2月4日晚,极富美感的北京冬奥会开幕式精彩亮相,向全世界讲述了“科技冬奥”的动人故事:鸟巢中央,“冰五环”破冰升起、巨型“雪花”形主火炬台托举微光;地面,会发光的超级地面显示系统实现画面与演员的无缝互动……“亦庄智造”登场亮相,将科技成就展现在全国、世界人民的眼前,成就了这个令人难忘的夜晚。
航天科技加持,冬奥舞台系统呈现首次中国造
奥运五环标志的展示,是历届奥运会开幕式最重要的一个仪式环节,而北京2022年冬奥会开幕式的五环展示方式让人感受到了难以想象的震撼,如梦如幻。
一时间,掌声、欢呼声充满了会场。此时,站在台下的申纪刚长出一口气。“开幕式整场仪式,这是最紧张的时刻!”申纪刚说。
申纪刚是北京经开区航天企业长征天民冬奥团队的技术总监。在此次项目中,长征天民承担了地面舞台系统和演出装置,要完成火炬展示、五环展示、视频播放等最重要的仪式性表演。
五环亮相短短的43秒,观众看到的是科技与艺术的结合,是空灵而极简的美感,但殊不知背后有着多么庞杂的系统支撑。“简约并不简单,透过舞台,我能想象出每时每刻舞台下的复杂而忙碌,我的脑中像过电影一样闪现着曾经的片段。”200多人、700多天的日夜奋战,为了一场“简约、安全、精彩”的开幕式,个中滋味,只有像申纪刚一样的参与者才能知晓。
冰立方重达400t升降误差1mm
“第一次见到张艺谋总导演,是在食堂,他一边吃着饭,一边在草稿本上画了几个圆圈,告诉我们,这就是他想要的效果。”这几个圆圈要怎样呈现?看着鸟巢施工现场可以发挥的巨大空间——一个84m×42m×10m的基坑,申纪刚和团队的伙伴们开始了辛苦并快乐的创作。
“为了让这个基坑点亮鸟巢‘夜空’,光设计方案就调整了20多次,各种各样的升降台、盖板……”申纪刚告诉记者,地面舞台的设计经历了一个从简至繁再到简的过程。从一个极简的基坑,经历了极其繁杂的系统设计、改造,最终有了一个简约而精彩的表达。
对于长征天民冬奥团队来说,在这个过程中,面临的最大难题就是航天科技与艺术之美的有机融合。
在这场视觉盛宴中,相信让观众收获极致享受的片段之一,便是那如飞流直下的“银河”瞬间凝结成巨大的冰立方。这块通体冰莹的冰立方,总重量约400t,升降重量达180t。这是什么概念?要知道,一辆小汽车的重量才约1.5t,相当于267辆小汽车。在这个84m×42m×10m的基坑内要实现的升降载荷超过了一般剧院大型升降台的8倍,是整个开闭幕式最大功率的驱动设备。
长征天民研制团队在场地受限的情况下,通过精确控制电机驱动16条链条、16条钢丝绳组成的4套同步传动单元,让冰立方的升降定位精度控制在±1mm。
另一方面,冰立方的升降高度也十分考究。最初, 冰立方的上升高度根据导演的创意确定在14m。“基坑深10m,要实现14m的上升高度,就要在升降机构上‘做文章’。所以我们在冰立方内加装了多级伸缩装置,还要通过系统设计,让伸缩装置平稳、快速升降……”说起冰立方起初的系统设计,申纪刚滔滔不绝,然而这样精心的设计在1∶1显示效果与特效试验汇报中被推翻。经过实物现场测试,导演组发现14m的视角并不能呈现一个完美的直播效果,需要改成10m。这意味着,团队前几个月的努力变为了“0”,一切又要从头再来。团队的人没有任何抱怨,转身投入了新一轮的设计施工。
这样的事情在2年多的时间里发生了太多,太多。开幕式现场,导演组设计了一个虚实结合的“实物碎冰”环节,申纪刚带着队员们反复地试验,不断地优化材质,仅冰块的材质就筛选了十几种,最终拿出了一个基本可行的方案,但是在项目现场实际审查时,整体效果达不到导演最理想的预期,最终因综合考量而被迫取消这一环节……无数次的论证,无数次的实践,无数次的推翻重来,他们从未抱怨过,也从未放弃过,这就是航天人的初心。
以航天智慧,造魅力舞台。如果说舞台让航天人对美有了极致追求,那么在冬奥开幕式项目中,一个个“变不可能为可能”的实践,就是航天技术交上的完美答卷。
五环薄如“纸”能抗6级强风
现场,五环标志冉冉升起,观众的感官穿梭于一场奇幻场景中。五环标志如此惊艳亮相的背后串联着无数个无眠的夜晚。
准备吊装,取消重来,再准备,再重来……申纪刚想起的那个不眠夜,这样的操作反复重复着,每一分每一秒变得那样难熬。一个通宵之后,终于,晶莹剔透的五环从冰立方中徐徐升起,闪耀在国家体育场上空。那一刻,大家面部表情才轻松起来。
“五环重量3t,长19m,高8.75m,厚度仅0.35m。”对于五环的“身材”,申纪刚每一个数值都记得十分精确,这些数值伴随了他无数个日夜。如果说这些数据不足以震撼,可以想象一下:3t相当于一头成年大象的重量,厚度仅有一个笔记本电脑的长度。如此超薄的大尺寸装置在高空迅速地升降,在强风面前就如同一张纸。这样的装置实现吊装本身就是高难度系数,为了现场美感,导演还要求只能使用两个吊点,这让工作变得难上加难。
“五环从冰立方中升起的过程相当于硬碰硬,一旦二者接触到,后果不堪设想。”申纪刚说。“在航天人面前,没有不可能。”以往大型的舞台系统都是引进国外的技术团队,但此次舞台系统,长征天民冬奥团队让火箭领域的系统工程技术得到了应用和改造,打造了国产化的高科技舞台。参照航天结构设计的一些方法,为五环研制骨骼——铝合金桁架结构,衣服——LED显示屏,外套——扩散板,最终设计出的五环跟火箭的箭体一样,既坚又轻,使悬吊高度为13米的奥运标志,在将近90分钟的仪式中,即便遇到6级强风,也定力十足。
开幕式当天,环节间转场如行云流水般顺畅,让观众连连惊叹。“地面中央升降台,我们采用‘先下沉、再平移、最后上升’的‘小开合’方式。”申纪刚介绍,这种创新方式,能够减少大幅度动作所带来的突兀感,为艺术表演与流程仪式提供了流畅而平稳的舞台,配合整体演出塑造出宁静的唯美。
如果说航天技术让中国制造在此次开幕式舞台中挺起了脊梁,那么在系统工程建设中,对一分一厘的“较真儿”,就是航天精神的延续。
上千次仿真试验确保控制零错误
五环采用了大量LED屏幕,如果某一个单元的灯珠临时“生病”怎么办?“针对这个问题,长征天民采用了双供电、双信号、双屏系统的冗余异形拼接LED显示装置,当一个系统出现故障的时候,备份系统可以无延时切换。同样的道理,所有的升降设备采用一主一备的驱动电机,一旦主机出现故障会立刻切换到备机,并且我们实现了瞬间切换,这样的速度肉眼是根本看不出来的。” 申纪刚说,要知道,火箭发射的窗口期还会有两三个小时的范围,但是舞台上的呈现却要控制在秒以内,绝不允许出现一点错误,也没有重新开始的机会。
正像火箭院党委书记李明华所讲:“导演负责精彩,我们负责安全、可靠,为艺术家提供坚实的基础,为艺术创作提供技术保障。”为了确保在冬奥开闭幕式呈现导演的精彩创意,长征天民冬奥团队按航天系统工程方法,对标航天质量控制、风险控制、设计优化等要求,进行了上千次的虚拟仿真试验。
20多次方案修改、200多人的团队、700多天的付出、上百次的实物试验论证,只为开幕式舞台上的分毫不差。严谨务实、开拓创新、凝心聚力、精益求精,长征天民航天人的航天精神续写在了冬奥会开幕式舞台上。
开幕式依旧在继续,申纪刚思绪回笼,在《歌唱祖国》的乐曲声中,东道主中国队入场了,五星红旗映在他眼中,伴着一抹湿润愈发闪亮起来。此刻,他眼角的鱼尾上扬,700多天悬着的心终于落了下来。