２０２２年北京冬奥会圆满结束，中国代表团创下冬奥参赛史上的最佳战绩。短道速滑的“快”、高山滑雪的“护”、留住温度的“暖”、花样滑冰的“美”，我国自主设计的“战袍”为奥运健儿们提供多方位保护，开创了高性能冬奥比赛服中国自主研发新纪元。

本期首都科学讲堂邀请北京服装学院教授刘莉，为我们讲解冬奥“战袍”背后的故事。

竞技运动比赛装备发展趋势

在２０２２年冬奥会的备战周期，我们的冬奥健儿们有一句口号是“一刻也不能停，一步也不能错，一天也耽误不起”。几乎所有的训练场馆里都能看到这三句话，从这几句话中也能看出来运动员们对自己有着极高的标准。

在我刚进入体育这个领域的时候，我注意到了英国国家自行车队科研主管依格汉姆说的这样一句话：“如果可以通过科技提高１秒，那么就绝不通过训练。”这给了我很大的震撼。在这三年的研发期间，我也常常回忆起当时听到这句话的感觉。实际上，它解释了目前世界竞技强国的一种理念，即不仅仅依靠运动员本身的体能和技战术的能力，而是通过科技助力来提升运动员的总体能力。而科技助力又体现在两个方面，一个是科学化运动训练，一个是在运动关键环节的创新，也就是比赛装备的革新。

说到比赛装备创新带来的革命，就不能不提到鲨鱼皮。第一代鲨鱼皮在２０００年投入使用，到２００８年时已经过４代的迭代，并最终产生了巨大的作用——在１个月内产生的１６项新的世界纪录中，有１４项是由选手穿着第四代鲨鱼皮泳衣创造的。以至于到２０１０年，国际泳联宣布鲨鱼皮泳衣全球禁用。

除了鲨鱼皮，第二个例子是冰刀。最初的速度滑冰中，冰鞋和冰刀是连在一起的。直到１９９８年长野冬季奥运会上，运动员们大规模地穿上了Ｃｌａｐ　ｓｋａｔｅ，这个冰刀的鞋和刀在后跟是分离的。而穿戴这款冰刀带来的结果就是：在男子１０００米项目中，１８名速度滑冰选手打破了奥运会的旧纪录。

左边为１９９８年之前的普通冰刀，右边为Ｃｌａｐ　ｓｋａｔｅ

第三个例子是速度滑冰项目的紧身衣，运动员把它叫作“连身”。２００２年盐湖城冬奥会上，Ｎｉｋｅ　ＳＷＩＦＴ　Ｓｋｉｎ　Ｓｕｉｔｓ这款比赛服首次亮相，由于它能够有效实现服装减阻，各国选手穿着它创造了８项世界纪录，共获得１６块奖牌。在２００２－２０１２年间，这款比赛服创造了很多辉煌，直到２０１２年停止研发。

但在我们团队开展冬奥项目研发的时候，我找到了一件当年的比赛服，将它和我们现有的一些比赛服在风洞实验室中进行了对比。结果发现这款十年前的服装甚至在某些速度区间还具有优势，这是我们没有想到的。确实我国在这方面起步较晚，面临着一些国际技术垄断的情况。

快——速度类项目比赛服关键技术

在对国内竞技体育运动领域装备情况进行了大量的调研分析之后，我们团队提出来一定要走自主创新的道路。２０１９年１０月，我们获批“科技冬奥”第二批重点专项“冬季运动与训练比赛高性能服装研发关键技术”项目，支持冬奥国家队服装装备研发。这是唯一跟服装相关的项目，并且在同年年底，国家体育总局冬季运动管理中心与北京服装学院共建了“国家冬季运动服装装备研发中心”，主要是扎实做好冬奥备战服装装备研发工作，兼顾群众性冰雪运动服装装备研制。

我们根据对冬奥项目整体地、系统性地调研，把关键技术用“快、护、暖、美”来进行概括。“快”是针对速度类项目的，这类项目有一个特点就是要降低阻力。“护”是因为冬季项目都很快，因此对防护的要求也高。“暖”是针对所有冬季项目必须要做的低温保障。“美”是对冬季项目中的技巧类项目而言的，其中包含我们耳熟能详的花样滑冰项目，还有自由式滑雪空中技巧等。

在攻关过程中，我们得到了科技部和体育总局的双重支持，项目推进得非常顺利。项目由北京服装学院牵头，联合６所高校、４家企业、６个学科，具备国际一流研发条件。在前期调研中，团队走访了１０个基地，完成了２１支国家集训队调研、三维测体工作，对运动员的身体特征有了很深入的了解。

冬季运动项目共有１５个分项，１０９个小项，它们彼此不同、各有特色，团队必须针对项目特点进行研发。

比如说短道速滑项目，其比赛场地比较小，相对速度滑冰的场地而言，它的拐弯处更急，且短道中会有抢跑，我们在研发中要考虑运动员的安全保障。这个项目中运动员的装备有紧身服、冰鞋冰刀、头盔、护目镜、防切割手套、护腿板等，这都是我们的研发重点。当然重中之重还是紧身服。

而速度滑冰的跑道１圈为４００米，跑道比较长，比赛的时候是两人一组进行比赛。所以这个项目是个人的战斗，彼此之间不会冲撞，因此研发核心是要降低阻力。其装备主要是紧身衣、冰鞋、冰刀，有时还会配备护目镜。

还有钢架雪车，其整体速度非常快，运动员要趴在车体上，其迎风面积其实比较小，集中在头部、身体。运动员除了要穿紧身服之外，还要穿钉鞋、头盔、手套。这个钉鞋是前面助跑阶段要穿的鞋子，起到助力作用。我听教练讲过：“如果你前面助跑的１８步跑得好，就意味着整个赛程有一个很好的开始。”因此我们团队对钉鞋也进行了研发。

这三个项目都被称作竞速类项目，其核心就是要“快”，降低服装阻力。我们将风洞引入了竞速类比赛服研发，形成了系统化的研发思路。

风洞测试

具体来说，我们首先搭建了国际化的研发团队，包括北服、清华、武汉体院、东华大学、航天研究院、国际空气动力学专家　Ｌｅｎ　Ｂｒｏｗｎｌｉｅ、高水平运动总监Ｋｒｉｓｔｉｎ、安踏、德润等科研院所、专家与企业。

其次，项目组进行了空气阻力数值模拟分析，使用ＣＦＤ数值模拟技术，关注速度滑冰、短道速滑、高山滑雪、钢架雪车、跳台滑雪等项目空气阻力分析，为服装面料微结构和比赛服结构设计提供依据。

用ＣＦＤ数值模拟技术制作模型

第三，团队进行了减阻面料的研发和制造的工作。很多人认为越光滑的面料阻力越小，但实际上不是这样，恰恰是表面不光滑，有一定微结构的面料，才可以实现有效的减阻。比如说高尔夫球，它的表面具有一系列的麻麻点，这就是高尔夫球的高坑结构。为什么击打高尔夫球能够打得非常远？就是因为这个结构有效降低了空气阻力。那么在竞速类冬季项目中也是这样的，我们在合适的部位，比如上臂、腿部等，给它一系列微结构的设计，有助于其实现减阻。我们对结构的深度、密度都作了系统化的风洞测试，以及模型的研发，并且织了非常多的面料，尝试过多种加工的手段。从经编织造，到胶印、３Ｄ打印，再到金属模板压印，以及激光微刻，最终制作出复合功能减阻面料。

有了面料之后，团队进行了第四步工作——风洞测试人台（人体模型）开发。这些人台就是代替人本身在风洞中进行测试的模型，也叫作人体模型。

速度滑冰多手臂姿态人台

完成以上准备工作之后，团队开始第五步工作——进入到风洞中测试１１０余种比赛服结构。仅速度滑冰这个项目，团队就做了５６种不同的服装结构，其中包括２１种帽子，用来筛选出最适合中国人体型和技战术的减阻结构。经过一番优中选优，终于选出最好的减阻结构。

接下来第六步就要针对个性化进行定制，利用动态３Ｄ版型设计，基于物理模型和能量约束的变形算法，将三维衣片展平为衣片。

最终做出来的比赛服得到了多国家、多品牌、多赛季竞速类项目减阻服装装备高度评价；是适用于中国运动员体型特征的基础减阻规律研究；也是拥有中国自主知识产权的竞速类比赛服研发。以速滑比赛服为例，它具有“最佳姿态＋适度压缩＋最佳减阻结构”，在比较重点的速度区间能够达到降低阻力１０％以上的效果。

在２０２２年冬奥会上，短道速滑全队装备我们的服装，在全小项参赛，服装的减阻率与上赛季相比超过１０％，助力取得２金１银１铜；在速度滑冰的最大减阻率超过１１％，曾经助力高亭宇打破国内纪录（中国杯３３秒８３），助力宁忠岩在集体项目获得第１２名（历史最好成绩）；钢架雪车比赛服减阻率超过５％，同样是全队装备、全小项参赛，助力闫文港取得１枚铜牌，实现从０到获得奖牌的跨越；在高山滑雪项目中根据项目速度差异较大的特点，细化参赛小项比赛服设计方案，最大减阻率超过９％，全队装备、全１１个小项参赛，助力高山滑雪队实现全项目参赛，实现历史性突破。

护和暖——冬季项目防护保暖关键技术

下面说一下第二项关键技术“护”。冬季项目普遍速度很快，因此损伤概率也很高，数据显示２０１０温哥华冬奥会有１１．２％的损伤率，２０１４索契冬奥会是１４．１％。其损伤主因是高速状态下人体失去平衡后的撞击。我们的防护主要从两方面入手，一类是防冲击，一类是防刺割。

防护主要从两方面入手，一类是防冲击，一类是防刺割

防冲击类防护以高山滑雪为代表，一是平时训练使用，降低非战斗减员；二是研发高山项目抗旗门抽打护甲、护背。我们采用低温情况下依然有效的性能缓释材料，加上特殊的３Ｄ打印结构，让它有效地分散外界冲撞产生的力量。

而防刺割类面料主要是针对短道速滑，这个项目跑道短，在拐弯处产生冲撞的可能性很大。原有的面料由于经纱由弱纱构成，所以沿纬向防切割性能不足（单向防切割），而我们采取了完全不同的设计思路，同时强化经、纬两个方向（双向防切割），已经过七次研发迭代，能够达到面料厚薄程度、弹力、防切割能力之间比较好的融合。应对２０２２年７月ＩＳＵ的新规定，其防切割性能超过ＥＮ３８８标准中的Ｌｅｖｅｌ　３。

在高山滑雪和自由式大跳台项目中，原来的护具为国外进口，Ｄ３Ｏ材质，结构厚重，且在零下４度材料失效，柔软度和身体贴合性差。我们使用柱状阵列新型结构，多层复合材料设计理念，制作了耐低温、结构柔软的防护装备，更贴合运动员身体，增强保护。

接下来介绍一下我们在“暖”方面所做的工作。众所周知，冬季项目普遍需要保暖，但是这个保暖并不是针对在赛场上的比赛服的保暖，更多是针对日常活动的保障。我们提出了两个方向，一个是增强纤维自身的保暖能力，一个是通过主动加热的方式，额外再主动积极加热。

针对第一种思路，我们研发了一种新型的保暖纤维“仿鹅绒”保暖棉，其保暖性能显著优于国外知名品牌的高端产品，打破了其在轻质保暖材料领域的技术垄断。

针对第二种思路，我们研发了智能加热服装。在２０２１和２０２２年，为国家雪上队伍（越野队）设计并量身定制了综合保暖系统——“堡垒”５００余套，并接受总书记检阅。

堡垒”综合保暖系统

美——技巧类项目比赛服关键技术

最后一项关键技术是“美”，它其实是针对所有技巧类项目而言的，但可能大多数的观众最关心的还是花样滑冰。当然这确实是我们的重点项目，我的团队从２０１８年开始就与花滑队合作，已经完成四个赛季助力，包揽了花样滑冰队２７名重点运动员比赛服设计与定制；完成服装设计方案上千套，最终设计制作１３０余套比赛服，改变了队里服装一直从国外定制的现状，助力取得多次世界级比赛的金牌和奖牌。

双人滑选手隋文静、韩聪在２０１８－２０１９／２０１９－２０２０赛季已公开的比赛服

在自由式滑雪空中技巧项目中，我们考虑到这个项目在晚上７点以后开始，是在夜空中的比赛，因此穿什么样的衣服，什么样的颜色，能够更有利地让国际裁判来打分，成为了我们讨论的重点。

首先，我们根据实地采集的环境色和场地国家标准，用３Ｄ模型模拟了赛场环境。然后通过静态、动态３Ｄ模拟，对环境色与服装色的互动进行多层次分析；对条纹等基本图案与美观度、技术印象评分之间的关系进行研究。接下来最大范围邀请国际裁判参与，为空中技巧队比赛服色彩、图案设计提供依据。最终，他们提供了对衣身色、雪板色、条纹色、头盔色、条纹／号码布设计等设计元素的评估结果，为我们的设计提供了依据。

３Ｄ模型模拟赛场环境

最终，在２０２２年冬奥会上，花样滑冰的２１－２２赛季，团队共交付冬奥花样服装４０套，北京冬奥赛场正式亮相１０套；其中双人滑韩聪、双人滑彭程金杨６套，还有冰舞王诗玥、男单金博洋等；助力运动员隋文静、韩聪获得奥运冠军。在自由式滑雪空中技巧项目中，比赛服配色设计全部应用。

比如说，冬奥会上双人滑选手韩聪、隋文静穿的这套服装，韩聪的服装既要求有运动感，又要有高级定制的感觉，要完美地将运动性能和美观融合在一起。这件服装我们先后实验了六套，一直在改它的版型和装饰效果，直到最终让运动员满意。

２０２２年冬奥会上双人滑选手韩聪、隋文静穿的服装

再比如双人滑选手彭程、金杨的服装。在彭程《夜宴》这个节目中，因为要突出中国故事，突出中国背景，介绍中国文化，我们前后５６次易稿来做这套服装。这件服装目前看，一方面有中国的山水、水墨的效果；另一方面我们加了一些苏绣的元素，所以近看非常细致，远看又有中国意境在里面，既不抢运动员的光辉，又能恰如其分地进行烘托。

２０２２年冬奥会上双人滑选手彭程、金杨穿的服装

在自由式滑雪空中技巧这个项目上，根据系统化的结论，我们最终选用了一个非常保险的颜色——白色，没有选用条纹，而是用金色头盔和雪板来进行搭配。

另外还有一个非常意外的项目，就是跳台滑雪。我们的团队在２０２１年下半年接到任务，要为北欧项目定向研发跳台滑雪服装。最后我们向北欧两项国家集训队提供跳台滑雪服共３５件。２０２２年２月７日，助力主火炬手（北欧两项）赵嘉文顺利完成跳台滑雪混合团体比赛。

整体来看，２０２２年冬奥会上我们的成果被９支队伍应用，助力中国代表团取得５金２银２铜，助力中国队在多个项目上实现突破。

２０２２年冬奥会已经结束，但研发的脚步不会停止。我们已经开始了面向下一个奥运周期的工作，希望在未来能有机会讲述更多的“中国故事”。