清華大學美術學院黨委書記、教授馬賽帶隊設計北京冬奧會火炬臺

直徑10米“大雪花”如何保證穩(wěn)定？

2月4日，北京2022年冬奧會開幕式上，奧運之火在主火炬“大雪花”中心燃起。隨后，位于國家體育場（鳥巢）、北京延慶賽區(qū)及河北張家口賽區(qū)的火炬臺被依次點燃，持續(xù)燃燒至本屆冬奧會和冬殘奧會結束，并將成為三地的永久性雕塑。三個賽區(qū)的火炬臺均由清華大學美術學院黨委書記、教授馬賽帶隊設計。

一片片“小雪花”組成“大雪花”，橄欖枝周圍環(huán)繞著“銀絲帶”，二者非勻速雙向同心旋轉……作為此次冬奧會的亮點之一，別出心裁的火炬臺吸引眾人的目光。靈動飄逸的造型背后，是藝術與科技的融合?！安粌H是一個美學上的藝術品，更接近一項多學科交叉的工程?！瘪R賽介紹，整個裝置的研制過程充分體現(xiàn)了藝術、設計、美學與機械結構的交叉融合。

造型

從“圓形薄片”到“雪花”

2020年11月末，接到冬奧會開閉幕式團隊的設計邀請，馬賽立即組織工業(yè)設計系、雕塑系的教師以及10多名博士生、碩士生成立了設計團隊。

馬賽表示，出于保密要求，張藝謀導演起初只簡單介紹了國際奧委會通過的主火炬的核心元素是直徑10米的圓形薄片，希望美院團隊能夠從設計的角度賦予該核心圖形更多的藝術美感，并在滿足功能、安全的前提下，實現(xiàn)核心圖形更多精妙、復雜的運動。

回來路上，馬賽和團隊成員反復討論，這個“圓形薄片”到底是啥？多次分析、討論之后，團隊猜想，“大概率是雪花”，后來的設計也都是圍繞雪花展開的。

馬賽發(fā)現(xiàn)，直徑10米的薄片在空中轉動，自身重量會讓其彎曲，并且只有一個支點落地，“就像跳芭蕾舞一樣，人體所有重量全部都落在腳尖上，腳尖上的受力是非常大的。”

此外，“圓形薄片”還要能夠三地抵御嚴寒、強風等，確保支撐強度和穩(wěn)定性；支撐結構體量不能過粗過大，在造型上要與核心元素相得益彰……這些更為設計增加了難度。

結構

多個支撐點，保證穩(wěn)定性

“涉及火炬臺不單單是藝術造型的問題，還有結構、燃氣功能、運動等多方面需要考慮，當體量超過一定的尺度，就演變?yōu)楣こ虇栴}?！瘪R賽說。因此，美術學院團隊邀請了清華大學機械系、土木工程系教授團隊通力合作。在一次次討論后，綜合考慮風載、雪壓以及自重等因素，針對旋轉運動支撐結構提出將上下橄欖枝條中的葉子與枝條搭接，構成雙支撐結構。

“我們請土木工程系、機械系的老師來測試，考慮材料、重量、厚度等因素，用計算機來模擬測算，在不同風力下，火炬臺的受力情況。通過這些數(shù)據(jù)，我們又把點位進行了加強?！瘪R賽說。

為貼近冰雪語言，馬賽將支撐結構設計成為流動起伏的“銀絲帶”形態(tài)?！斑@是對冬奧會眾多賽事項目速度、激情、節(jié)奏、躍動等特征的抽象表達。”

在草擬多個模型后，馬賽從中篩選出5個并提交給導演組。2021年3月，團隊得知，其中一個最為“靠譜”的方案在激烈的競爭中勝出。

寓意

“雪花”將各國聯(lián)系在一起

大雪花由96片小雪花組成，每一片小雪花上，都鑲嵌著一個參賽國和地區(qū)的名稱。這個構想是張藝謀導演提出的，以此體現(xiàn)奧林匹克更快、更高、更強、更團結的精神。

小雪花如何排布？如何與橄欖枝連接？如何保證強度又能減小風阻？“雪花與雪花之間一定要有某種結構進行連接，而這個連接點如果特別顯眼又并不美觀。”馬賽介紹。

清華大學美術學院通過有限元分析以及拓撲優(yōu)化等方式提出多個結構上較為合理的創(chuàng)意圖案，并針對這些圖案進行計算分析得出可能采用的材質、整個火炬的重量以及結構的合理分布。

最終，結合多項仿真模擬實驗數(shù)據(jù)，馬賽團隊建議，小雪花的形狀統(tǒng)一成六邊形，排布采取蜂窩狀的穩(wěn)定結構。這樣一來，無需任何其他外部結構介入，小雪花之間就可以實現(xiàn)緊密連接。小雪花中間空出來的形狀正好也是一朵雪花的形狀。

“不但實現(xiàn)了藝術造型與工程結構的完美融合，還體現(xiàn)了各個國家緊密聯(lián)系在一起的寓意。”馬賽說。

選材

不銹鋼材質“晶瑩剔透”

“大雪花”“銀絲帶”只是大家能夠看到的地面部分。地面之下，既有實現(xiàn)橄欖枝大雪花和“銀絲帶”同心雙向旋轉的機械傳動系統(tǒng)，也有一直延伸到火炬臺底盤下方的氫氣管線，保證火炬能夠持續(xù)燃燒。

在材料選用上，考慮到大眾對冬奧冰雪的感知體驗以及主火炬塔將在三地永久保留等多方面的因素，最終選擇了不銹鋼材質，并運用8K拋光工藝。“不銹鋼材料在強度、抗風雨腐蝕方面比較有優(yōu)勢，同時可以做出我們想要的冰雪那種晶瑩剔透的感覺?！瘪R賽說。

2008年的北京奧運會，馬賽作為青年教師參與了開閉幕式的設計，和團隊一起完成了“缶”“龍柱”等演出道具的設計。

時隔14年，馬賽帶領美術學院設計團隊與清華大學機械系、土木工程系教授團隊通力合作，完成了北京冬奧會場外火炬臺設計。“與2008年相比，北京冬奧會同樣呈現(xiàn)了中國傳統(tǒng)元素，但更強調對冰雪運動本身的詮釋，體現(xiàn)科技簡約、綠色環(huán)保。這次的心態(tài)上相對放松，對奧運精神的領悟也更加深入，更為純粹?！瘪R賽坦言。(記者 馮琪)