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艺术与科技融合，清华教授马赛揭秘冬奥会火炬台设计
已阅读：次 更新时间：2022-02-24 13:36 作者：admin
“不仅是一个美学上的艺术品，更接近一项多学科交叉的工程。”马赛介绍，整个装置的研制过程充分体现了艺术、设计、美学与机械结构的交叉融合。
2022年2月4日，北京2022年冬奥会开幕式上，奥运之火在主火炬“大雪花”中心燃起。随后，位于国家体育场（奥林匹克中心区）及北京延庆赛区、河北张家口赛区的火炬台被依次点燃，将持续燃烧至本届冬奥会和冬残奥会结束，并将成为三地的永久性雕塑。
北京2022年冬奥会火炬台夜景。清华大学美术学院供图
96片“小雪花”组成“大雪花”，橄榄枝周围环绕着“银丝带”，“大雪花”和“银丝带”之间非匀速双向同心旋转……火炬台的设计成为此次冬奥会的亮点之一。据悉，三个赛区的火炬台均由清华大学美术学院党委书记、教授马赛带队设计。
灵动飘逸的造型背后，是艺术与科技的融合。“不仅是一个美学上的艺术品，更接近一项多学科交叉的工程。”马赛介绍，整个装置的研制过程充分体现了艺术、设计、美学与机械结构的交叉融合。
结构稳定性成最大挑战
2020年11月末，接到冬奥会开闭幕式团队的设计邀请，马赛立即组织工业设计系、雕塑系的教师以及10多名博士生、硕士生成立了设计团队。
马赛告诉记者，出于保密要求，张艺谋导演起初只简单介绍了国际奥委会通过的主火炬的核心元素是直径10米的圆形薄片，希望美院团队能够从设计的角度赋予该核心图形更多的艺术美感，同时在满足功能、安全的前提下，实现核心图形更多精妙、复杂的运动。
最初的方案设计中，更多是靠“想象”。“如果核心元素不清楚的话，其他元素就很难确定和展开。”在回来的路上，马赛和团队成员就在反复讨论，这个“圆形薄片”到底是啥？多次分析、讨论之后，团队猜想到，“大概率是雪花”。因此，团队后来的设计都围绕雪花展开。
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清华美院教授马赛带领团队用快递捆扎带模拟火炬台支撑结构。清华大学美术学院供图
他们随手拿起工作室里的光盘来模拟这个“圆形薄片”，用快递捆扎带来模拟支撑结构。马赛发现，当尺度超过一定的比例，就不仅仅是美学的问题，而是演变为工程方面的问题，直径长达10米的薄片在空中转动，其自身的重量就会让其弯曲，并且只有一个支点落地，“就像跳芭蕾舞一样，人体所有重量全部都落在脚尖上，脚尖上的受力是非常大的。”
此外，还要满足三地抵御严寒、强风等不利的气候条件，因此保证支撑强度和稳定性成为一大挑战。同时，这些支撑结构体量不能过粗过大，在造型上要与核心元素相得益彰，不能喧宾夺主，这更为设计增加了难度。
“设计火炬台不单单是艺术造型的问题，还有结构、燃气功能、运动等多方面需要考虑，当体量超出一定的尺度就演变为工程问题。”马赛说。因此，美术学院团队邀请了清华大学机械系、土木工程系教授团队通力合作。在一次次讨论后，综合考虑风载、雪压以及自重等因素，针对旋转运动支撑结构提出以上下两点支撑的方式，将上下橄榄枝条中的叶子与枝条搭接，构成双支撑结构,凯发k8国际手机app下载，有效地提高了橄榄枝支撑点的强度。
“我们请土木系、机械系的老师来测试，考虑材料、重量、厚度等因素，用计算机来模拟测算不同风力下火炬台的受力情况。在这些数据下，我们把点位进行了加强。”马赛说。
为了贴近冰雪语言，马赛将支撑结构设计成为流动起伏的“银丝带”形态。“这是对冬奥会众多赛事项目速度、激情、节奏、跃动等特征的抽象表达。”“银丝带”与底盘相接处，设计了三个支撑点，保证结构的稳定性；团队提出了“同心双向旋转”的设计方案，并通过动画演绎了灯光效果和旋转效果。
在草拟多个模型后，马赛从中筛选了5个并提交给导演组。2021年3月份，团队得知，其中一个最为“靠谱”的方案在激烈的竞争中胜出。
火炬台施工过程中。清华大学美术学院供图
借助仿真实验确定小雪花排列方式
仔细观察火炬台，大雪花由 96片小雪花组成，每一片小雪花上，都镶嵌着一个参赛国的名称。据悉，以代表每个参赛国的小雪花与四周橄榄枝拼合成大雪花的构想由张艺谋导演提出，以此体现奥林匹克更快、更高、更强、更团结的精神。
清华美院马赛教授团队承担了北京2022年冬奥会三大赛区火炬台设计。清华大学美术学院供图
虽然这一构想是确定的，但是由于参赛国的数量一开始无法确定，小雪花如何排布？如何与橄榄枝进行连接？如何保证强度又能减小风阻？这些问题都极具挑战性。
马赛告诉记者，雪花与雪花之间一定要有某种结构进行连接，而这个连接点如果特别显眼又并不美观，“怎么能够把这些小雪花和谐地排布在一起？我们反复讨论。”
记者从清华大学美术学院了解到，团队在推敲橄榄枝艺术造型的同时，还需要考虑其结构的强度与迎风面积等问题，通过有限元分析以及拓扑优化等方式提出了多个结构上较为合理的创意图案，并针对这些图案进行计算分析得出可能采用的材质、整个火炬的重量以及结构的合理分布。
最终，结合多项仿真模拟实验数据，马赛团队建议，小雪花的形状统一成六边形，排布采取蜂窝状的稳定结构，这样一来，无需任何其他外部结构介入，小雪花之间就可以实现紧密连接。而且，小雪花中间空出来的形状也正好是一朵雪花的形状。
“不但实现了艺术造型与工程结构的完美融合，还充分体现了各个国家紧密联系在一起的寓意。”马赛说。
地面以下隐藏机械传送系统
在奥林匹克中心区火炬台直径约20米的底座台面上，是总高约11米的“银丝带”和橄榄枝大雪花图形。然而这只是地面以上大家能够看到的部分。
要实现橄榄枝大雪花和“银丝带”的同心双向旋转，在地面之下，还有一套复杂的机械传动系统。“一个是顺时针转动，一个是逆时针转动，两个转动方向是交错的。雪花的轴底下有电机，丝带坐落的底盘下也有电机，两套电机是独立的。”
此外，火炬台要一直燃烧，要靠氢气燃料输送。“远端有一个控制室，地下铺设有氢气管线，一直延伸到火炬台底盘下方，保证火炬能够持续燃烧。同时，这也为检修设备人员留了空间。”
在材料选用上，考虑到大众对冬奥冰雪的感知体验以及主火炬塔将在三地永久保留等多方面的因素，团队对与材质感官紧密相关的色泽、质感进行大量的材质表面实验，最终选择了不锈钢材质，并运用8K抛光工艺。
“不锈钢材料在强度、抗风雨腐蚀方面比较有优势，同时可以做出我们想要的冰雪那种晶莹剔透的感觉，能够把周围景物都映射进去，不锈钢材料本身很重，但是抛光的镜面质感在光线下能够产生失重的轻盈感，是很合适的一种材料。”马赛说。
在2008年北京奥运会开幕式上，2008人击缶而歌，这一震撼场面让很多人印象深刻。而当年，马赛作为青年教师参与了北京夏季奥运会开闭幕式的设计，和团队一起完成了开幕式上“缶”“龙柱”等演出道具的设计。
时隔14年，马赛教授带领美术学院设计团队与清华大学机械系、土木工程系教授团队通力合作，完成了此次北京2022年冬奥会场外火炬台设计。
“与2008年相比，北京冬奥会同样呈现了中国传统元素，但更强调对冰雪运动本身的诠释，体现科技简约，绿色环保，这次参与奥运会设计工作，心态上相对放松，对奥运精神的领悟也更加深入，更为纯粹。”马赛说。
采写 新京报记者 冯琪 编辑 巫慧 校对 付春?
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