冰藍色的水墨從天而降，凝結(jié)成冰，近3層樓高的冰立方拔地而起。絢麗的激光打在冰立方上，冰球運動員與影像冰球擊打互動，冰立方漸漸碎裂，“雕刻”出晶瑩剔透的奧運五環(huán)，奧運五環(huán)于碎冰中徐徐升起，宛如夜空中璀璨的星。這是北京2022年冬奧會開幕式上驚艷的一幕——奧運五環(huán)“破冰而出”。
奧運五環(huán)驚艷亮相背后，是藝術(shù)與科技的完美融合：這一奧運五環(huán)長19米、高8.75米，重達3噸，厚度卻僅有35厘米，如此反差被技術(shù)人員稱為“薄如紙”。
奧運五環(huán)依靠鳥巢上空的威亞系統(tǒng)穩(wěn)穩(wěn)升起懸掛半空，最后又緩緩沉入舞臺之下，下落時擺動幅度不超過7.5厘米，升降精度控制在毫米級。
航天冬奧專項工程地面舞臺項目總設(shè)計師、中國航天科技集團一院15所冬奧項目總師何冠杰說：“說得夸張一點，這個操作的難度就像用兩條線把一張白紙，全程平穩(wěn)地提起來、放下去?！?/p>
要揭秘奧運五環(huán)“破冰而出”的過程，就不得不提藏于地下的主舞臺機械結(jié)構(gòu)。在那里，數(shù)十套電機與剛性鏈條、滑輪帶動著大型升降臺等活動設(shè)備，實現(xiàn)舞臺的平移、升降、翻轉(zhuǎn)。
何冠杰介紹，地面舞臺系統(tǒng)是北京冬奧會開閉幕式的核心設(shè)備之一，整個舞臺是一個無縫銜接的LED顯示屏，面積超過1萬平方米。開幕式LED舞臺面積創(chuàng)世界之最，防水、防雪、防凍等特性的要求，讓難度系數(shù)成倍放大，工程量是北京2008年奧運會LED舞臺的10倍。
“巨大的舞臺之下，是重約5000噸、近6層樓高鋼結(jié)構(gòu)焊成的鋼鐵骨骼，它在觀眾看不到的地下聳立支撐。”地面舞臺保障負責人趙勁彪說，“如此規(guī)模的鋼結(jié)構(gòu)舞臺要足夠穩(wěn)定，需要一組橫梁像手臂一樣在側(cè)面‘扶’住，但鳥巢建筑結(jié)構(gòu)特殊，不允許搭建橫梁?！?/p>
“我們就向地下扎根?！蔽枧_施工負責人趙翔帶隊計劃施工進度、逐平方米測量標高、逐塊屏幕測試穩(wěn)定性。
鋼結(jié)構(gòu)表面的溫度達五六十攝氏度，他們一焊就是幾個小時，抵著鋼結(jié)構(gòu)的臂膀燙出水泡也渾然不覺，將這座世界最大的舞臺精度誤差控制在毫米級。
晶瑩剔透的冰立方緩緩升起，夢幻般的光澤美得讓人窒息。冰立方升降裝置保障負責人肖亮沒有陶醉在這浪漫里，他保持著設(shè)計施工中慣有的冷靜，細細考量著內(nèi)部結(jié)構(gòu)運行軌跡。
為實現(xiàn)“冰山”效果，肖亮帶隊歷時數(shù)月設(shè)計迭代，第一輪實物試驗結(jié)果出來后，連親自參與施工的外協(xié)人員都不敢相信自己的眼睛，每小時耗電315千瓦的電機拖著400噸的冰立方走完10米行程，實際傳動效率與理論計算值僅相差0.01。
中國航天科技集團一院所屬北京長征天民高科技有限公司技術(shù)總監(jiān)申紀剛介紹，北京冬奧會開幕式上展示的奧運五環(huán)，其結(jié)構(gòu)特點是大跨距、低剛度，它的設(shè)計和火箭研制異曲同工，對重量和精度的要求非?？量獭?/p>
“我們參照了航天結(jié)構(gòu)設(shè)計的一些方法，為五環(huán)研制了‘骨骼’——鋁合金桁架結(jié)構(gòu)，‘衣服’——LED顯示屏，‘外套’——擴散板，讓五環(huán)也跟火箭的箭體一樣，既堅又輕?！鄙昙o剛說。
項目經(jīng)理王鉑說，奧運五環(huán)要在整個地面系統(tǒng)的最大升降裝置——冰立方中升起，每一個過程都要配合得嚴絲合縫。研制團隊在場地受限等情況下，通過精確控制315千瓦電機，驅(qū)動16條鏈條、16條鋼絲繩組成的4套同步傳動單元，讓升降精度控制在毫米級。
技術(shù)總體人員趙勁彪介紹，奧運五環(huán)重量約為3噸，厚度僅35厘米，骨骼為鋁合金，既堅韌又輕巧，“如此薄的大尺寸裝置在高空迅速地升降，在強風面前如同一張紙，很容易發(fā)生起豎和側(cè)翻等現(xiàn)象”。
我國新一代運載火箭都具備很強的抗風能力，設(shè)計人員將這種能力也賦予了五環(huán)，使懸吊高度為13米的奧運標志，在儀式中即便遇到6級強風，也定力十足。
此外，為實現(xiàn)最美的視覺效果，導演要求只能使用兩個吊點。
“讓五環(huán)安全地吊起來，核心是調(diào)控好產(chǎn)品形狀，其次是確定吊點?！壁w勁彪告訴中青報·中青網(wǎng)記者，項目團隊通過大量計算和試驗，精準確定吊點，實現(xiàn)了高空威亞平穩(wěn)吊起五環(huán)并升到預定高度，與五星紅旗交相輝映的演出效果。
經(jīng)過反復迭代，“冰雪五環(huán)”的圖紙終于定稿：內(nèi)部是360度無死角的LED顯示屏，可以實現(xiàn)任意畫面的顯示，為導演團隊留出最大的創(chuàng)作空間；最外層的擴散板，為顯示屏做了“美顏”，保證視覺效果清晰而柔和。
航天系統(tǒng)工程研制中，可靠性設(shè)計也是重中之重，航天人常常提到“冗余”，它意味著有備份、更可靠。申紀剛告訴記者，奧運五環(huán)設(shè)計中，也有“備件”。
“五環(huán)采用了大量LED屏幕，如果某一個單元的燈珠臨時‘生病’怎么辦？我們采用了雙屏冗余的異形拼接LED可編程顯示裝置，一套有問題另一套屏幕馬上能頂上。當一個系統(tǒng)出現(xiàn)故障的時候，備份系統(tǒng)可以無延時切換?！鄙昙o剛說。
他們將冗余措施精確到最小顆粒度，任何一個燈珠熄滅都有備份零秒切換；奧運五環(huán)有任何閃失，藏于地下的備份五環(huán)都能準時升起。
申紀剛告訴記者，為確保奧運五環(huán)展示環(huán)節(jié)的成功，火箭院冬奧團隊按航天系統(tǒng)工程方法，對標航天質(zhì)量控制、風險控制、設(shè)計優(yōu)化等要求，進行了上千次的虛擬仿真試驗，最終呈現(xiàn)了不一樣的奧運五環(huán)、不一樣的航天技術(shù)。正是航天科技為藝術(shù)提供了更多的表現(xiàn)手段和實現(xiàn)的可能性，藝術(shù)又將靈感和生命力還給航天，二者彼此給予又相互融合。
如今使命完成，趙勁彪很想拍拍備份五環(huán)，說一句：兄弟，咱的使命完成了，臺前幕后一樣光榮。
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