“雪上项目比赛场地多在山区，环境温度可能会达到零下10摄氏度以下……”观众在极寒条件下如何温暖观赛？工作人员、观众如何避免冻伤、得到“温暖保障”？

为解决这一问题，清华大学建筑学院副教授曹彬团队参与了国家“十三五”重点研发计划“科技冬奥”重点专项“人工剖面赛道类场馆新型建造、维护与运营技术”项目，研发出了极寒环境下的“温暖装备”——智能加热服和加热坐垫，可以在短时间内迅速发热、锁热，确保观众拥有舒适温暖的观赛体验。

记者了解到，聚焦人的需求、感受，收集相关数据来辅助设计，在整个大建筑领域内是比较新的理念。曹彬称，根据赛事及场馆需求，希望该项研究成果未来酌情在部分区域实现应用。

极限低温环境为研究带来新挑战

曹彬所在的专业是建筑学院的建筑环境学科，关注如何解决建筑环境营造、提升人在环境中的舒适感等问题。

“之前都是研究建筑内、室内场景的环境如何营造，而雪上运动场馆是露天、开放式的，此前针对室内空间的传统方法和技术就不适用；且露天赛场环境比较极端，对于极端环境下人的生理数据，前期可借鉴的研究成果很少。”曹彬称，对研究团队来说，由于应用场景和对象都是新的，可以说进入了一个新的研究领域，这也是此项研究最大的难点。

研究团队在现场研究测试。受访者供图

曹彬告诉记者，此项研究首先面对的问题是，要清楚在零下十几摄氏度的低温环境下待上一两个小时，人究竟会有多冷。

对于科学研究来说，仅有人的直观感受是不够的，而是需要具体、客观的参数。因此，曹彬团队在冬天到赛场记录环境参数，然后在低温环境舱中模拟环境，并进行受试者实验，通过温度传感器，监测人身体上多个部位暴露在低温环境下不同时长后的皮肤温度，以此来评估“人会有多冷”。

除真人受试者实验，曹彬团队还利用“暖体假人”设备来收集数据。据悉，这个“假人”是机器人，但看起来完全是真人形态，它身体每个部位都可以模拟真人产热和散热的情况，同时可以通过后台程序软件，监测不同暴露时长、不同厚度衣物下，假人表面温度变化。

研究团队使用暖体假人开展低温环境现场实验。受访者供图

研发实验系统收集人体数据

知道人有多冷后，接下来就要给人补充热量。

曹彬解释称，由于在开放环境下，热量会不停散发，无法采用在封闭空间内进行取暖和保暖的常规方法。因此，这项研究从理论到解决方案，都沿着一个思路——从人的个体尺度上去考虑问题，要把所有热量都给到人。

那么，极端低温环境下人需要多少热量，以及应该给人的哪些部位补充热量才最为有效和舒适？曹彬告诉记者，这需要研究人的身体各个部位在寒冷环境下加热的敏感性来得出答案。

为解决这一问题，曹彬团队开发出了一个“人体全身多点位加热实验系统”，由一套“加热服”和后台程序构成。“加热服”看起来是一套薄薄的贴身衣服，各个部位设置有加热片，同时可以在平板电脑上进行操控和交互。

受试者穿上“加热服”之后，程序界面可以看到并选择不同部位、设置不同的加热温度。“比如，想给腹部加热到35℃，或是给腿部加热到37度，都可以在程序界面进行设置，继而加热服会按照程序的设定进行加热。”曹彬表示。

通过进行一定数量的真人受试者实验，曹彬团队总结出规律，找到了在长时间低温环境下，人们普遍会倾向于给身体哪些部位进行加热，以及加热到多少摄氏度会达到较为舒适的状态。

智能马甲、坐垫给人高效补充热量

前期研究完毕，最后一步是依据理论数据把加热设备做成实物。沿着“个体尺度”思路，曹彬团队最终决定，采用可穿戴方式来实现这一措施落地。

经过反复推敲，团队最终研发出了两种装备形态——一种是便携式的加热坐垫，另一种是可穿戴在身上的智能加热马甲。

团队研发的智能加热保暖装备。受访者供图

这两种装备的原理相近，都采用了柔性石墨烯发热材料，通过其电热效应，通电后可以起效发热；且材料本身是软的，人坐在上面产生形变也没有关系。

“如果不考虑保温，热量很快就散掉了。”在开放环境下，除了加热，保温也非常重要。在保温性能上，曹彬团队采用了轻薄的保温材料叠加态，置于坐垫底层和马甲外层，来阻断热量向下、向外散发，保证热量集中、高效地传递给人。“坐垫上表面温度能够达到40摄氏度以上，同时由于具备隔热性能，如果去摸它的下表面，会发现是很凉的。”曹彬称。

关于可穿戴加热装备，之所以做成马甲形态而不是外衣，曹彬解释称，马甲比较灵活且贴身，便于大家搭配自己的外套，也更有利于热量的有效利用。同时，给这件马甲也配了手机端小程序，使用者可以自行进行交互操作，通过简明的示意图选择加热部位、调整温度。

除力争服务冬奥外，这些研究成果还能如何应用？对此，曹彬告诉记者，随着冰雪运动在国内普及发展，会有越来越多赛事和参与者，对于加热保暖方案的需求也会随之增加；此外，户外极端低温环境下、恶劣自然条件下工作的场景也非常多，也希望这些研究成果能继续推广。

新京报记者 冯琪 校对 刘军