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ug环球代理开户:冬奥之后,“科技冬奥”成果何去何从?

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2022年2月19日,张家口,2022北京冬奥会自由式滑雪男子U型池决赛。背景印着北京冬奥会logo的巨幅防风网,由石家庄铁道大学风工程研究中心的团队设计。(视觉中国/图)

北京云顶滑雪公园的U型场地赛道西侧,一排白色布幅悬挂,上面印着2022年北京冬奥会logo,常被当作广告牌。

这其实是防风网。由石家庄铁道大学风工程研究中心主任刘庆宽带领团队设计,长240米,由八张网和九座塔组成――最大一张网面积有450平方米,塔顶高16.7米。同样的防风网,也架设在了空中技巧赛道旁。

为了这张“大网”,2022年1月开始,刘庆宽在赛场附近和别人拼租了一间loft公寓。1月20日,场地进入闭环管理。冬奥会在2月4日开始后,他的团队每天要对这两张防风网进行例行的检查和维护,每次花费半天时间。

2022年北京冬奥会已经闭幕,冬残奥会即将于3月4日开幕,镜头前的体育竞技背后,有着诸多不为人知的“隐身人”,当中包括许多高校――除了刘庆宽,住在赛场附近的科研人员还有不少。

早在2019年,北京航空航天大学交通科学与工程学院副教授柯鹏开始分析运动员的滑行路线,他将航空航天飞行器的理论用在了分析冰雪运动上。哈尔滨工业大学的团队提出让“水立方”变成“冰立方”的方案,为冰壶项目提供比赛场地。在南方,院校也没缺席,华侨大学制造工程研究院教授姜峰带领团队参与研制国家滑雪队训练雪板,造价相当于国外雪板的1/5。

高校团队参与冬奥源于2016年。在北京冬奥组委统筹协调下,科技部和国家体育总局、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”。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。

一年后,科技部在国家重点研发计划中设立了“科技冬奥”重点专项,执行期从2018年持续到2021年,共有四个批次,每次发布不同项目,围绕科学办赛、运动科技、智慧观赛、安全保障、绿色智慧综合示范等5个方面开展研究。

国产防风网

高校参与冬奥科技项目有两种方式。一种是通过申报专门设立的项目,例如“科技冬奥”重点专项;另一种是相关单位委托高校参与研发某个项目。

“科技冬奥”重点专项竞争最为激烈,申报需要“组团”参与。科技部官网显示,原则上一个项目最多由10个单位参与。

据姜峰透露,他们的整个项目团队由2家企业、6所高校和1个科研机构组成。“团队的组成主要看前期的合作。”他们的项目是由张家口一家企业牵头承担,上海体育大学一名教授为负责人。

科技部公开的项目申报指南显示,重点专项项目分为非定向和定向两类。姜峰解释,非定向项目面向全社会所有单位,要经过层层筛选答辩,姜峰参与的项目在答辩时共有三个团队参与竞争。

而定向项目至少需要经过两层把关,申报指南指出,项目由北京市科委、国家体育总局等部门组织申报和审查,择优推荐给科技部。

重庆大学土木工程学院教授刘纲参与的项目由北京市科委组织申报,团队先后经历过两次答辩入选项目。而华中科技大学土木与水利工程学院副研究员陈维亚回忆,自己参与的项目直接由国家体育总局推荐给了科技部,其间分别对体育总局和科技部进行过两次工作汇报。

然而,得到了组织申报单位的推荐,并非是拿到了“通往冬奥的门票”。

刘纲称,如果团队的技术方案和技术质量没有达到要求,答辩没有通过,项目也会落空。在向北京市科委申请阶段,刘纲所在项目组就对冬奥临时设施中可能使用的架体结构类型进行了4种预设,开展了受力方案分析和运维方案优化研究,为申请项目做准备,“任务时间很紧”。

学校之间获取信息的时间是不一样的。“就像一个蛋糕,蛋糕还没有烤熟,有的学校就已经知道怎么分了。”一位参与冬奥的高校教师告诉南方周末记者。

刘庆宽很早就接受相关单位委托,参与到冬奥场馆的研究工作。2017年8月,他参与首钢大跳台的风场和风荷载研究工作。2019年4月,他又针对云顶场馆群和古杨树场馆群的风场分布进行了专项研究。

2021年4月,距离国际雪联场地认证专家检查雪上赛道设施的日期只剩下六个月。刘庆宽团队的前期相关研究业绩和经验受到认可,最终承担了U型场地赛道和空中技巧赛道的防风网研发任务。

据河北日报报道,欧洲企业生产安装的防风网价格贵、工期长,加上国外疫情造成供货难,云顶滑雪公园最终决定采用国产防风网。

刘庆宽同助手在测赛道上的风速。(受访者/图)

谁来牵头?

项目入选是一道坎,顺利推进是一道更大的难题。

南方周末记者从多位受访对象处了解到,“科技冬奥”重点专项中,每个项目只能由一个单位牵头负责,牵头方有企业,也有高校。

姜峰推测,由哪个单位牵头,要看这个项目的结题或者最后呈现的形式。“高校牵头研发的一般都是偏基础性的研究,(例如)一个新技术的研发,大部分是高校牵头。”

在企业一方看来,企业牵头的模式更有利于项目落实。

“传统的产学研模式难以出现成功的案例。”某体育品牌研创中心主任魏书涛认为,校企的评价体系不同导致了校企脱节的现象,“高校评价一个老师的水平,就是看他发了多少篇文章。”魏书涛所在的公司是华侨大学团队的合作伙伴,据他介绍,企业牵头研发,会设立研发方向,如果企业没有技术能力解决这个问题,就去找相关高校解决,这种模式的针对性更强,转化的可能性也更高。

姜峰感觉,在这种合作模式下,企业会更积极一点,甚至会去催着高校研发。

对于起步较晚的中国冰雪科研项目,与企业合作,也能让高校更快研发出冬奥会所需要的产品。

刘庆宽回忆,刚开始,国内没有能达到国际雪联要求的防风网设计和生产厂家。整个防风网系统的设计组装,除了螺丝钉这种小零件,全部组件都需要研发定制。刘庆宽团队找到了防风网编织厂商,为了让机器织出的布料符合要求,刘庆宽从改造机器入手,采用了双针床十二针的技术。

学校之间的合作更为常见。据南方周末记者了解,在“科技冬奥”重点专项中,一个项目下会设多个课题。姜峰介绍,起初他们的项目中只有四五个单位参加,后因有其他科研技术需求,陆续加入其他高校。

2020年10月,姜峰团队的雪板研发项目启动,下设四个课题,华侨大学和清华大学一起负责设计雪板的减阻结构,南通大学和其中一个企业做雪板板型设计。“课题之间也会交叉,完成一个整体的东西,如果分得特别细,对项目的执行没有好处。”

在一个学校内部也会有不同专业的合作,开展跨学科跨专业研究。柯鹏常常要邀请其他老师完成手头的科研项目,例如请环境学院的老师帮忙做水质测试,请汽车系的老师提供高精度传感器。

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课题资金

华侨大学申请到一个课题,而华中科技大学、重庆大学等高校则手握多个课题。

据清华大学科研院官网数据显示,清华大学作为参与“科技冬奥”项目最多的单位,共牵头7个项目、18个课题,参与子课题38个,涉及院系17个。

据姜峰提供的申报资料显示,项目的经费分为中央财政专项资金、地方财政资金、单位自筹资金和其他渠道获得资金四种。不同项目获批的资金相差很多,华侨大学参与的雪板研发项目的中央财政专项资金总额近五百万元,由牵头单位根据课题内容进行分配,姜峰团队分到了三十多万。

但30万远远不够,为此,华侨大学再提供了20万经费,经费主要用于购买设备――一台造雪机就要3万左右。“如果在北方的话还可以利用天然雪,但在南方就要花钱买设备。”科技冬奥重点项目申报共有四批,姜峰赶上了2020年的倒数第二批。

陈维亚团队申请的是最后一批,他参与的整个项目的科研经费在800万元左右。

陈维亚告诉南方周末记者,整个项目的经费主要用于定位系统的购买和一些实验费用,定位系统主要由东北大学负责,一个赛道长度接近两公里,要装大约两百个传感器,一个传感器2000元,加上线缆、网线、供电线、服务器等等设备,整个定位装置消耗的经费超过一百万。

一些冬奥项目需要各方垫资才能完成,但就算资金紧张,项目也要坚持做下去。

学会与运动员对话

有意思的是,参与其中的学者,许多人此前的研究领域和体育毫不相干,如何把技术应用在运动员身上是个重要的难题。

以柯鹏为例。他在研究高山滑雪运动员的路线时发现,运动员从山上往下滑的过程和飞机在空中的受力过程相似,“但人的运动比飞机复杂,研究起来更困难。”同一运动员有着不同的运动轨迹,不同运动员有着不同的体型,这些都会影响分析结果。

柯鹏团队在研究对象上做了简化,一方面只研究高水平运动员,“高水平运动员经过日积月累的训练,形成了肌肉记忆,运动轨迹可变性相对小一点”,另一方面,团队只研究最适合运动员的滑行技术,这样才能让运动员在训练时更有方向性。

由于相关研究刚刚起步,研发也会遭遇失败。

“国内没有很多人玩雪车雪橇这些东西,运动员也都是跨项的,所以配套的研究技术就更没有”。陈维亚团队参与的项目是“智能雪车雪橇赛道与竞技训练关键技术研究”。刚开始,陈维亚想做一个全虚拟化的训练系统,但运动员的运动速度太快,没有办法捕捉训练时的姿态,不得不放弃这种方法。

研究者与运动员打交道也需要训练。

运动员和教练员的表达往往偏口语化,科研团队需要把他们通俗的表达凝练成专业的术语。“就像南方人听北方人讲话一样,”姜峰说,“他们拿到雪板以后,会说摸起来‘涩涩的’,不像国外雪板那么顺,我就会问他怎么摸的,哪个方向摸起来涩,才能弄清雪板哪个地方需要改动。”

姜峰同研究生检查雪板的变形。(受访者/图)

柯鹏遇到了同样的难题,有时候运动员会说冰面很“秃噜”,柯鹏不知道是什么意思,跟教练员反复确认之后才知道他们的意思是冰面太硬了,用脚蹬不住、滑出去了。

沟通不到位,会让整个实验过程举步维艰。陈维亚表示,由于刚开始团队对相关运动不太了解,对场景和某些需求理解时出现了偏差。“我们以为我们理解了,他们也以为我们理解了,但最后做出来的东西和他们想象的不太一样。”

陈维亚团队在算理论轨迹时,提出用一种质点模型,教练员刚开始表示认同,但最后做出来发现没有考虑冰面温度、地上划痕之类的因素。“他们后来问能不能做一个更精细的轨迹,但实际上以目前的技术水平难以在短时间内实现。”

凡是涉及运动员训练信息和冬奥场馆建设的科研项目,往往在项目开始时就要签保密协议,禁止信息外泄。

防风网在获得国际雪联专家认证之前,研究团队把工作群起名为“一号工程”,大家心照不宣地默默完成了前期的研发、设计、安装等所有工作。

转为民用?

“专项共设置80个科研项目,其中,212项技术在北京冬奥会上落地应用。”中国21世纪议程管理中心主任黄晶在2022年2月16日的新闻发布会上总结了“科技冬奥”重点专项的成果。

冬奥之后,这些由高校参与研发的项目何去何从?

陈维亚认为,项目作为一个阶段性、有明确目标的任务,后续如何演化成产品、生态,如何支持三亿人上冰雪,是更宏大的话题。

在雪板研究后期,姜峰把注意力转向了民用滑雪板。“运动员用不用得上不好说,但大众用这个东西肯定没问题的。”

据姜峰介绍,国外产的民用级别滑雪板可能要8000元,而姜峰团队参与设计的滑雪板可以把价格降到1000多元。“网上其实也有便宜的雪板,但我自己试过,效果很差。”姜峰透露,目前,已经有一些生产雪上器械的企业向他抛出绣球。

和姜峰一样,陈维亚也想把冬奥的“遗产”用在民用冰雪运动中。

事实上,陈维亚并没有放弃先前提出的全虚拟化训练系统,他打算在冬奥会后继续研发。“雪车雪橇这类项目本身很危险,职业运动员刚开始也吃了很多苦,对于刚入门的人来说,他们应该在模拟驾驶舱去练。”陈维亚说,服务大众冰雪运动推广也是研发项目的目的之一。

重要的是,冬奥会让很多中国尚属空白的科研项目,迈出第一步。

“我们已经把最难啃的骨头啃完了。”陈维亚参与的智能车橇团队曾研制出仪表盘系统,在自研电路板上集成了各种传感器,用于记录运动员在滑行时的数据,功能齐全,既要防抖又要方便开关,在冬奥之前,他们已经把仪表盘系统的尺寸做得比手机略小。“放在雪车上没问题,但还是越小越好。”

参与冬奥会的过程,让不少科研工作者萌发新的灵感。柯鹏在完成冬奥科研项目之后,对于原来研究的领域也有了新的想法。“我们对人的模型做了进一步完善,反过来把这些算法、方法反馈到航空航天领域问题中,我相信算法的效率、精度都会提升。”

“高校的主责主业还是教书育人。”为了让冬奥科研项目在教学上也有所应用,从2020年开始,姜峰所在的学院在学生的毕业设计方向中增加了以冬奥为主题的专项研究。16个毕业设计项目中,规定其中8个为自选方向,另外8个要做和冬奥相关的项目。

令姜峰印象深刻的是一个马来西亚华侨学生的作品,他从水立方变成冰立方的案例中得到启发,想把酒店室外的游泳池改造成滑冰场,在冬天开放。“我们还做了整体的设计,包括下面要怎么垫起来,怎么让冰面有一些缓坡。”

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