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揭秘冬奧會場景背后的科技力量:“冬奧大腦”如何統(tǒng)籌分析?

2022年2月4日 09:19  北京青年報(bào)  作 者:劉婧

“冬奧會全局全過程態(tài)勢感知和運(yùn)行指揮保障技術(shù)”幫助冬奧運(yùn)行指揮部門完成科學(xué)判斷與決策;“復(fù)雜曲面幕墻及柔性屋面關(guān)鍵技術(shù)”集成幕墻用曲面玻璃工藝、平曲玻璃耦合幾何控制等多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù),讓國家速滑館變身冰的世界;“數(shù)字孿生操作系統(tǒng)”解決了建筑的安全運(yùn)維、環(huán)境監(jiān)測等問題,為國家體育場提供智慧服務(wù)……北京2022年冬奧會將于今日正式開幕。在此次冬奧會的舉辦過程中,將有多項(xiàng)前沿科技技術(shù)應(yīng)用于多個(gè)冬奧場景,這些領(lǐng)先世界的科技對冬奧場景的實(shí)現(xiàn)起到了舉足輕重的作用。日前,北京青年報(bào)記者對這些技術(shù)的帶頭人進(jìn)行了采訪,為您揭秘不同場景背后的科技力量。

  運(yùn)行指揮

  “冬奧大腦”統(tǒng)籌分析

  指揮調(diào)度形成“一盤棋”

北京冬奧會涉及兩座城市三個(gè)賽區(qū):開閉幕式和冰上項(xiàng)目比賽在北京賽區(qū)舉行,雪上項(xiàng)目比賽在延慶賽區(qū)和張家口賽區(qū)舉行。因此,北京冬奧會面臨著空間跨度大、保障線路長、天氣情況多變等現(xiàn)實(shí)問題,再加上疫情防控需要,導(dǎo)致信息共享和指揮協(xié)同難度更高。在北京冬奧會舉辦期間,如何保障各個(gè)環(huán)節(jié)、各項(xiàng)比賽順利進(jìn)行?答案就在位于北京冬奧組委首鋼辦公區(qū)的指揮部里。

北青報(bào)記者在指揮部內(nèi)看到,這里有四塊大屏:第一塊屏顯示各場館監(jiān)控鏡頭畫面,便于指揮部第一時(shí)間看到一線情況;第二塊屏是與各賽區(qū)、城市運(yùn)行保障指揮機(jī)構(gòu)的視頻會議畫面;第三塊屏是任務(wù)系統(tǒng),可看到各場館、各賽事精確到每天、每小時(shí)的安排,比如何時(shí)訓(xùn)練、比賽、頒獎等,能夠以時(shí)間軸的方式統(tǒng)攬全局;第四塊屏幕是信息化系統(tǒng),該系統(tǒng)提供的氣象等信息可為決策提供依據(jù)。連通各個(gè)比賽場館的四塊大屏,覆蓋重點(diǎn)業(yè)務(wù)領(lǐng)域的八個(gè)內(nèi)設(shè)機(jī)構(gòu),以及囊括城市運(yùn)行保障的指揮機(jī)構(gòu),形成一個(gè)指揮調(diào)度的“冬奧大腦”。

如何通過這個(gè)“冬奧大腦”讓指揮調(diào)度形成“一盤棋”呢?這離不開由清華大學(xué)公共安全研究院研究員陳濤牽頭研發(fā)的冬奧會態(tài)勢感知與運(yùn)行指揮保障系統(tǒng),這套系統(tǒng)可以匯聚八方信息并展開智能分析,實(shí)現(xiàn)更早發(fā)現(xiàn)問題、查找風(fēng)險(xiǎn),并以情景推演的模式給出對策參考,成為名副其實(shí)的指揮核心樞紐。在數(shù)字化和智能化系統(tǒng)的指揮下,北京、延慶、張家口三個(gè)賽區(qū)實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一指揮、協(xié)調(diào)配合,形成“一盤棋”。這也是冬奧會歷史上首次實(shí)現(xiàn)場館、氣象、賽事、事件、人員、交通、醫(yī)療、防疫等跨領(lǐng)域時(shí)空數(shù)據(jù)的匯聚融合和智能分析系統(tǒng)。

拿氣象來說,陳濤告訴記者,冬奧會舉辦期間,不同賽區(qū)的天氣變化也不同,賽程因氣象條件而調(diào)整是很常見的現(xiàn)象!爱(dāng)各個(gè)賽區(qū)的氣象監(jiān)測設(shè)備監(jiān)測到有大風(fēng)、極端低溫天氣發(fā)生時(shí),信息會匯集到這個(gè)系統(tǒng),如果系統(tǒng)研判出這些天氣變化會影響到賽事,就會發(fā)出預(yù)警。指揮部的相關(guān)人員會在開賽前進(jìn)行會商,決定是否需要進(jìn)行競賽日程變更!标悵f,正是有了這個(gè)系統(tǒng),使得冬奧會的信息共享和指揮協(xié)同能力增強(qiáng),幾秒鐘之內(nèi)就可以向指揮人員給出建議解決方案和應(yīng)對程序。

“為了做好系統(tǒng)對接,我們團(tuán)隊(duì)經(jīng)常要抱著演示服務(wù)器去保障現(xiàn)場,一遍又一遍地反復(fù)迭代更新設(shè)計(jì)方案和算法模型。為了做好研究應(yīng)用測試,我們白天測試活動發(fā)現(xiàn)的細(xì)節(jié)問題,往往需要及時(shí)拿出改進(jìn)方案并連夜修正,在半夜更新系統(tǒng)是家常便飯!标悵f,這個(gè)系統(tǒng)也為未來大型賽事全方位智能化和高效協(xié)同管理提供了范本。

  場館建造

  3360塊曲面玻璃拼裝幕墻

  讓群眾“沉浸式”觀賽

因?yàn)橛?2條晶瑩美麗的“絲帶”狀曲面玻璃幕墻環(huán)繞,國家速滑館又被稱為“冰絲帶”。作為北京冬奧會唯一新建冰上競賽場館,該館將承擔(dān)速度滑冰項(xiàng)目比賽,見證14塊金牌的誕生。

在進(jìn)入國家速滑館觀看比賽之前,觀眾要首先經(jīng)過休息廳。在那里,冬日的陽光透過“冰絲帶”照亮了每一個(gè)人。光影變幻中,讓觀眾在倍感溫暖的同時(shí),又能走進(jìn)冰的世界“沉浸式”觀賽。國家速滑館外立面由3360塊曲面玻璃單元拼裝而成,通過機(jī)械配合工人操作,嚴(yán)絲合縫地嵌入160根S形鋼龍骨打造的框架中。

要實(shí)現(xiàn)這樣一個(gè)前所未有的自由曲面幕墻,后面隱藏著“科技冬奧”的創(chuàng)新力量。北京市建筑設(shè)計(jì)研究院副總建筑師、國家速滑館冰絲帶設(shè)計(jì)總負(fù)責(zé)人鄭方告訴北青報(bào)記者,因?yàn)樗倩^是一個(gè)冰上項(xiàng)目,將幕墻設(shè)計(jì)成像薄冰一樣的透明表面與賽場“渾然天成”。“根據(jù)建筑內(nèi)部使用空間的需要,把這個(gè)表面自由彎曲,形成一種 ‘剛?cè)岵?jì)’的感覺。然后在彎曲的玻璃上設(shè)計(jì)橫向的很多線條,像是速度滑冰運(yùn)動員的軌跡,內(nèi)外交織,就是冰絲帶的建筑立面了。”鄭方說。

要實(shí)現(xiàn)這樣的設(shè)計(jì)并非易事。首先要精心選擇玻璃的原片!半m然玻璃看起來都是無色透明的,但是它實(shí)際上有非常復(fù)雜和微妙的色彩變化,甚至每一個(gè)批次的玻璃透明度和顏色都有微差。要接近冰的感覺,需要超白、純凈的玻璃,從側(cè)面看的時(shí)候是淺藍(lán)色而非常見的綠色。”2017年初,鄭方團(tuán)隊(duì)比較了很多小樣塊,彎曲成不同的半徑,加工之后再比較,直到實(shí)際使用的大樣片,測量、再制作,才獲得了滿意的透明度。曲面玻璃需要集成很多復(fù)雜的工藝:彎曲、鋼化、用于保溫的鍍層、印刷中國傳統(tǒng)的冰花圖案,這也是目前建筑中最前沿的工藝挑戰(zhàn)。

攻克了曲面玻璃的難點(diǎn),屋面的挑戰(zhàn)隨即而來,這同樣是一個(gè)全新研發(fā)的金屬單元柔性屋面系統(tǒng)。因?yàn)殇撍鹘Y(jié)構(gòu)是柔性的,在極端的荷載作用下,比如大雪、強(qiáng)風(fēng),屋頂?shù)淖冃紊舷赂饔邪朊字。鄭方團(tuán)隊(duì)請國內(nèi)金屬屋面的行業(yè)專家、廠商研討,大家一致認(rèn)為,常規(guī)的金屬屋頂難以適應(yīng)這么大的變形。那該怎么辦呢?“我們決心設(shè)計(jì)一個(gè)全新的系統(tǒng),一種在工廠生產(chǎn)的單元式屋頂!编嵎秸f。

鋼索結(jié)構(gòu)的網(wǎng)格是4米見方,他們就設(shè)計(jì)同樣大小,4米見方、用鋁板和保溫結(jié)合的單元!熬拖褚粋(gè)個(gè)小桌子,桌子之間留縫隙,用這些縫隙來適應(yīng)鋼索最大的變形!编嵎秸f,這還不夠,屋頂還覆蓋了完整的防水層,能夠經(jīng)受成千上萬次的變化,拉伸之后能夠還原。有了金屬單元做屋頂?shù)幕鶎,再有彈性好的防水層,把它們組合起來,設(shè)計(jì)連接的各種細(xì)節(jié),再進(jìn)行變形、保溫、防水、抗風(fēng)等性能測試,屋頂?shù)匿撍饕呀?jīng)成形,團(tuán)隊(duì)再用激光掃描鋼索,精確地返回計(jì)算機(jī)模型,再把這個(gè)模型的數(shù)據(jù)傳輸?shù)缴a(chǎn)線,加工這些單元,運(yùn)輸?shù)焦さ匕惭b,最終完成了這個(gè)系統(tǒng)。

  智慧場館

  數(shù)字孿生操作系統(tǒng)

  實(shí)現(xiàn)場館“全要素”監(jiān)測

北京2022年冬奧會的開幕式和閉幕式均在國家體育場鳥巢舉辦。要保證開幕式和閉幕式的順利進(jìn)行,智慧服務(wù)同樣很重要。在鳥巢,一個(gè)“復(fù)刻”這座體育場的“數(shù)字孿生操作系統(tǒng)”讓人眼前一亮。這個(gè)“數(shù)字化的鳥巢”正是智能場館的一個(gè)探索,通過把國家體育場數(shù)字模型化,動態(tài)采集設(shè)備的運(yùn)行情況、環(huán)境變化、人流聚集疏散情況,從而形成基于人工智能的最優(yōu)解決方案。

據(jù)北京智能建筑科技有限公司項(xiàng)目中心負(fù)責(zé)人李然介紹,鳥巢智慧場館建設(shè)以“數(shù)字孿生操作系統(tǒng)”開發(fā)為基石,在空間維度上,操作系統(tǒng)覆蓋鳥巢25.8萬平方米建筑空間、周邊55平方公里城市空間。在信息維度上,重點(diǎn)關(guān)注建筑本體的健康環(huán)境、能源優(yōu)化、設(shè)備監(jiān)測預(yù)警、公共安防的運(yùn)行狀態(tài),接入周邊道路交通及停車數(shù)據(jù),助力城市的微循環(huán)。同時(shí),面向公眾,操作系統(tǒng)也提供了公眾服務(wù)、數(shù)字消費(fèi)能力。

“這套系統(tǒng)就是為了讓鳥巢能數(shù)字化感知、運(yùn)營,所以叫做 ‘?dāng)?shù)字孿生’!崩钊桓嬖V北青報(bào)記者,基于泛載物聯(lián)網(wǎng)絡(luò),鳥巢加裝了近8000個(gè)IoT傳感器、控制器,能夠讓運(yùn)行團(tuán)隊(duì)實(shí)時(shí)掌握場館內(nèi)人、車、設(shè)備、能源、環(huán)境的客觀情況。在公共安防板塊,鳥巢在公共區(qū)域構(gòu)建了點(diǎn)、線、面全覆蓋的 “無感安防”體系,通過AI算法賦能,實(shí)時(shí)識別異常行為,針對大型活動人員易走散的場景,通過智能分析實(shí)現(xiàn)了走失人員的快速尋找;在設(shè)備預(yù)警與能源板塊,通過對大型機(jī)電設(shè)備的實(shí)時(shí)監(jiān)測與分析,充分挖掘故障隱患,將其消除于發(fā)生前,同時(shí)基于用能需求對大型能源設(shè)備調(diào)控,實(shí)現(xiàn)場館的綠色節(jié)能。

今年,鳥巢首次布設(shè)全面的環(huán)境監(jiān)測保障系統(tǒng),部署了458套環(huán)境智能傳感器,實(shí)現(xiàn)對場館逐層、逐區(qū)的風(fēng)險(xiǎn)感知!霸谖覀冞@套系統(tǒng)中,實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)情況會匯總在屏幕左側(cè),包括PM2.5、二氧化碳、VOC、溫濕度等。同時(shí),通過屏幕中間的模型總覽,管理者可以清晰定位潛在風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警的區(qū)域,進(jìn)行及時(shí)告警。”李然指著正在運(yùn)行的系統(tǒng)屏幕說。而在屏幕的右側(cè),正顯示著2877套環(huán)境智能終端的實(shí)時(shí)運(yùn)行情況,包括空調(diào)、照明、凈化、消殺設(shè)備等,鳥巢的環(huán)境健康指數(shù)一目了然。

基于這個(gè)系統(tǒng)的延伸,冬奧期間鳥巢還在游客出入口處加裝了28臺健康環(huán)境信息互動智能魔鏡,為公眾提供實(shí)時(shí)信息發(fā)布。觀眾進(jìn)入場館時(shí),可以使用精準(zhǔn)的室內(nèi)導(dǎo)航服務(wù),在場館里不再輕易迷失方向,還可以通過融合5G、數(shù)字人民幣技術(shù)的智能無人零售超市,方便快捷地購買冬奧特許經(jīng)營商品,體驗(yàn)數(shù)字消費(fèi)。

“鳥巢智慧場館建設(shè)項(xiàng)目是科技冬奧重點(diǎn)項(xiàng)目,也是大型公建智慧化升級的模式探索。”李然告訴北青報(bào)記者,通過智能場館數(shù)字孿生操作系統(tǒng)在冬奧上的實(shí)踐,能夠?yàn)橹悄芙ㄖ陌l(fā)展探索新的路徑,通過“單體建筑智能化”,構(gòu)建“區(qū)域建筑智能化”,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)“城市智能化”,為大型場所智能化的升級改造提供北京經(jīng)驗(yàn)。

編 輯:章芳
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