科技唱响冰雪欢歌 创新闪耀冬奥五环——北京冬奥会展现我国科技创新智慧

◎ 本刊记者 白 静

筑梦冰雪，同向未来。2022年2月4日晚，举世瞩目的北京第二十四届冬季奥林匹克运动会开幕式在国家体育场隆重举行。中华文明与奥林匹克再度携手，科技创新与冬季奥运完美结合，奏响全人类团结、和平、友谊的精彩乐章。

航天科技加持,冰立方幻化冰五环闪耀冬奥

一滴墨从天而降，逐渐幻化为黄河之水，滔滔不绝；随即飞流直下，奔汇成“冰”，瞬间凝结成巨大的冰立方；一朵朵雪花被置于“冰面”上，即刻又悄然幻化为奥林匹克五环冉冉升起……2月4日，北京冬奥会开幕式在国家体育场“鸟巢”举行，行云流水般转场变换的舞台，水、冰、雪之间不断交融的奇幻场景，给全世界亿万观众呈现了一场极致享受的视觉盛宴。如此收放自如的舞台效果，其背后是来自航天科技的加持，保障冬奥会开幕式上的舞台变换像火箭发射一样安全、精准。

“导演负责精彩，我们负责安全、可靠，为艺术家提供坚实的基础，为艺术创作提供技术保障。”2月4日，中国运载火箭技术研究院党委书记李明华在接受采访时表示。

中国运载火箭技术研究院作为中国航天科技集团有限公司冬奥专项工程的抓总单位，承担了本届冬奥会和冬残奥会开闭幕式舞台、空中设施、地面显示系统等多个项目的技术保障任务。来自北京经济技术开发区的创新企业北京长征天民高科技有限公司，是火箭院所属北京航天发射技术研究所的全资公司，其总承担的地面舞台系统要完成相关展示、视频播放等最重要的仪式性表演，满足不同场景使用需求。

据了解，此次开幕式告别“人海式演绎”（参演人数仅为2008年奥运会开幕式的20%），利用科技使舞台更饱满是本届冬奥会开幕式的最大特点之一。这就使得舞台哪怕出现细微的差错，都将被放大凸显出来。为了确保万无一失，长征天民首次用航天系统工程模式对产业项目进行管理和实施，这也是对产业领域管理创新的重要探索。

与夏季奥运会繁花似锦的热烈气氛不同，本届冬奥会要用科技和新的观念去表达冬季带给人们的空灵浪漫感。面对目前国内最大的体育场露天舞台，长征天民专项团队将复杂的舞台工程系统设备完全置于平静的“冰面”之下——数十套电机与刚性链条、钢丝绳及滑轮组相互配合，驱动大型升降台、车台、倾斜台等活动设备，完成各类升降、平移、翻转等动作，使得“空灵”得以实现。而舞台上所呈现的从“奔流”瞬间凝结而成的通体冰莹的冰立方，总重量约400吨，升降重量达180吨，载荷超过一般剧院大型升降台的8倍，是整个开闭幕式最大功率的驱动设备。长征天民研制团队在场地受限情况下，通过精确控制电机驱动16条链条、16条钢丝绳组成的4套同步传动单元，让这块巨大的冰立方升降定位精度控制在±1毫米。

当“冰面”上一朵朵雪花悄然幻化为奥林匹克五环冉冉升起，这行云流水般的转场，来源于地面中央升降台所采用的“先下沉、再平移、最后上升”的“小开合”方式。长征天民采取这种创新方式，能够减少大幅度动作所带来的突兀感，为艺术表演与流程仪式提供了流畅而平稳的舞台，配合整体演出塑造出宁静的唯美意境。

李明华介绍说，舞台机械控制系统的设计，加入了航天系统产品研发中采用的数字化仿真软硬件设备，开展控制算法的优化设计，并全面进行半实物仿真测试试验，把冬奥项目与航天人熟悉的质量管理体系进行创造性结合，从而在设计阶段识别并规避重大失误，提高整个系统的可靠性和安全性。相对于一般火箭飞行试验前需要进行近百项地面试验，冬奥会舞台系统进行了近千项地面测试。通过各种分系统与综合性试验，排除一切不可靠因素，做到现场表演“零失误”。

科技创新奏响北京冬奥会主火炬“冰与火”之歌

冰火相融，当空舞动。2月4日晚，当最后两位火炬手擎着“飞扬”火炬跑向鸟巢中央，全场寂静，万众瞩目。

地台缓缓出现，火炬被轻轻插入基座。此时，“飞扬”开始蝶变，晶莹剔透的显示屏化作“雪花”，托举着盛开的火焰升空飘舞。

奥运史上主火炬的点燃方式各有创新，但北京2022年冬奥会主火炬仍以“意想不到”的方式展现在全世界亿万观众面前——微火、屏显、当空舞动，在科技加持下，冬奥会主火炬实现冰与火的完美结合！

“北京冬奥会主火炬的设计研发，最大的创新之处是微火设计、视频显示以及由复杂的姿态控制系统构成鸟巢上空的完整结构，这在百年奥运史上是独一无二的。”北京冬奥会主火炬技术负责人、航天科技集团六院11所（京）事业部总工程师刘悦接受记者采访时说。

为何使用微火设计？是为了更好展现绿色低碳与可持续发展理念。此前的奥运火炬都是熊熊大火，能源消耗量巨大，北京冬奥会将绿色能源——氢气作为燃料，微火设计可实现氢气消耗量每小时小于2立方米。

“从技术角度来说，微火的实现并不容易。”刘悦告诉记者，北京冬奥会主火炬须长时间燃烧，对环境适应性、稳燃性及抗低温、火焰显色等方面均提出很高要求。而且，氢气的供给需要达到安全、稳定，刘悦团队将氢气供给系统设计为撬装结构，使储存、减压、输送、控制集成起来。“由于特定的使用场景突破了氢气使用规范的现有要求，最终，我们的撬装结构作为航天专有产品提供给了北京冬奥组委。”刘悦说。

火焰本身太小，如何使之壮观？创意团队给出设计，采用“微火+视频显示”技术方案。刘悦表示，视频显示技术成熟，但是用在火炬的核心装置内，复杂的造型就需要大量采用“异形屏”技术，从设计到制造再到保证系统的可靠性都存在诸多挑战。“我们将结构高度集成并实现轻量化，结构变得不显眼，屏显做到轻薄，让大家只关注到唯美的火炬，感受主火炬晶莹剔透的效果。”刘悦说。

与以往火炬最大的不同还在于，北京冬奥会主火炬悬挂在鸟巢上空，宛如飘舞在空中的雪花托举着盛开的火焰，这对系统的高可靠性提出要求——保证各个环节万无一失！刘悦团队不光在结构的稳定性、承载力、空中姿态方面为主火炬找到最优方案，还在供电、信号、燃烧、机电、播控等方面都进行了冗余设计，确保主火炬在鸟巢上空美轮美奂地呈现。

手持火炬“摇身一变”成为主火炬，这是一个悬念，更是一个大胆的设想——火炬手将火炬插入基座，一个“插入”的动作成为开幕式最富创意的“点火”方式。

动作虽然简单，但实现的功能却非常复杂。手持火炬的燃料很有限，主火炬又要持续燃烧，插入基座的瞬间，气路联通、电路联通、信号控制联通……为此，刘悦团队做了多版插接结构设计，从连接的可靠性到环境适应性均进行了大量测试。

最后一棒手持火炬即主火炬，在材料和结构设计上有何独特之处？刘悦介绍，主火炬壳体材质采用耐热不锈钢，这种选择是为了耐受长时间的燃烧和室外环境对它的影响，而且主火炬的焰色实现方法与固化方式也都做了针对性设计。

航天产品讲求高可靠性、可验证性，因此测试检验过程必须做到系统性能指标和工作流程的全覆盖性。2021年10月末，经历了近10个多月的设计、研制，在航天综合测试场，刘悦第一次看到成型的北京冬奥会主火炬亮起来、动起来、转起来，他的第一反应是，“感觉与创意团队给的效果图非常接近了，我一下很有信心” 。

2月4日晚，北京冬奥会主火炬成功点燃。见证北京冬奥会主火炬从无到有、惊艳现身的刘悦难掩内心的自豪与喜悦。此时，他和团队成员不辱使命，成功为北京冬奥会奉献着航天人的力量；此时，他和团队将继续奋斗，为奥运圣火熊熊燃烧保驾护航。

奥运史上首次使用8K技术直播开幕式

2月4日，北京冬奥会开幕式首次使用我国具有自主知识产权的高可靠、低时延EUHT无线宽带技术，进行8K超高清直播无线传输展示。

8K是当前视频显示技术的最高标准，北京市相关产业的发展应用走在世界前列。根据“科技冬奥”有关工作安排，本次冬奥会使用8K技术直播开幕式及重要体育赛事，这是全球首次规模化应用8K技术进行开幕式直播和赛事报道。

据了解，经前期部署，目前北京市已建成全球最大的城市级8K播放体系，包括20块8K超高清大屏和200台大尺寸8K电视机，涵盖国家大剧院、丰台丽泽商务区、朝阳区蓝色港湾、亦庄大族广场等公共空间，清华大学等知名高校，国家体育场等赛事场馆，城市副中心等社区，咪咕咖啡等商业场所。其间，北京市通过多层次的大屏、中屏和小屏体系，全方位展示北京8K产业在信号采集、现场直播、信号传输和终端显示等方面的技术和产品。

数字科技+美学创新：北京冬奥会开幕式点亮世界最大地屏

2月4日晚8时整，第二十四届冬季奥林匹克运动会开幕式在北京国家体育场举行，世界最大地屏也正式点亮。

“‘数字科技+美学创新’是北京冬奥开幕式的视觉标签，11000平方米地面显示屏、1200平方米冰瀑布、600平方米冰立方、1000平方米看台屏组成了世界最大的LED三维立体舞台，用一场无与伦比的视听盛宴向世界大声讲出最浪漫的中国故事。”2022北京冬奥会开幕式地屏提供方、利亚德集团冬奥会开幕式项目经理王定芳在接受记者采访时揭秘道。

科技赋能艺术是本次开幕式的一大亮点。2022北京冬奥会开幕式视效总监王志鸥表示，整个鸟巢超大地屏首次实现全LED影像，以取代传统的地屏投影，画质达到16K。

“从演出的那一刻开始，我们希望给全球人民带来中国新的视听语言。这次开幕式的画面像素非常高，是14000分辨率的巨幕。我们对画面的要求是1秒钟50帧，整场内容数据量巨大，一个节目就含有几个T的数字内容，可以想象它是非常大的数字科技工程。”王志鸥说。

如今，手机拍的高清照片的大小约是几兆，一个蓝光电影的大小约是几G。

“这次开幕式的每一个节目就是几T的数字量，其对于清晰度的要求、细节的要求都是呈几何级增长，这之前在全球来说是前所未有的挑战，这对背后的科技升级、美学升级都提出了更高的标准。”王志鸥说。

王定芳介绍说，此次开幕式播放系统包含LED地屏、冰瀑、冰立方、南北看台屏等显示屏的播放。其中，整个地屏LED负责显示4个8K播放素材, 冰瀑负责显示2个8K播放素材，冰立方负责显示1个8K播放素材，配合播控系统实现多个播放器视频输出同步误差不超过2帧。

由于LED地屏需要满足开幕式的演出需求，整个显示系统有其独立的显示组件、显示系统、控制系统、结构系统和电气系统，操作人员可在控制室内通过计算机远程控制，而LED地屏显示系统则可以文字、图片、视频等多种形式显示。

“此次，LED地屏显示面板加装抗眩光、抗摩尔纹、防滑雾化面罩，显示画面柔和，为摄像转播提供全焦段无杂波、无干扰的纯净视频显示画面。”王定芳指出，而南北看台屏也达到了实时显示OBS的12G SDI 4K分辨率, 同时还能显示4K宣传短片，实时回传给OBS，与地屏等其他显示装置的信号做到了整体的完美配合。

绿色+科技+文化：北京冬奥会“三味”打造简约精彩奥运

2月5日，是北京冬奥会首个金牌日。比赛当天，不光中国短道速滑队在混合接力比赛中为中国体育代表团夺得本届冬奥会首金，荷兰名将伊雷妮•斯豪滕更以3分56秒93的成绩打破尘封20年的冬奥会纪录，夺得速度滑冰女子3000米金牌。一日之内，冬奥热度不断升温，尽管受疫情影响，一些明星运动员可能会缺席本届冬奥会，但并不影响简约、安全、精彩的赛事呈现。

“我们认为安全是一切工作的前提，没有安全就谈不上精彩。”北京冬奥组委专职副主席、秘书长韩子荣在2月6日举行的例行新闻发布会上表示，北京冬奥会秉持绿色共享、开放廉洁的办奥理念，最大的特色莫过于努力实现精彩办赛和节俭办赛能够有机统一。

首先，北京冬奥会“绿色味”很浓。韩子荣介绍，北京赛区的竞赛与非竞赛场馆中，有11个是2008年北京奥运会的遗产。被人们熟知的“鸟巢”已经成为“双奥”开闭幕式场馆、“水立方”变身“冰立方”为冰壶比赛提供场地，“我相信，参与过2008年北京奥运会报道的媒体朋友们，当大家故地重游时一定会有不同的感受。”韩子荣表示，北京冬奥会赛时全部场馆实现百分百使用绿电，所用的车辆中清洁能源车辆占比80%，北京冬奥会将通过低碳场馆、低碳能源、低碳交通等多项措施实现碳中和。

除了绿色低碳，北京冬奥会的“科技味”也很浓。“我们利用二氧化碳直冷制冰技术打造了‘最快的冰’，在延庆和张家口赛区设置天气预报雷达和赛道气象站，形成气象监测网络，努力实现百米级、分钟级精准气象预报。”韩子荣介绍，北京冬奥会期间，奥林匹克转播服务公司的视频使用5G传播，成为奥运史上首次正式实现基于5G技术的赛事转播，“这些精彩的科技味，非常值得关注”韩子荣说。

新闻发布会上，韩子荣还推荐了最具中国特色的“文化味”。作为东道主，北京冬奥会的场馆设计体现着中国文化的特色，“冰丝带”“雪飞天”“雪如意”等场馆无一不饱含着中国元素。韩子荣表示，北京冬奥会和冬残奥会的会徽体现了中国书法与体育运动的完美结合；备受追捧的吉祥物“冰墩墩”形象来自中国的国宝大熊猫、“雪容融”的设计灵感源于象征团结喜庆的中国灯笼。“这些内容可谓精彩无处不在，期待来自世界各地的媒体朋友们亲身体验现场报道。”韩子荣说。

科技创新为冬奥监管通关强基固本

2月4日，期盼已久的北京2022冬奥会正式开幕。作为2022年北京冬奥会和冬残奥会的主管地海关，北京海关不断细化通关保障方案，对所有涉冬奥航班实施“一机一策”，做到严格监管、精准检疫、高效服务。同时部署应用核辐射全息定位系统、通用消毒柜等10种设备设施，完善“横向+纵向”人力资源梯队工作机制，组建起包括一线和预备人员1000多人、应急支援力量400多人的保障梯队，为涉奥人员入境高峰期提供全方位支持。

“核心机房就是监管信息运行的中枢和大脑。要提升监管效能，就要先打造最强大脑。”北京海关科技处处长由智勇说。为保障北京冬奥会、冬残奥会期间各项业务的顺畅运行，北京海关于2021年上半年就提前启动了核心机房的在线改造，通过冷通道封闭技术精准降温，使机房核心设备温度始终保持在25摄氏度以下，确保不间断高速运行中的大脑“冷静清醒”。

“据了解，北京海关是首个接入‘海关总署基础设施云平台’的直属海关。在海关总署的云平台上，计算、存储等IT资源可按照各直属海关信息系统的繁忙程度分配，实现资源智能化调用。云平台就像一条实行潮汐车道的智能高速公路，即时分析各信息系统的‘车流量’，科学调整IT资源的‘车道’配置，提升了资源利用效率和系统稳定性。”北京海关科技处运行管理科科长吕丕明形象地比喻。

针对冬奥旅客普遍在入境现场申报的情况，北京海关在冬奥测试赛前，就在旅客通关现场增配了126台（套）申报设备，最大限度避免申报旅客“扎堆”，通过推行“智慧旅检”系统，在入境申报和流调过程中加强对旅客的辅助，大幅提升旅客通关体验。

据了解，北京海关还整合了监控指挥、视频会议、移动单兵、执法记录仪等音视频信号，通过一个平台调度、一个接口调用，实现前后方零延时通信、零距离沟通、零失误决策，做到“业务现场设置到哪里，实时监控就覆盖到哪里，调度指挥就延伸到哪里”。“科技手段建立了一个可以实现上下联动、一竿子插到底的指挥体系。现在根据工作需要，我们的一线关员在T3D现场就可以随时与海关总署、北京海关视频连线，并接受调度指挥。”高延军副处长说。

此外，北京海关、冬奥组委、北京市商务局基于区块链技术、依托“单一窗口”线上平台，开发了冬奥无纸化通关系统，实现企业一站式在线提交、冬奥组委无纸化审批、海关无纸化通关。北京海关还开发了通关时效监控应用系统，监测冬奥航班行李物品整体通关时间，提高通关时效。

“通关时效监控应用系统就像指挥棒，时刻提醒督促我们提升工作效率、及时验放物资，用实际行动服务保障冬奥。”首都机场海关查验处副处长夏云成说。