中国基建再发威,见证冬奥奇迹

2022-02-17   小空是只皮卡丘

原标题:中国基建再发威,见证冬奥奇迹

众所周知,北京冬奥会有很多的黑科技亮相,它们有些是国内实现了突破性的技术,有些则创下多次世界第一,今天我们就来盘点一下北京冬奥会上那些让“老外”叹为观止的黑科技以及他们背后的故事。

1. 火炬

“数十年技术积累,只为这一瞬间的闪耀”,

奥运会的火炬是一个国家科技的象征,每一届奥运会的主办国都希望在火炬上做到精益求精,甚至是有所突破,北京冬奥会的火炬名为“飞扬”,它的科技含量十足,而且创下了数个世界第一,是第一个在冬奥会上使用氢能的火炬、第一个采用碳纤维材料作为主体的奥运火炬,尤其是碳纤维技术让全球的科学家们都感到惊艳,由于“飞扬”火炬采用的是绿色氢能,它燃烧后会产生800℃的高温,普通的金属无法支撑这么高的温度,而且金属一般都比较重,长时间举着人的手臂会酸痛受不了,而我国的发案就是利用碳纤维和聚合物复合材料来打造火炬,不仅耐高温而且还轻盈属于世界首创,碳纤维被科学家称为“新材料之王”,它不仅做到了耐高温、耐腐蚀,还可以导电、导热等性能十分优秀,而且它的强度是钢材的七倍以上!重量却只有钢材的四分之一,可以用在飞机、汽车、轮船,甚至在航天领域用途都非常广。

比如作为美国最先进的战斗机之一F35的碳纤维材料用量达到了足足36%之多,我国新研制的国产大飞机C919也使用了11.5%的碳纤维材料,由于性能优秀用途广,所以碳纤维在诞生之初就受到了业绩追捧,一个国家的制作水平再高,如果造不出碳纤维,那么它就称之不上是制造强国,而“飞扬”火炬的背后是中国制造业的缩影,早在1950年代美日就研究出现代化的碳纤维材料,

而后就进行了严密的管控,其他国家一直想要有所突破,但是过程都非常的艰难中国碳纤维产业也经历了数十年的坚持和突破1986年联合国开发计划署(UNDP)和工发组织(UNIDO)在北京设置“碳纤维及其复合材料的开发应用”项目,就是希望在碳纤维上实现技术攻克,当时这个项目是由北京化工学院和北京航空材料研究所共合同承担,但是因为某些众所周知的原因,中国迟迟买不到相关设备,更不要说引进技术了,原定3年完成的项目硬生生拖了7年,直到1993年6月才勉强“验收”而且还是由北京化工学院提供工艺参数,委托英国RK公司代生产,所以这个项目在实际上其实是没有达到预期的,在此后很长的一段时间内中国的碳纤维材料绝大多数都依赖进口。本土只有几家生产民用碳纤维的小厂研制产品都用在钓鱼竿、网球拍之类的体育用品种种原因之下碳纤维研制一度搁浅,直到2001年这种情况才得到改变,当时已经83岁高龄的两院院士师昌绪老先生向中央提交了《关于加速开发高性能碳纤维的请示报告》得到了国家的高度重视。

两院院士师昌绪老先生

之后国家 把碳纤维材料技术列为863计划、973计划重点项目,集合了几十家科研院所和生产企业进行联合攻关成百上千的科研人员花费了十几年时间,才实现了碳纤维材料国产化、规模化生产。如今我国在碳纤维领域中国大飞机、导弹、卫星等等先进科技领域,都用上完全国产化的碳纤维材料。

2. 国家速滑馆“冰丝带”

科技含量建筑难度不亚于鸟巢,国家速滑馆之所以取名为“冰丝带”就是源于它的结构设计,

冰丝带由上中下总共6个部分组成,场馆内布置一块1.2万平方是亚洲最大的冰面,而场馆外则环绕着 22条“丝带”,数量取自2022年的后两位数字,丝带的平均长度超过了620米,

由双层LED玻璃管组合而成,从远处望去,白天像是舞动的银色丝带,晚上LED亮起时则像舞动的彩带非常华丽,

冰丝带夜景

当然想要建成这样的“冰丝带”施工难度非常大,首先是材料选择上,因为要做到“拉丝”的效果,所以冰丝带的屋顶颠覆了传统屋顶的模式,它既没有支撑住,也没有成承重墙和横梁,而是采用了“双向正交马鞍形索网屋面”,屋面是用49对承重钢索和30对稳定钢索织成了一张马鞍形的大网,其他的屋顶材料就搭在这张网上,相比于传统的钢结构采用这种设计的屋顶所需的钢材料只有原来的四分之一,强度去丝毫不逊色,这样担当大任的钢索,自然不能是用普通的钢索,而一种被称为“高钒密闭索”的特种钢索,这种钢索原本依赖进口,不仅价格高而且还要面临疫情时期运输困难、供货不稳定等问题,为了不让工程出现任何延期“冰丝带”的建筑团队顶着质疑声与国内的相关厂家一同研发、一同改进,历时3个月成功实现了国产高钒密闭索零的突破。解决了材料问题,“冰丝带”还要面对施工的问题。网状的结构虽然强度高,但是有两个缺点,第一、施工的时候,索网容易发生偏移,而且建好之后如果有外力作用下也会发生偏移。如何避免这种情况发生就成了问题,而冰丝带建设团队,给出了一个两全其美的方案感知场馆在建设过程中,内置了大量的传感器它们有的可以感知索力、应力、位移可以监控钢索在建造的过程中是否发生偏移,保证工程顺利完成等建好之后依旧可以时刻监控场馆安全性,但是这还没完。北京冬奥会讲究的是可持续发展,比赛场馆是要在未来保留使用的,所以场馆的智能化也很重要,这些传感器还可以监测加速度、温度、风压等六大参数。监测点数高达上千个,创造单一建筑物传感器最多的记录,这些传感器就像眼睛一样时刻盯着整个冰丝速滑馆。只有有任何的变化,就会立马反馈到控制中心,毫无疑问这是一座会呼吸有感知的智能场馆。

3. 国家高山滑雪中心

如果说冰丝带是北京冬奥会最有感知的场馆,那么国家高山滑雪中心就是世界上建造难度最大的高山滑雪赛道,被称为中国基建史上又一个奇迹,

之所以称作奇迹,因为它具有三大特点,海拔最高、建造难度最大、环境最恶劣。高山滑雪是冰雪的比赛明星项目,它分为速度和技术两个分类。尤其是滑降的速度赛最为刺激,需要滑雪场地落差在800米以上、长度至少超过3000米、滑行速度最高可以达到100公里/小时以上,属于真正的极限运动。

在冰雪项目中,它的地位堪比田径的百米竞赛,但是根据国际雪联的要求,滑降项目对场地的要求非常高,北京附近没有几座山能满足这样的要求,经过挑选最终选定在延庆的小海陀山,小海坨山的海拔将近3000米是世界上海拔最高的高山滑雪赛道之一,所以我们可以想象在这么高海拔的地方,打造冬奥会滑雪馆的难度有多大,海拔高就会有一个严重的问题——“环境恶劣”

在冬奥会之前,小海坨山是一个四无地区,没有水、没有电、没有通讯设备甚至没有道路,称之为荒郊野外也不为过。要在这样的地方建造一个滑雪场,还要满足国际雪联要求的场地挑战难度很大。要先开荒再建造,一开始工程都是靠骡马和人力将施工设备一点一点的运到山上,然后开辟出一条道路,拉电网、水管、搭建网络才能开始施工,但即使是这样也有一些地方是没办法用机械作业的。

比如滑雪赛道的最大破度超过6 8%,而且赛道中一些非常狭窄的区域以及特殊路面机械根本无法施工只能靠人力原始施工。国家高山滑雪中心就是在这样的条件下花费了五年时间,从0开始打造滑雪场,而且一次性在延庆搭建了两馆一村。相当于在荒野山区再造一个小镇,而且是现代化的小镇难度可想而知。但它的难点还远不止如此,高山滑雪比赛具有一个特殊性,它没有历史世界记录只有赛事第一名,这是因为场地特殊性的原因,相比与足球、田径等标准场地具有具体的规格和参数不同,高山滑雪除了落差和赛道长度外没有统一的标准,每一个场馆需要根据山的地貌来决定如何设计赛道、如何建造场馆,这也是高山滑雪馆的魅力,而中国高山滑雪中心占地面积约432.4公顷,最长赛道全长约3千米,垂直落差大约900米,在整个世界滑雪馆中其难度都是顶尖的。在建造的过程中中国并没有这种先例所以经验也不够,但还是按照国际雪联的要求一步一步攻克困难,恶劣的环境+最高的海拔+最复杂的地形还要加上绿色、智能等因素造就了国家高山滑雪中心的奇迹。