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北京冬奥会背后的“重庆造”“黑科技”

发布时间:2022-01-13 10:45:47  |  来源:重庆科技报  |  作者:重庆日报记者 李星婷
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    2021年12月30日,重庆大学结构实验楼,该校“科技冬奥”团队人员介绍高山滑雪赛道风洞试验情况。重庆日报记者 卢越 摄
 
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    2021年12月30日,重庆大学结构实验楼,该校“科技冬奥”团队人员展示冻土地基处理设施。
 
  2022北京冬奥会即将来临,这项世界级体育赛事背后蕴藏了不少“重庆造”的“黑科技”。
 
  近日,记者从重庆大学获悉,由该校土木工程学院、建筑学院师生组成的科研团队,牵头承担了“科技冬奥”重点专项中的“严寒山地地基处理及大面积高容量临时设施安全运维关键技术”“雪上项目场地环境要素影响评估与临场决策辅助支持系统”等多项课题和任务。
 
  地底“螺丝钉”
 
  为冻土应急“兜底”
 
  冬奥赛场需要在山区复杂坡地地形上建设大量临时设施,而地基变形则是在冻土层中常遇到的问题之一。
 
  该校“科技冬奥”团队成员、重庆大学土木工程学院杨忠平教授解释,通俗来说就是,气温到了零下,土壤里面的水变成了冰,随着气候变化,冻土在不断冻胀融沉,打下的地基也将受到影响,地上的建筑物就不稳固。
 
  针对严寒条件下冻土承载力受温度、荷载作用影响大等特点,杨忠平和团队结合场地地基土特点和上部荷载作用特点,研发了适用于严寒山区大面积复杂结构荷载的抗冻融循环冻土地基快速处理专利技术。
 
  利用这种专利技术研发的新型桩,可显著提高冻土承载力,其最大特点在于桩身深入冻土地层段采用隔离套设计,将中心承载钢管与周围冻土隔离,消除了地基土冻胀融沉的影响。其桩身采用螺旋叶片式设计,便于机械旋螺钻进施工,就像地底“螺丝钉”一样,实现快速、弱扰动施工。
 
  “新型桩并没有大面积使用,而是作为冬奥会的一个应急处置措施,相当于是一个‘兜底’的保障。”杨忠平说。
 
  风洞3D建模
 
  为运动员提供专属训练方案
 
  重庆大学的“科技冬奥”科研团队还针对雪场风环境进行研究,为我国运动员和教练员提供决策依据和支持。
 
  据介绍,运动员在滑行过程中会受到重力、空气升力和阻力、地面支撑力和摩阻力以及骨骼肌肉力等的作用,其中空气阻力与运动员的姿势有很大的关系。从监测数据来看,赛场风速能达到20m/s-30m/s以上,所以赛场环境风速的方向也会对运动员滑行产生很大影响。
 
  “科技冬奥”团队成员闫渤文副教授等人通过实地勘测和3D建模,建立了实用、高效、精确的高山滑雪运动员速降模型,可以实现运动员战术、技术、装备与体能等综合的个性化训练方案。
 
  拍张照片
 
  赛场临时设施就可“全身体检”
 
  据了解,北京冬奥会除速滑馆、冰立方等少量永久性场馆外,绝大部分的观赛、生活、医疗等赛事保障基础设施,包括观众看台、转播塔、桥架、LED大屏、厕所、临时用房等,均以临时设施为主。
 
  其中,观众看台面积大、人群密集,其架体必须牢固、安全。为此,重庆大学“科技冬奥”团队研发了严寒山区复杂地形下大面积高容量临时设施安全运维监测系统和脚手架无人机体检系统,可为这些临时设施“体检”。
 
  以脚手架为例,脚手架上的每一个“关节”部位都插着数片插销来实现“骨骼”的连接和固定。在延庆赛区,这样的小插销就多达十万枚。
 
  这些小插销在施工过程中被安装牢固了吗?又该如何对它们进行检测呢?该校“科技冬奥”团队成员、土木工程学院回忆研究员介绍,只需要拍一张照片,就能够检测出拍照范围内的插销是否安装到位。
 
  原来,他们预先在每一片插销上涂上特有的反光材料,一旦安装不到位,立马就会在显示屏的照片中反馈出来。
 
  据介绍,为了保障严寒、山地、强风条件下大规模临时设施的安全,团队成员、土木工程学院刘纲教授还研发了严寒山区复杂地形下大面积高容量临时设施安全运维监测系统。
 
  “通过在临时设施上安装温度、湿度等环境传感器,以及振动、倾角、应变等结构响应传感器,可以随时对相关设施进行‘健康体检’。”刘纲称,在崇礼和延庆赛区已安装了30套相关检测设备。