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智绘亮丽的奥运风景——“科技奥运”向世界报告之二
来源:科技日报 作者: 发布时间:2008-07-13 (阅读次数:

新华社发(邓佳摄)

    为了实现奥运会期间奥运村中心区零排放的目标,一批零排放、低噪音、环保节能的锂电池巴士将24小时运营。

新华社发(刘永生摄) 

奥林匹克多功能演播塔即将完工,计划于7月下旬接受最后的检验。

    本报北京7月13日电(记者 向杰 李艳) 七年前,申奥成功喜讯传来,“科技奥运”的理念功不可没。时光荏苒,北京奥运已快步来到了人们眼前,这场世界体育盛会因注入了最新科技而愈发完美。

  筹办伊始,包括中国科学院、中国工程院、清华大学等在内的一大批科研院所和大学以及数百名优秀的科学家直接参加到了科技奥运建设工作中。以两院院士为主的专家组和拥有400多名专家的咨询专家库成为科技奥运建设的宝贵资源。与此同时,与欧盟、德国、希腊、美国、澳大利亚等国家在数字奥运、绿色奥运资源规划、运动科技、气象科研等领域展开全方位、多层次的科技奥运国际合作。

  七年的时间里,一个个奥运项目如期完工,众多的科研难题被连连攻破,科技在每一个环节发挥着支撑作用。“科技奥运”的背后是众多科研人员的不懈努力,承载着他们的上下求索。

  新能源汽车成就“零排放”奥运

  7月11日上午,奥运节能与新能源汽车示范运行交车仪式在北京奥体南区公交场站举行,数百辆各式各样的节能汽车投入奥运交通。这些节能与新能源汽车将提供奥运历史上种类最多、技术最先进、规模最大的绿色运输服务,为实现奥林匹克中心区域交通“零排放”,中心区域、周边地区及奥林匹克交通优先路线“低排放”目标提供保障。

  6月21日上午10时,121路公交车上,人并不是太多,这是北京首批投入载客运营的电动公交车中间的一辆。两年前的同一天,这些车辆投入运营时,它们是我国第一批完全依靠电池作为动力的公交车,是我国首支、也是世界最大的“电动公交车队”。

  电动公交车的研发者之一、北京理工大学电动车辆工程技术中心副主任张承宁教授介绍,从首批纯电动公交车在北京公交121线路上投入运行,现在累计投入运行的电动公交车已超过20辆,一度被质疑的电动客车速度慢、电池寿命短等问题已得到较好的解决。

  当然,为奥运服务的车辆还有更多,它们有共同的特点就是清洁、环保、零排放。目前已基本落实500多辆清洁汽车奥运场区的应用。其中,50辆纯电动客车、400辆纯电动场地车和15辆纯电动环卫车将在奥运中心区和各奥运场馆使用。同时,拟实现混合动力75辆乘用车、30辆客车场馆间固定线路的应用与使用,20辆燃料电池轿车、3辆燃料电池客车在奥运中心区、固定示范线路以及马拉松等赛事中应用。

  “届时,在奥运中心区,奥运官员、教练员、运动员将听不到汽车发动机的轰鸣,闻不到汽车尾气,”电动公交车的另一位研发者、北京理工大学副校长孙逢春说,“我们自主研发的纯电动客车将成为北京奥运的绿色载体、科技载体,在奥运会上完成一场万众瞩目的实战。”

  这是人类在奥运史上第一次如此大规模的使用清洁能源汽车———在很多人眼里,它的确就是一场看不见硝烟的战争,而第一枪早在7年前甚至更早时间就打响了……

  只要说起我国的新能源汽车的发展,就绝对不能不提一个人,他就是现任科技部部长万钢。

  2000年年底,在德国奥迪公司工作了11年的高级技术经理万钢受科技部原部长朱丽兰之邀,以首席科学家的身份回国,被同济大学正式聘任为教授、博导、新能源汽车工程中心主任,主持汽车新能源技术的研究工作。

  稍作安顿,万钢便开始一边做调研,一边“游说”新能源汽车计划。他到北京,一周内马不停蹄地拜访了5个部级干部。“在传统汽车业制造上,我们落后国际先进水平20多年。而在清洁能源汽车发展上,外国比中国只领先几步,国外的汽车厂家都是各自闭门研究,如果中国发挥体制研究优势,很容易赶上甚至超过其他国家。发展新能源汽车既是中国汽车业战略发展的机遇,也是必须要抓住的机会。”

  接替朱丽兰的科技部部长徐冠华,在与万钢一番长谈之后,当场拍板:成立电动汽车重大专项组,前期先设立规划组,万钢任规划组组长。“你去规划,不管多少我都支持”,“这件事情认定要干,哪怕是一路黑,你也要走到底。”

  “电动汽车重大科技专项”于是成为“十五”期间科技部启动的12个重大专项中最大的一个,5年间国家共投入8.8亿多元人民币。而为给北京奥运会使用绿色环保汽车提供技术支持,推动我国电动汽车的产业化,2002年科技部、中科院、教育部、国防科工委与北京市等在该重大专项的基础上,共同组织实施科技奥运重大项目“电动汽车运行示范、研究开发及产业化”,项目由北京交通大学、北京理工大学、首科集团等单位共同承担。

  为了迎头赶上国外同行,回到同济的万钢一头扎进实验室。出差归来,他家不返、办公室不去,第一站先到实验室。上海的冬天没有暖气,凌晨二三点,为了某个零部件的调试,万钢和同事们裹着买来的军大衣,一盯就是到天亮。

  奔驰公司研发部的副总裁科勒,在万钢回国后,看望过他几次。第一次来,看到他裹军大衣的研发条件,十分惊讶:“你为什么要回来?”第二次来时,看法已有所改变:“你们的起步还是很快的。”到了第三次,科勒发出了由衷的感慨:“照这样的速度,你们很快就可以赶上我们。”

  2003年的第五届上海国际工业博览会上,由万钢团队研发出的我国第一辆拥有完全自主知识产权的国产燃料电池轿车———“超越一号”甫一亮相,便吸引了万众目光。如果光看外形,“超越一号”是一辆市面上最普通不过的轿车。但是,当开动起来,人们就会感到它与传统汽车有着很大的不同:声音更轻,行驶更加平稳,转向和制动也更加轻松,即使在不开启发动机的情况下,仍可以正常使用空调,最为重要的是它排放的不是废气,而是清洁的水。

  “事实证明,国外花30年研制出来的第一代产品,我们只用2年就完成了,万钢当年的判断是正确的。”作为并肩战斗的伙伴,同济大学汽车学院院长余卓平这样感叹。他说,截至2005年底,他们已申请专利796项,其中发明专利413项。

  转眼就到了2006年,万钢带着他的最新研究成果“超越三号”汽车来到巴黎,参加世界上规模最大的清洁能源汽车大赛。结果,中国汽车在燃料电池组比赛中真的“超越”了通用、福特、日产等汽车巨头,总成绩与奔驰基本持平,而且在氢消耗、低噪音等单项指标中名列第一。我国驻法国大使激动地对万钢说,“当大使以来,我第一次在这种技术比赛中看到中国人,我很骄傲。”

  2007年5月,万钢出任科技部部长。刚一上任,他便主动拜访北京市的领导和奥组委,从新能源汽车进入奥运会赛场使用、水立方等奥运场馆建设中节能新技术的应用等方面不遗余力地推广节能新技术。

  就在今年六月底由本报主办的“第七届中国科学家论坛”上,万钢面对数千台下听众再次提到,“在即将开始的北京奥运会上,近500辆各类电动汽车构成了奥运中心区的‘零排放’,近百辆混合动力汽车、近千辆燃气汽车实现奥运场馆交通‘低排放’,清洁交通成为科技奥运的一大亮点。”他认为,经过奥运会的历练,我国节能与新能源汽车将进入规模产业化。

  新设计、新理念成就场馆奇观

  不到一个月后,第29届奥运会的熊熊圣火,将在全世界注视之下,在全场91000名观众的欢呼声中,在被亲切的称为“鸟巢”的国家体育场中点燃。

  从奥运会开幕到闭幕,短短17天,北京将迎来世界各地数以千计的官员嘉宾,数以万计的运动员和记者,数以百万计的观众。奥运场馆设施,如何让所有运动员充分发挥竞技水平,让所有观众安全、满意地欣赏比赛?这些问题摆在奥运场馆建设者面前,考验着中国人的科技水平、设计与建设能力。

  令人骄傲的是,以鸟巢和水立方为代表的奥运场馆,不仅在设计上新意迭出,在绿色能源的使用上也很好地贯彻了“绿色奥运”的设计理念,在将设计变为实物的过程中,建设者们攻克了一系列设计和施工难题,成功打造了这两个国际一流的精品工程。更重要的是,它们在贯彻“科技奥运”的同时真正实现了“人文奥运”,赢得了世人的肯定。

  2007年,英国《泰晤士报》将其列为世界十大建设之首。因为它拥有多个世界之最:目前世界上规模最大、用钢量最多、技术含量最高、结构最为复杂、施工难度空前的超大型钢结构体育设施工程。

  北京城建集团国家体育场工程总承包部总工程师李久林是这个非凡建筑的主要建设者之一,他坦言,国家体育场是自己经手的最具难度的项目。“当看到图纸的时候,感到它与以往的工程完全不同,有太多的问题是以前从来没有接触过的。而从有关资料看,国内外都没有接触过这么复杂、难度这么大的工程。”

  对此,北京市“2008”工程建设指挥部副总工程师丁建明也深有同感,“鸟巢是最复杂、高新技术应用最突出的项目。它不仅设计理论是个突破,甚至在计算方面也是一个突破。”尽管现在计算软件已经十分成熟了,但是仍不能满足鸟巢这个工程的需要。因此,承建方甚至丁建明本人也针对这个问题研制开发了一些软件,才终于满足了鸟巢的计算工作。

  李久林说:“鸟巢工程的最大特点在于,设计师追求的是杂乱无序、浑然天成的建筑结构,只是在图纸上画出了一个造型,一条条曲线。而我们的工作就是把建筑师灵光一现的造型和曲线用钢材和水泥变成现实。”

  鸟巢工程占地面积20.4公顷,总建筑面积约25.8万平方米,檐高68.5米,东西长297米,南北长333米。整个建筑呈椭圆的马鞍形,外壳是由约4.8万吨钢结构有序编织成独特的鸟巢状。

  在李久林看来,把鸟巢从图纸一点点变成现实的过程中,最重要的一环就是自主创新。因为“鸟巢”建造上需要面临并解决的一系列世界级技术难题“前无古人”,如果一项技术难题得不到有效解决,就会造成这个庞大的工程建设停滞。

    面对这种形势,李久林在各方的支持下积极组织并调动包括科研单位在内的各种社会资源,开展科技攻关和技术创新。针对“鸟巢”技术难题,成立了14个课题组。

  2005年4月,鸟巢建设的场馆结构设计及安全关键技术研究两个课题,经专家论证将被列入国家科技攻关计划。

  亲历过鸟巢设计施工过程的人都知道,这个外观极似鸟窝的建筑,从设计到施工的每一步,无不是一个又一个世界级建筑难题的集合体。没有软件,没有先例,没有经验,所有的一切,仅限于美术图案中艺术家的信笔勾勒,所有的线条没有任何建筑学上的规律可言,完全要由建筑师根据10个交叉点的位置重构出建筑的形状,确定每个立柱与钢构的位置、方向和角度,每个空间的大小、高低与形状。中国建筑师们的智慧,面临着空前考验。

  途径只一个:自己开发全新软件,以10个交叉点为基础,通过计算机把每一根美术线条逐一定位成钢构,并最终“反演”出整个建筑模型。“以前通过计算机辅助设计软件制造模型的方法,对‘鸟巢’来讲完全不适用。”李久林说,“因为‘鸟巢’的钢构和水泥柱群没有任何规律可言,通过函数无法计算出来。”

  李久林和同事们曾请一些实力雄厚的模型厂制作“鸟巢”模型,在其中一家花了5万元制作出一个最终证明无法达到要求的模型后,其他厂家干脆表示,不管给多少钱,这个模型也做不出来。

  为了解决这一最初设计问题,李久林和他的同事们自力更生,自己设计软件,将一百多次试验中得出的一百多万个数据条分缕析,最后根本解决了设计问题,并成功建出模型。

  但这仅仅只是第一步。鸟巢随后面临的两大难题更像是“不可能完成的任务”:一是硕大的钢构中,单是钢管就有1.2米见方,有的焊接厚度更达55毫米,并且由于钢构呈不规则状,需要把钢管先行裁好,再拼接成需要的形状;另一个是1300多个混凝土立柱没有一条是直立的,并且每个立柱倾斜的方向、角度都不相同,其中最长的一根立柱长21米,倾斜度达60度。

  这些难题别说在国内,就是在国际上也没有任何一个现行方案能够解决。显然,采用传统的施工方法,工程的质量和工效都无法保证。

  为了解决这一难题,李久林和同事们想出了先在钢管中置入钢筋,然后依次套接钢管使之成为一个较长钢管,最后从钢管底部向上注入水泥的方法,解决这一世界难题。单这一项,水泥柱的功效提高了3倍,比国外方案节省3700多万元。更重要的是,在其他方案中,水泥柱不可能打那么直!

  北京城建集团国家体育场工程总承包部技术部部长、高级工程师杨庆德告诉记者,早在2005年初做基础施工时,工程技术人员就开始进行这方面的科技攻关,请有关专家进行论证,且通过做试验柱测得一系列数据,试验成功以后,再大量铺开。

  “刚开始时,对这项施工工艺持反对意见的人很多。为了向人们证实工艺可行性以及安全、质量可靠性强,我们组织一班人在做试验柱时尤其小心翼翼,有的人在平台上看着混凝土是否往上升,关注上升速度多少、状态如何?有的人负责观察钢柱内应力器在电脑中反映出的压力曲线,还有的人负责观察记录混凝土泵仪表反映出的压力值,做到各司其职,小心调试,试验一次成功。在此基础上,又做了2次不同高度、不同倾角的柱子,均获成功。”想起当时一幕,杨庆德如今仍很激动。

  鸟巢的看台,被设计成像个边缘高低起伏的“碗”,是环抱着赛场的收拢结构,而且上下层看台之间有一部分交错。这样一来,无论观众坐在鸟巢的哪个位置,和比赛场地中心点之间的视线距离都在140米左右。鸟巢的下层膜采用吸声膜材,能起到声学吊顶的作用,配合钢结构构件上设置的一些吸声材料,以及场内使用的电声扩音系统,使“鸟巢”内部的语音清晰度指标指数达到0.6———这个数字完全能保证坐在任何角落的观众都能清晰收听到场内广播。

  与鸟巢一样,水立方的设计、施工的过程也是一个不断攻破技术难关的过程。最富创意的水立方外墙设计———用ETFE膜做的气枕———通过“散拼”钢结构组装式新技术、膜结构和膜材料技术的采用,实现了从墙壁到天花板连接顺畅自然,浑然天成。由内至外6至7层的气枕上镶嵌的纽扣大小的镀点,有效地解决了建筑声学、温度学、光学、能耗等带来的一系列不可预知的因素。

  最特别的是,外表柔弱的水立方身上却有1.2万个承重节点,这些节点能够均匀地承担建筑物的重量。同时,水立方地上钢结构与地下钢筋混凝土完整地焊接在一起,使整个场馆成为一个整体,达到了抗击8级地震的标准。

  信息技术成就个性化奥运服务

  2008年北京奥运会召开时,参赛运动员1万人,体育官员、教练员、裁判员1万多人,媒体记者2万多人,志愿者5万人,现场观众可达上千万人次,境外游客近百万,全球电视观众和互联网用户数可达数十亿。本届奥运会规模大,涉及的用户广,用户对移动通信的需求也比往届更多,要求也更高。比如,国家体育场中近10万观众都有通信需求,这是前所未有的通话密度,需要运营商为用户提供多层次、个性化的信息服务,对运营商的通信保障提出了巨大的挑战。

  “许多用户担心突发大话务量,会不会影响手机用户日常使用?”北京移动副总经理范云军告诉记者,这种担心是不必要的,中国移动已经采用创新性的资源利用方案,将通信核心和远端资源进行统一调配,解决了这一难题。此外,中国移动已经提前对网络进行扩容,并制订临时应急预案。北京奥运会期间,本地用户和漫游至北京的手机用户,将无须担心手机自由沟通问题。

  其实早在2003年,中国移动就启动了针对奥运会移动通信的规划。中国移动集团设计院高级工程师马奔腾正是这一规划设计的总负责人。他告诉记者,规划伊始就确立了两条基本原则:一是立足解决2008奥运急需解决的信息技术方面的问题;二是立足自主创新。

  当时我国刚刚正式发布信息技术领域里的无线局域网强制性国家标准WAPI(无线局域网络鉴别与保密基础构架),身为信息技术专家的马奔腾深知这一由我国有关部门掌握着加密核心的技术所具有的深远意义。相比较现行的在安全性方面非常脆弱802.11B局域网无线传输协议,WAPI采用我国国家密码管理委员会办公室批准的独特算法,实现了设备的身份鉴别、访问控制和用户信息在无线传输状态下的加密保护。此外WAPI从应用模式上分为单点式和集中式两种,可以彻底扭转目前无线局域网采用多种安全机制并存且互不兼容的现状,从根本上解决安全问题和兼容性问题。

  有了这样的技术基础,马奔腾等人开始在北京奥运无线局域网构建上大展拳脚。“2008北京奥运会将是奥运会史上首次使用无线局域网,而这一网络的主要用户是参加奥运会报道的媒体记者。”马奔腾在想,如何为这些记者提供方便快捷的通信服务,减轻一些他们在奥运期间繁重的报道负担,前国际奥委会主席萨马兰奇不是曾经说过“奥运会的成功与否是由媒体做出评判的”吗?

  灵感来自一瞬间。在一些场合见到记者们带着大包小包的采访器材来回奔波的身影,马奔腾一个想法浮现出来,让他们“即拍即传”。简单的说,就是记者们能够随时随地通过中国移动构建的无线网络将他们所采写的、所拍摄的传回到后方编辑部门。

  到后来,经过反复论证和细化,在科技部和北京市科委的项目和资金支持下,马奔腾的这一想法变为了一幅要丰富得多的场景:清晨奥运采访记者起床后,用具有对讲功能和定位功能的无线移动通讯手机,通过中国移动媒体服务门户预定一天的采访对象,服务门户把记者的预定信息发送到被采访对象的手机上,到时间向双方进行提前通知和预约;在去比赛场馆的路上,移动导航功能会通过手机屏幕告诉记者要去的场馆在什么地方、路况和天气怎么样、停车位在哪儿、搭档在什么地点等候;到达比赛场馆后,记者边采访边通过手机的多屏显示,随时观看了解其他赛场的赛况,找到其他搭档的位置进行联络。通过无线通讯技术,记者在写完稿子和抢到精彩视频图像的一刹那,后方编辑部门的视频终端就能收到……

  这就像是在描述一个若干年后的未来幻景,但马奔腾告诉记者,这已经是现实,只不过是由我们头一次在世界上实现了。

  为了便于来自各国的记者对奥运的采访工作,北京奥运会还首次实现了可对奥运无线Info信息系统内信息的拷贝、粘贴功能,记者可在奥运无线局域网专用网络覆盖的区域方便快捷地登陆奥运无线Info系统,以获取奥运相关的信息和资料,让媒体工作者摆脱了网线的束缚,改变了传统媒体工作模式,节省了媒体的通信预算。

  就在前不久,中国移动向国内外记者小范围推出了奥运无线Info卡,令人没有意料到的是,这张小小的卡片受到了他们尤其是国外记者的追捧,供不应求,有些人甚至把电话打到中国移动的高层,希望“走后门”……中国移动的一位老总不无感慨,“很久没有看到这样的场景了。”

  而同样由中国移动开发的“移动视频监控”则为奥运安保人员提供了便利。只要手持小型的无线终端设备,他们就能随时将身边发生的一切通过移动宽带网络,实时连接到监控中心,每个人都是一个流动的安保监控系统,成为传统固定监控网重要而有效的补充。难怪在青岛奥帆测试赛期间,当地安保人员在试用过该系统之后,大为倾倒,直呼“太好了,太方便了,奥运期间一定要用这玩意儿。”

  “我们要做的是让任何人,在任何时间、任何奥运相关场所,使用任何终端设备,都能安全快捷地以低资费获得他需要的奥运信息。”中国移动的有关负责人这样说。

  今年5月22日晚,由科技部组织的北京科博会领导专场参观活动中,中共中央政治局委员,中共北京市委书记刘淇,中共中央政治局委员、国务委员刘延东,以及多位领导参观了中国移动奥运产品展区。

  刘淇等人亲自体验了即拍即传业务、无线上网及TD视频通话,对移动业务的发展及创新给予了高度评价。在体验即拍即传业务时,刘淇评价说,即拍即传业务是大型赛事新闻工作的一次革新,将会改变新闻记者的原有工作方式,极大地方便新闻工作。

  科技奥运,一道亮丽的北京奥运风景线! (ebs)


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