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揭秘北京奥运会上的重大技术装备

2008.8.21

无论是高科技“全副武装”的奥运场馆，还是“数字奥运”、“平安奥运”的打造，装备工业无处不在充实着“科技奥运”的内涵。而“绿色奥运”的主题，也离不开装备工业的贡献。

“鸟巢”到底有多强?新能源汽车有多少辆?保障平安奥运的安保设备有哪些?“数字奥运”有多少科技含量?“绿色奥运”需要哪些技术支撑?

2008年7月15日于北京国际新闻中心举行的“科技与奥运”新闻发布会上，来自科技部、中国航天科工集团、国家体育场有限责任公司与国家游泳中心有限责任公司等部门的有关负责人和专家，面对台下众多的中外记者一一予以了解答。

“国家体育场设计寿命是100年，抗震是8级烈度。”国家体育场有限责任公司副总经理张恒利对记者说，“它不但外形强悍，实际也很强悍。”张恒利介绍，能达到这样的抗震指标，和钢构设计密切相关。

2008年6月20日，中国自主研制的氢燃料电池轿车走出实验室，驶进奥运会场。一批批先进一流的奥运装备和新能源的使用，不仅可以有效控制和减轻北京及周边地区大气污染，倡导绿色环保的生活方式，同时也是对北京奥运会三大主题的极好诠释。

“结合新能源汽车在奥运会中的使用，科技部正在和部分地区一起推动‘10乘1000’行动。”科技部发展计划司副司长秦勇介绍，该行动是指在10个城市中，各投入1000辆新能源汽车，包括电动汽车、混合动力汽车和燃料电池汽车。

2008年6月28日，北京举行了一次奥运安保实兵演练。通过此次演练，测试了北京赛区安保指挥部和各场馆安保指挥、通讯、车辆、器材、武器、执勤服装等各类执勤装备实际应用的效果。

据有关专家解释，科技奥运涉及到信息化、交通、环境、安全、场馆设施和体育科研等多个领域。而科技奥运的五大战略则包括了：数字奥运战略、新建筑战略、新材料战略、环保科技战略、生物医药科技战略。

据统计，奥运在北京催生了8000多个项目、9000多个工地、10000多个塔吊、1.4亿平方米建筑面积……，而这一切全部需要由装备工业来参与。本届奥运会上将会出现一些新装备，这些高科技装备不但成为北京奥运的“护航使者”，还闪现出了极具中国特色的智慧光芒。

“科技奥运”的概念最早提出是在1972年第20届慕尼黑奥运会上。其电子设备的卓越表现将“技术奥运会”的魅力发挥得淋漓尽致：由于当时光电测距仪和精度可达1/1000秒的电子计时器的精彩表现，使得高速摄影摄像设备、激光装置、计算机等高科技设备迅速装备到奥运会中。时至今日这些装备不但是裁判员和奥运赛场不可缺少的工具，更是普通人观看奥运、参与奥运、理解奥运最重要的平台，可以毫不夸张地说科技奥运的理念已经渗透在人们的思维之中。

2008北京“奥运科技行动计划”主要包括7个方面内容：奥运场区交通实现“零排放”;奥运场馆绿色能源供应达到26%;北京市区主干道群体交通诱导达80%以上;奥运场馆工程多年平均雨水综合利用率超过80%;奥运场馆中水回用、污水处理再生利用率达到100%;奥运工程采用半导体照明节约景观照明能源达70%;奥运会工程用地的绿化率达78%。而这一计划的实施，必须依靠庞大的装备工业来支撑。我们国家各行各业群策群力，为奥运会研究出了多种多样的新型装备。

今年3月，科技部部长万钢表示，北京奥运会的筹办，将带动一批高质量的科技成果在场馆建设、节能减排、城市建设等方面的应用，使大批科技创新成果在奥运会筹办工作中得到展示，推动“绿色奥运、科技奥运、人文奥运”理念的实现。

科技奥运从理念到实现的过程，是对奥运强有力的支撑，也促进了许多科技成果的转化。

高科技装备的奥运建筑

2008年5月10日晚，奥运中心区2500多盏路灯全部开亮。独特的火炬型步道灯设计，与夜幕中的“鸟巢”、水立方交相辉映，气势磅礴。

“鸟巢”是目前世界上最大的钢结构体育场。外形结构主要由巨大的门式钢架组成，共有24根桁架柱，钢结构大量采用由钢板焊接而成的箱形构件，交叉布置的主桁架与屋面及立面的次结构一起形成了“鸟巢”的特殊建筑造型。

“鸟巢”所使用的是一种低合金高强度Q460规格的钢材。它在受力强度达到460兆帕时才会发生塑性变形，这个强度要比一般钢材大，因此生产难度很大;国家标准中，Q460的最大厚度也仅有100毫米，而此次使用的钢板厚度达到110毫米，这在以前是绝无仅有的。

在“鸟巢”顶部的网架结构外表面贴有一层半透明的膜。这种膜可使体育场内的光线通过时产生漫反射而不是直射，因此显得光线更柔和，由此形成的漫射光还可解决场内草坪的维护问题，同时还有为座席遮风挡雨的功能。

“水立方”采用国际首创的空心多面体结构，根据细胞排列形式和肥皂泡天然结构设计而成。外面包裹的是世界上规模最大的ETFE膜，这种ETFE膜(乙烯-四氟乙烯共聚物)是一种轻质新型材料，不仅具有有效的热学性能和透光性，更可以调节室内环境，简而言之就是具有冬季保温、夏季散热的功能，除此之外这种材料还能避免建筑结构受到游泳中心内部环境的侵蚀。

“水立方”的墙面和屋顶都分内外三层，没有一个零件在空间定位上是完全平行的，设计人员把所有工件在三维空间上一一标出了坐标，30513个工件，91539个坐标值使整个施工图纸堆了两尺多高。

老山自行车馆形似“飞碟”，其钢屋架为双层球面网壳结构，跨度133米，中心点高33米。在室内仰望屋顶，可看见鳞次栉比的各种大小钢架环环相扣，织成一张巨大的圆形“蜘蛛网”。建设者们使用了拔杆，对钢屋盖采取了整体提升逐步扩散的方法：在地面上拼装钢屋架，由于屋盖是拱形的，这样每拼装一圈，就将支撑在屋盖底下的拔杆往外挪一圈，而屋盖高度也随之提高。当整个钢屋架拼装完毕的时候，它的高度也被抬到二层看台上面，被冠之以“钢结构巨型网壳施工技术”的名称。

国家体育馆的屋顶为四边形，预应力钢索在南北和东西两个方向上都有，而南北144.5米，东西114米的超大规模，建设者独创了一种特殊的施工工艺：把整个钢屋顶结构从南北向上分成数十块“切片”，再将一块块切片在钢支架上从东到西推到预定位置，最后连成一体。

北京射击馆场馆使用了独具特色的生态型呼吸式双层幕墙结构。这种结构在外层幕墙与楼面之间设置铝合金开窗，外侧幕墙上下两端分别设置了通风口，上面为进风口、下面为出风口。在双层幕墙之间安装有温度感应装置，可以根据温度的变化，把冷风和热风与室内空气进行交换，实现自然通风对流，从而利用室外自然风调节室内温度。夏季，射击馆与双层幕墙间连通的窗户会被关闭，进入这个空间的室外热空气会被直接排出，不会进入场馆内部，从而降低室内空调的能耗;冬季，进入双层幕墙的冷空气可在中间夹层内经阳光照射提高温度，再通过透气窗进入场馆内部，达到提高室温的效果。

如果说奥运场馆是地面上的颗颗明珠，那串起它的就是北京的交通设施。奥运期间运营的轨道线路将增至8条，除目前已经投入运营的轨道线路外，还将投入运营的轨道线路有地铁10号线、奥运支线、5号线以及机场线。与此同时交付的还有公交屯车场、公交港湾、出租车自行车停车区、新建道路、道路整修、道路出入口、人行天桥和地下通道、盲道和无障碍坡道等设施。此外北京还将建设4个交通枢纽，分别为西直门、东直门、一亩园公交枢纽、西客站客运枢纽。在南中轴快速公交系统(BRT)线路的基础上，建设安立路、朝阳路及阜石路三条BRT线路。

交通设施的正常运转则需要一个“大脑”来指挥，而智能交通系统(ITS)通过把先进的信息、数据通信、电子控制以及计算机处理技术综合运用于交通运输体系，从而建立起全方位、大范围发挥作用的一种新型智能系统。开展智能交通系统的建设是科技奥运的一项解决北京交通拥堵的重要途径。

数字奥运装备

数字奥运是适应全球进入信息社会，推进首都信息化高速发展，实现“科技奥运”承诺的系统工程。作为“科技奥运”的重要组成部分，北京奥运信息系统的先进性值得期待。

“信息系统”标准

北京奥运会将有10000台个人电脑、1000台服务器、1000台网络设备以及50多套软件部署在7个城市、70多个竞赛和非竞赛场馆。要把所有技术伙伴的产品集结在一起，需要一份系统的集成方案，而集成方案的设计和相关系统的开发是由作为全球合作伙伴的源汛承担的。

源汛为奥运会提供的信息系统总集成包括两方面：一是协助组委会提供奥运会所需的所有系统，包括交通、住宿、运动员资格的注册审查等;二是在奥运会期间提供比赛成绩、赛事信息等。无论是报纸、互联网，还是电视转播商，登载播发赛事信息，都将首先通过这套系统发出来。

在集成方案设计与系统开发的同时，设备分配小组同时成立。设备分配小组成员由国际奥委会(IOC)官员和北京奥组委技术指挥中心(TOC)的专家组成，由他们根据场馆的需要设定标准，与TOP合作伙伴联系供货，为各个场馆安装设备。设备安装的标准有二：一是通盘考虑，不会为某个场馆、某个人单独增加设备;二是从业务和技术需求考虑，如电脑的设备等。

另一方面，由于安放服务器的数据中心机房空间比较狭小，高密度运行着多种电器设备，并且要求每周7天每天24小时不停机运行，数据中心在使用中会出现大量热量，导致散热系统不堪重负。

一些IT企业推出了一种能够有效降低能耗的绿色数据中心改造解决方案(GDCT)，它采用能量智控技术和实验室前沿研究成果，通过量身定制的评估和站点规划服务，使数据中心能够做到更高效的规划和更合理地利用现有资源，从而实现将数据中心能耗降低至少10%～25%目标。与此同时，通过对现有数据中心优化改造，配以实施智能冷却服务，实现温度、风量、压力等的动态控制调整，就可以使IT设备的制冷能耗降低20%～45%。

不仅如此，数字北京大厦也将为奥运会提供通信、信息服务和信息安全保障。这座大厦是一座智能化、高科技的电信通讯机房及办公大楼，是政府数据和奥运技术支持中心。奥运过后，将作为市政府信息资源、信息安全、应急指挥和信息服务的信息化中心及奥林匹克中心区与周边地区的通信枢纽。

奥运照明监测系统

奥林匹克公园中心区IPV6数字化网络照明控制系统主要是建立一套基于IPV6的照明控制与管理软件平台，对奥林匹克公园中心区景观工程的室外照明，2万多只灯，上亿个LED进行综合大规模控制，这种在自动化控制中引入IPV6，国内外尚无先例。

“水立方”的照明采用空腔内透光的方式，这一方式的成功实现也将是世界上最大的膜结构建筑的LED景观照明方案。通过定制开发的一次、二次光学透镜，在不影响灯具整体光通量的情况下，对光束进行重新分布、整理，达到在不同曲面、不同泛光照明部位下的场景实现。

LED照明技术具有亮度高、使用寿命长、节能、绿色环保、光分布易于控制、色彩丰富等显著优势，在色彩效果相近的情况下与荧光灯相比：节省能源至少在60%以上、不含汞、无废弃物、无紫外线，是人类照明史上继白炽灯、荧光灯之后的新的照明革命，并且这是在奥运史上第一次使用半导体LED照明技术。

高清晰度电视转播

本届奥运会北京将首次全部采用高清技术进行电视转播。中央电视台将与比利时阿尔法电视集团携手转播，阿尔法集团将派出超过14辆转播车以及100多名技术人员前往中国，而中央电视台将使用直升机，并配备高清吊舱、高清航拍球和微波中继，届时将用于开幕式和一些重要比赛的空中拍摄或空中支持。

此次中央电视台将用七个频道包括CCTV-1、CCTV-2、CCTV-5(奥运频道)、CCTV-7(赛事精编频道)、CCTV-高清以及足球、网球2个付费频道转播奥运。

有线电视屏幕监控赛场

青岛奥帆赛上观众无需登船下海，就可以欣赏到精彩的帆船比赛。在奥帆中心所有场馆的公共区域共部署了60块有线电视屏幕，该系统将为媒体提供采集、传输、辅助评论、分布等全方位的信息服务。同时今年新增的信息服务中心将安排专业摄影提供从水下到有线电视系统上。从准备、气象、赛程规则介绍到赛事实况、返航情况的全过程视频采集，并将采集到的内容发布。

青岛为奥运帆船比赛筹建一套数字气象综合探测系统，主要包括新一代天气雷达、32个自动气象站和海洋气象台，该系统主要围绕全面提高为奥运帆船比赛气象保障能力进行布局和组织，用于天气预报业务和直接向用户提供实况监测信息服务。

奥运专用小卫星

本届奥运会将启用专用小卫星，其重量在35千克以下，具有观测精度高、覆盖宽、重访周期快等特点，将是奥运史上第一颗专为奥运会服务的小卫星。主要作用是为奥运会期间的交通、奥运赛事、紧急事件进行实时监测，并提供及时服务;也能利用其自身的虚拟现实技术，建立虚拟的场馆表现，可以更直观地看到未来真实的场景，用来判断设计与周围环境是否和谐，设备是否完备，人流设计是否合理;同时也将为北京及周边的环境资源利用、城市区域规划、灾害监测提供技术保障。

为奥运会“保驾护航”的气象卫星服务计划将由风云一号D卫星、风云二号和风云三号等6颗卫星担任，其风云三号中的某些技术指标已经超过美国同类产品。

平安奥运装备

本届奥运会，参赛运动员将达到创纪录的11000人，媒体记者为5万人左右，国内国际游客超过百万，此外，已有80多位各国首脑明确宣布将出席北京奥运开幕式。如此庞大的规模令奥运安保工作倍感压力。为了保证奥运会的顺利召开，各种各样的安保装备将被用在奥运赛场。

人脸识别系统

人脸识别系统就其技术本质而言，就是通过视频采集设备获取用户的面部图像，再利用核心的算法对其脸部的五官位置、脸型和角度进行计算分析，进而和自身数据库里已有的范本进行比对，最后判断出用户的真实身份。　　这是一项高端的计算机图像处理技术，其利用的是骨骼识别原理，主要特点为吞吐量很大，动态抓拍能力强，最快反应速度仅为0.01秒。2008年将有10多亿人的信息进入北京奥运场馆的人脸识别系统数据库，每个比赛场馆安装的探头数量可能会是数百个甚至多达数千个，从而全部实施监控，这是百年奥运第一次与人脸识别技术真正结缘。这一技术将在地铁和商场推广应用，近两年北京将有500个大型商场安装这一系统。

进入奥运区，除了自动人脸识别系统外，还要通过摄像机自动识别系统、人员通行考勤、外人登记等重重关卡以验证进入者证件的真伪。摄像机自动识别系统一旦发现危险人物，就会向网络报警中心报警。安保系统还能够根据人脸等生物特征智能查询进出门纪录，可疑面孔一经录入识别系统，就会被禁止进入奥运区域。

食品安全检测车

奥运食品安全追溯系统，综合运用IC卡、RFID电子标签的智能读写、加密通信等功能，结合对运输车辆的GPS定位系统和温度湿度自动记录装置，实现从生产基地经加工企业、物流配送中心到奥运村的全过程控制。在北京市食品安全办公室设立了全市共享的食品安全追溯数据中心，对各类食品的安全追溯信息进行归集、查询、分析、评估、跟踪、预警。

食品安全检测车将在奥运比赛场馆等人流量密集地区投入使用。一辆食品安全检测车配备有全自动食品综合分析仪、半自动食品综合分析仪、荧光法微生物(细菌总数)快速检测系统、农药残留快速检测仪、肉类水分快速测定仪和食品安全快速检测箱等，可以对水产品防腐剂、月饼微生物、大米农药残留等各项食品安全指标进行快速检测和常规食品理化检测，具有食品、化学品液体、气体的采样、储存、运送功能，且满足卫生防疫要求，全部检测项目均能在30分钟内完成，而绝大部分检测项目在3-10分钟内就能“搞定”。

兴奋剂检测设备

奥运会期间中国反兴奋剂中心配备了安捷伦兴奋剂检测设备，还从国外引进了高效液相色谱(HPLC)、气质联用(GC-MS)、气相色谱(GC)、液质联用(LC-MS)、酶标仪、ELISA试剂盒及试纸等快速检测设备，用来确认样本中禁用的化学物质，包括瘦肉精在内的违禁药物将被监测出来。

DFSGC/MS高分辨磁式气相色谱和质谱联用仪和DELTAVGC/C/IRMS同位素质谱系统，将承担本届奥运会反兴奋剂确认分析的任务。

DFS高分辨双聚焦磁质谱不同于以往型号的高分辨磁质谱仪，采用了最新的离子光学理论，是15年来第一台完全新型的双聚焦质谱仪。DFS新颖的磁场和电场分析器设计提供目标化合物的最高灵敏度，常规分析飞克数量级(10-15)目标化合物轻而易举。DFS高分辨率质谱仪灵敏度一直居于行业领先，超过其他同类产品8-9倍，可轻松应对尿检中少至纳克级甚至更低的代谢产物的准确定性和定量，更大程度保证定性和定量检测结果准确性。高度自动化程度，大大减少人为操作误差的可能。独有气相色谱-高分辨率质谱联用技术，为DFS高分辨磁质谱还专门配备了2台气相色谱作为“助手”，通过二台气相色谱交替为DFS高分辨率质谱仪提供样品，节省了气相色谱走完程序升温后必须冷却才能为下一个样品进样的准备时间，从而提高了工作效率。高灵敏度的DELTAV同位素质谱仪可辩别出尿中的睾酮是内源分泌的，还是外源加入的，准确率接近100%。

生化分析仪器及安保装备

北京奥运会将应用大量生化分析仪器。为了保护中国免受恐怖袭击，这次北京奥运会和协办城市上海用于机场安全防范的SGS辐射探测系统、红外检测系统都是国际上最先进的设备。所谓红外检测仪，是专门用来检测人体炸弹的，即使只携带了微量的炸药，红外检测仪也能立即发出报警信号。

代步车

在北京奥运会场馆的安保中出现的一大亮点就是代步车，这种两轮代步车貌似简单，却是个智能化的代步工具，可以和使用者“心有灵犀”。使用者站在车上，身体稍微倾斜，它就会向前加速，骑起来不像普通自行车那样用力，非常轻盈。最快时速能达到20公里，而一般人步行的时速是3至5公里。由于车子内安装了平衡系统和感应系统，使用起来非常安全。

之所以如此方便就是利用了动态平衡原理，当身体移动时，动作中的重心会不断改变，并达到平衡。如同人体站立前倾时会失去平衡，但人体天生的平衡器官会告知大脑这一情形，并由大脑下达移动脚步的指令以维持平衡。代步车用轮取代了脚的功能，复制了人类高精密的平衡动作。

这辆比自行车还小的代步车，处处体现着北京奥运的环保理念。它的动力采用的是新能源锂电池，没有任何尾气排放，充满电最多可行驶40公里。

当然不仅在北京奥运会上会出现这么多装备，奥运火炬传递过程中也有很多：火炬接力车队由19辆汽车、6辆摩托车组成长800米的车队。车队包括警车、先导车、火炬手投放车、火炬手搜集车、媒体车、礼宾车、安保车、救护车、收尾工作车等。

绿色奥运装备

2008年5月8日，科技部部长万钢在回答中外记者科技奥运进展情况时提到，按国际标准估算，北京奥运会期间的二氧化碳排放数量约为118万吨，通过成功应用新能源汽车、太阳能发电、半导体照明等节能环保新技术及其他有效措施，北京奥运会期间将可以减少二氧化碳排放101～129万吨。

作为北京奥运会主体育场的国家体育场采用单晶硅、不可逆流、无储能的太阳能光伏发电技术，设计安装了100千瓦太阳能光伏发电工程，太阳能电池板分别安装在屋顶天窗、玻璃幕墙上，日均发电量超过200千瓦时，可为15000平方米的地下车库提供充足的照明电力，预计将节省标准煤103.8吨/年，节水1038.06吨/年。同时还具有为建筑物遮阳、采光、挡雨的维护结构功能。而且其光伏电池板与建筑外观融为一体，能直观地向公众展示太阳能光电利用技术。

“鸟巢”总面积8000平方米左右的足球场下，埋着312口地源热泵系统井。这是利用井水冬暖夏凉的原理，通过地埋换热管达到节省能源的目的。作为首次使用太阳能系统的大型体育场，12个安检棚上都安装了太阳能光伏发电装置，所产生的电力直接并入国家体育场的电力供应系统。无锡尚德太阳能电力有限公司为鸟巢提供了1000万元的太阳能光电设备。

朝阳公园沙滩排球场的“追日型”太阳能发电系统可随着不同时段太阳光线的转移，随时变换电池的旋转角度，从而最大限度地吸收太阳能。位于沙滩排球场东北角的11千瓦全自动“追日型”太阳能发电系统，由于为远程控制，其太阳能电池可实现270°左右的“追日”旋转，因此发电功率比一般的太阳能系统高30%以上，是目前世界上转换效率最高的太阳能发电系统。

北京科技大学体育馆里148套8米长的光导管则是该场馆所采取的最特殊技术，也是所有场馆中最先进、使用最多的光导管照明系统，能把80%的太阳光传导到场馆内部，就像一盏盏不用电的灯。由于光导管是密闭的，可有效地节省维护费用。此外，光导管在白天采集光源照亮室内，晚上则可以将室内的灯光通过屋顶的采光罩传出，起到美化夜景的效果。

奥运村是供暖制冷总面积达41.05万平方米的建筑群。为了在绿色环保的同时兼顾奥运村赛时和赛后巨大的冷、热需求，奥运村再生水热能综合利用系统是可行的且具有绿色显示度的可再生能源解决方案，如此大规模的再生水热利用在我国还是首次。总投资约9725万元的目前国内最大规模应用再生水热泵系统，每年可减少用煤约1500吨，减排二氧化碳约3600吨、二氧化硫和氮氧化物约60吨。

青岛奥帆中心在建设过程中成功引进海水源热泵空调系统并运用到媒体中心，通过利用温度相对稳定的海水作为冷热源，提供制冷、供暖和生活热水所需冷热量。

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