成小冰粒。如果噴射距離過短、範圍固定，會導致該區域温度升高，甚至達到零度以上，從而影響人工雪質量。如果用電線杆似的支架把造雪機架起來，讓它“站”得更高，噴射距離遠，造雪覆蓋面大，水在空中停留更長時間，造出的雪質不也就更紮實了嗎？
説幹就幹。畫草圖，做設計，生產研發……2015年4月，國內首台塔式造雪機旋轉支架樣品在宏達公司誕生。巧合的是，同年7月北京成功申辦2022年冬奧會。消息一出，多家國外造雪機廠商紛紛尋求合作，欲將自己的造雪機和宏達生產的旋轉支架“捆綁”，一同參與2022年冬奧會相關設備採購招標。最終，意大利一家公司與宏達一併中標，成為延慶賽區“高山速降”比賽場地的造雪設備供應商。
“目前我們已為延慶賽區提供了76個造雪機旋轉支架，另一個比賽場地崇禮雲頂滑雪場也在使用我們的支架。”張長生介紹，他們生產的旋轉支架高8米，臂長9米，有了它作支撐，原本射程四五十米的造雪機現在能達80米左右。藉助遠程遙控，造雪機支架還可以360度旋轉，幫助造雪機實現“揚頭”“低頭”等操作。
如今，宏達公司生產的旋轉支架不僅大幅提升了冬奧會賽場人工造雪的質量和效率，還作為國內首創穫得了國家發明專利和實用新型專利。來自全國各地及海外滑雪場的訂單如雪片般飛來，即便受疫情衝擊，宏達公司去年的銷售總額仍超1億元。
自加熱裝備解燃眉之急
嚴寒，是冬奧項目運動員必須面對的挑戰。
今年1月初，冬奧會訓練場地——張家口市崇禮區太子城氣温驟降至-40℃，在極寒的户外場景開展訓練，部分運動員出現了不同程度凍傷。
情況緊急，“冬季運動耐低温保障服裝關鍵技術研究與製備應用”項目組及時支援。
“我們聯合企業集中力量準備了450套電加熱面罩和187副電加熱手套，還研發了智能加熱服裝。”參與項目的天津工業大學紡織科學與工程學院教授劉皓介紹。
該團隊研發的加熱控温模塊，包括常規的三檔調温模式和APP程序設定智能控温模式，長按手套背面一枚硬幣大小的電源開關，約莫二三秒鐘，開關亮起紅光，再短按兩下，開關鍵又分別轉為藍色、綠色光源。劉皓向記者展示，電加熱手套分高中低3個檔位，長按開關鍵為啓動，短按一次則可調節檔位，其中電源開關呈紅色為最高温65℃，藍色、綠色依次對應中檔55℃、低檔45℃。
智能加熱裝備依靠的是電加熱元件、智能控温模塊及控温算法、温度傳感器以及柔性器件與服裝的集成技術。劉皓告訴記者，在“環境—服裝—人體”體系中，服裝和人體之間的微環境會受到環境温度、風速和穿戴者自身運動狀態等因素影響而處於波動狀態，而融入智能算法的加熱服裝可以自適應外界環境温度，這有望成為加熱服裝發展新趨勢。
“在極寒環境中，要讓微環境的温度和濕度始終處於人體的舒適狀態，加熱元件是進行調節的重要手段。”劉皓介紹，他們研發的一套加熱裝備相當於“保暖面料+加熱元件+鋰電池”的組合，根據裝備功能差異來內置不同數量的加熱元件。比如，一隻手套的五根手指各配有1個加熱元件，而電加熱面罩的加熱元件則位於人體容易受涼的脖頸部位，通常環繞裝置2—4個，以保障裝備均勻供熱。如果將温度調至最高檔位，這套裝置能在户外持續發熱4—6小時。
帶着電加熱面罩和手套，劉皓和同事驅車近400公里，將裝備及時送到冬奧會訓練基地。
目前，劉皓團隊正在進一步研發更輕薄、安全、穩定的裝備，並努力實現智能控温模塊的研發升級。
滑雪不再受制於天氣
一位運動員穿戴着傳感器設備，在12米長的鋼製滑台上急速擺動滑行。前方電子屏幕上的模擬滑雪賽道，正隨着他的滑行動作迅速變換場景。
這套“室內多自由度模擬滑雪訓練系統”，由北京理工大學自動化學院聯合運達體育管理（北京）有限公司研發，為高山滑雪、越野滑雪等項目提供室內模擬訓練設備，以提升運動員迴轉、滑行等專項動作訓練效率。
最初，國家高山滑雪隊用的可不是這套設備，而是國外引進的直線式模擬滑雪運動設備。項目組進駐國家隊訓練基地，細心觀察運動員試用情況，獲取了大量一手資料，並根據中國運動員的體型、身高等數據改進設備，研發出3套國產室內多自由度模擬滑雪系統。
項目主要研發人員之一、北京理工大學自動化學院副教授陳振介紹，這套系統包括模擬滑雪訓練平台、六自由度平台、運動形態識別與位姿測量系統和用於展示滑雪場景的電子大屏。練習時，運動員可選擇“奧運賽道”模式，設定“過旗門”“大回轉”“小回轉”等具體訓練內容。滑台下方的六自由度平台能模擬高低、傾斜、偏轉等姿態，還原運動員在真實滑行中可能遇到的各種賽道狀況。運動員可穿戴的運動形態識別與位姿測量系統，則用於採集分析運動員訓練數據，為科學化訓練提供指導依據。
“滑完一個賽道後，教練員結合數據進行點評，糾正運動員存在的問題。”陳振説，通過高速動態攝像捕捉，運動員的一些關鍵動作將被記錄下來。“系統會回放運動員的滑行姿態，並設有‘優秀運動員模型’用於對比分析。比如過旗門時如何保證不減速、不撞門，通過對比來發現並解決訓練中的問題。”
陳振口中教練員點評用到的數據，源於運動員所穿的“暗藏玄機”的運動服——17個記錄人體運動和姿態信息的傳感器被縫製在運動服中。只需穿上這套服裝開展練習，運動員的滑行角度、角速度等關鍵數據就能被記錄下來，輔助教練員進行數字化、多維度的技術動作分析和訓練指導。
“當然，安全是訓練的首要要求。”陳振介紹，不僅滑台前後的護欄能起到保護作用，在訓練過程中，滑台上還會安裝安全繩。如果運動員在左右滑行時不慎摔倒，滑台上的光學傳感器能夠及時感知，並立即暫停滑行動作，確保運動員安全。
未來，北京理工大學還將進一步針對小學生、中學生等羣體改造設備。“這套系統讓滑雪運動不再受制於天氣，更多人能以更低成本參與冰雪運動。”陳振説。