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1984年，牛莉进入花样游泳队，1986年获得全国第一届女子花样游泳团体冠军。15岁转入八一射击队，与王义夫及李对红做过队友，1990年获得全军射击冠军。当她事业正旺，妈妈又把她从广州军区调到身边的北京军区时，射击队解散了。牛莉决定报考艺术院校。她先考了中央戏剧学院，结果初试时就被刷下来。她接着去考电影学院和解放军艺术学院，最终考上了解放军艺术学院。