揭秘北京奧運會上的重大技術裝備

無論是高科技“全副武裝”的奧運場館，還是“數字奧運”、“平安奧運”的打造，裝備工業無處不在充實著“科技奧運”的內涵。而“綠色奧運”的主題，也離不開裝備工業的貢獻。

“鳥巢”到底有多強?新能源汽車有多少輛?保障平安奧運的安保設備有哪些?“數字奧運”有多少科技含量?“綠色奧運”需要哪些技術支撐?

2008年7月15日于北京國際新聞中心舉行的“科技與奧運”新聞發布會上，來自科技部、中國航天科工集團、國家體育場有限責任公司與國家游泳中心有限責任公司等部門的有關負責人和專家，面對臺下眾多的中外記者一一予以了解答。

“國家體育場設計壽命是100年，抗震是8級烈度。”國家體育場有限責任公司副總經理張恒利對記者說，“它不但外形強悍，實際也很強悍。”張恒利介紹，能達到這樣的抗震指標，和鋼構設計密切相關。

2008年6月20日，中國自主研制的氫燃料電池轎車走出實驗室，駛進奧運會場。一批批先進一流的奧運裝備和新能源的使用，不僅可以有效控制和減輕北京及周邊地區大氣污染，倡導綠色環保的生活方式，同時也是對北京奧運會三大主題的極好詮釋。

“結合新能源汽車在奧運會中的使用，科技部正在和部分地區一起推動‘10乘1000’行動。”科技部發展計劃司副司長秦勇介紹，該行動是指在10個城市中，各投入1000輛新能源汽車，包括電動汽車、混合動力汽車和燃料電池汽車。

2008年6月28日，北京舉行了一次奧運安保實兵演練。通過此次演練，測試了北京賽區安保指揮部和各場館安保指揮、通訊、車輛、器材、武器、執勤服裝等各類執勤裝備實際應用的效果。

據有關專家解釋，科技奧運涉及到信息化、交通、環境、安全、場館設施和體育科研等多個領域。而科技奧運的五大戰略則包括了：數字奧運戰略、新建筑戰略、新材料戰略、環保科技戰略、生物醫藥科技戰略。

據統計，奧運在北京催生了8000多個項目、9000多個工地、10000多個塔吊、1.4億平方米建筑面積……，而這一切全部需要由裝備工業來參與。本屆奧運會上將會出現一些新裝備，這些高科技裝備不但成為北京奧運的“護航使者”，還閃現出了極具中國特色的智慧光芒。

“科技奧運”的概念最早提出是在1972年第20屆慕尼黑奧運會上。其電子設備的卓越表現將“技術奧運會”的魅力發揮得淋漓盡致：由于當時光電測距儀和精度可達1/1000秒的電子計時器的精彩表現，使得高速攝影攝像設備、激光裝置、計算機等高科技設備迅速裝備到奧運會中。時至今日這些裝備不但是裁判員和奧運賽場不可缺少的工具，更是普通人觀看奧運、參與奧運、理解奧運最重要的平臺，可以毫不夸張地說科技奧運的理念已經滲透在人們的思維之中。

2008北京“奧運科技行動計劃”主要包括7個方面內容：奧運場區交通實現“零排放”;奧運場館綠色能源供應達到26%;北京市區主干道群體交通誘導達80%以上;奧運場館工程多年平均雨水綜合利用率超過80%;奧運場館中水回用、污水處理再生利用率達到100%;奧運工程采用半導體照明節約景觀照明能源達70%;奧運會工程用地的綠化率達78%。而這一計劃的實施，必須依靠龐大的裝備工業來支撐。我們國家各行各業群策群力，為奧運會研究出了多種多樣的新型裝備。

今年3月，科技部部長萬鋼表示，北京奧運會的籌辦，將帶動一批高質量的科技成果在場館建設、節能減排、城市建設等方面的應用，使大批科技創新成果在奧運會籌辦工作中得到展示，推動“綠色奧運、科技奧運、人文奧運”理念的實現。

科技奧運從理念到實現的過程，是對奧運強有力的支撐，也促進了許多科技成果的轉化。

高科技裝備的奧運建筑

2008年5月10日晚，奧運中心區2500多盞路燈全部開亮。獨特的火炬型步道燈設計，與夜幕中的“鳥巢”、水立方交相輝映，氣勢磅礴。

“鳥巢”是目前世界上最大的鋼結構體育場。外形結構主要由巨大的門式鋼架組成，共有24根桁架柱，鋼結構大量采用由鋼板焊接而成的箱形構件，交叉布置的主桁架與屋面及立面的次結構一起形成了“鳥巢”的特殊建筑造型。

“鳥巢”所使用的是一種低合金高強度Q460規格的鋼材。它在受力強度達到460兆帕時才會發生塑性變形，這個強度要比一般鋼材大，因此生產難度很大;國家標準中，Q460的最大厚度也僅有100毫米，而此次使用的鋼板厚度達到110毫米，這在以前是絕無僅有的。

在“鳥巢”頂部的網架結構外表面貼有一層半透明的膜。這種膜可使體育場內的光線通過時產生漫反射而不是直射，因此顯得光線更柔和，由此形成的漫射光還可解決場內草坪的維護問題，同時還有為座席遮風擋雨的功能。

“水立方”采用國際首創的空心多面體結構，根據細胞排列形式和肥皂泡天然結構設計而成。外面包裹的是世界上規模最大的ETFE膜，這種ETFE膜(乙烯-四氟乙烯共聚物)是一種輕質新型材料，不僅具有有效的熱學性能和透光性，更可以調節室內環境，簡而言之就是具有冬季保溫、夏季散熱的功能，除此之外這種材料還能避免建筑結構受到游泳中心內部環境的侵蝕。

“水立方”的墻面和屋頂都分內外三層，沒有一個零件在空間定位上是完全平行的，設計人員把所有工件在三維空間上一一標出了坐標，30513個工件，91539個坐標值使整個施工圖紙堆了兩尺多高。

老山自行車館形似“飛碟”，其鋼屋架為雙層球面網殼結構，跨度133米，中心點高33米。在室內仰望屋頂，可看見鱗次櫛比的各種大小鋼架環環相扣，織成一張巨大的圓形“蜘蛛網”。建設者們使用了拔桿，對鋼屋蓋采取了整體提升逐步擴散的方法：在地面上拼裝鋼屋架，由于屋蓋是拱形的，這樣每拼裝一圈，就將支撐在屋蓋底下的拔桿往外挪一圈，而屋蓋高度也隨之提高。當整個鋼屋架拼裝完畢的時候，它的高度也被抬到二層看臺上面，被冠之以“鋼結構巨型網殼施工技術”的名稱。

國家體育館的屋頂為四邊形，預應力鋼索在南北和東西兩個方向上都有，而南北144.5米，東西114米的超大規模，建設者獨創了一種特殊的施工工藝：把整個鋼屋頂結構從南北向上分成數十塊“切片”，再將一塊塊切片在鋼支架上從東到西推到預定位置，最后連成一體。

北京射擊館場館使用了獨具特色的生態型呼吸式雙層幕墻結構。這種結構在外層幕墻與樓面之間設置鋁合金開窗，外側幕墻上下兩端分別設置了通風口，上面為進風口、下面為出風口。在雙層幕墻之間安裝有溫度感應裝置，可以根據溫度的變化，把冷風和熱風與室內空氣進行交換，實現自然通風對流，從而利用室外自然風調節室內溫度。夏季，射擊館與雙層幕墻間連通的窗戶會被關閉，進入這個空間的室外熱空氣會被直接排出，不會進入場館內部，從而降低室內空調的能耗;冬季，進入雙層幕墻的冷空氣可在中間夾層內經陽光照射提高溫度，再通過透氣窗進入場館內部，達到提高室溫的效果。

如果說奧運場館是地面上的顆顆明珠，那串起它的就是北京的交通設施。奧運期間運營的軌道線路將增至8條，除目前已經投入運營的軌道線路外，還將投入運營的軌道線路有地鐵10號線、奧運支線、5號線以及機場線。與此同時交付的還有公交屯車場、公交港灣、出租車自行車停車區、新建道路、道路整修、道路出入口、人行天橋和地下通道、盲道和無障礙坡道等設施。此外北京還將建設4個交通樞紐，分別為西直門、東直門、一畝園公交樞紐、西客站客運樞紐。在南中軸快速公交系統(BRT)線路的基礎上，建設安立路、朝陽路及阜石路三條BRT線路。

交通設施的正常運轉則需要一個“大腦”來指揮，而智能交通系統(ITS)通過把先進的信息、數據通信、電子控制以及計算機處理技術綜合運用于交通運輸體系，從而建立起全方位、大范圍發揮作用的一種新型智能系統。開展智能交通系統的建設是科技奧運的一項解決北京交通擁堵的重要途徑。

數字奧運裝備

數字奧運是適應全球進入信息社會，推進首都信息化高速發展，實現“科技奧運”承諾的系統工程。作為“科技奧運”的重要組成部分，北京奧運信息系統的先進性值得期待。

“信息系統”標準

北京奧運會將有10000臺個人電腦、1000臺服務器、1000臺網絡設備以及50多套軟件部署在7個城市、70多個競賽和非競賽場館。要把所有技術伙伴的產品集結在一起，需要一份系統的集成方案，而集成方案的設計和相關系統的開發是由作為全球合作伙伴的源汛承擔的。

源汛為奧運會提供的信息系統總集成包括兩方面：一是協助組委會提供奧運會所需的所有系統，包括交通、住宿、運動員資格的注冊審查等;二是在奧運會期間提供比賽成績、賽事信息等。無論是報紙、互聯網，還是電視轉播商，登載播發賽事信息，都將首先通過這套系統發出來。

在集成方案設計與系統開發的同時，設備分配小組同時成立。設備分配小組成員由國際奧委會(IOC)官員和北京奧組委技術指揮中心(TOC)的專家組成，由他們根據場館的需要設定標準，與TOP合作伙伴聯系供貨，為各個場館安裝設備。設備安裝的標準有二：一是通盤考慮，不會為某個場館、某個人單獨增加設備;二是從業務和技術需求考慮，如電腦的設備等。

另一方面，由于安放服務器的數據中心機房空間比較狹小，高密度運行著多種電器設備，并且要求每周7天每天24小時不停機運行，數據中心在使用中會出現大量熱量，導致散熱系統不堪重負。

一些IT企業推出了一種能夠有效降低能耗的綠色數據中心改造解決方案(GDCT)，它采用能量智控技術和實驗室前沿研究成果，通過量身定制的評估和站點規劃服務，使數據中心能夠做到更高效的規劃和更合理地利用現有資源，從而實現將數據中心能耗降低至少10%～25%目標。與此同時，通過對現有數據中心優化改造，配以實施智能冷卻服務，實現溫度、風量、壓力等的動態控制調整，就可以使IT設備的制冷能耗降低20%～45%。

不僅如此，數字北京大廈也將為奧運會提供通信、信息服務和信息安全保障。這座大廈是一座智能化、高科技的電信通訊機房及辦公大樓，是政府數據和奧運技術支持中心。奧運過后，將作為市政府信息資源、信息安全、應急指揮和信息服務的信息化中心及奧林匹克中心區與周邊地區的通信樞紐。

奧運照明監測系統

奧林匹克公園中心區IPV6數字化網絡照明控制系統主要是建立一套基于IPV6的照明控制與管理軟件平臺，對奧林匹克公園中心區景觀工程的室外照明，2萬多只燈，上億個LED進行綜合大規模控制，這種在自動化控制中引入IPV6，國內外尚無先例。

“水立方”的照明采用空腔內透光的方式，這一方式的成功實現也將是世界上最大的膜結構建筑的LED景觀照明方案。通過定制開發的一次、二次光學透鏡，在不影響燈具整體光通量的情況下，對光束進行重新分布、整理，達到在不同曲面、不同泛光照明部位下的場景實現。

LED照明技術具有亮度高、使用壽命長、節能、綠色環保、光分布易于控制、色彩豐富等顯著優勢，在色彩效果相近的情況下與熒光燈相比：節省能源至少在60%以上、不含汞、無廢棄物、無紫外線，是人類照明史上繼白熾燈、熒光燈之后的新的照明革命，并且這是在奧運史上第一次使用半導體LED照明技術。

高清晰度電視轉播

本屆奧運會北京將首次全部采用高清技術進行電視轉播。中央電視臺將與比利時阿爾法電視集團攜手轉播，阿爾法集團將派出超過14輛轉播車以及100多名技術人員前往中國，而中央電視臺將使用直升機，并配備高清吊艙、高清航拍球和微波中繼，屆時將用于開幕式和一些重要比賽的空中拍攝或空中支持。

此次中央電視臺將用七個頻道包括CCTV-1、CCTV-2、CCTV-5(奧運頻道)、CCTV-7(賽事精編頻道)、CCTV-高清以及足球、網球2個付費頻道轉播奧運。

有線電視屏幕監控賽場

青島奧帆賽上觀眾無需登船下海，就可以欣賞到精彩的帆船比賽。在奧帆中心所有場館的公共區域共部署了60塊有線電視屏幕，該系統將為媒體提供采集、傳輸、輔助評論、分布等全方位的信息服務。同時今年新增的信息服務中心將安排專業攝影提供從水下到有線電視系統上。從準備、氣象、賽程規則介紹到賽事實況、返航情況的全過程視頻采集，并將采集到的內容發布。

青島為奧運帆船比賽籌建一套數字氣象綜合探測系統，主要包括新一代天氣雷達、32個自動氣象站和海洋氣象臺，該系統主要圍繞全面提高為奧運帆船比賽氣象保障能力進行布局和組織，用于天氣預報業務和直接向用戶提供實況監測信息服務。

奧運專用小衛星

本屆奧運會將啟用專用小衛星，其重量在35千克以下，具有觀測精度高、覆蓋寬、重訪周期快等特點，將是奧運史上第一顆專為奧運會服務的小衛星。主要作用是為奧運會期間的交通、奧運賽事、緊急事件進行實時監測，并提供及時服務;也能利用其自身的虛擬現實技術，建立虛擬的場館表現，可以更直觀地看到未來真實的場景，用來判斷設計與周圍環境是否和諧，設備是否完備，人流設計是否合理;同時也將為北京及周邊的環境資源利用、城市區域規劃、災害監測提供技術保障。

為奧運會“保駕護航”的氣象衛星服務計劃將由風云一號D衛星、風云二號和風云三號等6顆衛星擔任，其風云三號中的某些技術指標已經超過美國同類產品。

平安奧運裝備

本屆奧運會，參賽運動員將達到創紀錄的11000人，媒體記者為5萬人左右，國內國際游客超過百萬，此外，已有80多位各國首腦明確宣布將出席北京奧運開幕式。如此龐大的規模令奧運安保工作倍感壓力。為了保證奧運會的順利召開，各種各樣的安保裝備將被用在奧運賽場。

人臉識別系統

人臉識別系統就其技術本質而言，就是通過視頻采集設備獲取用戶的面部圖像，再利用核心的算法對其臉部的五官位置、臉型和角度進行計算分析，進而和自身數據庫里已有的范本進行比對，最后判斷出用戶的真實身份。　　 這是一項高端的計算機圖像處理技術，其利用的是骨骼識別原理，主要特點為吞吐量很大，動態抓拍能力強，最快反應速度僅為0.01秒。2008年將有10多億人的信息進入北京奧運場館的人臉識別系統數據庫，每個比賽場館安裝的探頭數量可能會是數百個甚至多達數千個，從而全部實施監控，這是百年奧運第一次與人臉識別技術真正結緣。這一技術將在地鐵和商場推廣應用，近兩年北京將有500個大型商場安裝這一系統。

進入奧運區，除了自動人臉識別系統外，還要通過攝像機自動識別系統、人員通行考勤、外人登記等重重關卡以驗證進入者證件的真偽。攝像機自動識別系統一旦發現危險人物，就會向網絡報警中心報警。安保系統還能夠根據人臉等生物特征智能查詢進出門紀錄，可疑面孔一經錄入識別系統，就會被禁止進入奧運區域。

食品安全檢測車

奧運食品安全追溯系統，綜合運用IC卡、RFID電子標簽的智能讀寫、加密通信等功能，結合對運輸車輛的GPS定位系統和溫度濕度自動記錄裝置，實現從生產基地經加工企業、物流配送中心到奧運村的全過程控制。在北京市食品安全辦公室設立了全市共享的食品安全追溯數據中心，對各類食品的安全追溯信息進行歸集、查詢、分析、評估、跟蹤、預警。

食品安全檢測車將在奧運比賽場館等人流量密集地區投入使用。一輛食品安全檢測車配備有全自動食品綜合分析儀、半自動食品綜合分析儀、熒光法微生物(細菌總數)快速檢測系統、農藥殘留快速檢測儀、肉類水分快速測定儀和食品安全快速檢測箱等，可以對水產品防腐劑、月餅微生物、大米農藥殘留等各項食品安全指標進行快速檢測和常規食品理化檢測，具有食品、化學品液體、氣體的采樣、儲存、運送功能，且滿足衛生防疫要求，全部檢測項目均能在30分鐘內完成，而絕大部分檢測項目在3-10分鐘內就能“搞定”。

興奮劑檢測設備

奧運會期間中國反興奮劑中心配備了安捷倫興奮劑檢測設備，還從國外引進了高效液相色譜(HPLC)、氣質聯用(GC-MS)、氣相色譜(GC)、液質聯用(LC-MS)、酶標儀、ELISA試劑盒及試紙等快速檢測設備，用來確認樣本中禁用的化學物質，包括瘦肉精在內的違禁藥物將被監測出來。

DFSGC/MS高分辨磁式氣相色譜和質譜聯用儀和DELTAVGC/C/IRMS同位素質譜系統，將承擔本屆奧運會反興奮劑確認分析的任務。

DFS高分辨雙聚焦磁質譜不同于以往型號的高分辨磁質譜儀，采用了最新的離子光學理論，是15年來第一臺完全新型的雙聚焦質譜儀。DFS新穎的磁場和電場分析器設計提供目標化合物的最高靈敏度，常規分析飛克數量級(10-15)目標化合物輕而易舉。DFS高分辨率質譜儀靈敏度一直居于行業領先，超過其他同類產品8-9倍，可輕松應對尿檢中少至納克級甚至更低的代謝產物的準確定性和定量，更大程度保證定性和定量檢測結果準確性。高度自動化程度，大大減少人為操作誤差的可能。獨有氣相色譜-高分辨率質譜聯用技術，為DFS高分辨磁質譜還專門配備了2臺氣相色譜作為“助手”，通過二臺氣相色譜交替為DFS高分辨率質譜儀提供樣品，節省了氣相色譜走完程序升溫后必須冷卻才能為下一個樣品進樣的準備時間，從而提高了工作效率。高靈敏度的DELTAV同位素質譜儀可辯別出尿中的睪酮是內源分泌的，還是外源加入的，準確率接近100%。

生化分析儀器及安保裝備

北京奧運會將應用大量生化分析儀器。為了保護中國免受恐怖襲擊，這次北京奧運會和協辦城市上海用于機場安全防范的SGS輻射探測系統、紅外檢測系統都是國際上最先進的設備。所謂紅外檢測儀，是專門用來檢測人體炸彈的，即使只攜帶了微量的炸藥，紅外檢測儀也能立即發出報警信號。

代步車

在北京奧運會場館的安保中出現的一大亮點就是代步車，這種兩輪代步車貌似簡單，卻是個智能化的代步工具，可以和使用者“心有靈犀”。使用者站在車上，身體稍微傾斜，它就會向前加速，騎起來不像普通自行車那樣用力，非常輕盈。最快時速能達到20公里，而一般人步行的時速是3至5公里。由于車子內安裝了平衡系統和感應系統，使用起來非常安全。

之所以如此方便就是利用了動態平衡原理，當身體移動時，動作中的重心會不斷改變，并達到平衡。如同人體站立前傾時會失去平衡，但人體天生的平衡器官會告知大腦這一情形，并由大腦下達移動腳步的指令以維持平衡。代步車用輪取代了腳的功能，復制了人類高精密的平衡動作。

這輛比自行車還小的代步車，處處體現著北京奧運的環保理念。它的動力采用的是新能源鋰電池，沒有任何尾氣排放，充滿電最多可行駛40公里。

當然不僅在北京奧運會上會出現這么多裝備，奧運火炬傳遞過程中也有很多：火炬接力車隊由19輛汽車、6輛摩托車組成長800米的車隊。車隊包括警車、先導車、火炬手投放車、火炬手搜集車、媒體車、禮賓車、安保車、救護車、收尾工作車等。

綠色奧運裝備

2008年5月8日，科技部部長萬鋼在回答中外記者科技奧運進展情況時提到，按國際標準估算，北京奧運會期間的二氧化碳排放數量約為118萬噸，通過成功應用新能源汽車、太陽能發電、半導體照明等節能環保新技術及其他有效措施，北京奧運會期間將可以減少二氧化碳排放101～129萬噸。

作為北京奧運會主體育場的國家體育場采用單晶硅、不可逆流、無儲能的太陽能光伏發電技術，設計安裝了100千瓦太陽能光伏發電工程，太陽能電池板分別安裝在屋頂天窗、玻璃幕墻上，日均發電量超過200千瓦時，可為15000平方米的地下車庫提供充足的照明電力，預計將節省標準煤103.8噸/年，節水1038.06噸/年。同時還具有為建筑物遮陽、采光、擋雨的維護結構功能。而且其光伏電池板與建筑外觀融為一體，能直觀地向公眾展示太陽能光電利用技術。

“鳥巢”總面積8000平方米左右的足球場下，埋著312口地源熱泵系統井。這是利用井水冬暖夏涼的原理，通過地埋換熱管達到節省能源的目的。作為首次使用太陽能系統的大型體育場，12個安檢棚上都安裝了太陽能光伏發電裝置，所產生的電力直接并入國家體育場的電力供應系統。無錫尚德太陽能電力有限公司為鳥巢提供了1000萬元的太陽能光電設備。

朝陽公園沙灘排球場的“追日型”太陽能發電系統可隨著不同時段太陽光線的轉移，隨時變換電池的旋轉角度，從而最大限度地吸收太陽能。位于沙灘排球場東北角的11千瓦全自動“追日型”太陽能發電系統，由于為遠程控制，其太陽能電池可實現270°左右的“追日”旋轉，因此發電功率比一般的太陽能系統高30%以上，是目前世界上轉換效率最高的太陽能發電系統。

北京科技大學體育館里148套8米長的光導管則是該場館所采取的最特殊技術，也是所有場館中最先進、使用最多的光導管照明系統，能把80%的太陽光傳導到場館內部，就像一盞盞不用電的燈。由于光導管是密閉的，可有效地節省維護費用。此外，光導管在白天采集光源照亮室內，晚上則可以將室內的燈光通過屋頂的采光罩傳出，起到美化夜景的效果。

奧運村是供暖制冷總面積達41.05萬平方米的建筑群。為了在綠色環保的同時兼顧奧運村賽時和賽后巨大的冷、熱需求，奧運村再生水熱能綜合利用系統是可行的且具有綠色顯示度的可再生能源解決方案，如此大規模的再生水熱利用在我國還是首次。總投資約9725萬元的目前國內最大規模應用再生水熱泵系統，每年可減少用煤約1500噸，減排二氧化碳約3600噸、二氧化硫和氮氧化物約60噸。

青島奧帆中心在建設過程中成功引進海水源熱泵空調系統并運用到媒體中心，通過利用溫度相對穩定的海水作為冷熱源，提供制冷、供暖和生活熱水所需冷熱量。