不仅仅为了再快0.01秒
2024年度中国纺织工业联合会科学技术奖近日揭晓。由国家冬季运动服装装备研发中心主任、北京服装学院教授刘莉作为项目第一完成人研发的“冬季运动训练比赛高性能服装研发关键技术与应用”项目（以下简称“冬季运动项目”），获得了科技进步奖一等奖。
“在冬季竞速类项目中，0.01秒就可能决定一块奖牌的归属。在运动员拼尽全力成绩不相上下时，这0.01秒之差可能就来自专业服装和装备的性能差异。”刘莉接受《中国纺织报》记者专访时表示，冬季运动项目是由北京服装学院牵头，联合5所高校、4家企业、6个学科近300名科研人员参与的国家战略性系统工程。历经5年探索，项目在基础理论研究、评价和测试平台建设、竞速及技巧类服装装备研制等层面取得了丰硕的成果和创新点；竞速项目比赛服减阻率、项目研发测试技术处于世界领先水平；运动员人体数据服装号型系统及视觉运动表现评估方法建立等方面填补了国内外技术的空白。
创新设计理论构建研发体系
一台手持扫描仪有四五公斤重。一些冬季项目国家运动基地位置偏僻，没有大型扫描仪，刘莉和她的团队就一手握着手持扫描仪，一手端着平板电脑，围着运动员做精准匀速移动，收集运动员不同赛姿下的3D体型数据。几年下来，团队的姑娘都练成了“战斗力满满的女汉子”。
“我们采用大型三维扫描设备、手持三维扫描仪等科研手段共获得180余项精准数据，筛选126项关键变量，完成了《中国国家集训队员三维人体扫描数据报告》。”谈到项目中关于“冬季运动服装工效机理与评价技术”课题理论研究，刘莉介绍，一直以来，运动员典型体型特征数据库和设计理论的缺乏，是困扰比赛服装研发的一大难题。5年来，刘莉带领团队深入10个训练基地，采集了21支国家集训队400余人的数据，为构建冬季项目运动员人体数据库与服装号型系统、开发基于体型姿态的紧身运动服装版型生成技术、紧身合体无缝针织滑雪内衣研发、创建冬季运动服装综合性能评价方法及其测试平台等理论体系建设打下了牢固的基础。
为保证基础研究的严谨性，刘莉经常驱车往返数百公里，前往偏僻的训练基地，只为获取运动员的一个数据或是试穿感受。刘莉告诉记者，构建运动员体型数据库、开发紧身运动服版型生成算法、解决竞速类和技巧类服装合体性设计和性能评测难题，都需要扎实的基础理论研究来支撑，而这一切都始于大量一手数据的科学采集。
“我国冰雪运动发展历史较短，冬季运动专业装备薄弱，在很长一段时间里依赖进口，缺乏高科技、尖端比赛服的自主研发体系。”回想起2019年项目立项时，我国冬季运动竞技比赛服的研发几乎是一张白纸。刘莉谈到，项目研发的思路不只是要研制一件高性能比赛服、助力运动员成绩再快0.01秒，而是要夯实冬季运动训练比赛高性能服装研发关键技术与应用机理研究的理论基础，构建我国自己的理论体系，将冬季运动项目的创新技术从短道速滑、花样滑冰等拓展到钢架雪车、空中技巧等更多的冰雪运动项目，以及“雪龙号”南极科考等更广阔的领域，持续为国家战略服务。
创新减阻技术创建“美”的模型
在位于京郊的运动员训练基地内，有一处空旷宽敞的“风的天堂”。这里可产生不同速度等级的风，模拟人体、物体的运动速度，从而分析出运动时所受的空气阻力。几年下来，刘莉和她的团队在这个风洞实验室里，与8级甚至10级大风累计“较劲”了1000多个小时，完成了项目设立之初制定的比赛服减阻5%的目标，其中速度滑冰、短道速滑项目比赛服的最大减阻率均超过了10%。成功的欣喜使团队人员把风洞噪声造成的耳鸣、头晕抛在了脑后。
“不要小看高尔夫球表面的凹坑，它能让高尔夫球飞得又快又远。”刘莉告诉记者，降低压差阻力是开发减阻服装的关键。项目组基于高尔夫球凹坑减阻的原理，在服装表面设计了凹坑结构，并针对凹坑结构的尺寸、排列方式、布局以及密度对减阻效果的影响开展了系统研究，构建减阻结构模型，制造复合功能减阻面料。“以速度滑冰为例，我们在56款不同结构线设计和工艺方法的面料中找出了最好的减阻面料设计，并在整衣系统化风洞评价测试中获得了超过10%的减阻率。”刘莉说。
“我们将冬季运动训练比赛服分为速度型和技巧型两类，在研发思路上前者专注于‘快’，后者落脚于‘美’。”谈到冬季运动技巧类项目服装关键技术研究与制备应用，刘莉表示，项目团队基于国际级空中技巧裁判的评判数据，构建了空中技巧比赛服视觉影响因素与表现评价关系模型，创造性开发了“人体—服装—环境”全要素比赛服虚拟仿真实训系统，解决了技巧类服装的设计和评价难题。
“花样滑冰比赛服要美得恰如其分，在美的同时要满足运动员做跳跃翻腾动作等功能需求。服装的重量也要被精确控制。”刘莉向记者揭秘，针对花样滑冰项目，科研团队创建了中国特色的考斯滕设计定制体系，连续四个赛季为国家23名重点运动员定制比赛服130余套，一改每逢大赛运动员就要到国外定制赛服的惯例，助力我国运动员取得36次世界级比赛的奖牌。
创新安全防护构建温暖“堡垒”
短道速滑运动员在比赛中发生碰撞时面临着被冰刀割伤的危险。为此，国际滑冰联盟在2022年时要求短道速滑比赛服面料要符合英国标准切割等级在2级以上，达到“刀割不破”。当时，刘莉团队研发的面料性能既防切割，又柔软可穿，处于世界领先水平。
“我们为高山滑雪运动员定制的护具和背甲，使用吸能缓释材料，可以有效保护运动员在绕转旗门时不被撞伤。”在谈到冬季运动创伤防护和轻质保暖增强技术创新点时，刘莉表示，根据比赛防护需要，项目团队揭示了蜂巢结构抗冲击材料的截面形状、尺寸、间距与吸收冲击能量之间的关系，提出了人体分区精确控温的保暖新思路，创建了缝合、热压粘合、超声粘合和点胶异质混合集成工艺，解决了防护服装和保暖服装制备的技术难题。
针对“低温柔性抗冲击材料的研发和结构设计”课题，刘莉团队研发出全新柱状阵列型抗冲击结构，制备了四种抗冲击吸能主体和两种复合多层材料，相比当下流行的护具材料具有更好的防护效果和更优的低温柔软性，适用于高山滑雪、自由式滑雪大跳台的护具。在高弹防切割复合纱线和柔软高弹防护面料的研发上，刘莉团队研制出“氨纶+超高分子量聚乙烯”包覆纱结构的高弹防切割复合纱线及其针织防切割面料，探明了弹性面料防切割的机制，构建了冬季运动护具的综合测试系统。
“运动员在赛前、赛后及日常的保暖也非常重要。我们为雪上项目设计的‘堡垒’综合保暖装备，包括针对女性运动员的户外加热坐垫、保持体能的加热马甲，针对钢架雪车项目方便穿脱的‘快拆热裤’等，为运动员在低至零下30摄氏度的环境下训练比赛提供了保障。”谈到多功能柔性加热元件和积极保暖服装制备的研发，刘莉表示，项目团队在柔性加热元件和智能温控系统上取得了重大收获，建立的云平台和数据库保障了实时监测，精准控温。冬奥“堡垒”综合保暖系统，保障了北欧两项团体赛集训队度过户外严寒；冬季耐低温保障服装被用于南北极科考工作服、深海深潜器舱内工作服、高原高寒应急保障服。
“目前，项目已获授权发明专利19件，制定国家标准2项……助力中国体育代表团取得北京冬奥会5金2银2铜的突破。下一步，我们的目标是2026米兰冬奥会。”刘莉对未来充满信心。
撰文/本报记者席萍
编辑/王丹阳