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北京冬奧會這樣打造“最快的冰”

2022-02-15 14:41:20     來源:

“帶動三億人參與冰雪運動”的北京冬奧會正進行得如火如荼。2月5日,由武大靖、任子威、范可新、曲春雨組成的中國短道速滑團隊奪得北京冬奧會短道速滑混合團體2000米接力賽冠軍,拿下中國隊本屆冬奧會的首金。

首金的產(chǎn)生被譽為“最快的冰遇見最亮的星”。

快而滑的冰面一直是冬奧會比賽最重要的運動舞臺之一。除了短道速滑,還有不少冬奧比賽項目都需要在冰面上展開激烈競技,如速度滑冰、花樣滑冰、冰壺、冰球等。

這一片“冰天雪地”與大自然的冰雪十分不同。它不僅是影響比賽成績的關(guān)鍵因素,也關(guān)系到運動員的競技安全。制作冬奧會比賽用冰,過程復(fù)雜、標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)苛,而且這片冰下,還“隱藏”著許多的科技成果。

不同賽事要用不同的冰

自然界中,水在低于0℃的環(huán)境下就會結(jié)冰。然而,“冬奧冰”的制成卻并非如此簡單。它不僅要做到形成時間快、表面光滑,還需滿足不同比賽項目對冰面溫度、厚度等的不同需求。

那么,冬奧會不同冰上項目所需的冰有何不同?

中國隊本屆冬奧會首金項目短道速滑需要“最快的冰”,這就要求冰面厚度為3厘米到5厘米、冰面溫度為-7℃至-6℃。

短道速滑被稱為“短道”,其冰道每圈為111.12米。與其相比,被稱為“大道”的速度滑冰,冰道周長要長得多,為400米。所以,“大道”要求冰面厚度在2.5厘米到3厘米,理想冰面溫度為-9℃至-5℃。

被譽為“冰上舞蹈”的花樣滑冰對冰面厚度要求為6厘米到7厘米、冰面溫度要求為-4℃至-3℃。為了美觀,運動員還會穿著比較輕便、閃亮的服裝,所以室溫還要營造出溫暖如春的感覺。

除了滑冰,冬奧會賽場上還有冰球、冰壺等冰上項目,它們對“冬奧冰”也提出了不同的要求。

冰球與冰壺比賽要求冰面溫度在-6℃,而且要求冰面極為平整。在冰壺比賽中,冰面1毫米的平坦度偏差,都會對冰壺的走向產(chǎn)生很大影響,進而影響選手的發(fā)揮。在國家體育館冰球項目比賽場地上,1800平方米的冰面要求為一個水平面,誤差不得超過0.5毫米,此次冬奧會的中國制冰團隊,更是力爭將誤差控制在0.1毫米—0.2毫米。

冬奧不同比賽用冰要求不同溫度、厚度,歸根結(jié)底是因為各項比賽需要不同硬度的冰。冰面溫度、厚度將影響冰面的硬度,從而影響運動員的發(fā)揮。

以花樣滑冰為例,如果冰面溫度太低,運動員起跳、下落時,冰面就容易崩裂;如果溫度高了,冰面就會變軟,運動員就會感覺冰刀“拔不出來”,影響起跳。速度型的短道速滑等項目,對于冰溫要求更低,這樣冰面會更硬,能給運動員提供更好的力度支撐,也便于提速。

打造“冬奧冰”有這些門道

為了滿足冬奧會各個比賽項目的用冰需求,中國的制冰團隊鉚足勁兒,早早開始了準(zhǔn)備。

通常來說,制冰過程由制作基礎(chǔ)冰、噴白漆、粘貼標(biāo)識并畫線、制作表面冰等步驟構(gòu)成。在開始制冰前,還要進行深度的地板清潔,在地板預(yù)冷12小時—18小時之后,即可開始制作基礎(chǔ)冰。

制作基礎(chǔ)冰可視為“打地基”環(huán)節(jié),其中保證基礎(chǔ)冰的平整極其重要。如果沒有讓基礎(chǔ)冰和混凝土地面完全貼合,運動員踩上去后可能會導(dǎo)致冰開裂。因而,基礎(chǔ)冰需要制冰師用噴棒均勻地把水灑在賽場的每一個點上,制成約2厘米厚的冰層。

鋪完基礎(chǔ)冰后的賽場,還不是觀眾所熟悉的“奶白色”冰場。這是因為制冰師還未完成噴白漆的工作。通過向基礎(chǔ)冰層噴白漆,原本透出混凝土地面顏色的冰就會變成更好看的奶白色。

等白漆固定后,制冰師粘貼標(biāo)識并按照比例將稱好的油漆與軟水進行混合,開始畫線工作,畫線的位置和寬度都需要符合國際冰聯(lián)標(biāo)準(zhǔn)要求。

完成粘貼標(biāo)識和畫線后,便可開始制作厚度約為3厘米的表面冰。最后用掃冰車打磨、找平,制冰工作才算真正完成。與此同時,還要滿足任意3平方米內(nèi)的冰面最大高度差不能超過2毫米的平整度要求。

如果是制作冰壺賽道,還需制冰師進行“打點”工作,即在冰面上噴灑純凈水,形成均勻的冰粒,并用掃冰機將賽道刮出需要的高度和形狀。

在制冰環(huán)節(jié)中,保證精準(zhǔn)度是一大難點。例如,制冰師需要在制冰管上澆水,使水凍成冰,形成一整塊冰面。在這個過程中,如果制冰師澆水時步伐速度不一致,就容易造成冰面凍結(jié)后厚度不一致。因此,制冰師在制作冰面時,既有時限要求,又需精準(zhǔn)控制。

這意味著制冰是個“體力活”?!芭K活累活比較多,工具很重,冰場很冷。有時候,要在-6℃的冰面上連續(xù)工作16到18個小時?!北本┒瑠W會冰壺場地制冰師張芷源說。

科技加持保障比賽用冰

除了“體力活”,制冰工作還有不少科技成果加持的“技術(shù)活”。

北京冬奧會首次采用了清潔低碳的二氧化碳跨臨界直冷制冰技術(shù)。這是目前世界上最環(huán)保的制冰技術(shù),碳排放趨近于零,有助于打造出最快、最環(huán)保的冰面。相較于傳統(tǒng)的制冰技術(shù),它不僅將能效提升了20%以上,冰面溫差可控制在0.5℃以內(nèi),制成的冰也更加均勻,不會出現(xiàn)各個部位溫度不一樣、冰面硬度不均勻的情況。

北京大學(xué)教授、國際天然工質(zhì)研究領(lǐng)域知名專家張信榮認為,二氧化碳跨臨界直冷制冰技術(shù)具有安全性高、能耗和運行成本低、環(huán)境友好等優(yōu)點,且全部熱量可回收利用,是冰上場館能源系統(tǒng)中最有前景的工質(zhì)之一,可使場館能源系統(tǒng)冷熱一體化高效運行,在全球范圍內(nèi)都具有廣闊的應(yīng)用前景。

國際單項體育組織專家曾建議采用國際慣用的環(huán)保制冰技術(shù),但中國團隊經(jīng)過1年半的摸索,決定選擇二氧化碳跨臨界直冷制冰技術(shù)。

二氧化碳跨臨界直冷制冰,就是將氣態(tài)二氧化碳通過加溫加壓形成超臨界二氧化碳流體,再對超臨界二氧化碳流體進行降溫降壓達到-20℃至-15℃,再相變蒸發(fā)吸熱完成制冷和制冰的過程。

國家速滑館“冰絲帶”是全球首個采用二氧化碳跨臨界直冷制冰技術(shù)的冬奧會賽場。在“冰絲帶”里,1.2萬平方米晶瑩剔透的冰面為世界觀眾展現(xiàn)了精彩絕倫的競技場景。

此外,監(jiān)測系統(tǒng)也是冰上項目的得力“助手”。昔日的“水立方”、如今的“冰立方”場館的工作人員,就特意為冰壺賽場建立了一套“健康監(jiān)測”系統(tǒng),包含加速傳感器、應(yīng)變傳感器、環(huán)境溫度傳感器等,不僅能監(jiān)測結(jié)構(gòu)的變形、震動,還能監(jiān)測環(huán)境溫度和整體結(jié)構(gòu)傾角,對結(jié)構(gòu)的安全性和比賽舒適度進行實時評估。

智能建筑管理系統(tǒng)也為冬奧賽場貢獻了科技力量。

冰立方場館運營部責(zé)任工程師、國際制冰師助理張金泉表示,冰壺比賽對賽場環(huán)境要求嚴(yán)苛,現(xiàn)場的溫度必須按照冰面溫度、冰面以上1.5米高度溫度、看臺溫度3層控制,每層的溫度控制都要達到高精度?!氨⒎健鄙壛酥悄芙ㄖ芾硐到y(tǒng),增加了除濕功能,以確保賽場的冰面質(zhì)量。

(資料來源:科技日報、上海發(fā)布、北京發(fā)布、文匯報、國際在線等)

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