“冬奧會全局全過程態勢感知和運行指揮保障技術”幫助冬奧運行指揮部門完成科學判斷與決策；“複雜曲面幕牆及柔性屋面關鍵技術”集成幕牆用曲面玻璃工藝、平曲玻璃耦合幾何控制等多項關鍵技術，讓國家速滑館變身冰的世界；“數字孿生操作系統”解決了建築的安全運維、環境監測等問題，爲國家體育場提供智慧服務……北京2022年冬奧會將於今日正式開幕。在此次冬奧會的舉辦過程中，將有多項前沿科技技術應用於多個冬奧場景，這些領先世界的科技對冬奧場景的實現起到了舉足輕重的作用。日前，北京青年報記者對這些技術的帶頭人進行了採訪，爲您揭祕不同場景背後的科技力量。

運行指揮

“冬奧大腦”統籌分析

指揮調度形成“一盤棋”

北京冬奧會涉及兩座城市三個賽區：開閉幕式和冰上項目比賽在北京賽區舉行，雪上項目比賽在延慶賽區和張家口賽區舉行。因此，北京冬奧會面臨着空間跨度大、保障線路長、天氣情況多變等現實問題，再加上疫情防控需要，導致信息共享和指揮協同難度更高。在北京冬奧會舉辦期間，如何保障各個環節、各項比賽順利進行？答案就在位於北京冬奧組委首鋼辦公區的指揮部裏。

北青報記者在指揮部內看到，這裏有四塊大屏：第一塊屏顯示各場館監控鏡頭畫面，便於指揮部第一時間看到一線情況；第二塊屏是與各賽區、城市運行保障指揮機構的視頻會議畫面；第三塊屏是任務系統，可看到各場館、各賽事精確到每天、每小時的安排，比如何時訓練、比賽、頒獎等，能夠以時間軸的方式統攬全局；第四塊屏幕是信息化系統，該系統提供的氣象等信息可爲決策提供依據。連通各個比賽場館的四塊大屏，覆蓋重點業務領域的八個內設機構，以及囊括城市運行保障的指揮機構，形成一個指揮調度的“冬奧大腦”。

如何通過這個“冬奧大腦”讓指揮調度形成“一盤棋”呢？這離不開由清華大學公共安全研究院研究員陳濤牽頭研發的冬奧會態勢感知與運行指揮保障系統，這套系統可以匯聚八方信息並展開智能分析，實現更早發現問題、查找風險，並以情景推演的模式給出對策參考，成爲名副其實的指揮核心樞紐。在數字化和智能化系統的指揮下，北京、延慶、張家口三個賽區實現統一指揮、協調配合，形成“一盤棋”。這也是冬奧會歷史上首次實現場館、氣象、賽事、事件、人員、交通、醫療、防疫等跨領域時空數據的匯聚融合和智能分析系統。

拿氣象來說，陳濤告訴記者，冬奧會舉辦期間，不同賽區的天氣變化也不同，賽程因氣象條件而調整是很常見的現象。“當各個賽區的氣象監測設備監測到有大風、極端低溫天氣發生時，信息會彙集到這個系統，如果系統研判出這些天氣變化會影響到賽事，就會發出預警。指揮部的相關人員會在開賽前進行會商，決定是否需要進行競賽日程變更。”陳濤說，正是有了這個系統，使得冬奧會的信息共享和指揮協同能力增強，幾秒鐘之內就可以向指揮人員給出建議解決方案和應對程序。

“爲了做好系統對接，我們團隊經常要抱着演示服務器去保障現場，一遍又一遍地反覆迭代更新設計方案和算法模型。爲了做好研究應用測試，我們白天測試活動發現的細節問題，往往需要及時拿出改進方案並連夜修正，在半夜更新系統是家常便飯。”陳濤說，這個系統也爲未來大型賽事全方位智能化和高效協同管理提供了範本。

場館建造

3360塊曲面玻璃拼裝幕牆

讓羣衆“沉浸式”觀賽

因爲有22條晶瑩美麗的“絲帶”狀曲面玻璃幕牆環繞，國家速滑館又被稱爲“冰絲帶”。作爲北京冬奧會唯一新建冰上競賽場館，該館將承擔速度滑冰項目比賽，見證14塊金牌的誕生。

在進入國家速滑館觀看比賽之前，觀衆要首先經過休息廳。在那裏，冬日的陽光透過“冰絲帶”照亮了每一個人。光影變幻中，讓觀衆在倍感溫暖的同時，又能走進冰的世界“沉浸式”觀賽。國家速滑館外立面由3360塊曲面玻璃單元拼裝而成，通過機械配合工人操作，嚴絲合縫地嵌入160根S形鋼龍骨打造的框架中。

要實現這樣一個前所未有的自由曲面幕牆，後面隱藏着“科技冬奧”的創新力量。北京市建築設計研究院副總建築師、國家速滑館冰絲帶設計總負責人鄭方告訴北青報記者，因爲速滑館是一個冰上項目，將幕牆設計成像薄冰一樣的透明表面與賽場“渾然天成”。“根據建築內部使用空間的需要，把這個表面自由彎曲，形成一種 ‘剛柔並濟’的感覺。然後在彎曲的玻璃上設計橫向的很多線條，像是速度滑冰運動員的軌跡，內外交織，就是冰絲帶的建築立面了。”鄭方說。

要實現這樣的設計並非易事。首先要精心選擇玻璃的原片。“雖然玻璃看起來都是無色透明的，但是它實際上有非常複雜和微妙的色彩變化，甚至每一個批次的玻璃透明度和顏色都有微差。要接近冰的感覺，需要超白、純淨的玻璃，從側面看的時候是淺藍色而非常見的綠色。”2017年初，鄭方團隊比較了很多小樣塊，彎曲成不同的半徑，加工之後再比較，直到實際使用的大樣片，測量、再製作，才獲得了滿意的透明度。曲面玻璃需要集成很多複雜的工藝：彎曲、鋼化、用於保溫的鍍層、印刷中國傳統的冰花圖案，這也是目前建築中最前沿的工藝挑戰。

攻克了曲面玻璃的難點，屋面的挑戰隨即而來，這同樣是一個全新研發的金屬單元柔性屋面系統。因爲鋼索結構是柔性的，在極端的荷載作用下，比如大雪、強風，屋頂的變形上下各有半米之多。鄭方團隊請國內金屬屋面的行業專家、廠商研討，大家一致認爲，常規的金屬屋頂難以適應這麼大的變形。那該怎麼辦呢？“我們決心設計一個全新的系統，一種在工廠生產的單元式屋頂。”鄭方說。

鋼索結構的網格是4米見方，他們就設計同樣大小，4米見方、用鋁板和保溫結合的單元。“就像一個個小桌子，桌子之間留縫隙，用這些縫隙來適應鋼索最大的變形。”鄭方說，這還不夠，屋頂還覆蓋了完整的防水層，能夠經受成千上萬次的變化，拉伸之後能夠還原。有了金屬單元做屋頂的基層，再有彈性好的防水層，把它們組合起來，設計連接的各種細節，再進行變形、保溫、防水、抗風等性能測試，屋頂的鋼索已經成形，團隊再用激光掃描鋼索，精確地返回計算機模型，再把這個模型的數據傳輸到生產線，加工這些單元，運輸到工地安裝，最終完成了這個系統。

智慧場館

數字孿生操作系統

實現場館“全要素”監測

北京2022年冬奧會的開幕式和閉幕式均在國家體育場鳥巢舉辦。要保證開幕式和閉幕式的順利進行，智慧服務同樣很重要。在鳥巢，一個“復刻”這座體育場的“數字孿生操作系統”讓人眼前一亮。這個“數字化的鳥巢”正是智能場館的一個探索，通過把國家體育場數字模型化，動態採集設備的運行情況、環境變化、人流聚集疏散情況，從而形成基於人工智能的最優解決方案。

據北京智能建築科技有限公司項目中心負責人李然介紹，鳥巢智慧場館建設以“數字孿生操作系統”開發爲基石，在空間維度上，操作系統覆蓋鳥巢25.8萬平方米建築空間、周邊55平方公里城市空間。在信息維度上，重點關注建築本體的健康環境、能源優化、設備監測預警、公共安防的運行狀態，接入周邊道路交通及停車數據，助力城市的微循環。同時，面向公衆，操作系統也提供了公衆服務、數字消費能力。

“這套系統就是爲了讓鳥巢能數字化感知、運營，所以叫做 ‘數字孿生’。”李然告訴北青報記者，基於泛載物聯網絡，鳥巢加裝了近8000個IoT傳感器、控制器，能夠讓運行團隊實時掌握場館內人、車、設備、能源、環境的客觀情況。在公共安防板塊，鳥巢在公共區域構建了點、線、面全覆蓋的 “無感安防”體系，通過AI算法賦能，實時識別異常行爲，針對大型活動人員易走散的場景，通過智能分析實現了走失人員的快速尋找；在設備預警與能源板塊，通過對大型機電設備的實時監測與分析，充分挖掘故障隱患，將其消除於發生前，同時基於用能需求對大型能源設備調控，實現場館的綠色節能。

今年，鳥巢首次佈設全面的環境監測保障系統，部署了458套環境智能傳感器，實現對場館逐層、逐區的風險感知。“在我們這套系統中，實時數據情況會彙總在屏幕左側，包括PM2.5、二氧化碳、VOC、溫溼度等。同時，通過屏幕中間的模型總覽，管理者可以清晰定位潛在風險預警的區域，進行及時告警。”李然指着正在運行的系統屏幕說。而在屏幕的右側，正顯示着2877套環境智能終端的實時運行情況，包括空調、照明、淨化、消殺設備等，鳥巢的環境健康指數一目瞭然。

基於這個系統的延伸，冬奧期間鳥巢還在遊客出入口處加裝了28臺健康環境信息互動智能魔鏡，爲公衆提供實時信息發佈。觀衆進入場館時，可以使用精準的室內導航服務，在場館裏不再輕易迷失方向，還可以通過融合5G、數字人民幣技術的智能無人零售超市，方便快捷地購買冬奧特許經營商品，體驗數字消費。

“鳥巢智慧場館建設項目是科技冬奧重點項目，也是大型公建智慧化升級的模式探索。”李然告訴北青報記者，通過智能場館數字孿生操作系統在冬奧上的實踐，能夠爲智能建築的發展探索新的路徑，通過“單體建築智能化”，構建“區域建築智能化”，進而實現“城市智能化”，爲大型場所智能化的升級改造提供北京經驗。

文/本報記者 劉婧