奥运火炬的制作工程过程极其复杂

奥运火炬传递是奥运会标志性的开端。前奥运选手和民众将奥运圣火从雅典传递到开幕式，标志着奥运会正式开始。

从 1936 年柏林夏季奥运会和 1952 年奥斯陆冬季奥运会开始，每一届奥运会都采用了新颖的火炬设计，不仅在火炬传递过程中展示奥运圣火，还体现了主办国的特色。今年，奥运会将于今天（7 月 23 日）开幕，届时东京将点亮“庆典圣火盆”。预计点火时间是东京时间晚上 8 点，即美国东部时间早上 7 点。

打造一支独特、实用的火炬是一项艰巨的任务。在希腊首次点燃奥运圣火之前，必须为接力赛中的每一位运动员制作相同的火炬。整个设计、建模、原型制作、测试和制造过程实际上早在奥运会开始前数年就已开始。

奥运火炬的设计

奥运火炬的基本要素很简单。它必须包含燃料罐和排放系统以支持火焰燃烧；奥运火炬在燃烧时必须清晰可见，并且在极端条件下不易熄灭；它必须重量适中，形状易于握持。除此之外，特定主办城市的独特设计由组委会决定。

典型的火炬长度为 15 至 32 英寸。过去的材料范围很广——近年来，铝是一种流行的选择，但各种天然木材、其他金属、玻璃和树脂都可用于制作火炬。

设计团队向委员会提交一份创意组合，委员会随后会选出一小部分入围者。据负责伦敦 2012 年火炬设计的 Barber Osgerby 设计工作室联合创始人 Jay Osgerby 介绍，入围团队需要在短时间内提交一份获取所需材料和制造拟议设计的计划。

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每支火炬的设计都考虑到了主办国的利益。就东京 2020 年奥运会火炬而言，设计师吉冈德仁 (Tokujin Yoshioka) 的灵感来自日本的传统花卉——樱花。据东京奥组委称，吉冈德仁还用从 2011 年日本东部大地震和海啸后建造的临时房屋中回收的铝材制作了火炬。每支火炬中约有 30% 的材料都含有这种回收铝材。

往届奥运火炬设计：伦敦和盐湖城

2012 年伦敦奥运会火炬的三角形造型不仅象征着卓越、友谊和尊重的奥林匹克价值观，也体现了“更快、更高、更强”的奥林匹克格言，同时还纪念了伦敦第三次担任主办城市。每根火炬上还有 8,000 个孔眼，代表 8,000 名火炬手和从希腊到英国和爱尔兰的 8,000 英里的传递路线。

2002 年盐湖城冬奥会火炬采用了复古金属饰面，象征美国西部，铜饰面则代表犹他州的历史。在最初的概念确定后，2002 年火炬被交给佐治亚理工学院的一个团队进行 3D 建模和原型开发。工业设计高级讲师 Tim Purdy 领导了建模团队。“我们使用了一些 3D 打印技术，基本上制作了两个火炬原型，”他说。原型是 3D 打印技术能够将火炬带入的极限。“当时 [3D 打印] 行业没有可以承受极端高温的产品，所以我们不得不采用更传统的方法，”Purdy 在谈到从原型到制造的转变时说道。

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甚至在 2012 年，伦敦奥运会火炬也曾考虑过大规模 3D 打印，但最终被放弃，转而采用更可靠的金属焊接和激光穿孔技术。“对于委员会来说，火炬技术代表英国的技术非常重要，”与同事 Edward Barber 共同设计火炬的 Osgerby 说道。“当时，3D 打印和激光烧结在汽车行业、一级方程式赛车和航空领域真正开始流行起来。”虽然 Osgerby 表示激光烧结是一个很有前途的选择，但委员会最终认为这项技术太新了，他们不能承受出错的后果。

为奥运圣火助燃

与火炬外部设计同样重要的是燃料罐系统的内部工作，该系统为火炬顶部的火焰提供燃料。事实上，据与巴伯·奥斯格比合作设计伦敦 2012 火炬的工程公司 Tecosim 称，决定使用哪种燃料和燃料系统的第一个指标是燃料罐的大小。燃料罐决定了美学设计中可用的空间大小，以及产生至少 10 英寸高的黄色火焰所需的燃料量，燃烧时间至少为 10 分钟。

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选定燃料罐后，下一步要考虑的是要使用哪种燃料。最近七届奥运会火炬使用的燃料包括丙烷、丁烷或两者的混合物。奥斯格比说，伦敦 2012 火炬设计师探索了一种绿色燃料替代品，将象草和椰子油混合在一起，但由于点燃和熄灭火焰的困难，最终放弃了在最终火炬中使用这种燃料。里约 2016 奥运会设计团队还研究了一种乙醇生物燃料替代品，但由于恶劣天气条件下火焰亮度不一致，该替代品未能实现。两个设计团队最终都选择使用丙烷和丁烷的混合物。

虽然丁烷气的储存压力低于丙烷，但丁烷气需要更高的温度才能从罐中的液体转化为气体，也就是燃烧时的状态。另一方面，液态丙烷在 -40⁰F 左右蒸发成气体，因此选择了 55% 丙烷和 45% 丁烷的混合物，以平衡罐内的安全燃料压力和较低的蒸发温度。

Tecosim 表示，燃烧器系统本身与热气球非常相似。液化气通过一根沿着火炬长度延伸的长排气管从罐中排出。从那里，燃料被分配到一个不锈钢线圈中，该线圈缠绕在火炬最顶部的燃烧器单元上，就在火焰底部下方。在这里，燃料被快速加热并从液体转化为气体，然后通过燃烧器喷嘴送入火焰。

最后，气体通过燃烧器装置中的特殊阀门释放。“阀门经过精心设计和校准，能够以精确的比例混合气体和空气，形成所需的黄色、清晰可见的火焰，”Tecosim 说道。

由于燃料是以液体的形式从油箱中取出的，因此维持火焰所需的燃料流速得以保持，因为“火炬火焰提供的高热能使液体在到达燃烧器喷嘴之前蒸发成气体”，该工程公司解释说。

虽然所有燃气奥运火炬的原理都相同，但设计和比赛季节的重要因素带来了特定的工程挑战。“例如，都灵 2006 年冬季奥运会火炬主要采用实心主体设计，火炬头封闭，而伦敦 2012 年夏季奥运会火炬则采用多孔主体设计和开放式燃烧​​头，”Tecosim 说道。因此，每个火炬系统都是独一无二的。

测试火炬：风和极端温度

随着美学和技术原型的开发，火炬还要经过各种测试，以确保火焰能够承受极端天气条件、高海拔，甚至在传递过程中掉落。

奥斯格比表示，伦敦 2012 年火炬的测试是在慕尼黑的宝马风洞进行的。火炬在 23⁰F 至 104⁰F 的温度范围内进行测试，风速高达每小时 50 英里，湿度各不相同，模拟了雨天和雪天，所有这些都是在火炬相对于风洞中气流的角度变化下进行的。“为了支持气候风洞测试，我们进行了数百小时的火炬气流测试，使用大型工业风扇和预制喷嘴来提高气流速度，”Tecosim 表示。

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此外，火炬还从 10 英尺高处坠落到混凝土地面，并在斯诺登山顶进行海拔测试，那里的阵风时速超过 50 英里。这些测试是火炬审查的典型测试。

大规模生产火炬

奥运火炬研发的漫长过程中的最后一步是制造火炬传递所需的数千支火炬。与设计一样，制造商每年都会有所不同，具体取决于所需的材料和规格。

珀迪称，2002 年，美国户外装备制造商科尔曼 (Coleman) 制造了火炬的金属部件，而玻璃顶盖则从海外供应商处采购。2012 年，制造物流由位于英国考文垂的工程公司 Premier Group 负责。在火炬设计的规模扩大过程中，每个火炬都面临着独特的挑战——对于盐湖城火炬，玻璃顶盖非常脆弱；而对于伦敦火炬，需要使用一台新的激光切割机来切割 8,000 个火炬所需的 6400 万个圆圈。

“我们实际上得到了一台新的激光切割机，每秒可以切割 16 个孔，”火炬设计师之一奥斯格比说。最终的激光切割产品于 2012 年 5 月在火炬传递的第一站首次亮相，并在 78 天后的开幕式上最后一次亮相，随着伦敦奥运圣火的点燃，奥运会正式开幕，并延续了其独特前辈的传统。