奥运五环|奥运五环“破冰而出” 航天科技立大功

冰蓝色的水墨从天而降，凝结成冰，近3层楼高的冰立方拔地而起。绚丽的激光打在冰立方上，冰球运动员与影像冰球击打互动，冰立方渐渐碎裂， “雕刻”出晶莹剔透的奥运五环，奥运五环于碎冰中徐徐升起，宛如夜空中璀璨的星。这是北京2022年冬奥会开幕式上惊艳的一幕——奥运五环“破冰而出” 。
奥运五环惊艳亮相背后，是艺术与科技的完美融合：这一奥运五环长19米、高8.75米，重达3吨，厚度却仅有35厘米，如此反差被技术人员称为“薄如纸” 。
奥运五环依靠鸟巢上空的威亚系统稳稳升起悬挂半空，最后又缓缓沉入舞台之下，下落时摆动幅度不超过7.5厘米，升降精度控制在毫米级。
航天冬奥专项工程地面舞台项目总设计师、中国航天科技集团一院15所冬奥项目总师何冠杰说：“说得夸张一点，这个操作的难度就像用两条线把一张白纸，全程平稳地提起来、放下去。 ”
要揭秘奥运五环“破冰而出”的过程，就不得不提藏于地下的主舞台机械结构。在那里，数十套电机与刚性链条、滑轮带动着大型升降台等活动设备，实现舞台的平移、升降、翻转。
何冠杰介绍，地面舞台系统是北京冬奥会开闭幕式的核心设备之一，整个舞台是一个无缝衔接的LED显示屏，面积超过1万平方米。开幕式LED舞台面积创世界之最，防水、防雪、防冻等特性的要求，让难度系数成倍放大，工程量是北京2008年奥运会LED舞台的10倍。
“巨大的舞台之下，是重约5000吨、近6层楼高钢结构焊成的钢铁骨骼，它在观众看不到的地下耸立支撑。 ”地面舞台保障负责人赵劲彪说， “如此规模的钢结构舞台要足够稳定，需要一组横梁像手臂一样在侧面‘扶’住，但鸟巢建筑结构特殊，不允许搭建横梁。 ”
“我们就向地下扎根。 ”舞台施工负责人赵翔带队计划施工进度、逐平方米测量标高、逐块屏幕测试稳定性。
钢结构表面的温度达五六十摄氏度，他们一焊就是几个小时，抵着钢结构的臂膀烫出水泡也浑然不觉，将这座世界最大的舞台精度误差控制在毫米级。
晶莹剔透的冰立方缓缓升起，梦幻般的光泽美得让人窒息。冰立方升降装置保障负责人肖亮没有陶醉在这浪漫里，他保持着设计施工中惯有的冷静，细细考量着内部结构运行轨迹。
为实现“冰山”效果，肖亮带队历时数月设计迭代，第一轮实物试验结果出来后，连亲自参与施工的外协人员都不敢相信自己的眼睛，每小时耗电315千瓦的电机拖着400吨的冰立方走完10米行程，实际传动效率与理论计算值仅相差0.01 。
中国航天科技集团一院所属北京长征天民高科技有限公司技术总监申纪刚介绍，北京冬奥会开幕式上展示的奥运五环，其结构特点是大跨距、低刚度，它的设计和火箭研制异曲同工，对重量和精度的要求非常苛刻。
“我们参照了航天结构设计的一些方法，为五环研制了‘骨骼’——铝合金桁架结构， ‘衣服’——LED显示屏， ‘外套’——扩散板，让五环也跟火箭的箭体一样，既坚又轻。 ”申纪刚说。
项目经理王铂说，奥运五环要在整个地面系统的最大升降装置——冰立方中升起，每一个过程都要配合得严丝合缝。研制团队在场地受限等情况下，通过精确控制315千瓦电机，驱动16条链条、16条钢丝绳组成的4套同步传动单元，让升降精度控制在毫米级。
技术总体人员赵劲彪介绍，奥运五环重量约为3吨，厚度仅35厘米，骨骼为铝合金，既坚韧又轻巧， “如此薄的大尺寸装置在高空迅速地升降，在强风面前如同一张纸，很容易发生起竖和侧翻等现象” 。