北京冬奥会火炬。北京冬奥组委供图
随着北京2022年冬奥会和冬残奥会火炬“飞扬”在冬奥倒计时一周年正式发布，北京成为奥运历史上首座“双奥之城”的时刻更加临近。火炬表面自下而上从祥云纹样逐渐过渡到剪纸风格的雪花图案，镌刻了城市从夏奥到冬奥的脚步，也见证了从2008年北京奥运会开始，播种在人们心中的奥运情结。
“2008年我参与过奥运筹备工作，所以知道冬奥会肯定会有火炬外观设计项目。”13年前，饶杰是北京奥组委对外联络部的工作人员，身为奥运人，他对奥运会有着特殊的情结，因此，当去年4月24日北京冬奥组委面向社会公开征集火炬外观设计方案时，他第一时间捕捉到这一消息，把参与征集的任务带到团队，“初始十几个人，就想为北京冬奥会做点事儿”。
去年7月31日，经过北京冬奥组委多轮评审，火炬“飞扬”的前身“瓷火之心”从182个有效方案中脱颖而出，入围火炬外观设计候选方案。“设计团队还没来得及相互祝贺，所有人就清晰地意识到，此时此刻，才是项目真正开始的时候。未来将面临重重挑战，方案的入围只是一个起点。”火炬团队项目负责人饶杰在回忆时说。
入围后，大量修改工作扑面而来，比最初设计原方案更加煎熬。北京冬奥会火炬外观设计师李剑叶记得，电影《我和我的祖国》有个镜头让他触动，一面被风吹得飘扬的五星红旗从画面左边慢慢进画，“很是浪漫”，他想让笔下的火炬呈现出这样红旗漫卷、向上飘扬的感觉。
可动态的“感觉”并不容易呈现，组委会建议“进一步打开思路”。团队开始了一个半月的反复改良，设计师们笑言，那段时间被“逼”到“熬夜听郭德纲”。在距离下一个汇报节点还有两天时，团队痛下决心，彻底清空了项目室，擦掉了此前的所有板书，重新探索更深层次的设计文化根源，这次“决绝”后，一个新的共识达成：隐去原方案中作为燃烧出火口的“瓷芯”，改将空心螺旋上升式的飘带作为主特征，出火口则改在了内外飘带的边缘上。
可问题又出现了。囿于工业设计的机械化思路和创作方式，火炬内外飘带的缠绕形态始终过于规则，很难达到“道法自然、天人合一”的整体设计要求。“以前的项目基本都知道该往哪儿走，但这次完全没有方向感。”李剑叶透露，在最迷茫的时刻，一片叶子成了“救命稻草”。
团队与北京冬奥组委文化活动部火炬设计修改组专家林存真研讨时，办公桌上的一盆绿植吸引了林存真注意，绿植上一片枯叶落下，卷曲的形态恰似正在让大家一筹莫展的火炬，“大自然的线条，是计算机设计软件中无法实现的。”林存真说。叶子自然的线条看起来很有生命力，瞬间打破了设计图纸上的“规律和工业感”，“这让我们很兴奋，赶紧拍了视频传回去开始研究。”饶杰记得，大家在白板上画了很多草图，尝试去捕捉这种生动的感觉，在去年8月底到9月初的这一周里，团队几乎每天都能提交新的修改方案。
最终，“飞扬”内外飘带结合的造型，把火炬从原来比较完整的封闭形状变成了一个开放的形状，设计“没有一根直线条”让火炬呈现出动感，蜿蜒的红色主线贯穿整个火炬，“像赛道，也有山峦的感觉，还像长城，暗示了主办环境氛围。”李剑叶表示，盘旋向上的造型有生生不息的寓意，也决定了火燃烧的形态将不同以往，“传统的火炬是一团火，但‘飞扬’像一条火龙一样盘旋着往上走，而且可以通过一些设计的小细节去控制，让火从小慢慢变大，到顶端的时候变得更有活力。”
然而，艺术设计还需要科技创新辅助落地。北京冬奥组委文化活动部副部长王向豫表示，除了二者融合，北京冬奥会火炬的设计还需秉持绿色、可持续理念。采用氢作为燃料就是“飞扬”的科技亮点之一，既能满足环保属性，也符合冬奥会火炬接力需要在低温环境中运行的现实要求，氢燃料的特性保证了火炬能在极寒天气中使用。
“氢能在燃烧时，它的燃烧产物只有水，没有二氧化碳，是一个完全零排放能源。”中国航天科技集团高级工程师韩宗捷表示，但这个选择也带来了不少难题，首当其冲就是火焰的颜色问题，“氢气的火焰在日光下是不可见的，因此，我们在研制的过程中，首先研制了一种可以调节氢气火焰颜色的配方，去让它在日光下具有可见的火焰颜色。”其次，火焰的稳定性会遇到挑战，“特别是在冬奥会的火炬传递过程中，会有很多高速运动场景或者大风环境。通过研制，实现了火炬在100公里每小时的大风状态下，火焰能稳定燃烧。”此外，手持火炬内部空间狭小，高压储氢是现实问题，“我们研制了一款轻量化、小型化氢气减压装置，对高压氢气进行减压”。
攻克重重难关后，“飞扬”不仅安全可靠性高，可抗风10级，可在极寒天气中使用，还兼顾了轻量化、小型化的外形匹配要求。
“飞扬”的另一大技术亮点则是火炬外壳采用了重量轻的耐高温碳纤维材料，火炬燃烧罐也以碳纤维材质为主。据碳纤维专家、中国石化上海石化股份公司副总经理黄翔宇介绍，“轻、固、美”正是由碳纤维及其复合材料制成的外壳呈现出的特点。
“密度只有钢的1/4，强度是钢的6~7倍。”黄翔宇表示，轻而强是碳纤维最大的特点，因此，与传统奥运火炬采用金属不同，碳纤维在“飞扬”找到用武之地。黄翔宇解释，“轻”指的是碳纤维复合材料与相同体积的铝合金比，轻了20%以上。而“固”是因为这一材料具有高强度、耐腐蚀、耐高温、耐摩擦、耐紫外线辐射等特点，“美”则是应用了具有国际先进水平的三维立体编织成型技术，将高性能纤维编织成目前这样具有复杂形状的优美整体。
可“黑科技”的应用背后，同样需要攻克一系列难题。在高校、科研院所和科创企业协同努力下，解决了碳纤维复合材料在极端条件下的应用瓶颈，实现了火炬外壳在高于800℃的氢气燃烧环境中正常使用，破解了火炬外壳在1000℃高温制备过程中起泡、开裂等困境，最终才保证了北京冬奥会和冬残奥会火炬文艺外表下跳动的一颗“科技心”。（记者 梁璇）
