作者:科信 来源:中国科学报 发布时间:2022/2/4 19:55:42
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科技冬奥的背后故事
科技之光点亮林海雪原

 

编者按:

奋进的中国再度点燃激情与梦想的圣火,世界翘首以待的北京冬奥会于2月4日开幕。

“水立方”变身“冰立方”、“百米级、分钟级”精准气象预报、国家速滑馆世界跨度最大的单层双向正交马鞍形索网屋面、5G信号覆盖所有场馆、8K比赛画面实时传输……科技冬奥是北京2022年冬奥会和冬残奥会的主要特色,是体现我国综合国力的舞台,更是实现高水平科技自立自强的舞台。

中国科协网开设“科技奥运的背后故事”专题,挖掘冬奥高科技的幕后故事、幕后英雄,展现中国科协所属全国学会及广大科技工作者在“科技冬奥”中的拼搏、奉献、创新、超越,记录科技工作者助力北京冬奥冰雪史诗的感人故事。

 

敦煌飞天,彩带飘扬。当夜幕降临,在科技之“光”的照亮下,北京2022年冬奥会首钢滑雪大跳台宛如飞天飘带,轻柔、飘动、飞升……

北京冬奥会,这场冰雪运动的盛会即将拉开帷幕。无论是保证赛事顺利进行,还是向世界呈现高清转播,亦或是保障运动员安全和成绩的需要,以及现场观众的视觉效果,都离不开科技照明。而户外雪上项目与室内冰上项目的照明需求,科技应用上又各有不同。

梦幻之光塑形“雪飞天”

2022年1月6日晚,作为北京2022年冬奥会和冬残奥会赛场之一的首钢滑雪大跳台“雪飞天”正进行灯光效果调试。随着音乐缓缓响起,照明灯、氛围灯、射灯和霓虹灯效果次第展现。从大跳台正面看去,随声而动的变幻光影、绚烂夺目的奥运五环、射向天空的明亮光柱、闪烁跃动的细碎光斑,就像走入电影《阿凡达》中纳美人的神秘世界。

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群名湖中心看首钢滑雪大跳台   受访者供图

“传统的照明设计主要关注载体,就是被照物,而我们更关注人。”作为冬奥会首钢赛区照明设计的负责人,中国照明学会理事、清华大学建筑学院长聘副教授张昕还肩负着延庆赛区照明设计和崇礼赛区照明统筹的工作。

在他看来,与普通的照明设计不同,北京冬奥会赛区的照明设计充分考虑赛后利用与城市发展,更加关注可持续的这一设计要求。

滑雪大跳台“雪飞天”的造型设计来自敦煌的飞天飘带。为了让“飘带”真正呈现出飘逸灵动的感觉,张昕在照明规划和设计上都做了精心策划。

“照明规划上,滑雪大跳台的景观照明应具有统治性,它是光的‘发出者’,而周边的制氧厂与冷却塔则通过亮度向远处递减与光色的严格控制(4500K),扮演光的‘接收者’。设计上,三层飘带由下至上逐层提高亮度,表现向上飞升的动势,隐喻如月亮般的自然光源在高空的存在。”张昕说。

由于观众在观看滑雪大跳台时是仰视,这要求“飘带”的灯光不仅要朝上,还必须消除眩光。为此,张昕团队决定将灯“藏”进“飘带”。

然而,仅“藏”起来还不够。“因为‘飘带’的宽度、倾斜角度和距地高度是连续变化的,不仅需要确保整个灯光不干扰运动员比赛,还要满足转播、裁判员和现场观众多视角的观看需求。”张昕说。

对他而言,“飘带”的灯光设计是“一锤子买卖”,“照明最重要的就是调灯,因为一旦将灯光装进‘飘带’里,就没有机会再调整了,我们必须在地面上把灯调到最合理的角度”。

为保证一次成功,张昕团队不仅对灯具的安装位置、方式、角度、色温、功率、遮光筒深度等进行了深入研究,还特意制作了两段“飘带”足尺样板。经过反复实验后,他们终于确定了最终参数。站在“飘带”脚下,看着经过一年多“精雕细琢”的灯具缓缓升起、归位,张昕感到十分欣慰。

智慧之光呈现“雪如意”

参与国家跳台滑雪中心“雪如意”照明设计的中国照明学会常务理事、豪尔赛科技集团董事长戴宝林说道,“我们将最新科技融入北京冬奥会项目建设,开创了‘智慧冬奥’系列项目的全新照明模式。”

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国家跳台滑雪中心“雪如意”    受访者供图

在 “雪如意”项目实施前期,豪尔赛特别组建了设计、技术保障及实施团队对现场进行详细的踏勘。团队发现,“雪如意”整体长度只有136.2米,高差却达到135米、最大坡度角度超过60度,且场地昼夜温差非常大。

“这对设计能力、灯具质量及施工能力都提出了前所未有的挑战。”戴宝林说,“为确保跳台滑雪项目的赛时完美展现,并保障后期运营,设计人员在赛场全部采用定制化防水、耐温产品,通过多类型、多功能的灯具安装,让‘雪如意’多层次、多角度完美地呈现给大众。”

“雪如意”整体照明以尊重建筑、光色适宜、光强适度、绿色经济、持续运营为原则,在亮度关系处理上,使整体灯光色彩、顶部与滑道两翼灯光效果相得益彰;在灯光表现手法上,顶峰立面利用室内灯光及少量投影机在玻璃上呈现奥运标志,两翼部分采用白光渐变、缓慢流动的表现方式,犹如在“雪如意”之上流淌的光晕;在轮廓形象设计上,通过投影加立面轮廓相结合的方式,加强了“雪如意”轮廓展现效果,进一步凸显了其整体造型。

“‘雪如意’项目最终的完美呈现,代表着中国照明应用创新技术达到非常高的水平。”戴宝林说,豪尔赛从事照明行业20多年,承接过很多大型会议的智慧照明工程。在此次北京冬奥会系列项目建设中,豪尔赛也充分展示了“智慧创新之光”,以其自主研发的算法及虚拟仿真技术,实现了广色域、全色温、多通道的智能调节,使各赛场照明效果顺利通过了OBS(奥林匹克广播服务公司)、IBSF(国际雪车协会)、FIL(国际雪橇协会)的场地认证。

LED点亮冬季两项赛场

“国家冬季两项中心的灯光系统是目前全球最大的全部使用LED照明的比赛场,也是实施难度较大的照明项目。”中国照明学会特邀副理事长、中国照明学会专家工作委员会主任、昕诺飞大中华区照明设计和应用部总经理姚梦明介绍,“雪上项目要求灯光布置均匀、符合项目照度要求,灯光不能改变雪道的表面形态,应为运动员清晰展示地形及附近的障碍物。同时还要解决4K高清电视转播时,超高速摄像机的频闪问题,以及场上湿冰产生的反射影像等问题。”

在姚梦明看来,“赛场照明系统要与山体、树木等自然条件融合,并充分考虑比赛场地的高度、坡度、转弯等特点。因此,灯具位置要综合考虑与赛道形状、摄像机位置的关系,而照明控制系统则需要解决长距离的信号传输、系统同步、抗干扰等系列问题。”

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冬季两项中心的照明效果    受访者供图

国家冬季两项中心核心区域面积大,全部使用高灯杆并配合大功率灯具照明;而赛道区域由于形状不规则、宽度有限,因此大部分选用中等高度灯杆配合中、大功率灯具照明。

为完美呈现此次冬奥盛会,从2015年开始,昕诺飞团队就与包括转播机构、设计、施工单位等在内的合作方通力协作,从前期概念设计讨论、深化方案到在零下30度的极寒环境下安装、调试以及最后与转播机构协调、调整照明,成功为张家口赛区及北京赛区六大主要场馆提供了照明整合解决方案,包括高品质的LED体育照明产品和智能互联体育照明系统。

科技之光展现林中雪色

这些先进的照明理念,在延庆赛区的路灯系统设计中也体现得淋漓尽致。

张昕认为,在延庆赛区,照明规划要以“保护生态、实用即美”为原则,以解决功能照明为首要任务,控制对建筑夜景过度图像化的表现,用功能照明呈现山林场馆的宏大场景,对自然生态“弱介入”。

为秉承场馆对自然环境的“弱介入”,团队在延庆赛区的竞技结束区和竞速结束区,以海坨山地域植被特点为灵感,设计了山地“乔木”路灯家族,多种功能的标准化模块可根据场地实际需求灵活组合。

此外,为兼顾照明与景观效果,他们还在延庆冬奥村特制了庭院灯系统。灯的下部采用定制仿纸玻璃灯罩,以柔和的漫射光保障道路功能照明与环境照明;灯的上部则使用投光灯,可灵活调整亮度和照射方向,为以树木为中心的公共活动区域提供垂直照度,照亮树木和建筑转角处,为运动员提供视觉定位。

对于崇礼冬奥核心区的夜景照明,张昕认为应以“功能照明为主、重视可持续性、注重整体控制、倡导生态夜景”为原则,展现“冬奥小镇,滑雪胜地”整体夜景风貌。

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延庆赛区隐喻寒地乔木的定制灯具系统    受访者供图

1月17日,国家主席习近平在2022年世界经济论坛视频会发表的演讲指出,中国有信心为世界奉献一场简约、安全、精彩的奥运盛会。张昕说,“习近平总书记的讲话鼓舞人心。本次冬奥会和冬残奥会的照明科技就充分体现了低碳、生态、可持续发展的理念。”作为中国照明学会的一员,戴宝林说,“我们将绿色冬奥、科技冬奥通过‘光+文化+科技’的方式展示给世界,把低碳、生态、可持续发展的理念传递给每一个人,用‘智慧大脑’服务于国家建设,与冬奥一起向未来、与祖国一起‘向光明’。”

 

 
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