9月23日晚，杭州第19屆亞運(yùn)會(huì)開(kāi)幕式在杭州奧體中心體育場(chǎng)“大蓮花”盛大舉行。在備受矚目的點(diǎn)燃主火炬環(huán)節(jié)，杭州亞運(yùn)會(huì)打造了史上首個(gè)“數(shù)實(shí)融合”點(diǎn)火儀式。在AR虛擬現(xiàn)實(shí)特效的助力下，“數(shù)字火炬手”與最后一棒火炬手汪順共同點(diǎn)燃了杭州亞運(yùn)會(huì)主火炬——“錢(qián)江潮涌”。

9月23日晚，在杭州第19屆亞運(yùn)會(huì)開(kāi)幕式上，“數(shù)字火炬手”與最后一棒火炬手汪順，共同點(diǎn)燃了杭州亞運(yùn)會(huì)主火炬——“錢(qián)江潮涌”。人民網(wǎng) 章勇濤攝

如同奔騰的錢(qián)江大潮，杭州第19屆亞運(yùn)會(huì)開(kāi)幕式的主火炬塔，以獨(dú)特的科技創(chuàng)意和絕美的動(dòng)態(tài)展現(xiàn)了力與美的融合，驚艷了全世界。然而，傳統(tǒng)火炬往往都是靜態(tài)的，“錢(qián)江潮涌”主火炬是怎么動(dòng)起來(lái)的？在呈現(xiàn)“潮涌”之動(dòng)感的背后，有著怎樣的科技支撐？

“剛?cè)岵?jì)”

打破火炬裝置固定不動(dòng)的常規(guī)

9月23日晚，當(dāng)亞運(yùn)圣火在主火炬塔上點(diǎn)燃的那一刻，來(lái)自浙江余姚的主火炬塔設(shè)計(jì)制造團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人嚴(yán)華鋒難掩興奮與驕傲。

“我們是在2021年10月接手主火炬塔項(xiàng)目的。從設(shè)計(jì)投產(chǎn)，到現(xiàn)場(chǎng)施工，再到測(cè)試修改，團(tuán)隊(duì)一起奮戰(zhàn)了無(wú)數(shù)日夜。”嚴(yán)華鋒說(shuō)，“最終呈現(xiàn)在開(kāi)幕式的主火炬塔‘錢(qián)江潮涌’由19根形態(tài)各異的火炬柱排列組合而成，每一根火炬柱代表一屆亞運(yùn)會(huì)，形似一朵翻卷的浪花。火炬柱外層用金屬質(zhì)感波紋板形成‘浪潮’造型。”

從卷曲著的浪花，到佇立著的浪頭，主火炬塔如同奔騰的錢(qián)江，以絕美的動(dòng)態(tài)展現(xiàn)驚艷了全世界。受訪(fǎng)者供圖

嚴(yán)華鋒介紹，火炬塔內(nèi)部采用動(dòng)力結(jié)構(gòu)，可以呈現(xiàn)出“浪潮”的卷曲與展開(kāi)這兩種形態(tài)，打破了火炬裝置固定不動(dòng)的常規(guī)。點(diǎn)火前，火炬柱呈卷曲狀，高度約10米，似翻卷的浪花，又似中國(guó)傳統(tǒng)文化中的“祥云”；點(diǎn)火后，火炬柱逐漸展開(kāi)后，高度約19米，形成最終的點(diǎn)火形態(tài)——“錢(qián)江潮涌”。

熾熱的火焰從中噴薄而出，亞運(yùn)圣火在19個(gè)柱頭一路燃起、迅猛傳遞，最終點(diǎn)燃主火炬。“機(jī)械藝術(shù)展示了力量與韌性，彎曲的線(xiàn)條則呈現(xiàn)柔美與舒展，象征著中國(guó)哲學(xué)中的剛?cè)岵?jì)。”嚴(yán)華鋒說(shuō)。

19根火炬柱都有“骨骼”

可獨(dú)立進(jìn)行卷曲伸展動(dòng)作

“錢(qián)江潮涌”的生命力和力量如何展現(xiàn)？首先是要讓“潮涌”動(dòng)起來(lái)。“亞運(yùn)會(huì)體現(xiàn)了運(yùn)動(dòng)的魅力，我們希望通過(guò)動(dòng)態(tài)的‘錢(qián)江潮涌’主火炬塔傳遞出這種理念。因此，不僅要讓火炬‘舞動(dòng)’起來(lái)，還讓它‘舞動(dòng)’得優(yōu)美動(dòng)人。”嚴(yán)華鋒說(shuō)。

為此，技術(shù)團(tuán)隊(duì)為主火炬塔設(shè)計(jì)了仿生機(jī)械骨骼系統(tǒng)、動(dòng)態(tài)裝飾系統(tǒng)和燃燒系統(tǒng)，賦予了主火炬塔“骨骼”“皮膚”與“血液”。

“我們以仿生學(xué)原理為靈感，設(shè)計(jì)了火炬塔的‘骨骼’系統(tǒng)，19根機(jī)械柱配有獨(dú)立的驅(qū)動(dòng)單元，可獨(dú)立進(jìn)行卷曲伸展動(dòng)作。”嚴(yán)華鋒介紹，火炬柱最大展開(kāi)角度達(dá)180度，要從完整圓弧連續(xù)動(dòng)作轉(zhuǎn)變成直線(xiàn)群是有難度的，因此，每根火炬柱按長(zhǎng)度均勻分節(jié)，最大的“骨骼”部分采用16段柔性分段設(shè)計(jì)，讓“骨骼”系統(tǒng)最大伸展高度達(dá)到了19米，可實(shí)現(xiàn)完美的圓弧和直線(xiàn)變換，流暢而優(yōu)雅。

主火炬塔設(shè)計(jì)制造團(tuán)隊(duì)為主火炬塔提供技術(shù)保障工作。受訪(fǎng)者供圖

為確保毫米級(jí)的精確運(yùn)動(dòng)，主要驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)采用了精密滾珠絲桿結(jié)構(gòu)，同時(shí)還采用了鏡像對(duì)稱(chēng)的骨骼系統(tǒng)，以消除位移晃動(dòng)和偏轉(zhuǎn)力。此外，“骨骼”系統(tǒng)采用輕量化設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，在不同載荷區(qū)域逐漸更換“骨骼”大小，保證每一個(gè)動(dòng)作精準(zhǔn)無(wú)誤。

再來(lái)看主火炬塔的“皮膚”。

19根火炬柱的外表采用金屬材質(zhì)，既簡(jiǎn)潔又華麗。同時(shí)配備了動(dòng)態(tài)裝飾系統(tǒng)，由鏡面不銹鋼波紋板制成。波紋板逐漸變深，大小波紋錯(cuò)落有致，繁而不亂，展現(xiàn)出獨(dú)特的美感。白天，這些板材閃爍著波光，夜晚則熠熠生輝。

“開(kāi)幕式現(xiàn)場(chǎng)從各個(gè)角度看過(guò)去，火炬柱需要保持弧形狀態(tài)，但鋼結(jié)構(gòu)材料很難實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。因此，我們最終采用了機(jī)械骨骼系統(tǒng)和裝飾系統(tǒng)分離兩套系統(tǒng)，并將裝飾結(jié)構(gòu)改成動(dòng)態(tài)浮動(dòng)結(jié)構(gòu)。一是為了保證連續(xù)運(yùn)動(dòng)中優(yōu)美、連貫的動(dòng)態(tài)視覺(jué)效果，二是為了降低基建難度，提升可靠性。”嚴(yán)華鋒說(shuō)。

主火炬塔配備了動(dòng)態(tài)裝飾系統(tǒng)，由鏡面不銹鋼波紋板制成。受訪(fǎng)者供圖

主火炬塔的“血液”燃燒系統(tǒng)，包括燃料泵送、多噴頭點(diǎn)火和控制系統(tǒng)。“我們采用雙噴頭點(diǎn)火技術(shù)，確保高度安全性和防水性，火苗最高可達(dá)7米。同時(shí)，還配備了遠(yuǎn)程燃料泵送系統(tǒng)，以確保燃料能夠在高強(qiáng)度定制管道中安全穩(wěn)定地輸送。”嚴(yán)華鋒介紹，整個(gè)系統(tǒng)都采用了主備模式，以確保系統(tǒng)的可靠性。與此同時(shí)，該系統(tǒng)還能實(shí)現(xiàn)多種點(diǎn)火效果組合。

極端天氣不會(huì)熄滅

“智慧大腦”注入生命活力

值得一提的是，秉持綠色理念，助力打造亞運(yùn)史上首屆碳中和亞運(yùn)會(huì)，本次開(kāi)幕式使用廢碳再生的綠色甲醇作為主火炬塔燃料，這是零碳甲醇在亞洲級(jí)綜合賽事火炬儀式的首次應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了循環(huán)內(nèi)零排放，充分踐行了杭州亞運(yùn)會(huì)“綠色辦賽”理念。

綠色零碳甲醇作為主火炬燃料除了綠色環(huán)保，還具有安全、可靠、可視、經(jīng)濟(jì)等優(yōu)勢(shì)，可持續(xù)燃燒、極端天氣不熄滅。

其實(shí)早在杭州亞運(yùn)會(huì)開(kāi)幕前夕，為驗(yàn)證極端天氣下主火炬塔能否穩(wěn)定燃燒，從而確保燃燒過(guò)程萬(wàn)無(wú)一失，技術(shù)團(tuán)隊(duì)曾多次模擬極端天氣以測(cè)試主火炬的各方性能。

團(tuán)隊(duì)使用消防高壓水槍模擬暴雨天氣，對(duì)主火炬塔燃燒裝置及焰火持續(xù)沖刷，用超過(guò)十級(jí)的大風(fēng)正對(duì)著火焰吹，盡管如此，電機(jī)依舊正常運(yùn)作。

此外，為了確保演出的順利進(jìn)行，技術(shù)團(tuán)隊(duì)還對(duì)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行了冗余設(shè)計(jì)。“我們應(yīng)用了先進(jìn)的數(shù)控技術(shù)，以減少能耗并提高運(yùn)行速度和平穩(wěn)度。此外，為了確保演出不受干擾，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)備有冗余設(shè)計(jì)，備用電機(jī)可以在主電機(jī)故障時(shí)繼續(xù)運(yùn)行。”嚴(yán)華鋒說(shuō)。

技術(shù)團(tuán)隊(duì)現(xiàn)場(chǎng)搭建主火炬塔。受訪(fǎng)者供圖

除了美貌與靈動(dòng)，主火炬塔還擁有一個(gè)超強(qiáng)的“智慧大腦”。

“我們自主研發(fā)了智慧大腦控制系統(tǒng)。作為火炬塔的神經(jīng)中樞，該系統(tǒng)能同時(shí)控制機(jī)械、燃燒、燈光、裝飾這四大系統(tǒng)的運(yùn)作，通過(guò)與各個(gè)系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)共享與交流，精準(zhǔn)地指揮每個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)作。”嚴(yán)華鋒介紹，不僅如此，它還能實(shí)時(shí)收集并分析各種數(shù)據(jù)，比如溫度、濕度等環(huán)境安全數(shù)據(jù)，確保所有設(shè)備都在良好運(yùn)行狀態(tài)。

為了確保“大腦”運(yùn)行的絕對(duì)安全，團(tuán)隊(duì)采用了安全軸控制器，使“大腦”整體安全等級(jí)達(dá)到SIL3級(jí)別。同時(shí)，主備控制系統(tǒng)也被集成在一個(gè)操作系統(tǒng)中，它們相互獨(dú)立，又相互兼容。一旦主系統(tǒng)出現(xiàn)問(wèn)題，備份系統(tǒng)能夠立即接管，整個(gè)切換過(guò)程自動(dòng)完成，不需要人工干預(yù)，大大提高了系統(tǒng)的可靠性。

熊熊燃燒的“錢(qián)江潮涌”主火炬，激發(fā)出了蓬勃的生命，將亞運(yùn)會(huì)開(kāi)幕式當(dāng)晚的氛圍推向了高潮。“數(shù)實(shí)融合”的魅力，讓現(xiàn)實(shí)世界與虛擬世界完美交融；藝術(shù)之美和機(jī)械之慧的完美融合，為世界呈現(xiàn)了一場(chǎng)驚艷的視覺(jué)盛宴，展現(xiàn)了中國(guó)人民敢于拼搏、勇立潮頭的時(shí)代精神。

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