回望／北京奥运会主火炬设计-数艺网

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回望／北京奥运会主火炬设计: 2022-02-11

编者按：

奥运会开幕式历来都是万众瞩目的焦点，而奥运主火炬及点火历来是奥运会开幕仪式表演的重要环节。为了给予全世界观众新鲜感，并能传承奥运精神，每一届的主办方都希望在奥运火炬的点燃环节出奇制胜。北京奥运会也概莫能外。2008年夏季奥运会"主火炬“设计及点燃仪式是具有中国特色的对奥运火炬的独特阐释，也是科技与艺术的融合应用。特此，分享2008年奥运会主火炬的技术设计及实现，以飨读者。

概述

在现代奥运会诞生 24 年后的比利时安特卫普第7届奥运会上，首次出现了奥运会主火炬点燃仪式。国际奥委会在 1928 年规定：每届奥运会都要在主会场点燃火炬。随着时间的推移和科技的发展，奥运会火炬点燃仪式不断创新，逐渐成为开幕式上的一大亮点。同时，在点火仪式中占有举足轻重地位的奥运主火炬更是夺人耳目，成为各举办国展现其科技发展水平和奇思妙想的主要工具。

纵观历届奥运会，开幕式的成败直接关系到奥运会的举办成败，主火炬点火成败又关系到开幕式的成败。各奥运会举办国都对主火炬和点火仪式给予特别的重视。2008 年北京奥运会，是一个极好的展示中国科技实力的机会，高速发展的中国把握这一重大机遇给世界一个崭新的形象。北京奥运会的主火炬应用最前沿的科学技术，给世界一个更绿色、更环保的景观，展现现代科技最新成就，实现北京奥运之“绿色奥运、科技奥运、人文奥运”三大理念。从环保、火焰的颜色、造型、可控性及燃烧对周边环境的影响等方面作系统性研究，以确保主火炬点火成功、火炬的稳定燃烧、点火创意效果的实现。

主火炬塔创意要求

主火炬塔创意方案是根据导演组的创意完成的，它体现了贯穿开幕式始终的“卷轴”的整体创意思想，同时也和“祥云”手持火炬相呼应；另外，作为国家体育场内环立面的延伸，很好地和国家体育场钢结构结合在一起。最终确定的火炬塔方案，像一个从国家体育场内环立面上撕下的膜结构，向上翻转至顶面卷曲成筒状，撕开的部分暴露出红色的内皮颜色，向上延伸过渡到祥云图案。其位置定在“鸟巢”北往东 28°，悬挂在“鸟巢”的“碗边”。主火炬塔在点火前需要隐藏，即在主火炬塔使用前藏在隐蔽处，使用时把主火炬塔悬挂于“鸟巢”的“碗口”边缘。火焰高度为6 m ~ 8 m, 点火装置不允许火焰碎片冲出燃烧的 U 槽外，见图 1 、图 2 。

主火炬塔性能指标

主火炬由主火炬塔外部蒙皮造型、主火炬塔主体钢结构、机械设备、液压驱动系统、机械控制系统、燃烧系统、燃气供气系统、燃烧控制系统、“鸟巢”钢结构加固等 9 部分组成。

主火炬塔总高约 31.5 m，位于“碗边”上檐以上高 17.5 m，位于“碗边”上檐以下 14 m，最大厚度 8.5 m，最大宽度 10.5 m，主火炬塔运行允许最大风速为15 m/s。

主火炬塔总重量共 46 吨，其中主体结构重量 26 吨，外蒙皮重量 16 吨，燃气燃烧部分的重量2.5吨，灯光等重量约 1.5 吨；机械设备及液压系统重 23 吨；主火炬塔运行轨道总长 48 m，主火炬塔运行 31 m，轨距 4 m，轨道组件重约 64 吨，燃气供气系统 10 吨，鸟巢钢结构加固重量约 45 吨。

主火炬塔采用内外圈燃烧的结构设计，燃烧装置外形水平投影接近于椭圆，长轴 3.2 m，短轴 2.8 m，长轴方向两端高度落差 1 . 6 m，内圈有 12 组燃烧器，外圈有 2 1 组燃烧器，见图 3。为降低熄火噪音，燃气管道内通入氮气。燃烧器全部燃烧（大火）时约需要每小时5 300 m3/h ~ 5 500 m3/h 的燃气量，内圈燃烧（小火）时约需要1 500 m3/h ~ 1 800 m3/h的燃气量，燃气压力：20 kPa ~ 30 kPa。

主火炬塔的蒙皮共 1 285 块，其中外侧蒙皮 646 块、冲孔 282 块、祥云浮雕 282 块、主火炬塔内侧 457 块、冲孔261块；内圈祥云浮雕采用不锈钢本色，浮雕底板采用冲孔白色，外圈其他部分选用红色; 内侧采用与“鸟巢”内环膜相同的颜色。

整个主火炬机械部分共有 1 8 个各种举升油缸和电动插销油缸，2台5.5 kW水平运行电机、2 台 0.25 kW 电动插销，共计 22 个驱动；7 套位移编码器、2 套速度用编码器、以及 1 套双备份液压系统，1 套轨道组件，2套主驱动运行小车；2 套支撑运行小车、1 套液压驱动组件等部件。除了液压泵站控制系统不在“鸟巢”上表面，其余设备都安装在“鸟巢”的上表面，参见图 3、图 4。

主火炬塔运行状态

主火炬塔通过与固定在其下的运行小车在事先安装好的轨道上运行。平时，主火炬塔平卧在轨道上，停留在离“碗口”15 m 的位置。工作时，主火炬塔通过其自身带的电机驱动，由停留位置向“碗口”方向运行；运行到“碗口”规定的位置，在轨道上的定位插销固定好主火炬塔，主火炬塔顶升系统启动到位并固定好主火炬塔的翻转铰点；固定好后，启动顶升主油缸把主火炬塔立起来；主火炬塔立起后，锁紧插销，解除主油缸与主火炬塔的连接插销，收回主油缸，同时接好主火炬塔的燃气管道；管道连接好后，快速检查气密试验，等待点火，见图 1、图 5。

主火炬设计

主火炬的创意和设计从 2006 年 11月开始，2007 年 4 月由开闭幕式工作部牵头成立了主火炬设计团队，主火炬团队设立 5 个组，为：总体组、建筑组、燃烧组、控制组、地面组；由下面 5 家单位组成，主要工作如下：

（1）总装备部工程设计研究总院负责制定主火炬总体技术方案，负责主火炬塔机械传动系统、液压系统、自动控制系统、主火炬塔主体结构的设计；

（2）中国建筑设计研究院负责主火炬塔和“鸟巢”相关部分的建筑设计及主火炬塔表面建筑设计；

（3）北京燃气集团负责主火炬塔燃气供应系统、燃烧系统及相关控制系统的设计；

（4）中国航天科工集团参加主火炬塔燃烧系统方案论证、承担主火炬塔燃烧、温度场的部分仿真计算；

（5）麦德（北京）建筑设计咨询有限公司负责主火炬塔前期造型设计。

2007 年 5 月 ~ 8 月，进行了十多次燃烧系统试验，包括燃烧系统性能、抗风、抗雨、温度场测试等 9 项内容。

2007 年 8 月，最终确定主火炬创意方案；2007 年 11 月底，完成了主火炬的施工图设计工作；施工图设计结束后，为了确保设计、施工的安全可靠，主火炬团队又开展了以下工作：

（1）中国建筑设计研究院对主火炬塔在“鸟巢”上部荷载进行了多次计算、复核工作，进行了“鸟巢”结构加固设计；

（2）中国建筑设计研究院防火所进行了消防性能化设计；

（3）中国空气动力研究中心进行了主火炬塔 1:20 模型的风洞试验，确定了主火炬塔的风载体型系数等相关参数；

（4）总装备部工程设计研究总院进行了让火炬塔的防雷设计，并通过了专家评审。

2008 年 1 月初，首钢承接了主火炬塔加工制造、试验、安装和运行工作；北京燃气集团承担主火炬的燃烧系统、供气系统的加工、安装、调试、运行；北京长征高科负责主火炬塔蒙皮的制作，北京航天美利达装饰工程有限公司负责主火炬塔蒙皮的安装。2008 年 4 月 10 日，完成主火炬的机械、液压系统、控制系统、燃烧系统、供气系统的加工安装；5 月 10 日，完成主火炬设备的所有加工、进行主火炬的整体试验，并进行二次点火燃烧试验，通过市领导及奥运会开闭幕式运营中心有关领导、导演的检查；5 月 10 日开始在“鸟巢”安装、调试，并于7月10日正式投入使用。2008年 8 月 8 日奥运会开幕式、2008 年 9 月 6 日残奥会开幕式成功点燃主火炬，并呈现给世界。

结论

北京 2 0 0 8 年奥运会和残奥会主火炬塔被国际奥委会主席雅克·罗格称赞为历届奥运会中最具创意、最壮观的主火炬，为国家赢得了荣誉。

北京奥运会主火炬带给全世界一个惊喜，展现了五千年的中华文明，展现改革开放三十年来的国家发展进步，展现了民族强大的凝聚力，展现我国对世界和平的良好愿望，也反映出我国的整体实力与科技水平。

北京奥运会主火炬不仅具有史无前例的创新特色、极高的科技含量，更具有绝对的安全、可靠保证，同时实现了节能环保的要求。它极大地增强了全国人民的自信心，将带来了不可估量的社会效益。

选自《演艺科技》2008年《奥运特刊》郑志荣，周凤广，王迎东，尚文，常嵩，邱涧冰《北京奥运会主火炬设计》，转载请标注：演艺科技传媒。更多详细内容请参阅《演艺科技》。

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