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  古人可能无法想象!服装也能注入科技的力量
2022-08-05
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  纤纤擢素手,札札弄机杼。一根针,一匹布,一双巧手,一台织机……古代绣娘穿针引线,描龙绣凤,华美精致的绣衣跃然指间。然而,古人可能无法想象,科技与生活深度融合,服装竟还能被“智”造。

  在北京2022年冬奥会上,中国冰雪健儿争金夺银,成绩亮眼。而在他们背后,一群科技工作者在实验室中默默耕耘,为每块来之不易的奖牌注入科技的力量。北京服装学院教授、国家冬季运动服装装备研发中心主任刘莉就是其中的一位,她带领团队长期致力于研发“科技战袍”,一针一线凝聚“中国智造”,用服装向世界展现中国文化、中国智慧。

  前不久,在北京市委宣传部、市科协等部门联合组织的遴选活动中,刘莉荣获2022年北京“最美科技工作者”称号。

刘莉与研发团队讨论样衣设计

刘莉团队设计研发的花样滑冰比赛服

速度滑冰比赛服在风洞实验室测试

  为0.01秒与阻力“较劲”

  “在竞速类比赛项目中,0.01秒就可能决定一块奖牌的归属,而作为装备的比赛服,很可能成为这毫厘间的决定因素。”

  当下,刘莉团队就在跟这0.01秒“较劲”——为国家游泳队参加2024年巴黎奥运会研发具备国际领先水平的竞速游泳衣,目前正在搜集资料与制定计划的初期阶段。“针对游泳各小项比赛特点,结合人体工学、流体力学知识,我们正在开展流固减阻研究,形成符合中国运动员体型特征的人体工学设计、高性能泳衣流体力学减阻结构设计,同时构建竞技类游泳比赛服的综合研究评价体系。”

  简单来说,就是研发适合中国队的比赛泳衣,让运动员游得更快。“事实上,此前国家游泳队的比赛服都是从国外订购的,一件就要花费近万元。同时,由于竞赛泳衣对表面弹性、持续性等要求严格,一件比赛服往往穿脱约十次就要‘退役’了,成本很高。”

  刘莉边说边打开电脑桌面中的一个文件夹,国际泳联的相关规定、研发方案等条目清晰可见,“密密麻麻的文字可能有些枯燥乏味,但真正想做出一件好服装,还真得逐条研究、‘咬文嚼字’。”比如,国际泳联对比赛泳衣的规定包括:泳衣必须为梭织、针织、编织等纺织类材料,透水性要达到每秒每平方米不小于80升,浮力在真空下不超过0.5牛顿。为此,刘莉团队将泳衣面料锁定为超疏水织物,防污抗渗,减阻稳定。“这种微米纳米的结构比水的最小单位还要小,水珠像在荷叶上滚动,将滑动摩擦转化为滚动摩擦,阻力自然就小了。”根据国际泳联严格缜密的规则,团队正在制定研发方案,国产比赛泳衣的雏形也正在逐渐完善。

  其实,与阻力“较劲”这件事,刘莉团队已经很有经验了。

  自2019年开始,刘莉团队便为中国短道速滑队、中国花样滑冰队、中国自由式滑雪空中技巧队等9支国家运动队研发高性能训练服和比赛服。谈及整个研发过程,刘莉直言,减阻是贯穿其中的重点和难点。

  “我们将这类服装大体分为速度型和技巧型两类,研发思路不太一样,一个专注于‘快’,一个落脚于‘美’。”刘莉举例,在北京冬奥会上摘金揽银的热门项目短道速滑和速度滑冰就属于跟“快”较劲的,而其关键就在于减阻——高速的冰上滑行,需要对抗约十级大风的空气阻力。因此设计速度类比赛服,就要从面料和剪裁下手,尽可能提升它的减阻性能。

  根据具体项目进行CFD数值模拟是探索减阻设计的基础。何为CFD数值?“就是计算流体动力学,获得运动员表面速度分布、压力分布、不同姿态切面流场分布等规律,从而选择适合的面料。”学理科出身的刘莉对密密麻麻的数据并不怵头,深知通过复杂计算获得的有效数据是科研的重要支撑,也是研发的必经之路。

  在刘莉的办公桌上,层层叠叠摆放着数十款不同结构和面料的布样,有的较为平滑,有的凹凸不平。“我们从编织面料入手,还尝试过胶印、3D打印、激光微刻等各种方法来制造复合性减阻面料。”刘莉说,光是速度滑冰比赛服的帽子部分,团队就对比了21种面料,腿部也设计了超过10种款式。

  仅有数据支撑还不够,最终选择哪种面料还需要经过反复且严密的实验论证,为此团队用上了风洞实验室。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”——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。“风洞测试最早用在飞机、导弹、火箭、建筑等的研制过程中,我们开创了先例,首次将其运用到运动赛事的准备和研发中。”

  为了寻找到最佳减阻面料,刘莉团队将比赛服的所有备选面料和设计都带进了风洞实验室,提前“吹吹风”——把需要评测的服装套在3D打印的运动员模型上,“运动员训练任务重,我们大部分时间都是用模型代替其做测试。”刘莉解释,风洞运行时,团队通过一套冰雪项目风洞辅助训练系统,实时收集不同部位的风速、风阻力等数据,对服装的减阻性能进行分析和评估。

  团队还琢磨出一个妙招儿,摆脱了仅靠模型分析的局限性。“这是团队特意为风洞实验做的测试服,为的是能用肉眼看到风的走向,更真切地感受风的形态。”刘莉从衣架上翻出一件纯白色的样衣,上面长满了柳絮状的毛毛,“每条毛线都是手工缝上去的,当风迎面吹过,毛毛以不同姿态飘动,风速、风阻、风向一目了然。”刘莉说,团队就这样边研发边改进,在风洞实验室度过了1000余个小时。

  回忆起在风洞做实验的点滴,刘莉直言,这是对科研人员脑力和体力的双重考验。风洞在运转时会产生从每秒几米到几十米的风速,“嗖嗖”的风声和机器的轰鸣声震耳欲聋,“在这种嘈杂环境下搞研发,一天下来,耳鸣、头晕都是经常的。”

  备赛期间,运动员经常来风洞训练,刘莉团队只能在运动员休息间隙或夜晚测试,为了不在进出实验室上浪费太多时间,团队成员经常吃住在风洞实验室。“大家买来方便面、豆干、自热火锅等速食,在里面一干就是一周,等一阶段的测试全部做完,再把数据带出实验室进行分析。”

  在与风“较劲”的这1000多个小时里,团队反复修改调整比赛服的减阻设计,成果令人惊喜:“项目设立之初,我们制定的目标是通过服装帮助运动员减阻5%,在当时看来很难达成。如今,速度滑冰、短道速滑项目比赛服的最大减阻率均超过了10%,可以说超额完成了任务!”刘莉说着,脸上洋溢着欣慰的笑容。

  给服装注入“战斗力”

  刘莉记忆中的童年,充斥着母亲脚踩缝纫机发出的“嘎吱嘎吱”声。“母亲喜欢做手工,我小时候穿的衣服、盖的被子,都是她亲手做的。”母亲的耳濡目染,让刘莉逐渐对服装有了美的向往。“我爱逛商场,也爱看时装杂志,每件服装上流动的线条和色彩总能吸引我的目光。”刘莉笑着说。

  上大学后,这位爱美爱打扮的姑娘第一次接触到服装设计与工程学,对服装的认知从日常需求升级成了功能性制造。整整6年的博士生涯,也让她对未来的研究方向有了更清晰的定位——她决定深耕人体工学、功能性服装、智能服装三大领域,并立下目标:“‘智’造是中国运动服装的未来,要朝着这个方向一直走下去。”

  用理科生的思维看服装设计,用人体工学的研究方法制作功能性防护服与装备,刘莉一直在这条路上默默前行:设计航母特种防护服、陆军航空兵飞行服,改进陆军防毒服、一次性核防护服……“我一直认为,自己在生产拥有‘战斗力’的服装。”刘莉说。

  十余年默默耕耘,硕果累累。回首过往,刘莉直言,最令她感到自豪,也是花费心思最多的“作品”,诞生于冬奥赛场。

  2019年,刘莉团队获批科技部国家重点研发计划“科技冬奥”重点专项——“冬季运动与训练比赛高性能服装研发关键技术”项目。然而在立项初期,我国冬季运动竞技比赛服的研发几乎是一张白纸——作为一个冰雪运动发展历史相对较短的国家,我国冬季运动专业装备在很长一段时间里大多依赖进口,缺乏高科技、尖端比赛服的自主研发体系。“此前的比赛服装要么是国外品牌直接赞助的,要么是自己出钱去冰雪强国购买的。”

  从零做起。刘莉团队以2002年盐湖城冬奥会为起点,查阅了此后历届冬奥会、世界杯相应项目选手的比赛服,画出结构图、找出细节特征,并将服装和比赛成绩一一对比。他们还搜罗了不少运动员穿过的服装,在实验室里一件件做测试、分析,寻找其中的奥秘。“哪一年哪个国家获得了奖牌,我们就把运动员所穿的服装单‘拎’出来重点分析,争取将各个国家服装的优势‘一网打尽’。”

  知彼更要知己。为了在最短时间内研发出适合中国队的比赛服,刘莉团队跑遍了全国10个国家运动基地,完成了22支运动队400余名运动员的3D体型测量。有些基地位置偏僻,交通不便,刘莉就自己开车往返数百公里,只为亲身了解运动员对服装的实际需求和试穿感受。

  疫情期间,大型扫描仪无法运输到各个基地,团队成员使用手持扫描仪完成了上百位运动员的3D体型测量。“扫描时需要一手握着扫描仪,一手端着平板电脑,边扫描边监测,还要围着运动员精准匀速地移动。”刘莉说,一个手持扫描仪有四五公斤重,而团队中大多都是年轻姑娘,从小到大没干过多少体力活,“大家互相帮助,互相鼓励,也都成了‘战斗力’满满的女汉子。”

  从选料设计、剪裁打样,到风洞测试、成衣试穿,刘莉都习惯亲力亲为。“奔波一整天,也许只能得到一位运动员的测量数据或试穿反馈,那也是值得的。”因为她始终坚信,只有亲眼见到试穿效果,亲手触摸到服装肌理,亲自与运动员沟通改进方案,才能真正放心。“同事说我是操心的命,我倒觉得挺好,事关国家荣誉,一步也不能错、一天也耽误不起。”

  运动员的信任和肯定,也为研发团队注入了一剂强心针。2021年9月26日,中国速度滑冰队运动员高亭宇在“中国杯”速度滑冰精英联赛男子500米比赛中,以33秒83的成绩打破了个人纪录,也刷新了该项目在国内的最佳成绩,他所穿的比赛服就出自刘莉团队。

  赛后,刘莉收到了高亭宇主动发来的比赛视频,她一眼就认出来,高亭宇身上黑白相间的比赛服,是团队经过多次调整后的第七版样衣。“看到他穿着未经任何艺术修饰的样衣上赛场,我们既惊讶又惊喜,这说明他对团队的设计有足够的信任。”

  一针一线编织中国故事

  近年来,从运动品牌李宁将中国传统文化元素融入服装设计,到故宫、国家博物馆等纷纷推出联名服饰周边,国内服装界掀起了一股“中国风”,而这一美丽典雅的设计风格也逐渐登上了世界舞台。

  在花样滑冰的赛场上,中国队的比赛服越来越成为观众关注的焦点。申雪、赵宏博的《黄河》,金博洋的《曙光》,王诗玥、柳鑫宇的《只此青绿》,彭程、金杨的《夜宴》……这些比赛中的服装都给观众带来了耳目一新的感觉。这背后是无数中国服装设计师日夜兼程的努力,其中就包括刘莉团队。

  其实,在很长一段时间里,中国花样滑冰的高水平运动员都是与国外设计师合作,国产花滑比赛服鲜少登上国际赛场。“当然不是因为我们设计得不好,只是没有一个专业的团队潜下心来钻研这个领域罢了。”而刘莉就是敢于第一个吃螃蟹的人。

  2018年年底,刘莉团队“临危受命”,为即将参加2019年花样滑冰世锦赛的韩聪、隋文静设计比赛服。“任务来得突然,当时我对花滑不太懂,只觉得这项运动很美,就大着胆子接手了。”而如何将硬科技与软设计有机融合在一件轻薄的服装中,是摆在团队面前的一大难题。

  一位加拿大编舞教练的建议让刘莉记忆犹新——衣服是烘托人的,不能压住人。“有的运动员目标很明确,就是奔着金牌去的,他们气场本就强大,所以比赛服不能过分华丽而盖过运动员的光芒。”

  本着不能喧宾夺主的原则,刘莉慢慢领会“恰如其分”地表达,在设计上做减法。聆听音乐、沟通交流、设计图样、制作裸服、镶钻装饰、陆上试穿、冰上试穿、反复修改……为花滑运动员量体裁衣,需要更细致的考量。团队在十个月内反复磨合了50多款样衣,创新融入了中国传统元素和苏绣技法,最终这款比赛服被无数网友评价为“绝美”。

  刘莉轻轻抚摸着一件花滑样衣上精致的苏绣纹样,告诉记者:“在电视直播镜头中,观众可能以为花色是印染的,实际上用手一摸就知道,丝丝缕缕的纹样都是用一针一线绣上去的。”绣娘们花费约250个小时,将针距缩小到正常的五分之一,从而呈现出比印染工艺更丰富的效果。

  近距离观看时异常精致的苏绣纹样,由于在直播中距离较远,往往不容易被观众注意到,如此费时费力的设计是否值得?“运动员能看得到。”刘莉毫不犹豫地说,“运动员知道团队付出了很大心血,用最好的东西来设计,他们的内心就会更从容、更有安全感,从而发挥出更好的水平。”

  刘莉还揭秘,花样滑冰比赛服除了“美”,还必须牢固有弹性,满足运动员做跳跃翻腾等大动作的需求。比如,手臂部分面料既要方便运动员抬胳膊,又不能在手臂下落时有褶皱。服装的总重量也要被精确控制,太重会影响运动员做高难度动作。

  刘莉向记者展示了双人滑运动员彭程曾经穿过的一件表演服,上面的镶钻多达8000多颗,“都是用手工一颗一颗粘上去的。”大量的水钻让比赛服显得尤为耀眼,但这对服装重量也带来了更严格的挑战。“我们做过无数次实验,发现女单选手的服装总重要保持在260克到300克之间,才能达到美与轻的平衡。”

  运动员旋转跳跃时,纤薄的服装必须保证没有任何装饰品坠落;双人滑还有抛跳等动作,这就要求女运动员比赛服的腰部部分不能割手,而且一定要牢固。为此,团队取消了拉链、扣子等常规服装的辅件,再用细线反复加固镶钻装饰。“一旦被监控到有掉落物,就会被扣分。在零点几分就能决出胜负的赛场,服装一定不能给运动员拖后腿。”

  半丝半缕,物力维艰。目前,刘莉团队已为中国花滑队创作设计方案超千套,制作比赛服、表演服上百套,助力运动员在多次大赛中取得奖牌。

  作为研发团队领头人,刘莉一直践行着创新理念;作为教书育人的园丁,她也十分尊重学生的想法,尽可能为学生创造宽松的学习氛围。“在研发项目里,我的学生一直在深度参与。”刘莉说,他们是小助手,更是并肩作战的伙伴。

  最近,刘莉团队又一次接到了来自奥林匹克的邀请——为国家游泳队参加2024年巴黎奥运会研制水上“战袍”。从研究冰到琢磨水,这支战斗力满满的团队再次马不停蹄地出发了。

  (来源:北京日报)

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