科技日報實習記者 孫瑜
“帶動三億人參與冰雪運動”的北京冬奧會正進行得如火如荼。2月5日，由武大靖、任子威、范可新、曲春雨組成的中國短道速滑團隊奪得北京冬奧會短道速滑混合團體2000米接力賽冠軍，拿下中國隊本屆冬奧會的首金。
2月6日，中國隊選手范可新、任子威、曲春雨、武大靖、張雨婷（從左至右）在獎牌頒發儀式上。新華社記者 鞠煥宗 攝
首金的産生被譽為“最快的冰遇見最亮的星”。
快而滑的冰面一直是冬奧會比賽最重要的運動舞臺之一。除了短道速滑，還有不少冬奧比賽項目都需要在冰面上展開激烈競技，如速度滑冰、花樣滑冰、冰壺、冰球等。
這一片“冰天雪地”與大自然的冰雪十分不同。它不僅是影響比賽成績的關鍵因素，也關係到運動員的競技安全。製作冬奧會比賽用冰，過程複雜、標準嚴苛，而且這片冰下，還“隱藏”著許多的科技成果。
不同賽事要用不同的冰
自然界中，水在低於0℃的環境下就會結冰。然而，“冬奧冰”的製成卻並非如此簡單。它不僅要做到形成時間快、表面光滑，還需滿足不同比賽項目對冰面溫度、厚度等的不同需求。
那麼，冬奧會不同冰上項目所需的冰有何不同？
中國隊本屆冬奧會首金項目短道速滑需要“最快的冰”，這就要求冰面厚度為3釐米到5釐米、冰面溫度為-7℃至-6℃。
短道速滑被稱為“短道”，其冰道每圈為111.12米。與其相比，被稱為“大道”的速度滑冰，冰道周長要長得多，為400米。所以，“大道”要求冰面厚度在2.5釐米到3釐米，理想冰面溫度為-9℃至-5℃。
被譽為“冰上舞蹈”的花樣滑冰對冰面厚度要求為6釐米到7釐米、冰面溫度要求為-4℃至-3℃。為了美觀，運動員還會穿著比較輕便、閃亮的服裝，所以室溫還要營造出溫暖如春的感覺。
除了滑冰，冬奧會賽場上還有冰球、冰壺等冰上項目，它們對“冬奧冰”也提出了不同的要求。
澆冰車進行底冰澆築作業。新華社 發
冰球與冰壺比賽要求冰面溫度在-6℃，而且要求冰面極為平整。在冰壺比賽中，冰面1毫米的平坦度偏差，都會對冰壺的走向産生很大影響，進而影響選手的發揮。在國家體育館冰球項目比賽場地上，1800平方米的冰面要求為一個水準面，誤差不得超過0.5毫米，此次冬奧會的中國制冰團隊，更是力爭將誤差控制在0.1毫米—0.2毫米。
冬奧不同比賽用冰要求不同溫度、厚度，歸根結底是因為各項比賽需要不同硬度的冰。冰面溫度、厚度將影響冰面的硬度，從而影響運動員的發揮。
以花樣滑冰為例，如果冰面溫度太低，運動員起跳、下落時，冰面就容易崩裂；如果溫度高了，冰面就會變軟，運動員就會感覺冰刀“拔不出來”，影響起跳。速度型的短道速滑等項目，對於冰溫要求更低，這樣冰面會更硬，能給運動員提供更好的力度支撐，也便於提速。
打造“冬奧冰”有這些門道
為了滿足冬奧會各個比賽項目的用冰需求，中國的制冰團隊鉚足勁兒，早早開始了準備。
通常來説，制冰過程由製作基礎冰、噴白漆、粘貼標識並畫線、製作表面冰等步驟構成。在開始制冰前，還要進行深度的地板清潔，在地板預冷12小時—18小時之後，即可開始製作基礎冰。
製作基礎冰可視為“打地基”環節，其中保證基礎冰的平整極其重要。如果沒有讓基礎冰和混凝土地面完全貼合，運動員踩上去後可能會導致冰開裂。因而，基礎冰需要制冰師用噴棒均勻地把水灑在賽場的每一個點上，製成約2釐米厚的冰層。
鋪完基礎冰後的賽場，還不是觀眾所熟悉的“奶白色”冰場。這是因為制冰師還未完成噴白漆的工作。通過向基礎冰層噴白漆，原本透出混凝土地面顏色的冰就會變成更好看的奶白色。
等白漆固定後，制冰師粘貼標識並按照比例將稱好的油漆與軟水進行混合，開始畫線工作，畫線的位置和寬度都需要符合國際冰聯標準要求。
完成粘貼標識和畫線後，便可開始製作厚度約為3釐米的表面冰。最後用掃冰車打磨、找平，制冰工作才算真正完成。與此同時，還要滿足任意3平方米內的冰面最大高度差不能超過2毫米的平整度要求。
如果是製作冰壺賽道，還需制冰師進行“打點”工作，即在冰面上噴灑純凈水，形成均勻的冰粒，並用掃冰機將賽道刮出需要的高度和形狀。
在制冰環節中，保證精準度是一大難點。例如，制冰師需要在制冰管上澆水，使水凍成冰，形成一整塊冰面。在這個過程中，如果制冰師澆水時步伐速度不一致，就容易造成冰面凍結後厚度不一致。因此，制冰師在製作冰面時，既有時限要求，又需精準控制。
這意味著制冰是個“體力活”。“臟活累活比較多，工具很重，冰場很冷。有時候，要在-6℃的冰面上連續工作16到18個小時。”北京冬奧會冰壺場地制冰師張芷源説。
科技加持保障比賽用冰
除了“體力活”，制冰工作還有不少科技成果加持的“技術活”。
北京冬奧會首次採用了清潔低碳的二氧化碳跨臨界直冷制冰技術。這是目前世界上最環保的制冰技術，碳排放趨近於零，有助於打造出最快、最環保的冰面。相較于傳統的制冰技術，它不僅將能效提升了20%以上，冰面溫差可控制在0.5℃以內，製成的冰也更加均勻，不會出現各個部位溫度不一樣、冰面硬度不均勻的情況。
北京大學教授、國際天然工質研究領域知名專家張信榮認為，二氧化碳跨臨界直冷制冰技術具有安全性高、能耗和運作成本低、環境友好等優點，且全部熱量可回收利用，是冰上場館能源系統中最有前景的工質之一，可使場館能源系統冷熱一體化高效運作，在全球範圍內都具有廣闊的應用前景。
國際單項體育組織專家曾建議採用國際慣用的環保制冰技術，但中國團隊經過1年半的摸索，決定選擇二氧化碳跨臨界直冷制冰技術。
二氧化碳跨臨界直冷制冰，就是將氣態二氧化碳通過加溫加壓形成超臨界二氧化碳流體，再對超臨界二氧化碳流體進行降溫降壓達到-20℃至-15℃，再相變蒸發吸熱完成製冷和制冰的過程。
國家速滑館“冰絲帶”是全球首個採用二氧化碳跨臨界直冷制冰技術的冬奧會賽場。在“冰絲帶”裏，1.2萬平方米晶瑩剔透的冰面為世界觀眾展現了精彩絕倫的競技場景。
資料圖：國家速滑館冰面。新華社記者 張晨霖 攝
此外，監測系統也是冰上項目的得力“助手”。昔日的“水立方”、如今的“冰立方”場館的工作人員，就特意為冰壺賽場建立了一套“健康監測”系統，包含加速感測器、應變感測器、環境溫度感測器等，不僅能監測結構的變形、震動，還能監測環境溫度和整體結構傾角，對結構的安全性和比賽舒適度進行實時評估。
智慧建築管理系統也為冬奧賽場貢獻了科技力量。
冰立方場館運營部責任工程師、國際制冰師助理張金泉表示，冰壺比賽對賽場環境要求嚴苛，現場的溫度必須按照冰面溫度、冰面以上1.5米高度溫度、看臺溫度3層控制，每層的溫度控制都要達到高精度。“冰立方”升級了智慧建築管理系統，增加了除濕功能，以確保賽場的冰面品質。
延伸閱讀
“冬奧冰”的進化史
1924年，第一屆冬奧會在法國小鎮夏蒙尼舉辦。
位於勃朗峰腳下的夏蒙尼平均海拔1050米，是全歐洲有名的滑雪勝地，也是當時法國唯一一個可以坐火車直接抵達的滑雪小鎮。
為了迎接冬奧盛事，東道主夏蒙尼新建了一個冰場，供滑冰和冰球比賽使用，其他項目在原有的自然場地進行。
然而，天公不作美。冬奧會舉辦前一個月，一場“當地居民有生以來從未見過的大雪”讓滑冰場積雪厚達一米多。組委會不得不組織人馬來清理冰面上的積雪。在工作即將完成時，氣溫又突然回升，連續多天的降雨把冰場澆成了湖面。幸好，最終冷空氣抵達，挽救了整個大會。
從此，如何用“智慧”保障賽場這片“冰天雪地”成為冬奧會主辦城市思慮的首要問題。
1960年，第八屆冬奧會在美國斯闊谷召開。這屆冬奧會首次使用人工造冰技術來保障冬奧會用冰，由一個冷凍廠為滑冰館提供比賽用冰並進行冰面維護，人們開始擺脫對自然冰的依賴。
時間轉瞬來到1988年。舉辦第十五屆冬奧會的加拿大城市卡爾加裏，熱鬧非凡。這屆冬奧會堪稱科技造冰的典範——建造了世界上首個有400米速滑跑道的全封閉滑冰場，將所有滑冰比賽安排在室內進行。
這個全封閉滑冰場位於卡爾加裏大學校園內。它是一座有著銀白色屋頂的圓形建築，可進行自然採光。在一個採訪視頻中，這座滑冰場的管理者，也是冰面建造師之一的資深制冰師馬克·麥瑟説，制冰師採用多台機器觀測溫度、濕度等環境因素對冰的影響，從而打造出那時“最快的冰”。
許多世界紀錄留在了這座滑冰場的冰面上。從此，“最快的冰”成為冬奧會制冰的追求目標。
2002年，美國鹽湖城冬奧會的滑冰場令不少參賽運動員讚不絕口。由於得天獨厚的條件，這座高原冰場幫助運動員創下諸多佳績，有9項速度滑冰冬奧紀錄被打破。2019年，國際滑聯世界盃速滑總決賽期間，運動員也在這裡刷新了6項世界紀錄。
2022年北京冬奧會也瞄準了“最快的冰”。在申辦冬奧會成功後，中國就開始了制冰“黑科技”的準備過程，不僅邀請馬克·麥瑟加盟打造“最快的冰”，更是採用了二氧化碳制冰技術，開創了“最環保的冰”。
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