关于奥运科技的科普小知识

【专家解说】：基本材料 “鸟巢”外形结构主要由巨大的门式钢架组成，共有24根桁架柱，现已完成20根桁架柱整柱及2根下柱吊装。国家体育场建筑顶面呈鞍形，长轴为332.3米，短轴为296.4米，最高点高度为68.5米，最低点高度为42.8米。 设计方案的改变 在保持“鸟巢”建筑风格不变的前提下，新设计方案对结构布局、构建截面形式、材料利用率等问题进行了较大幅度的调整与优化。原设计方案中的可开启屋顶被取消，屋顶开口扩大，并通过钢结构的优化大大减少了用钢量。大跨度屋盖支撑在24根桁架柱之上，柱距为37.96米。主桁架围绕屋盖中间的开口放射形布置，有22榀主桁架直通或接近直通。为了避免出现过于复杂的节点，少量主桁架在内环附近截断。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。主看台部分采用钢筋混凝土框架一剪力墙结构体系，与大跨度钢结构完全脱开。 Q460钢材的运用 说起Q460钢材，大多数人可能都不了解。“鸟巢”结构设计奇特新颖，而这次搭建它的钢结构的Q460也有很多独到之处：Q460是一种低合金高强度钢，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。这是国内在建筑结构上首次使用Q460规格的钢材；而这次使用的钢板厚度达到110毫米，是以前绝无仅有的，在国家标准中，Q460的最大厚度也只是100毫米。以前这种钢一般从卢森堡、韩国、日本进口。为了给“鸟巢”提供“合身”的Q460，从2004年9月开始，河南舞钢特种钢厂的科研人员开始了长达半年多的科技攻关，前后3次试制终于获得成功。如今，为“鸟巢”准备的Q460钢材已经开始批量生产。2008年，400吨自主创新、具有知识产权的国产Q460钢材，将撑起“鸟巢”的铁骨钢筋。在“鸟巢”里一共用了4.2万吨钢材。 特殊结构 此外，屋顶内环主桁架吊装和立面次结构安装已全面展开。“鸟巢”钢结构所使用的钢材厚度可达11厘米，以前从未在国内生产过。另外，在“鸟巢”顶部的网架结构外表面还将贴上一层半透明的膜。使用这种膜后，体育场内的光线不是直射进来的，而是通过漫反射，使光线更柔和，由此形成的漫射光还可解决场内草坪的维护问题，同时也有为座席遮风挡雨的功能。滑动式的可开启屋顶是体育场结构中必可少的一部分。当它合上时，体育场将成为一个室内的赛场。如同一个容器的盖子，不管屋顶是闭合还是开启，它都是建筑物的基本组成部分。除了一些特定的结构需要外，可开启屋顶的结构基本上也是一个网络状的架构，装上充气垫后，成为一个防水的壳体。“ “鸟巢”——避雷不伤人 “鸟巢”外表光秃秃的，没有突起的避雷针，要遇到打雷该怎办？ 其实不用担心，因为：“鸟巢”的整个钢筋铁骨就是理想的“笼式避雷网”。“鸟巢”身上的金属构件和钢筋混凝土中的钢筋等，都通过焊接的方式连接在一起，使“鸟巢”自身形成了一个巨大的避雷网，能把雷电迅速导入地下。 可是“鸟巢”用自身的钢架接受、传导雷电，会不会危机到里面观众的安全呢？ 这个你可以大大放心，专家早已考虑到了，凡是场馆内人能触摸到的地方，都做了特殊处理，雷电决不会伤害到人类的。 更为匠心独具的是，“鸟巢”把整个体育场室外地形微微隆起，将很多附属设施置于地形下面，这样既避免了下挖土方所耗的巨大投资，而隆起的坡地在室外广场的边缘缓缓降落，依势筑成热身场地的2000个露天座席，与周围环境有机融合，并再次节省了投资。 “鸟巢”的屋顶 滑动式的可开启屋顶是体育场结构中必可少的一部分。当它合上时，体育场将成为一个室内的赛场。如同一个容器的盖子，不管屋顶是闭合还是开启，它都是建筑物的基本组成部分。除了一些特定的结构需要外，可开启屋顶的结构基本上也是一个网络状的架构，装上充气垫后，成为一个防水的壳体。 “水立方”不仅是一幢优美和复杂的建筑，她还能激发人们的灵感和热情，丰富人们的生活，为人们提供记忆的载体。因此设计中不仅利用水的装饰作用，同时还利用其独特的微观结构。采用在整个建筑内外层包裹的ETFE膜（乙烯-四氟乙烯共聚物）是一种轻质新型材料，具有有效的热学性能和透光性，可以调节室内环境，冬季保温、夏季散热，而且还会避免建筑结构受到游泳中心内部环境的侵蚀。 国际上在建筑使用膜结构时，多用的是PTFE膜，这是一种纤维材料，特点是不透明，但是，使用技术比较成熟。而“水立方”使用的是ETFE膜，这是一种透明膜，能为场馆内带来更多的自然光。在国内对这种薄膜结构的理论研究几乎就是空白。 2006年德国世界杯主要赛场之一的慕尼黑安联体育场也使用了ETFE气枕式外墙，但与水立方相比，两者的区别在于，德国安联体育场的气枕覆盖面积为6万平方米，而水立方则达到为10万平方米；安联运动场是单层气枕并且是规则排列的，水立方则是双层气枕，并且几乎没有形状相同的两个气枕。 按照设计方案，水立方的内外立面膜结构共由3065个气枕组成（其中最小的1－2平方米，最大的达到70平方米），覆盖面积达到10万平方米，展开面积达到26万平方米，是世界上规模最大的膜结构工程，也是惟一一个完全由膜结构来进行全封闭的大型公共建筑。无论对设计还是施工、使用都是一个极大的挑战，对ETFE膜的材料、通风空调、防火、声、光、电的控制等技术提出了一个难度很大的课题。 新型环保设计 游泳中心内的游池应用了许多创新式的设计，如把室外空气引入池水表面，带孔的终点池岸，视觉和声音发出信号等。还有一些高科技设备，如确定运动员相对位置的光学装置、多角度三维图像放映系统等，这些装置将帮助观众更好地观看比赛。 在设计中还充分考虑了环保的需要。为了减少二氧化碳的产生，在设计中减少了电的使用。利用太阳能电池提供电力。幅地使用了新型材料，使空调和照明负荷降低了20%-30%。另外，游泳中心消耗掉的水分将有80%从屋顶收集并循环使用，这样可以减弱对于供水的依赖和减少排放到下水道中的污水。系统对废热进行回收，热回收冷冻机的应用一年将节省60万度电。还有现代化消防装置为建筑量身定做，比常规设施节约74%。 在建筑节能上，“水立方”的设计也有独到之处。在“水立方”总共8万平方米的建筑面积中，3万平方米屋顶将使雨水的收集率达到100%，而这些雨水量相当于100户居民一年的用水量；在光的利用上，由于“水立方”采用了特殊的膜材料和相应的技术，使得该场馆每天能够利用自然光的时间达到了9.9小时，一年下来，8万平方米的“水立方”将节约大量的电力资源。 科研创新是“水立方”建筑设计中的一大亮点，它所采用的特殊膜材料、钢结构，以及室内环境设计，在奥运场馆建筑历史当中很多都是空白，因此，科技创新成为 “水立方”建设工作中的重头戏，经过参建各方共同努力，“水立方”项目中经国家有关部门批准立项的科研项目达到10多项，此外，“水立方”的建设还产生了类似项目的施工验收标准。 人性化的设计细节 “水立方”设计注重细节，充分考虑运动员和观众需求，体现了北京奥运会“绿色奥运、科技奥运、人文奥运”的三大理念。 作为奥运会的比赛场馆，国家游泳中心首先要满足奥运会期间的比赛需要。“水立方”的设计将尽可能的让运动员在这里感到舒适，让观众感到舒适。而这种舒适往往来自很小的细节。“水立方”拥有跳水池、比赛池、热身池，这些池子的水温及其所在厅的温度没有太大的差异，这就为运动员稳定发挥创造了良好条件。 此外，“水立方”在地面的设计上也花费了不少心思，由于比赛池和热身池中间有一定距离，运动员在这两池之间往往是赤脚往返，“水立方”对这段路程的地面做了特殊、细致的处理，届时，“运动员走过去都很舒适”，不会觉得脚凉。 防雷设计： “水立方”与“鸟巢”相似，也是采用了传统的防雷技术。 “水立方”的地下及基础部分是钢筋混凝土结构，地上部分是钢网架，钢结构与钢筋混凝土结构中的钢筋通过焊接连接，共同形成了一个立方体的笼子。屋面上，镶嵌、固定一块块充气枕的是槽形的钢构件，钢构件又宽又厚，与“水立方”四壁的钢网架焊接为一体，支撑着整个屋顶。雷雨天气里，这些钢构件的作用更是非同小可。它们一方面作为天沟，收集、排除屋面的雨水；同时又充当了接闪器，及时将雷电流引到“笼式避雷网”，保护整个建筑物的安全。这是一个非常理想的“笼式避雷网”，完全依靠建筑物自身结构中的材料，无须单独架设避雷针、做引下线或接地体，屋面没有突出的避雷针或避雷带，既经济美观又安全可靠。 抗震设计： “水立方”是典型的外柔内刚。外部只看到充气薄膜，好像弱不禁风，而支撑这些薄膜的是坚实的钢结构，里面观众看台和室内建筑物为钢筋混凝土结构。“水立方”的墙壁和天花板由1.2万个承重节点连接起来的网状钢管组成，这些节点均匀地分担着建筑物的重量，使其坚固得足以经受住北京最强的地震。“水立方”的地下部分是钢筋混凝上结构，在浇筑混凝上的时候，在每根钢桂的位置都设置了预埋件(上部为钢块)，钢结构的钢柱与这些预埋件牢固的焊接在一起，就这样，地上部分的钢结构与地下部分的钢筋混凝土结构形成一个牢固的整体。正是靠着优越的结构形式和良好的整体性，“水立方”才拥有了“过硬的身体”，达到了抗震8级烈度的标准。 奥林匹克火炬是经国际奥委会批准的、用于奥林匹克圣火燃烧的、可手持的火炬。奥林匹克火炬是奥林匹克圣火的载体。从1936年的第11届奥运会开始，每届奥运会都诞生一支体现主办国家文化特色并符合高科技要求的火炬并成为奥林匹克运动的重要遗产。 北京奥运会火炬长72厘米，重985克，燃烧时间15分钟，在零风速下火焰高度25至30厘米，在强光和日光情况下均可识别和拍摄。在工艺方面使用锥体曲面异型一次成型技术和铝材腐蚀、着色技术。燃料为丙烷，符合环保要求。火炬外形制作材料为可回收的环保材料。整个火炬高雅华丽，内涵厚重，带有浓郁的中国特色，和谐地将中国文化与奥林匹克精神结合在一起。其所蕴含的“渊源共生，和谐共融”理念充分是对奥林匹克精神和奥林匹克圣火内涵的一次独特诠释。祥云、漆红、纸卷轴等中国元素的融入，使得古老的东方文明和现代的奥林匹克精神再一次完美结合，迸发出耀眼的火花。 【北京奥运会火炬艺术和技术特色】 [编辑本段] 北京奥运会火炬创意灵感来自“渊源共生，和谐共融”的“祥云”图案。祥云的文化概念在中国具有上千年的时间跨度，是具有代表性的中国文化符号。火炬造型的设计灵感来自中国传统的纸卷轴。纸是中国四大发明之一，通过丝绸之路传到西方。人类文明随着纸的出现得以传播。源于汉代的漆红色在火炬上的运用使之明显区别于往届奥运会火炬设计，红银对比的色彩产生醒目的视觉效果，有利于各种形式的媒体传播。火炬上下比例均匀分割，祥云图案和立体浮雕式的工艺设计使整个火炬高雅华丽、内涵厚重。 北京奥运会火炬在燃烧稳定性与外界环境适应性方面达到了新的技术高度，能在每小时65公里的强风和每小时50毫米的大雨情况下保持燃烧。在工艺上采用轻薄高品质铝合金和中空塑件设计，十分轻盈。下半部喷涂高触感塑胶漆，手感舒适不易滑落。北京奥运会火炬是我国自主设计研发的产物，拥有完全的知识产权。 北京奥运会火炬使用燃料为丙烷，这是一种价格低廉的常用燃料。其主要成分是碳和氢，燃烧后只有二氧化碳和水，没有其他物质，不会对环境造成污染。 【北京奥运会火炬设计研发过程】 [编辑本段] 北京奥运会火炬设计研究规划工作从2005年8月开始。结合北京奥运会举办理念，通过对往届奥运会火炬设计经验的分析，确定了火炬设计理念、设计要求和创作方式。根据火炬工业设计的特点，为使设计方案达到艺术与技术完美结合，经北京奥组委办公会批准，确定了火炬设计方案以艺术造型为主导，燃烧技术与工业设计同时征集、公开征集和定向委托创作相结合的创作方式。 2005年12月6日，北京奥组委召开新闻发布会，发出公开征集火炬设计的邀请。截至2006年2月28日，北京奥组委共收到海内外设计机构和设计师提交的应征参赛作品847件，其中有效应征作品388件。 经过北京奥运会火炬设计征集活动初评评审委员会对应征作品初评和复评，按照评审程序的规定，选出3件作品提交北京奥组委执委会审议。2006年6月至8月，根据选择最好艺术设计和技术设计方案的原则，北京奥组委执委会审议确定由联想(北京)有限公司创新设计中心设计的火炬外形《祥云》为北京2008年奥运会火炬艺术设计方案，由航天科工集团设计研发的火炬内部燃烧系统为北京2008年奥运会火炬技术方案，并确定由航天科工集团在联想(北京)有限公司协助下完成火炬外形与燃烧系统结合的火炬样品制作工作，形成北京2008年奥运会火炬的完整设计，并于2007年1月经国际奥委会批准。 奥运圣火成功登上世界之巅 [编辑本段] 日期：2008-05-08 新华社 新华社记者李丽、鹿永建 2008年5月8日,海拔8844米。在地球上最纯净的蔚蓝之下,最无瑕的洁白之上,珠穆朗玛峰峰顶亮起一点火光。 9时16分,藏族女队员次仁旺姆在峰顶高擎熊熊燃烧的奥运火炬!在这样一个高度,还是首次有象征光明和温暖的火种出现。 它的意义,绝非仅仅是北京奥运会“祥云”火炬登上了地理概念上的世界之巅,而是在人类的精神之巅点亮了一盏明灯。 奥运圣火,曾通过人造卫星从太空传递,曾在深海遨游实现水火交融的奇景;如今,它首次登上了有世界第三极之称的珠峰。英雄普罗米修斯盗来的“天火”,在奥林匹克的旗帜下,被重新赋予了光明、和平、友谊、进步、和谐的含义,首次在“神山”上撒下光芒,不仅宣告了人类挑战自我和探索自然的不懈追求,并且从心灵上,完成了一次人类回归精神家园的壮举。 这是北京奥运会最绚丽的亮点,是中华民族挑战人类极限的一次壮举,是现代奥林匹克运动逾百年历史上的一道奇观,也是中国奉献给全世界的一大人类杰作。奥运火炬登顶珠峰,将永远镌刻在登山史、奥运史和人类史上! 为什么要登顶?法国作家和哲学家杜马尔说,因为在下面,永远不知道上面是什么。这里体现的探索求知的精神和勇气,是推动人类社会不断前进的直接动力,在任何时代都值得提倡和肯定。从镌刻在古希腊德尔斐神庙上的神谕“认识你自己”,到古希腊哲学家苏格拉底提出“我是谁?我从哪里来?我要到哪里去?”的三大哲学追问,甚至于到宗教、哲学和科学都试图去解答的“本体论”基本命题,无不体现了人类对自身和世界本体的终极探求。 有人认为,探寻人之初的目的是为今天的人之生存作参照,为人确立精神家园寻找样本,为“到哪里去”寻找答案。登顶的过程,就是一个重新认识主观自我和客观世界的过程。这项极限运动在开始初期普遍洋溢着英雄主义和浪漫主义情结,直至英国人马洛里1922年给出了迄今被奉为经典的答案:因为山在那里!他还说:“我征服了什么?我什么也没有征服,我只是征服了自己。” 在攀登的过程中,人类逐渐认识到,登顶不是战胜或征服,而是融入和回归,是用生命与自然对话。在登山界,“海拔8000米”是一道临界线,分隔生与死。也许只有当真正达到那个高度,在含氧量只有海平面三分之一的空气稀薄地带感受过肺部的紧缩,在急剧下降的温度中体会渐渐变轻的生命,才能够更深刻地体会这一点。西藏登山队的女队员普布卓嘎说她在2003年登顶之后才明白:“不是我们征服了珠峰,而是珠峰向我展示了温柔的一面。” 从“征服自然”到“回归自然”,体现了人类在这个终极探求中更深入的认识:人类和自然的关系不是对抗和征服,而是和谐与共生。 这和本次奥运火炬全球传递的主题“和谐之旅”不谋而合。当奥运圣火登上珠峰的时候,体现了人类追求和谐的最高层面。和谐不仅体现在人与人、人与社会和不同社会之间,最终还是要达到人类作为一个整体与自然的和谐。 这就是为什么去过雪山的人都说得到了心灵的净化。那种“浑然忘我”的境界,正是中国文化追求的“天人合一”,用最朴素的语言描述,就是“人与自然的和谐”。 登临绝顶,方知世界之大美。北京奥运火炬圣火登顶的瞬间,无论是在现场的勇士,还是全世界观看这一壮举的人们,毫无例外地都感受到了心灵的震撼,对崇高的心驰神往,对人类不懈追求的深深敬意。这和认识自我、挑战自我、超越自我的奥林匹克精神,殊途同归。 承担此次登顶的中国登山队,在世界登山史上又写下了浓墨重彩的一笔。自1960年王富洲、贡布和屈银华三人创造了人类首次从北坡登上珠峰的纪录。此后,逾百名中国人一次次续写亲近珠峰峰顶的历史,有仁那、吉吉“英雄夫妻”同时登顶,有中、日、尼三国联合登山队横跨珠峰,有藏族队员次仁多吉创造在顶峰无氧停留99分钟的世界纪录…… 人类在登顶珠峰的历史上,也有多名勇士长眠于永恒静默的冰雪世界里,将人类的血肉之躯融于自然,从此得到永生。他们的勇气将永远激励后来人,不断挑战生理和心理极限,寻求与自然直接对话的方式,继续对世界和人类本质的探求过程。 马洛里在解释登山运动时说:“如果你不能理解,那种抗争是生命本身的抗争,是努力向上,永远向上的抗争,那你就确实无法明白为什么要登山。我们从中得到的是纯粹的快乐,而这种快乐正是生命的最高追求。” 而这,也正是奥林匹克的本质。 【08奥运火炬传递时间及路线】 [编辑本段] 3月24日 圣火点火仪式(奥林匹亚) 3月24日--29日 希腊传递 3月30日 圣火交接仪式(雅典) 3月31日 圣火抵达北京欢迎仪式 4月1日 启程前往阿拉木图 4月2日 阿拉木图 4月3日 伊斯坦布尔 4月5日 圣彼得堡 4月6日 伦敦 4月7日 巴黎 4月9日 旧金山 4月11日 布宜诺斯艾利斯 4月13日 达累斯萨拉姆 4月14日 马斯喀特 4月16日 伊斯兰堡 4月17日 新德里 4月19日 曼谷 4月21日 吉隆坡 4月22日 雅加达 4月24日 堪培拉 4月26日 长野 4月27日 首尔 4月28日 平壤 4月29日 胡志明市 5月2日 香港 5月3日 澳门 5月4日 海南省 三亚市 5月5日 五指山市 5月5日 万宁市 5月6日 海口市 5月7日 广东省 广州市 5月8日 深圳市 5月9日 惠州市 5月10日 汕头市 5月11日 福建省 福州市 5月12日 泉州市 5月12日 厦门市 5月13日 龙岩市 5月14日 江西省 瑞金市 5月15日 井冈山市 5月16日 南昌市 5月17日 浙江省 温州市 5月17日 绍兴市 5月18日 杭州市 5月22日 宁波市 5月22日 嘉兴市 5月23日-24日 上海市 5月25日 江苏省 苏州市 5月25日 南通市 5月26日 泰州市 5月26日 扬州市 5月27日 南京市 5月28日 安徽省 合肥市 5月29日 淮南市 5月29日 芜湖市 5月30日 绩溪县 5月30日 黄山市 5月31日 湖北省 武汉市 6月1日 宜昌市 6月2日 荆州市 6月3日 湖南省 岳阳市 6月4日 长沙市 6月5日 韶山市 6月6日 广西壮族自治区 桂林市 6月7日 南宁市 6月8日 百色市 6月9日 云南省 昆明市 6月10日 丽江市 6月11日 香格里拉 6月12日 贵州省 贵阳市 6月13日 凯里市 6月14日 遵义市 6月15日-16日 重庆市 6月17日 新疆维吾尔自治区 乌鲁木齐市 6月18日 喀什市 6月19日 石河子市 6月19日 昌吉市 6月21日 西藏自治区 拉萨市 6月22日 青海省 格尔木市 6月23日 青海湖 6月24日 西宁市 6月25日 山西省 运城市 6月25日 平遥县 6月26日 太原市 6月27日 大同市 6月28日 甘肃省 敦煌 6月28日 嘉峪关市 6月29日 酒泉 6月30日 天水市 6月30日 兰州市 7月2日 宁夏回族自治区 中卫市 7月3日 吴忠市 7月4日 银川市 7月5日 陕西省 延安市 7月6日 杨凌 7月6日 咸阳市 7月7日 西安市 7月11日 内蒙古自治区 呼和浩特市 7月12日 鄂尔多斯市 7月12日 包头市 7月13日 赤峰市 7月14日 黑龙江省 齐齐哈尔市 7月15日 大庆市 7月16日 哈尔滨市 7月17日 吉林省 松原市 7月17日 长春市 7月18日 吉林市 7月19日 延吉市 7月20日 辽宁省 沈阳市 7月21日 本溪市 7月21日 辽阳市 7月21日 鞍山市 7月22日 大连市 7月23日 山东省 烟台市 7月23日 威海市 7月24日 青岛市 7月24日 日照市 7月25日 临沂市 7月25日 曲阜市 7月25日 泰安市 7月26日 济南市 7月28日 河南省 商丘市 7月28日 开封市 7月29日 郑州市 7月30日 洛阳市 7月31日 安阳市 8月1日 河北省 石家庄市 8月2日 秦皇岛市 8月3日 唐山市 8月4日-5日 天津市 8月3日-5日 四川省 待定 8月6日-8日 北京市