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智繪亮麗的奧運風景——「科技奧運」向世界報告之二
本報北京7月13日電(記者 向傑 李艷)
七年前，申奧成功喜訊傳來，「科技奧運」的理念功不可沒。時光荏苒，北京奧運已快步來到了人們眼前，這場世界體育盛會因注入了最新科技而愈發完美。
籌辦伊始，包括中國科學院、中國工程院、清華大學等在內的一大批科研院所和大學以及數百名優秀的科學家直接參加到了科技奧運建設工作中。以兩院院士為主的專家組和擁有400多名專家的諮詢專家庫成為科技奧運建設的寶貴資源。與此同時，與歐盟、德國、希臘、美國、澳大利亞等國家在數字奧運、綠色奧運資源規劃、運動科技、氣象科研等領域展開全方位、多層次的科技奧運國際合作。
七年的時間裡，一個個奧運項目如期完工，眾多的科研難題被連連攻破，科技在每一個環節發揮著支撐作用。「科技奧運」的背後是眾多科研人員的不懈努力，承載著他們的上下求索。
新能源汽車成就「零排放」奧運
7月11日上午，奧運節能與新能源汽車示範運行交車儀式在北京奧體南區公交場站舉行，數百輛各式各樣的節能汽車投入奧運交通。這些節能與新能源汽車將提供奧運歷史上種類最多、技術最先進、規模最大的綠色運輸服務，為實現奧林匹克中心區域交通「零排放」，中心區域、周邊地區及奧林匹克交通優先路線「低排放」目標提供保障。
6月21日上午10時，121路公交車上，人並不是太多，這是北京首批投入載客運營的電動公交車中間的一輛。兩年前的同一天，這些車輛投入運營時，它們是我國第一批完全依靠電池作為動力的公交車，是我國首支、也是世界最大的「電動公交車隊」。
電動公交車的研發者之一、北京理工大學電動車輛工程技術中心副主任張承寧教授介紹，從首批純電動公交車在北京公交121線路上投入運行，現在累計投入運行的電動公交車已超過20輛，一度被質疑的電動客車速度慢、電池壽命短等問題已得到較好的解決。
當然，為奧運服務的車輛還有更多，它們有共同的特點就是清潔、環保、零排放。目前已基本落實500多輛清潔汽車奧運場區的應用。其中，50輛純電動客車、400輛純電動場地車和15輛純電動環衛車將在奧運中心區和各奧運場館使用。同時，擬實現混合動力75輛乘用車、30輛客車場館間固定線路的應用與使用，20輛燃料電池轎車、3輛燃料電池客車在奧運中心區、固定示範線路以及馬拉松等賽事中應用。
「屆時，在奧運中心區，奧運官員、教練員、運動員將聽不到汽車發動機的轟鳴，聞不到汽車尾氣，」電動公交車的另一位研發者、北京理工大學副校長孫逢春說，「我們自主研發的純電動客車將成為北京奧運的綠色載體、科技載體，在奧運會上完成一場萬眾矚目的實戰。」
這是人類在奧運史上第一次如此大規模的使用清潔能源汽車———在很多人眼裡，它的確就是一場看不見硝煙的戰爭，而第一槍早在7年前甚至更早時間就打響了……
只要說起我國的新能源汽車的發展，就絕對不能不提一個人，他就是現任科技部部長萬鋼。
2000年年底，在德國奧迪公司工作了11年的高級技術經理萬鋼受科技部原部長朱麗蘭之邀，以首席科學家的身份回國，被同濟大學正式聘任為教授、博導、新能源汽車工程中心主任，主持汽車新能源技術的研究工作。
稍作安頓，萬鋼便開始一邊做調研，一邊「遊說」新能源汽車計劃。他到北京，一週內馬不停蹄地拜訪了5個部級幹部。「在傳統汽車業製造上，我們落後國際先進水平20多年。而在清潔能源汽車發展上，外國比中國只領先幾步，國外的汽車廠家都是各自閉門研究，如果中國發揮體制研究優勢，很容易趕上甚至超過其他國家。發展新能源汽車既是中國汽車業戰略發展的機遇，也是必須要抓住的機會。」
接替朱麗蘭的科技部部長徐冠華，在與萬鋼一番長談之後，當場拍板：成立電動汽車重大專項組，前期先設立規劃組，萬鋼任規劃組組長。「你去規劃，不管多少我都支持」，「這件事情認定要干，哪怕是一路黑，你也要走到底。」
「電動汽車重大科技專項」於是成為「十五」期間科技部啟動的12個重大專項中最大的一個，5年間國家共投入8.8億多元人民幣。而為給北京奧運會使用綠色環保汽車提供技術支持，推動我國電動汽車的產業化，2002年科技部、中科院、教育部、國防科工委與北京市等在該重大專項的基礎上，共同組織實施科技奧運重大項目「電動汽車運行示範、研究開發及產業化」，項目由北京交通大學、北京理工大學、首科集團等單位共同承擔。
為了迎頭趕上國外同行，回到同濟的萬鋼一頭紮進實驗室。出差歸來，他家不返、辦公室不去，第一站先到實驗室。上海的冬天沒有暖氣，凌晨二三點，為了某個零部件的調試，萬鋼和同事們裹著買來的軍大衣，一盯就是到天亮。
奔馳公司研發部的副總裁科勒，在萬鋼回國後，看望過他幾次。第一次來，看到他裹軍大衣的研發條件，十分驚訝：「你為什麼要回來？」第二次來時，看法已有所改變：「你們的起步還是很快的。」到了第三次，科勒發出了由衷的感慨：「照這樣的速度，你們很快就可以趕上我們。」
2003年的第五屆上海國際工業博覽會上，由萬鋼團隊研發出的我國第一輛擁有完全自主知識產權的國產燃料電池轎車———「超越一號」甫一亮相，便吸引了萬眾目光。如果光看外形，「超越一號」是一輛市面上最普通不過的轎車。但是，當開動起來，人們就會感到它與傳統汽車有著很大的不同：聲音更輕，行駛更加平穩，轉向和制動也更加輕鬆，即使在不開啟發動機的情況下，仍可以正常使用空調，最為重要的是它排放的不是廢氣，而是清潔的水。
「事實證明，國外花30年研製出來的第一代產品，我們只用2年就完成了，萬鋼當年的判斷是正確的。」作為並肩戰鬥的夥伴，同濟大學汽車學院院長余卓平這樣感嘆。他說，截至2005年底，他們已申請專利796項，其中發明專利413項。
轉眼就到了2006年，萬鋼帶著他的最新研究成果「超越三號」汽車來到巴黎，參加世界上規模最大的清潔能源汽車大賽。結果，中國汽車在燃料電池組比賽中真的「超越」了通用、福特、日產等汽車巨頭，總成績與奔馳基本持平，而且在氫消耗、低噪音等單項指標中名列第一。我國駐法國大使激動地對萬鋼說，「當大使以來，我第一次在這種技術比賽中看到中國人，我很驕傲。」
2007年5月，萬鋼出任科技部部長。剛一上任，他便主動拜訪北京市的領導和奧組委，從新能源汽車進入奧運會賽場使用、水立方等奧運場館建設中節能新技術的應用等方面不遺餘力地推廣節能新技術。
就在今年六月底由本報主辦的「第七屆中國科學家論壇」上，萬鋼面對數千臺下聽眾再次提到，「在即將開始的北京奧運會上，近500輛各類電動汽車構成了奧運中心區的『零排放』，近百輛混合動力汽車、近千輛燃氣汽車實現奧運場館交通『低排放』，清潔交通成為科技奧運的一大亮點。」他認為，經過奧運會的歷練，我國節能與新能源汽車將進入規模產業化。
新設計、新理唸成就場館奇觀
不到一個月後，第29屆奧運會的熊熊聖火，將在全世界注視之下，在全場91000名觀眾的歡呼聲中，在被親切的稱為「鳥巢」的國家體育場中點燃。
從奧運會開幕到閉幕，短短17天，北京將迎來世界各地數以千計的官員嘉賓，數以萬計的運動員和記者，數以百萬計的觀眾。奧運場館設施，如何讓所有運動員充分發揮競技水平，讓所有觀眾安全、滿意地欣賞比賽？這些問題擺在奧運場館建設者面前，考驗著中國人的科技水平、設計與建設能力。
令人驕傲的是，以鳥巢和水立方為代表的奧運場館，不僅在設計上新意迭出，在綠色能源的使用上也很好地貫徹了「綠色奧運」的設計理念，在將設計變為實物的過程中，建設者們攻克了一系列設計和施工難題，成功打造了這兩個國際一流的精品工程。更重要的是，它們在貫徹「科技奧運」的同時真正實現了「人文奧運」，贏得了世人的肯定。
2007年，英國《泰晤士報》將其列為世界十大建設之首。因為它擁有多個世界之最：目前世界上規模最大、用鋼量最多、技術含量最高、結構最為複雜、施工難度空前的超大型鋼結構體育設施工程。
北京城建集團國家體育場工程總承包部總工程師李久林是這個非凡建築的主要建設者之一，他坦言，國家體育場是自己經手的最具難度的項目。「當看到圖紙的時候，感到它與以往的工程完全不同，有太多的問題是以前從來沒有接觸過的。而從有關資料看，國內外都沒有接觸過這麼複雜、難度這麼大的工程。」
對此，北京市「2008」工程建設指揮部副總工程師丁建明也深有同感，「鳥巢是最複雜、高新技術應用最突出的項目。它不僅設計理論是個突破，甚至在計算方面也是一個突破。」儘管現在計算軟件已經十分成熟了，但是仍不能滿足鳥巢這個工程的需要。因此，承建方甚至丁建明本人也針對這個問題研製開發了一些軟件，才終於滿足了鳥巢的計算工作。
李久林說：「鳥巢工程的最大特點在於，設計師追求的是雜亂無序、渾然天成的建築結構，只是在圖紙上畫出了一個造型，一條條曲線。而我們的工作就是把建築師靈光一現的造型和曲線用鋼材和水泥變成現實。」
鳥巢工程佔地面積20.4公頃，總建築面積約25.8萬平方米，簷高68.5米，東西長297米，南北長333米。整個建築呈橢圓的馬鞍形，外殼是由約4.8萬噸鋼結構有序編織成獨特的鳥巢狀。
在李久林看來，把鳥巢從圖紙一點點變成現實的過程中，最重要的一環就是自主創新。因為「鳥巢」建造上需要面臨並解決的一系列世界級技術難題「前無古人」，如果一項技術難題得不到有效解決，就會造成這個龐大的工程建設停滯。
面對這種形勢，李久林在各方的支持下積極組織並調動包括科研單位在內的各種社會資源，開展科技攻關和技術創新。針對「鳥巢」技術難題，成立了14個課題組。
2005年4月，鳥巢建設的場館結構設計及安全關鍵技術研究兩個課題，經專家論證將被列入國家科技攻關計劃。
親歷過鳥巢設計施工過程的人都知道，這個外觀極似鳥窩的建築，從設計到施工的每一步，無不是一個又一個世界級建築難題的集合體。沒有軟件，沒有先例，沒有經驗，所有的一切，僅限於美術圖案中藝術家的信筆勾勒，所有的線條沒有任何建築學上的規律可言，完全要由建築師根據10個交叉點的位置重構出建築的形狀，確定每個立柱與鋼構的位置、方向和角度，每個空間的大小、高低與形狀。中國建築師們的智慧，面臨著空前考驗。
途徑只一個：自己開發全新軟件，以10個交叉點為基礎，通過計算機把每一根美術線條逐一定位成鋼構，並最終「反演」出整個建築模型。「以前通過計算機輔助設計軟件製造模型的方法，對『鳥巢』來講完全不適用。」李久林說，「因為『鳥巢』 的鋼構和水泥柱群沒有任何規律可言，通過函數無法計算出來。」
李久林和同事們曾請一些實力雄厚的模型廠製作「鳥巢」模型，在其中一家花了5萬元製作出一個最終證明無法達到要求的模型後，其他廠家乾脆表示，不管給多少錢，這個模型也做不出來。
為瞭解決這一最初設計問題，李久林和他的同事們自力更生，自己設計軟件，將一百多次試驗中得出的一百多萬個數據條分縷析，最後根本解決了設計問題，並成功建出模型。
但這僅僅只是第一步。鳥巢隨後面臨的兩大難題更像是「不可能完成的任務」：一是碩大的鋼構中，單是鋼管就有1.2米見方，有的銲接厚度更達55毫米，並且由於鋼構呈不規則狀，需要把鋼管先行裁好，再拼接成需要的形狀；另一個是1300多個混凝土立柱沒有一條是直立的，並且每個立柱傾斜的方向、角度都不相同，其中最長的一根立柱長21米，傾斜度達60度。
這些難題別說在國內，就是在國際上也沒有任何一個現行方案能夠解決。顯然，採用傳統的施工方法，工程的質量和工效都無法保證。
為瞭解決這一難題，李久林和同事們想出了先在鋼管中置入鋼筋，然後依次套接鋼管使之成為一個較長鋼管，最後從鋼管底部向上注入水泥的方法，解決這一世界難題。單這一項，水泥柱的功效提高了3倍，比國外方案節省3700多萬元。更重要的是，在其他方案中，水泥柱不可能打那麼直！
北京城建集團國家體育場工程總承包部技術部部長、高級工程師楊慶德告訴記者，早在2005年初做基礎施工時，工程技術人員就開始進行這方面的科技攻關，請有關專家進行論證，且通過做試驗柱測得一系列數據，試驗成功以後，再大量鋪開。
「剛開始時，對這項施工工藝持反對意見的人很多。為了向人們證實工藝可行性以及安全、質量可靠性強，我們組織一班人在做試驗柱時尤其小心翼翼，有的人在平臺上看著混凝土是否往上升，關注上升速度多少、狀態如何？有的人負責觀察鋼柱內應力器在電腦中反映出的壓力曲線，還有的人負責觀察記錄混凝土泵儀表反映出的壓力值，做到各司其職，小心調試，試驗一次成功。在此基礎上，又做了2次不同高度、不同傾角的柱子，均獲成功。」想起當時一幕，楊慶德如今仍很激動。
鳥巢的看臺，被設計成像個邊緣高低起伏的「碗」，是環抱著賽場的收攏結構，而且上下層看臺之間有一部分交錯。這樣一來，無論觀眾坐在鳥巢的哪個位置，和比賽場地中心點之間的視線距離都在140米左右。鳥巢的下層膜採用吸聲膜材，能起到聲學吊頂的作用，配合鋼結構構件上設置的一些吸聲材料，以及場內使用的電聲擴音系統，使「鳥巢」內部的語音清晰度指標指數達到0.6———這個數字完全能保證坐在任何角落的觀眾都能清晰收聽到場內廣播。
與鳥巢一樣，水立方的設計、施工的過程也是一個不斷攻破技術難關的過程。最富創意的水立方外牆設計———用ETFE膜做的氣枕———通過「散拼」鋼結構組裝式新技術、膜結構和膜材料技術的採用，實現了從牆壁到天花板連接順暢自然，渾然天成。由內至外6至7層的氣枕上鑲嵌的紐扣大小的鍍點，有效地解決了建築聲學、溫度學、光學、能耗等帶來的一系列不可預知的因素。
最特別的是，外表柔弱的水立方身上卻有1.2萬個承重節點，這些節點能夠均勻地承擔建築物的重量。同時，水立方地上鋼結構與地下鋼筋混凝土完整地銲接在一起，使整個場館成為一個整體，達到了抗擊8級地震的標準。
信息技術成就個性化奧運服務
2008年北京奧運會召開時，參賽運動員1萬人，體育官員、教練員、裁判員1萬多人，媒體記者2萬多人，志願者5萬人，現場觀眾可達上千萬人次，境外遊客近百萬，全球電視觀眾和互聯網用戶數可達數十億。本屆奧運會規模大，涉及的用戶廣，用戶對移動通信的需求也比往屆更多，要求也更高。比如，國家體育場中近10萬觀眾都有通信需求，這是前所未有的通話密度，需要運營商為用戶提供多層次、個性化的信息服務，對運營商的通信保障提出了巨大的挑戰。
「許多用戶擔心突發大話務量，會不會影響手機用戶日常使用？」北京移動副總經理範雲軍告訴記者，這種擔心是不必要的，中國移動已經採用創新性的資源利用方案，將通信核心和遠端資源進行統一調配，解決了這一難題。此外，中國移動已經提前對網絡進行擴容，並制訂臨時應急預案。北京奧運會期間，本地用戶和漫遊至北京的手機用戶，將無須擔心手機自由溝通問題。
其實早在2003年，中國移動就啟動了針對奧運會移動通信的規劃。中國移動集團設計院高級工程師馬奔騰正是這一規劃設計的總負責人。他告訴記者，規劃伊始就確立了兩條基本原則：一是立足解決2008奧運急需解決的信息技術方面的問題；二是立足自主創新。
當時我國剛剛正式發佈信息技術領域裡的無線局域網強制性國家標準WAPI（無線局域網絡鑑別與保密基礎構架），身為信息技術專家的馬奔騰深知這一由我國有關部門掌握著加密核心的技術所具有的深遠意義。相比較現行的在安全性方面非常脆弱802.11B局域網無線傳輸協議，WAPI採用我國國家密碼管理委員會辦公室批準的獨特算法，實現了設備的身份鑑別、訪問控制和用戶信息在無線傳輸狀態下的加密保護。此外WAPI從應用模式上分為單點式和集中式兩種，可以徹底扭轉目前無線局域網採用多種安全機制並存且互不兼容的現狀，從根本上解決安全問題和兼容性問題。
有了這樣的技術基礎，馬奔騰等人開始在北京奧運無線局域網構建上大展拳腳。 「2008北京奧運會將是奧運會史上首次使用無線局域網，而這一網絡的主要用戶是參加奧運會報導的媒體記者。」馬奔騰在想，如何為這些記者提供方便快捷的通信服務，減輕一些他們在奧運期間繁重的報導負擔，前國際奧委會主席薩馬蘭奇不是曾經說過「奧運會的成功與否是由媒體做出評判的」嗎？
靈感來自一瞬間。在一些場合見到記者們帶著大包小包的採訪器材來回奔波的身影，馬奔騰一個想法浮現出來，讓他們「即拍即傳」。簡單的說，就是記者們能夠隨時隨地通過中國移動構建的無線網絡將他們改採寫的、所拍攝的傳回到後方編輯部門。
到後來，經過反覆論證和細化，在科技部和北京市科委的項目和資金支持下，馬奔騰的這一想法變為了一幅要豐富得多的場景：清晨奧運採訪記者起床後，用具有對講功能和定位功能的無線移動通訊手機，通過中國移動媒體服務門戶預定一天的採訪對象，服務門戶把記者的預定信息發送到被採訪對象的手機上，到時間向雙方進行提前通知和預約；在去比賽場館的路上，移動導航功能會通過手機屏幕告訴記者要去的場館在什麼地方、路況和天氣怎麼樣、停車位在哪兒、搭檔在什麼地點等候；到達比賽場館後，記者邊採訪邊通過手機的多屏顯示，隨時觀看瞭解其他賽場的賽況，找到其他搭檔的位置進行聯絡。通過無線通訊技術，記者在寫完稿子和搶到精彩視頻圖像的一剎那，後方編輯部門的視頻終端就能收到……
這就像是在描述一個若干年後的未來幻景，但馬奔騰告訴記者，這已經是現實，只不過是由我們頭一次在世界上實現了。
為了便於來自各國的記者對奧運的採訪工作，北京奧運會還首次實現了可對奧運無線Info信息系統內信息的拷貝、粘貼功能，記者可在奧運無線局域網專用網絡覆蓋的區域方便快捷地登陸奧運無線Info系統，以獲取奧運相關的信息和資料，讓媒體工作者擺脫了網線的束縛，改變了傳統媒體工作模式，節省了媒體的通信預算。
就在前不久，中國移動向國內外記者小範圍推出了奧運無線Info卡，令人沒有意料到的是，這張小小的卡片受到了他們尤其是國外記者的追捧，供不應求，有些人甚至把電話打到中國移動的高層，希望「走後門」……中國移動的一位老總不無感慨，「很久沒有看到這樣的場景了。」
而同樣由中國移動開發的「移動視頻監控」則為奧運安保人員提供了便利。只要手持小型的無線終端設備，他們就能隨時將身邊發生的一切通過移動寬帶網絡，實時連接到監控中心，每個人都是一個流動的安保監控系統，成為傳統固定監控網重要而有效的補充。難怪在青島奧帆測試賽期間，當地安保人員在試用過該系統之後，大為傾倒，直呼「太好了，太方便了，奧運期間一定要用這玩意兒。」
「我們要做的是讓任何人，在任何時間、任何奧運相關場所，使用任何終端設備，都能安全快捷地以低資費獲得他需要的奧運信息。」中國移動的有關負責人這樣說。
今年5月22日晚，由科技部組織的北京科博會領導專場參觀活動中，中共中央政治局委員，中共北京市委書記劉淇，中共中央政治局委員、國務委員劉延東，以及多位領導參觀了中國移動奧運產品展區。
劉淇等人親自體驗了即拍即傳業務、無線上網及TD視頻通話，對移動業務的發展及創新給予了高度評價。在體驗即拍即傳業務時，劉淇評價說，即拍即傳業務是大型賽事新聞工作的一次革新，將會改變新聞記者的原有工作方式，極大地方便新聞工作。
科技奧運，一道亮麗的北京奧運風景線！
