2024年度中國紡織工業(yè)聯(lián)合會科學技術(shù)獎近日揭曉。由國家冬季運動服裝裝備研發(fā)中心主任、北京服裝學院教授劉莉作為項目第一完成人研發(fā)的“冬季運動訓練比賽高性能服裝研發(fā)關(guān)鍵技術(shù)與應(yīng)用”項目（以下簡稱“冬季運動項目”），獲得了科技進步獎一等獎。
“在冬季競速類項目中，0.01秒就可能決定一塊獎牌的歸屬。在運動員拼盡全力成績不相上下時，這0.01秒之差可能就來自專業(yè)服裝和裝備的性能差異。”劉莉接受《中國紡織報》記者專訪時表示，冬季運動項目是由北京服裝學院牽頭，聯(lián)合5所高校、4家企業(yè)、6個學科近300名科研人員參與的國家戰(zhàn)略性系統(tǒng)工程。歷經(jīng)5年探索，項目在基礎(chǔ)理論研究、評價和測試平臺建設(shè)、競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；競速項目比賽服減阻率、項目研發(fā)測試技術(shù)處于世界領(lǐng)先水平；運動員人體數(shù)據(jù)服裝號型系統(tǒng)及視覺運動表現(xiàn)評估方法建立等方面填補了國內(nèi)外技術(shù)的空白。
創(chuàng)新設(shè)計理論 構(gòu)建研發(fā)體系
一臺手持掃描儀有四五公斤重。一些冬季項目國家運動基地位置偏僻，沒有大型掃描儀，劉莉和她的團隊就一手握著手持掃描儀，一手端著平板電腦，圍著運動員做精準勻速移動，收集運動員不同賽姿下的3D體型數(shù)據(jù)。幾年下來，團隊的姑娘都練成了“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余項精準數(shù)據(jù)，篩選126項關(guān)鍵變量，完成了《中國國家集訓隊員三維人體掃描數(shù)據(jù)報告》。”談到項目中關(guān)于“冬季運動服裝工效機理與評價技術(shù)”課題理論研究，劉莉介紹，一直以來，運動員典型體型特征數(shù)據(jù)庫和設(shè)計理論的缺乏，是困擾比賽服裝研發(fā)的一大難題。5年來，劉莉帶領(lǐng)團隊深入10個訓練基地，采集了21支國家集訓隊400余人的數(shù)據(jù)，為構(gòu)建冬季項目運動員人體數(shù)據(jù)庫與服裝號型系統(tǒng)、開發(fā)基于體型姿態(tài)的緊身運動服裝版型生成技術(shù)、緊身合體無縫針織滑雪內(nèi)衣研發(fā)、創(chuàng)建冬季運動服裝綜合性能評價方法及其測試平臺等理論體系建設(shè)打下了牢固的基礎(chǔ)。
為保證基礎(chǔ)研究的嚴謹性，劉莉經(jīng)常驅(qū)車往返數(shù)百公里，前往偏僻的訓練基地，只為獲取運動員的一個數(shù)據(jù)或是試穿感受。劉莉告訴記者，構(gòu)建運動員體型數(shù)據(jù)庫、開發(fā)緊身運動服版型生成算法、解決競速類和技巧類服裝合體性設(shè)計和性能評測難題，都需要扎實的基礎(chǔ)理論研究來支撐，而這一切都始于大量一手數(shù)據(jù)的科學采集。
“我國冰雪運動發(fā)展歷史較短，冬季運動專業(yè)裝備薄弱，在很長一段時間里依賴進口，缺乏高科技、尖端比賽服的自主研發(fā)體系。”回想起2019年項目立項時，我國冬季運動競技比賽服的研發(fā)幾乎是一張白紙。劉莉談到，項目研發(fā)的思路不只是要研制一件高性能比賽服、助力運動員成績再快0.01秒，而是要夯實冬季運動訓練比賽高性能服裝研發(fā)關(guān)鍵技術(shù)與應(yīng)用機理研究的理論基礎(chǔ)，構(gòu)建我國自己的理論體系，將冬季運動項目的創(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動項目，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
在位于京郊的運動員訓練基地內(nèi)，有一處空曠寬敞的“風的天堂”。這里可產(chǎn)生不同速度等級的風，模擬人體、物體的運動速度，從而分析出運動時所受的空氣阻力。幾年下來，劉莉和她的團隊在這個風洞實驗室里，與8級甚至10級大風累計“較勁”了1000多個小時，完成了項目設(shè)立之初制定的比賽服減阻5%的目標，其中速度滑冰、短道速滑項目比賽服的最大減阻率均超過了10%。成功的欣喜使團隊人員把風洞噪聲造成的耳鳴、頭暈拋在了腦后。
“風洞測試一般用于航空、汽車等工業(yè)制造領(lǐng)域。我們開創(chuàng)了先例，首次將其運用到運動賽事的準備和研發(fā)中。”談到冬季運動競速類項目服裝關(guān)鍵技術(shù)與應(yīng)用的研發(fā)，劉莉表示，項目團隊利用風洞實驗室的模擬效應(yīng)，通過計算流體動力學，探明了運動姿態(tài)導致壓差阻力和服裝表面摩擦阻力是冬季運動競速類比賽服的空氣阻力來源，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)，超越了冬季運動競速類項目制定的減阻率目標 。
“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。”劉莉告訴記者，降低壓差阻力是開發(fā)減阻服裝的關(guān)鍵。項目組基于高爾夫球凹坑減阻的原理，在服裝表面設(shè)計了凹坑結(jié)構(gòu)，并針對凹坑結(jié)構(gòu)的尺寸、排列方式、布局以及密度對減阻效果的影響開展了系統(tǒng)研究，構(gòu)建減阻結(jié)構(gòu)模型，制造復合功能減阻面料。“以速度滑冰為例，我們在56款不同結(jié)構(gòu)線設(shè)計和工藝方法的面料中找出了最好的減阻面料設(shè)計，并在整衣系統(tǒng)化風洞評價測試中獲得了超過10%的減阻率。”劉莉說。
“我們將冬季運動訓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’。”談到冬季運動技巧類項目服裝關(guān)鍵技術(shù)研究與制備應(yīng)用，劉莉表示，項目團隊基于國際級空中技巧裁判的評判數(shù)據(jù)，構(gòu)建了空中技巧比賽服視覺影響因素與表現(xiàn)評價關(guān)系模型，創(chuàng)造性開發(fā)了“人體—服裝—環(huán)境”全要素比賽服虛擬仿真實訓系統(tǒng)，解決了技巧類服裝的設(shè)計和評價難題。
“花樣滑冰比賽服要美得恰如其分，在美的同時要滿足運動員做跳躍翻騰動作等功能需求。服裝的重量也要被精確控制。”劉莉向記者揭秘，針對花樣滑冰項目，科研團隊創(chuàng)建了中國特色的考斯滕設(shè)計定制體系，連續(xù)四個賽季為國家23名重點運動員定制比賽服130余套，一改每逢大賽運動員就要到國外定制賽服的慣例，助力我國運動員取得36次世界級比賽的獎牌。
創(chuàng)新安全防護 構(gòu)建溫暖“堡壘”
短道速滑運動員在比賽中發(fā)生碰撞時面臨著被冰刀割傷的危險。為此，國際滑冰聯(lián)盟在2022年時要求短道速滑比賽服面料要符合英國標準切割等級在2級以上，達到“刀割不破”。當時，劉莉團隊研發(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┻\動員定制的護具和背甲，使用吸能緩釋材料，可以有效保護運動員在繞轉(zhuǎn)旗門時不被撞傷。”在談到冬季運動創(chuàng)傷防護和輕質(zhì)保暖增強技術(shù)創(chuàng)新點時，劉莉表示，根據(jù)比賽防護需要，項目團隊揭示了蜂巢結(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、超聲粘合和點膠異質(zhì)混合集成工藝，解決了防護服裝和保暖服裝制備的技術(shù)難題。
針對“低溫柔性抗沖擊材料的研發(fā)和結(jié)構(gòu)設(shè)計”課題，劉莉團隊研發(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合多層材料，相比當下流行的護具材料具有更好的防護效果和更優(yōu)的低溫柔軟性，適用于高山滑雪、自由式滑雪大跳臺的護具。在高彈防切割復合紗線和柔軟高彈防護面料的研發(fā)上，劉莉團隊研制出“氨綸+超高分子量聚乙烯”包覆紗結(jié)構(gòu)的高彈防切割復合紗線及其針織防切割面料，探明了彈性面料防切割的機制，構(gòu)建了冬季運動護具的綜合測試系統(tǒng)。
“運動員在賽前、賽后及日常的保暖也非常重要。我們?yōu)檠┥享椖吭O(shè)計的‘堡壘’綜合保暖裝備，包括針對女性運動員的戶外加熱坐墊、保持體能的加熱馬甲，針對鋼架雪車項目方便穿脫的‘快拆熱褲’等，為運動員在低至零下30攝氏度的環(huán)境下訓練比賽提供了保障。”談到多功能柔性加熱元件和積極保暖服裝制備的研發(fā)，劉莉表示，項目團隊在柔性加熱元件和智能溫控系統(tǒng)上取得了重大收獲，建立的云平臺和數(shù)據(jù)庫保障了實時監(jiān)測，精準控溫。冬奧“堡壘”綜合保暖系統(tǒng)，保障了北歐兩項團體賽集訓隊度過戶外嚴寒；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，項目已獲授權(quán)發(fā)明專利19件，制定國家標準2項…… 助力中國體育代表團取得北京冬奧會5金2銀2銅的突破。下一步，我們的目標是2026米蘭冬奧會。”劉莉?qū)ξ磥沓錆M信心。
