揭秘2022北京冬奧會(huì)火炬臺(tái)設(shè)計(jì)

第24屆冬奧會(huì)的火炬臺(tái)由清華大學(xué)美術(shù)學(xué)院黨委書記馬賽教授帶隊(duì)設(shè)計(jì)。在開(kāi)幕式的主火炬基礎(chǔ)上，充分融合了藝術(shù)及工程技術(shù)的要求，體現(xiàn)了“簡(jiǎn)約、安全、精彩”的冬奧理念，以純粹的冰雪元素，演繹了純潔、和平、團(tuán)結(jié)和友誼，晶瑩的雪花和靈動(dòng)的絲帶相向旋轉(zhuǎn)，如冰上長(zhǎng)袖飄飄的舞者，輕盈優(yōu)雅。簡(jiǎn)潔、現(xiàn)代的造型中透出東方的審美韻味，成為此次冬奧會(huì)的亮點(diǎn)之一。

獨(dú)特造型詮釋藝術(shù)與科學(xué)的融合

火炬臺(tái)的造型在開(kāi)幕式主火炬的基礎(chǔ)上增加了環(huán)繞的“銀絲帶”及鏡面底盤，起到支撐、穩(wěn)定的作用。將開(kāi)幕式上的大雪花以中軸固定的方式予以呈現(xiàn)，“銀絲帶”造型完美詮釋了冬奧會(huì)的理念，緊緊縈繞著象征世界各國(guó)攜手走向未來(lái)的由小雪花和橄欖枝組成的大雪花。隨著底盤的旋轉(zhuǎn)，它在不同角度下呈現(xiàn)出高低起伏的形態(tài)，是對(duì)冬奧會(huì)眾多賽事項(xiàng)目速度、激情、節(jié)奏、躍動(dòng)，以及群山等自然形態(tài)的抽象表達(dá)，通過(guò)鏡面的映射及流動(dòng)的燈光，讓觀賞者在火炬臺(tái)的旋轉(zhuǎn)中既能感受到“燕山雪花大如席”的意境和“銀絲帶”輕舞飛揚(yáng)的姿態(tài)，又能感受到冰雪運(yùn)動(dòng)的速度、激情、優(yōu)雅與純潔。

為了兼顧火炬夜間的動(dòng)態(tài)效果，團(tuán)隊(duì)在“銀絲帶”、橄欖枝和底座轉(zhuǎn)臺(tái)上均設(shè)置了燈帶，并在燈帶外層添加鏤空的小雪花格柵以修正光強(qiáng)效果。整體燈光效果以橄欖枝為核心，“銀絲帶”、底盤燈光與之配合，營(yíng)造出冬奧運(yùn)動(dòng)強(qiáng)烈的速度感、節(jié)奏感和冰雪的圣潔感。

受燃?xì)狻⒉牧稀⒓庸すに嚕约傲W(xué)結(jié)構(gòu)等工程技術(shù)的制約，設(shè)計(jì)方案進(jìn)行了多輪修改，為了降低反復(fù)調(diào)整帶來(lái)的不確定性與不可解釋性，團(tuán)隊(duì)采用參數(shù)化設(shè)計(jì)，從“銀絲帶”基礎(chǔ)主干曲線階數(shù)的控制，到每一個(gè)控制點(diǎn)的坐標(biāo)調(diào)整，支撐結(jié)構(gòu)件的數(shù)據(jù)化生成，再到每一個(gè)小雪花位置的排布，都有數(shù)值可依。并且每一次調(diào)整、修正的數(shù)據(jù)都被完整記錄，通過(guò)數(shù)值的優(yōu)化迭代，使火炬臺(tái)既滿足工程的要求，又能達(dá)到設(shè)計(jì)的藝術(shù)性要求。

機(jī)械傳動(dòng)為雕塑注入“動(dòng)”的靈魂

不同于傳統(tǒng)的靜態(tài)火炬，此次火炬臺(tái)的設(shè)計(jì)圍繞著雪花核心圖形，增加了動(dòng)感的表達(dá)，增添了雪花所帶來(lái)的活力與魅力，引發(fā)人們對(duì)圣潔的冰雪及激情運(yùn)動(dòng)的無(wú)限遐想。“銀絲帶”與“大雪花”非勻速的雙向同心運(yùn)動(dòng)，為火炬增加了時(shí)間維度及動(dòng)態(tài)視覺(jué)體驗(yàn)。

項(xiàng)目早期嘗試以雪花為整體形態(tài)，橄欖枝作為枝干結(jié)構(gòu)，該方案具有很高的藝術(shù)美學(xué)，但是其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度及工程實(shí)現(xiàn)上都存在問(wèn)題。若要滿足整個(gè)雪花重量都?jí)涸谝桓?xì)小的枝條上且實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)，就要求整個(gè)雕塑厚度約為100毫米，團(tuán)隊(duì)通過(guò)有限元受力分析，證實(shí)了該結(jié)構(gòu)是不可能實(shí)現(xiàn)的。在深化設(shè)計(jì)過(guò)程中，針對(duì)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)支撐結(jié)構(gòu)提出以上下兩點(diǎn)支撐的方式，并以縈繞周圍的“銀絲帶”作為中心結(jié)構(gòu)加持，但大雪花自身結(jié)構(gòu)卻無(wú)法滿足結(jié)構(gòu)受力邊界條件。清華大學(xué)土木工程系石永久教授根據(jù)相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，以及雕塑所在地歷史天氣數(shù)據(jù)等確定了整個(gè)裝置設(shè)計(jì)校核時(shí)應(yīng)采用的載荷工況，綜合考慮風(fēng)載、雪壓，以及自重等因素;與美術(shù)學(xué)院團(tuán)隊(duì)一起最大限度地保留“銀絲帶”的美學(xué)理念;機(jī)械系田煜教授團(tuán)隊(duì)通過(guò)將上下橄欖枝條中的葉子與枝條搭接，構(gòu)成雙支撐結(jié)構(gòu)，有效地提高了橄欖枝支撐點(diǎn)的強(qiáng)度。中心圓環(huán)與上下支條采用10毫米厚度的不銹鋼板，形成主要承力結(jié)構(gòu)，其余枝條與葉子采用4毫米厚度的不銹鋼板，以降低整體重量。上下枝條與中心圓環(huán)連接處焊接采用內(nèi)部支撐的方式，并增加肋條以提高局部力集中部位的強(qiáng)度，為橄欖枝成為動(dòng)態(tài)雕塑的重要受力結(jié)構(gòu)提供了基礎(chǔ)，進(jìn)而完成最終優(yōu)化圖案。

在此基礎(chǔ)上，由清華大學(xué)機(jī)械系田煜教授牽頭組織，帶領(lǐng)其團(tuán)隊(duì)骨干成員王子羲老師、高志老師、李新新博士和李遠(yuǎn)哲博士，針對(duì)中心圖案剛度較低、整體裝置上下支點(diǎn)跨度的問(wèn)題，提出上下運(yùn)動(dòng)支點(diǎn)均采用調(diào)心軸承支撐，以適應(yīng)加工、安裝等帶來(lái)的上下端不同軸問(wèn)題。通過(guò)一端固定、一端預(yù)緊的軸承定位方式，提高薄板的剛度，減小變形，降低失穩(wěn)風(fēng)險(xiǎn)。電機(jī)固定在地面，采用齒形聯(lián)軸器或雙萬(wàn)向節(jié)等柔性聯(lián)軸器連接齒輪箱和薄板轉(zhuǎn)軸，以適應(yīng)轉(zhuǎn)軸末端較大的偏轉(zhuǎn)，氫氣通過(guò)旋轉(zhuǎn)連接器、內(nèi)部中空管道進(jìn)入到火炬，對(duì)軸承、電機(jī)等零部件進(jìn)行選型與校核，最終實(shí)現(xiàn)大尺寸動(dòng)態(tài)雕塑“動(dòng)”的靈魂。

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