科技点亮奥运圣火

本报记者 张双虎

    在世界杯引燃球迷激情的时候，我们把目光投向了精彩赛事背后的科学技术。

    “科技奥运”是2008年北京奥运会的三大理念之一，从2001年北京申奥成功时开始，国家自然科学基金委就瞄准承办奥运所产生的巨大科研需求，并通过设立奥运专项基金、召开学术交流会、向奥委会提供咨询专家等方式为北京承办奥运提供支撑，为中国举办这场体育盛会尽自己的力量。

    世界在缩小　足球在放大

    世界杯开赛以来，球迷们发现了一个现象：足球总是如炮弹般从禁区外呼啸着飞向球门，世界杯各国球员仿佛一夜之间爱上了一种攻击方式——远射。本来把握性最差的攻击方式突然间成为了门将的“梦魇”，为什么会这样呢？

    答案也许要从本届世界杯的官方用球“团队之星”上寻找。与以往32块五角形与六角形拼镶而成的基本形状不同，这款足球史无前例地将足球球面拼块减少到14块。这种设计最大程度地消除了球体表面不规则的凹凸，令球体呈现完美圆弧，从而有效提高了足球运行的精准度。结果测试表明：这款新球比历史上任何一款足球的精确度高出30%！

    “世界在缩小，足球在放大。”英国足球史学家比尔·莫瑞说。和足球制造技术借助新技术不断革新一样，球员身穿的球衣、球鞋，足球场馆建设，球场草坪铺设，电视转播技术等等，已经和现代科学技术融为一体。科学技术的进步为人类实现新的竞赛目标提供了必要的手段，正是有了现代科学技术的推动，奥运会才成为当今世界上规模最大、水平最高、最具魅力的国际体育盛会。

    “我们提出的科技奥运理念涉及交通、环境、安全、气象、信息传递、运动医学、开闭幕式、场馆建设等10个方面，”北京市科委委员、北京奥科委委员李石柱说，“北京市政府、基金委、中科院、科技部等十几个机构主要从三种形式来推动奥运科技发展：一是通过立项。包括对奥运相关的新课题的研究，和已有技术在奥运中的应用；二是召开奥运科研成果展示交流会。加强奥运建设业主单位和科研机构的交流，及时把业主的需求告知科研机构，同时把各科研机构的最新成果、技术运用到奥运建设当中；三是为奥运规划和决策提供咨询参考；四是为奥委会提供专家资源。在这几个方面，国家自然科学基金委都能很好地发挥自身的优势，寻求自然科学基金和奥运的结合，为奥运做了大量工作。”

    特殊需求　特殊对待

    “科技支持奥运、奥运推动科技”，国家自然科学基金委计划局副局长孟宪平负责奥运科技工作，他说：“我们理解的科技奥运理念，一是科技要支持奥运，将科技的理念应用在奥运建设中，用科技来实现绿色奥运。二是借助举办奥运会的契机，促进科技发展。比如通过申奥，推动运动医学发展，促进北京的交通、环境等方面的研究。”

    从北京申奥成功开始，自然科学基金委就十分重视奥运科技方面的研究。孟宪平介绍，从2001年以来，基金委所立研究项目中，课题名称与“奥运”相关的共有230多项。在奥运场馆开始建设以后，北京奥运相关的需求越来越明确，基金委和奥组委的联系也越来越密切。基金委陆续支持了一些和运动医学、场馆建设、环境保护、兴奋剂检测等有关的项目。“从2004年开始，基金委开始做一些牵线搭桥的工作，与北京市科委、国家体育总局等单位共同召开一些专门研讨会，把基金委以前支持的一些结题的和在研的项目组集中到一起，邀请奥组委、奥运场馆建设指挥办公室（奥指办）、奥运场馆建设业主单位、体育科学研究所等参加，以交流的方式介绍有关的研究工作，以便将最新的成果应用到奥运建设中。”

    雅典奥运会期间，一条有关“未来奥运会可能会有转基因运动员现身”的新闻引起了人们的注意，而体育官员和科学家们也预测，基因兴奋剂将很快侵入未来奥运会，2008年的北京奥运会将面临基因兴奋剂（尤其是肌肉基因兴奋剂）的严峻挑战。有专家更是认为，在雅典奥运会上就不排除有人使用了基因兴奋剂的可能。

    “北京奥运可能遇到很多新的技术难题，”孟宪平说，“比如在兴奋剂检测方面，新的兴奋剂药物成分越来越复杂，使用手段也更隐蔽，违禁药品名单也会越来越多。也许现在没在违禁名单的到2008年会列入进去，我们必须有所准备。对现在的检测方法，要进一步提高检测速度和准确度，对还没有列入兴奋剂清单的重组人生长激素和基因兴奋剂等，我们也要做好技术储备。EPO（促红细胞生成素）的检测是2000年悉尼奥运会上才开始的，如果2008年奥委会宣布某一药品也进入违禁名单，我们也不会措手不及。”2005年，基金委召开了有关运动医学和兴奋剂检测的学术交流会，并设立了科技奥运专项，支持兴奋剂检测和大气污染控制研究等三个重点项目，使用经费600万元。

    因为和奥组委技术部有比较密切的配合，根据奥组委的要求，基金委使用200万元专项经费，支持三个奥运软课题项目，进一步研究科技奥运理念及其对中国的影响。项目计划用4年的时间，紧密配合奥组委，搜集奥运前后，中国科技、环境、能源、产业和管理政策等多方面的资料，研究奥运对中国科技及其产业发展的影响。

    “近年来，奥运需求越来越明显，由于2008年很快就要到来，奥运科研项目时间紧、任务重，基金委对奥运特殊需求采用奥运专项的管理方式。按照基金委的重点项目的标准进行管理，但其中两年期的项目不参加限项检索。申请者可以同时承担其他重点项目。”孟宪平说。

    圣火闪耀在世界之巅

    2004年3月25日，雅典古奥林匹亚赫拉神庙前，在一群白衣少女的簇拥下，女祭司用通过聚光镜采集的火种点燃了手中的火炬。从这一天开始，历时78天、路程遍及希腊全国和世界五大洲、总长7.8万公里的雅典奥运圣火传递活动拉开了序幕。

    从1934年开始，国际奥委会决定恢复古奥运会旧制，奥运会从开幕到闭幕，在主体育场燃烧奥林匹克圣火。而且每届奥运会前，由希腊女祭司用通过聚光镜采集火种，并用火炬传到主办城市。在火炬传递中，圣火不熄是最重要的，火炬必须在任何困难的条件下、任何传递方式下燃烧。

    “围绕北京举办2008年奥运会，产生了很多特殊需求，我们面临很多新的挑战，”北京奥科委委员李石柱说，2008年北京奥运会之前，传递奥运圣火的旅程将经过珠峰。2000年悉尼奥运会火炬传递时，酷爱海洋的澳大利亚人让圣火传递者携带潜水装置，手擎火炬在美丽的大堡礁水域完成了3分钟水下传递。第一次实现了高新技术和体育精神的完美结合。鲜为人知的是，为了这3分钟的水下旅行，3名澳大利亚烟火专家历时3个月才设计出特殊的燃料系统。

    很多第一次遇到的问题，奥组委都要立项研究、加以解决。“比如火炬传递上珠峰，我们要把火种带到海拔8000多米的地方。世界之巅的自然条件非常恶劣，低温、大风、缺氧等很多因素都对圣火登顶珠峰带来很大技术挑战，在这样的环境下怎样把火炬点着，这里面有很多新的技术问题，”李石柱说，“包括奥运国家游泳中心（水立方）、北京奥运会主体育场（鸟巢）的建设过程中，遇到很多材料、施工方面的技术难题。”

    北京奥运筹建采用了由奥组委、奥指办及12家国家部门合作的机制，围绕奥指办在奥运建设中的需求，各参与单位共同协调来完成奥运课题。“比如太阳能示范电站，太阳能在奥运村的利用，这些都是通过项目的方式来实现，根据奥组委和奥指办的需求，各科研单位来安排自己的研究计划。”李石柱说，“去年以来，奥组委已经协同其他单位，组织了8次大型的成果交流会，将一些新的研究成果，应用到奥运建设当中。”

    李石柱说，“鸟巢”跨度330多米，中间没有一根柱子，这样的结构，需要一种抗拉、抗压和抗弯强度大的特种钢材做支撑柱。为此，几个相关部门共同努力，开发了一种型号为Ｑ460-Ｚ35的新钢材，这种钢材以前虽然也列入中国钢材目录，但从没开发生产过。“钢材问题解决了，焊接问题又出来了，‘鸟巢’钢架的焊接点有110毫米厚，而且现代焊接工艺要求焊接点比别处强度更高，中间连一个微小气泡都不能有。这要求施工技术上有新的改进，不过目前我们已经成功地解决了这一问题。”

    “所有的研究项目都在紧张有序地进行，总体来说研究进行得比较顺利。2008年，圣火将闪耀在世界之巅。”李石柱说。

    让盛会更加激动人心

    2005年，在基金委组织的一项奥运场馆建设技术交流会上，中国工程院院士欧进萍负责的国家自然科学基金重大国际合作项目“重大工程结构的智能健康监测”，引起奥运建设业主单位的兴趣。

    欧进萍院士介绍说，重大工程结构，如跨江跨海的超大跨度桥梁、超大跨度的大型体育场馆等，它们的使用期长达几十年甚至上百年，环境侵蚀、材料老化和荷载的长期效应、疲劳效应与突变效应等灾害因素的耦合作用，将不可避免地导致结构和系统的损伤积累和抗力衰减，从而容易在极端情况下引发事故。

    水立方位于奥林匹克公园的中心位置，占地6.295公顷，长、宽、高分别为177米、177米、30米，内部分成三个功能相对独立的空间。采用钢筋混凝土框架筒体结构、空间钢结构和ETFE膜充气枕覆盖结构，其空间钢结构是建筑设计和结构设计的重点之一。它的钢结构几何形态依据Wearie－Phelan给出的无限等体积肥皂泡陈列几何图形学，是由14面体、12面体基本单元沿三个正交坐标轴X、Y和Z 生成的巨大的空间立方体。将空间立方体进行旋转和切割，切出建筑的外边框和内部使用空间。这一结构造型新颖、施工难度大、受力复杂，对其施工过程和服役期间的安全状况进行监测具有重要意义。

    经过专家论证，奥指办最终采用了欧进萍提出的“水立方结构健康监测系统”方案。该健康监测系统包括光纤光栅应变和温度传感器、加速度传感器、风速仪和风压传感器，目前光纤光栅传感器的布设工作已基本完成，光纤光栅传感器为欧进萍院士课题组研制开发，不仅可以用于水立方的长期健康监测，在水立方结构施工监控中也发挥了重要作用，得到了业主单位和有关领导的好评。

    “奥运筹备中有很多科技创新我们以前介绍得很少，实际上奥运建设每个环节都会有科技创新。比如场馆建设施工中，用泵从下向上顶送混凝土的施工技术、发射奥运小卫星、开发电动汽车等。有一批成果已经应用到奥运建设当中，还有一批正在被业主采纳。”李石柱说。