2024年度中國(guó)紡織工業(yè)聯(lián)合會(huì)科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)近日揭曉。由國(guó)家冬季運(yùn)動(dòng)服裝裝備研發(fā)中心主任、北京服裝學(xué)院教授劉莉作為項(xiàng)目第一完成人研發(fā)的“冬季運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練比賽高性能服裝研發(fā)關(guān)鍵技術(shù)與應(yīng)用”項(xiàng)目（以下簡(jiǎn)稱“冬季運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目”），獲得了科技進(jìn)步獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)。
“在冬季競(jìng)速類項(xiàng)目中，0.01秒就可能決定一塊獎(jiǎng)牌的歸屬。在運(yùn)動(dòng)員拼盡全力成績(jī)不相上下時(shí)，這0.01秒之差可能就來(lái)自專業(yè)服裝和裝備的性能差異。”劉莉接受《中國(guó)紡織報(bào)》記者專訪時(shí)表示，冬季運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目是由北京服裝學(xué)院牽頭，聯(lián)合5所高校、4家企業(yè)、6個(gè)學(xué)科近300名科研人員參與的國(guó)家戰(zhàn)略性系統(tǒng)工程。歷經(jīng)5年探索，項(xiàng)目在基礎(chǔ)理論研究、評(píng)價(jià)和測(cè)試平臺(tái)建設(shè)、競(jìng)速及技巧類服裝裝備研制等層面取得了豐碩的成果和創(chuàng)新點(diǎn)；競(jìng)速項(xiàng)目比賽服減阻率、項(xiàng)目研發(fā)測(cè)試技術(shù)處于世界領(lǐng)先水平；運(yùn)動(dòng)員人體數(shù)據(jù)服裝號(hào)型系統(tǒng)及視覺(jué)運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)評(píng)估方法建立等方面填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)外技術(shù)的空白。
創(chuàng)新設(shè)計(jì)理論 構(gòu)建研發(fā)體系
一臺(tái)手持掃描儀有四五公斤重。一些冬季項(xiàng)目國(guó)家運(yùn)動(dòng)基地位置偏僻，沒(méi)有大型掃描儀，劉莉和她的團(tuán)隊(duì)就一手握著手持掃描儀，一手端著平板電腦，圍著運(yùn)動(dòng)員做精準(zhǔn)勻速移動(dòng)，收集運(yùn)動(dòng)員不同賽姿下的3D體型數(shù)據(jù)。幾年下來(lái)，團(tuán)隊(duì)的姑娘都練成了“戰(zhàn)斗力滿滿的女漢子”。
“我們采用大型三維掃描設(shè)備、手持三維掃描儀等科研手段共獲得180余項(xiàng)精準(zhǔn)數(shù)據(jù)，篩選126項(xiàng)關(guān)鍵變量，完成了《中國(guó)國(guó)家集訓(xùn)隊(duì)員三維人體掃描數(shù)據(jù)報(bào)告》�！闭劦巾�(xiàng)目中關(guān)于“冬季運(yùn)動(dòng)服裝工效機(jī)理與評(píng)價(jià)技術(shù)”課題理論研究，劉莉介紹，一直以來(lái)，運(yùn)動(dòng)員典型體型特征數(shù)據(jù)庫(kù)和設(shè)計(jì)理論的缺乏，是困擾比賽服裝研發(fā)的一大難題。5年來(lái)，劉莉帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)深入10個(gè)訓(xùn)練基地，采集了21支國(guó)家集訓(xùn)隊(duì)400余人的數(shù)據(jù)，為構(gòu)建冬季項(xiàng)目運(yùn)動(dòng)員人體數(shù)據(jù)庫(kù)與服裝號(hào)型系統(tǒng)、開(kāi)發(fā)基于體型姿態(tài)的緊身運(yùn)動(dòng)服裝版型生成技術(shù)、緊身合體無(wú)縫針織滑雪內(nèi)衣研發(fā)、創(chuàng)建冬季運(yùn)動(dòng)服裝綜合性能評(píng)價(jià)方法及其測(cè)試平臺(tái)等理論體系建設(shè)打下了牢固的基礎(chǔ)。
為保證基礎(chǔ)研究的嚴(yán)謹(jǐn)性，劉莉經(jīng)常驅(qū)車往返數(shù)百公里，前往偏僻的訓(xùn)練基地，只為獲取運(yùn)動(dòng)員的一個(gè)數(shù)據(jù)或是試穿感受。劉莉告訴記者，構(gòu)建運(yùn)動(dòng)員體型數(shù)據(jù)庫(kù)、開(kāi)發(fā)緊身運(yùn)動(dòng)服版型生成算法、解決競(jìng)速類和技巧類服裝合體性設(shè)計(jì)和性能評(píng)測(cè)難題，都需要扎實(shí)的基礎(chǔ)理論研究來(lái)支撐，而這一切都始于大量一手?jǐn)?shù)據(jù)的科學(xué)采集。
“我國(guó)冰雪運(yùn)動(dòng)發(fā)展歷史較短，冬季運(yùn)動(dòng)專業(yè)裝備薄弱，在很長(zhǎng)一段時(shí)間里依賴進(jìn)口，缺乏高科技、尖端比賽服的自主研發(fā)體系�！被叵肫�2019年項(xiàng)目立項(xiàng)時(shí)，我國(guó)冬季運(yùn)動(dòng)競(jìng)技比賽服的研發(fā)幾乎是一張白紙。劉莉談到，項(xiàng)目研發(fā)的思路不只是要研制一件高性能比賽服、助力運(yùn)動(dòng)員成績(jī)?cè)倏?.01秒，而是要夯實(shí)冬季運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練比賽高性能服裝研發(fā)關(guān)鍵技術(shù)與應(yīng)用機(jī)理研究的理論基礎(chǔ)，構(gòu)建我國(guó)自己的理論體系，將冬季運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目的創(chuàng)新技術(shù)從短道速滑、花樣滑冰等拓展到鋼架雪車、空中技巧等更多的冰雪運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目，以及“雪龍?zhí)枴蹦蠘O科考等更廣闊的領(lǐng)域，持續(xù)為國(guó)家戰(zhàn)略服務(wù)。
創(chuàng)新減阻技術(shù) 創(chuàng)建“美”的模型
在位于京郊的運(yùn)動(dòng)員訓(xùn)練基地內(nèi)，有一處空曠寬敞的“風(fēng)的天堂”。這里可產(chǎn)生不同速度等級(jí)的風(fēng)，模擬人體、物體的運(yùn)動(dòng)速度，從而分析出運(yùn)動(dòng)時(shí)所受的空氣阻力。幾年下來(lái)，劉莉和她的團(tuán)隊(duì)在這個(gè)風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)室里，與8級(jí)甚至10級(jí)大風(fēng)累計(jì)“較勁”了1000多個(gè)小時(shí)，完成了項(xiàng)目設(shè)立之初制定的比賽服減阻5%的目標(biāo)，其中速度滑冰、短道速滑項(xiàng)目比賽服的最大減阻率均超過(guò)了10%。成功的欣喜使團(tuán)隊(duì)人員把風(fēng)洞噪聲造成的耳鳴、頭暈拋在了腦后。
“風(fēng)洞測(cè)試一般用于航空、汽車等工業(yè)制造領(lǐng)域。我們開(kāi)創(chuàng)了先例，首次將其運(yùn)用到運(yùn)動(dòng)賽事的準(zhǔn)備和研發(fā)中�！闭劦蕉具\(yùn)動(dòng)競(jìng)速類項(xiàng)目服裝關(guān)鍵技術(shù)與應(yīng)用的研發(fā)，劉莉表示，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)利用風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)室的模擬效應(yīng)，通過(guò)計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)，探明了運(yùn)動(dòng)姿態(tài)導(dǎo)致壓差阻力和服裝表面摩擦阻力是冬季運(yùn)動(dòng)競(jìng)速類比賽服的空氣阻力來(lái)源，創(chuàng)新提出了服裝結(jié)構(gòu)線和面料表面微結(jié)構(gòu)的跨尺度協(xié)同減阻技術(shù)，超越了冬季運(yùn)動(dòng)競(jìng)速類項(xiàng)目制定的減阻率目標(biāo) 。
“不要小看高爾夫球表面的凹坑，它能讓高爾夫球飛得又快又遠(yuǎn)�！眲⒗蚋嬖V記者，降低壓差阻力是開(kāi)發(fā)減阻服裝的關(guān)鍵。項(xiàng)目組基于高爾夫球凹坑減阻的原理，在服裝表面設(shè)計(jì)了凹坑結(jié)構(gòu)，并針對(duì)凹坑結(jié)構(gòu)的尺寸、排列方式、布局以及密度對(duì)減阻效果的影響開(kāi)展了系統(tǒng)研究，構(gòu)建減阻結(jié)構(gòu)模型，制造復(fù)合功能減阻面料。“以速度滑冰為例，我們?cè)?6款不同結(jié)構(gòu)線設(shè)計(jì)和工藝方法的面料中找出了最好的減阻面料設(shè)計(jì)，并在整衣系統(tǒng)化風(fēng)洞評(píng)價(jià)測(cè)試中獲得了超過(guò)10%的減阻率�！眲⒗蛘f(shuō)。
“我們將冬季運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練比賽服分為速度型和技巧型兩類，在研發(fā)思路上前者專注于‘快’，后者落腳于‘美’�！闭劦蕉具\(yùn)動(dòng)技巧類項(xiàng)目服裝關(guān)鍵技術(shù)研究與制備應(yīng)用，劉莉表示，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)基于國(guó)際級(jí)空中技巧裁判的評(píng)判數(shù)據(jù)，構(gòu)建了空中技巧比賽服視覺(jué)影響因素與表現(xiàn)評(píng)價(jià)關(guān)系模型，創(chuàng)造性開(kāi)發(fā)了“人體—服裝—環(huán)境”全要素比賽服虛擬仿真實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)，解決了技巧類服裝的設(shè)計(jì)和評(píng)價(jià)難題。
“花樣滑冰比賽服要美得恰如其分，在美的同時(shí)要滿足運(yùn)動(dòng)員做跳躍翻騰動(dòng)作等功能需求。服裝的重量也要被精確控制。”劉莉向記者揭秘，針對(duì)花樣滑冰項(xiàng)目，科研團(tuán)隊(duì)創(chuàng)建了中國(guó)特色的考斯滕設(shè)計(jì)定制體系，連續(xù)四個(gè)賽季為國(guó)家23名重點(diǎn)運(yùn)動(dòng)員定制比賽服130余套，一改每逢大賽運(yùn)動(dòng)員就要到國(guó)外定制賽服的慣例，助力我國(guó)運(yùn)動(dòng)員取得36次世界級(jí)比賽的獎(jiǎng)牌。
創(chuàng)新安全防護(hù) 構(gòu)建溫暖“堡壘”
短道速滑運(yùn)動(dòng)員在比賽中發(fā)生碰撞時(shí)面臨著被冰刀割傷的危險(xiǎn)。為此，國(guó)際滑冰聯(lián)盟在2022年時(shí)要求短道速滑比賽服面料要符合英國(guó)標(biāo)準(zhǔn)切割等級(jí)在2級(jí)以上，達(dá)到“刀割不破”。當(dāng)時(shí)，劉莉團(tuán)隊(duì)研發(fā)的面料性能既防切割，又柔軟可穿，處于世界領(lǐng)先水平。
“我們?yōu)楦呱交┻\(yùn)動(dòng)員定制的護(hù)具和背甲，使用吸能緩釋材料，可以有效保護(hù)運(yùn)動(dòng)員在繞轉(zhuǎn)旗門時(shí)不被撞傷�！痹谡劦蕉具\(yùn)動(dòng)創(chuàng)傷防護(hù)和輕質(zhì)保暖增強(qiáng)技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)時(shí)，劉莉表示，根據(jù)比賽防護(hù)需要，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)揭示了蜂巢結(jié)構(gòu)抗沖擊材料的截面形狀、尺寸、間距與吸收沖擊能量之間的關(guān)系，提出了人體分區(qū)精確控溫的保暖新思路，創(chuàng)建了縫合、熱壓粘合、超聲粘合和點(diǎn)膠異質(zhì)混合集成工藝，解決了防護(hù)服裝和保暖服裝制備的技術(shù)難題。
針對(duì)“低溫柔性抗沖擊材料的研發(fā)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)”課題，劉莉團(tuán)隊(duì)研發(fā)出全新柱狀陣列型抗沖擊結(jié)構(gòu)，制備了四種抗沖擊吸能主體和兩種復(fù)合多層材料，相比當(dāng)下流行的護(hù)具材料具有更好的防護(hù)效果和更優(yōu)的低溫柔軟性，適用于高山滑雪、自由式滑雪大跳臺(tái)的護(hù)具。在高彈防切割復(fù)合紗線和柔軟高彈防護(hù)面料的研發(fā)上，劉莉團(tuán)隊(duì)研制出“氨綸+超高分子量聚乙烯”包覆紗結(jié)構(gòu)的高彈防切割復(fù)合紗線及其針織防切割面料，探明了彈性面料防切割的機(jī)制，構(gòu)建了冬季運(yùn)動(dòng)護(hù)具的綜合測(cè)試系統(tǒng)。
“運(yùn)動(dòng)員在賽前、賽后及日常的保暖也非常重要。我們?yōu)檠┥享?xiàng)目設(shè)計(jì)的‘堡壘’綜合保暖裝備，包括針對(duì)女性運(yùn)動(dòng)員的戶外加熱坐墊、保持體能的加熱馬甲，針對(duì)鋼架雪車項(xiàng)目方便穿脫的‘快拆熱褲’等，為運(yùn)動(dòng)員在低至零下30攝氏度的環(huán)境下訓(xùn)練比賽提供了保障�！闭劦蕉喙δ苋嵝约訜嵩头e極保暖服裝制備的研發(fā)，劉莉表示，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)在柔性加熱元件和智能溫控系統(tǒng)上取得了重大收獲，建立的云平臺(tái)和數(shù)據(jù)庫(kù)保障了實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，精準(zhǔn)控溫。冬奧“堡壘”綜合保暖系統(tǒng)，保障了北歐兩項(xiàng)團(tuán)體賽集訓(xùn)隊(duì)度過(guò)戶外嚴(yán)寒；冬季耐低溫保障服裝被用于南北極科考工作服、深海深潛器艙內(nèi)工作服、高原高寒應(yīng)急保障服。
“目前，項(xiàng)目已獲授權(quán)發(fā)明專利19件，制定國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)2項(xiàng)…… 助力中國(guó)體育代表團(tuán)取得北京冬奧會(huì)5金2銀2銅的突破。下一步，我們的目標(biāo)是2026米蘭冬奧會(huì)�！眲⒗�?qū)ξ磥?lái)充滿信心。
