2024年度中國紡織工業聯合會科學技術獎近日揭曉。由國家冬季運動服裝裝備研發中心主任、北京服裝學院教授劉莉作為項目第一完成人研發的“冬季運動訓練比賽高性能服裝研發關鍵技術與應用”項目（以下簡稱“冬季運動項目”），獲得了科技進步獎一等獎。

“在冬季競速類項目中，0.01秒就可能決定一塊獎牌的歸屬。在運動員拼盡全力成績不相上下時，這0.01秒之差可能就來自專業服裝和裝備的性能差異。”劉莉接受《中國紡織報》記者專訪時表示，冬季運動項目是由北京服裝學院牽頭，聯合5所高校、4家企業、6個學科近300名科研人員參與的國家戰略性系統工程。歷經5年探索，項目在基礎理論研究、評價和測試平臺建設、競速及技巧類服裝裝備研制等層面取得了豐碩的成果和創新點；競速項目比賽服減阻率、項目研發測試技術處于世界領先水平；運動員人體數據服裝號型系統及視覺運動表現評估方法建立等方面填補了國內外技術的空白。

創新設計理論  構建研發體系

一臺手持掃描儀有四五公斤重。一些冬季項目國家運動基地位置偏僻，沒有大型掃描儀，劉莉和她的團隊就一手握著手持掃描儀，一手端著平板電腦，圍著運動員做精準勻速移動，收集運動員不同賽姿下的3D體型數據。幾年下來，團隊的姑娘都練成了“戰斗力滿滿的女漢子”。

“我們采用大型三維掃描設備、手持三維掃描儀等科研手段共獲得180余項精準數據，篩選126項關鍵變量，完成了《中國國家集訓隊員三維人體掃描數據報告》。”談到項目中關于“冬季運動服裝工效機理與評價技術”課題理論研究，劉莉介紹，一直以來，運動員典型體型特征數據庫和設計理論的缺乏，是困擾比賽服裝研發的一大難題。5年來，劉莉帶領團隊深入10個訓練基地，采集了21支國家集訓隊400余人的數據，為構建冬季項目運動員人體數據庫與服裝號型系統、開發基于體型姿態的緊身運動服裝版型生成技術、緊身合體無縫針織滑雪內衣研發、創建冬季運動服裝綜合性能評價方法及其測試平臺等理論體系建設打下了牢固的基礎。

為保證基礎研究的嚴謹性，劉莉經常驅車往返數百公里，前往偏僻的訓練基地，只為獲取運動員的一個數據或是試穿感受。劉莉告訴記者，構建運動員體型數據庫、開發緊身運動服版型生成算法、解決競速類和技巧類服裝合體性設計和性能評測難題，都需要扎實的基礎理論研究來支撐，而這一切都始于大量一手數據的科學采集。

“我國冰雪運動發展歷史較短，冬季運動專業裝備薄弱，在很長一段時間里依賴進口，缺乏高科技、尖端比賽服的自主研發體系。”回想起2019年項目立項時，我國冬季運動競技比賽服的研發幾乎是一張白紙。劉莉談到，項目研發的思路不只是要研制一件高性能比賽服、助力運動員成績再快0.01秒，而是要夯實冬季運動訓練比賽高性能服裝研發關鍵技術與應用機理研究的理論基礎，構建我國自己的理論體系，將冬季運動項目的創新技術從短道速滑、花樣滑冰等拓展到鋼架雪車、空中技巧等更多的冰雪運動項目，以及“雪龍號”南極科考等更廣闊的領域，持續為國家戰略服務。

創新減阻技術  創建“美”的模型

在位于京郊的運動員訓練基地內，有一處空曠寬敞的“風的天堂”。這里可產生不同速度等級的風，模擬人體、物體的運動速度，從而分析出運動時所受的空氣阻力。幾年下來，劉莉和她的團隊在這個風洞實驗室里，與8級甚至10級大風累計“較勁”了1000多個小時，完成了項目設立之初制定的比賽服減阻5%的目標，其中速度滑冰、短道速滑項目比賽服的最大減阻率均超過了10%。成功的欣喜使團隊人員把風洞噪聲造成的耳鳴、頭暈拋在了腦后。

“風洞測試一般用于航空、汽車等工業制造領域。我們開創了先例，首次將其運用到運動賽事的準備和研發中。”談到冬季運動競速類項目服裝關鍵技術與應用的研發，劉莉表示，項目團隊利用風洞實驗室的模擬效應，通過計算流體動力學，探明了運動姿態導致壓差阻力和服裝表面摩擦阻力是冬季運動競速類比賽服的空氣阻力來源，創新提出了服裝結構線和面料表面微結構的跨尺度協同減阻技術，超越了冬季運動競速類項目制定的減阻率目標 。

“不要小看高爾夫球表面的凹坑，它能讓高爾夫球飛得又快又遠。”劉莉告訴記者，降低壓差阻力是開發減阻服裝的關鍵。項目組基于高爾夫球凹坑減阻的原理，在服裝表面設計了凹坑結構，并針對凹坑結構的尺寸、排列方式、布局以及密度對減阻效果的影響開展了系統研究，構建減阻結構模型，制造復合功能減阻面料。“以速度滑冰為例，我們在56款不同結構線設計和工藝方法的面料中找出了最好的減阻面料設計，并在整衣系統化風洞評價測試中獲得了超過10%的減阻率。”劉莉說。

“我們將冬季運動訓練比賽服分為速度型和技巧型兩類，在研發思路上前者專注于‘快’，后者落腳于‘美’。”談到冬季運動技巧類項目服裝關鍵技術研究與制備應用，劉莉表示，項目團隊基于國際級空中技巧裁判的評判數據，構建了空中技巧比賽服視覺影響因素與表現評價關系模型，創造性開發了“人體—服裝—環境”全要素比賽服虛擬仿真實訓系統，解決了技巧類服裝的設計和評價難題。

“花樣滑冰比賽服要美得恰如其分，在美的同時要滿足運動員做跳躍翻騰動作等功能需求。服裝的重量也要被精確控制。”劉莉向記者揭秘，針對花樣滑冰項目，科研團隊創建了中國特色的考斯滕設計定制體系，連續四個賽季為國家23名重點運動員定制比賽服130余套，一改每逢大賽運動員就要到國外定制賽服的慣例，助力我國運動員取得36次世界級比賽的獎牌。

創新安全防護  構建溫暖“堡壘”

短道速滑運動員在比賽中發生碰撞時面臨著被冰刀割傷的危險。為此，國際滑冰聯盟在2022年時要求短道速滑比賽服面料要符合英國標準切割等級在2級以上，達到“刀割不破”。當時，劉莉團隊研發的面料性能既防切割，又柔軟可穿，處于世界領先水平。

“我們為高山滑雪運動員定制的護具和背甲，使用吸能緩釋材料，可以有效保護運動員在繞轉旗門時不被撞傷。”在談到冬季運動創傷防護和輕質保暖增強技術創新點時，劉莉表示，根據比賽防護需要，項目團隊揭示了蜂巢結構抗沖擊材料的截面形狀、尺寸、間距與吸收沖擊能量之間的關系，提出了人體分區精確控溫的保暖新思路，創建了縫合、熱壓粘合、超聲粘合和點膠異質混合集成工藝，解決了防護服裝和保暖服裝制備的技術難題。

針對“低溫柔性抗沖擊材料的研發和結構設計”課題，劉莉團隊研發出全新柱狀陣列型抗沖擊結構，制備了四種抗沖擊吸能主體和兩種復合多層材料，相比當下流行的護具材料具有更好的防護效果和更優的低溫柔軟性，適用于高山滑雪、自由式滑雪大跳臺的護具。在高彈防切割復合紗線和柔軟高彈防護面料的研發上，劉莉團隊研制出“氨綸+超高分子量聚乙烯”包覆紗結構的高彈防切割復合紗線及其針織防切割面料，探明了彈性面料防切割的機制，構建了冬季運動護具的綜合測試系統。

“運動員在賽前、賽后及日常的保暖也非常重要。我們為雪上項目設計的‘堡壘’綜合保暖裝備，包括針對女性運動員的戶外加熱坐墊、保持體能的加熱馬甲，針對鋼架雪車項目方便穿脫的‘快拆熱褲’等，為運動員在低至零下30攝氏度的環境下訓練比賽提供了保障。”談到多功能柔性加熱元件和積極保暖服裝制備的研發，劉莉表示，項目團隊在柔性加熱元件和智能溫控系統上取得了重大收獲，建立的云平臺和數據庫保障了實時監測，精準控溫。冬奧“堡壘”綜合保暖系統，保障了北歐兩項團體賽集訓隊度過戶外嚴寒；冬季耐低溫保障服裝被用于南北極科考工作服、深海深潛器艙內工作服、高原高寒應急保障服。

“目前，項目已獲授權發明專利19件，制定國家標準2項…… 助力中國體育代表團取得北京冬奧會5金2銀2銅的突破。下一步，我們的目標是2026米蘭冬奧會。”劉莉對未來充滿信心。