●本报记者 陈 渴/文 张立梓/图

今年夏天，持续的高温天气导致全国各地用电需求大幅攀升，局部地区出现电力供需紧张的情况。但在河北省张家口市张北县，却有一栋建筑，在与外界完全断电的情况下，依旧可维持室温25℃的正常生活。

这便是今年中国国际太阳能十项全能竞赛上，由三明学院科研团队参与打造的阳光方舟3.0建筑。

双曲面壳体设计，近百块光伏板覆盖，屋内配以多功能竹制家居，阳光方舟3.0几乎成为现场被聚焦最多的一栋建筑。

国际太阳能十项全能竞赛是一项享有太阳能“奥林匹克”和绿色住宅“世博会”双重美誉的全球顶级大学生科技创新赛事。今年，来自10个国家29所知名高校组成的15支参赛团队参与，每队设计并建造一栋以太阳能为唯一能源的高性能全尺寸房屋。

三明学院是我省唯一的参赛高校，与东南大学建筑学院、苏黎世联邦理工学院组成团队共同参赛，获得总分第二名的好成绩，还捧回“市场潜力”第一名与“能源能效”第三名两座奖杯。此前，这一项目通过申报获得“建华建材杯”第二届全国生态混凝土创新设计应用大赛生态工程应用类环境生态工程一等奖。

新的材料 新的应用

捧回如此亮眼的“成绩单”，阳光方舟3.0并非“浪得虚名”——

目前世界上第一个采用超高性能混凝土预制装配的双曲面壳体建筑；

采用了全国首个用80块东西向布置的光伏板系统，比传统南北向布置每天可多接收阳光3小时以上。

那么，三明学院师生联手打造了哪些科技亮点？

其中，令人瞩目的UHPC预制装配的双曲面壳体，就是由三明学院负责设计、制造和搭建的。

UHPC，即超高性能混凝土，是目前最具创新性的水泥基工程材料之一，具有优良的耐磨、抗爆性能。其特别适合用于大跨径桥梁、抗爆结构和薄壁结构，以及用在高磨蚀、高腐蚀环境。

普通混凝土的抗压强度在20兆帕—50兆帕，而UHPC可达200兆帕以上。“这得益于UHPC中加入了钢纤维、硅灰、减水剂等材料。其中，钢纤维可以很好地提升混凝土的抗拉性能。”三明学院带队参赛的教师、建筑工程学院副院长曾武华博士向记者介绍。

普通混凝土抗压强度高，但容易开裂，其结构易被破坏。若将钢纤维分散其中，即使发生破坏，也只产生微小的裂缝，并可自行恢复，从而获得更长的使用年限。

值得注意的是，在国际太阳能十项全能竞赛中，从未出现过混凝土壳体结构建筑。由于壳体建造技术、周期和成本等因素的制约，现浇壳体结构一般无法在20天内建造完成。

阳光方舟3.0的表现却十分出色。UHPC壳体预制建造技术和构件优化技术使壳体在5天内装配建造完成，整个建筑在20天内成功建造完。这不仅仅是中国赛区的创新和亮点，在国际赛区中也处于领先地位。

“将UHPC材料用在主壳体结构和东西墙外围护结构上，相比传统结构减少67%的混凝土使用量。20个曲面通过308个螺栓连接，建造过程无需脚手架或支模，快速建造、绿色环保、世界领先。”曾武华告诉记者。相对传统建筑，阳光方舟3.0的建造过程可减碳80吨以上。

除此之外，由三明学院负责的建筑信息模型BIM（建筑信息集成技术）在项目中也得到了应用。

通过介绍，记者了解到，阳光方舟3.0中的所有UHPC壳体，使用一套模板预制成型，并通过BIM优化实现高效的运输——一辆17米的普通宽度长车，一次性运输8个5.4米×2.7米×2米曲面构件，壳体综合建造成本约为同类型曲面建筑的二十分之一。

从阳光方舟3.0的设计到建造施工过程管理，再到后期的维护，BIM技术的运用大大提高其信息化水平，提升了智能化建造的效率。

另外，在室内设计环节，三明学院风景园林专业师生结合三明竹产业地方特色优势，与福建省竹里家居科技有限公司开展合作。大胆运用竹元素，将原生态理念完美融进现代风格，组合可变家具，创造居住模式、办公模式、交流模式、影院模式和展示模式等，实现空间的可变性。满足业主的长效使用需求，充分体现了绿色低碳建筑理念。

“这是一个高品质可持续发展的，未来市场需求的建筑产品，在市场潜力上优于其他参赛作品。”大赛建筑室内赛事组委会给予了很高的评价。

面向未来 因地制宜

2010年，三明学院成立工程材料与结构加固实验室，实验室聚焦绿色建筑材料研发和研究利用新材料实现结构加固两大方面开展工作。

新材料，新在绿色建材。绿色混凝土利用了三明工业废渣，比如钢渣，正如曾武华所言，“一箭双雕，既实现了废物再利用，又提高了混凝土性能。”

今年5月，莆炎高速公路三明段正式通车，全线控制性工程之一、世界最大跨径钢桁组合连续刚性结构桥——沙溪大桥正式投入运营。

这座大桥，也是三明学院成功应用UHPC的典型案例。

大桥全长1408米，宽33.5米，主桥采用主跨176米的钢桁组合连接钢构，采用缆索吊机安装施工，为目前国际上同类桥梁最大跨径。沙溪大桥预制桥面板纵向UHPC湿接缝，“也就是预制桥面板通过现浇在一起的中间部分，采用了UHPC。”曾武华说。

由福建一建集团承建的小蕉安置房A项目，是我省首个装配式钢管束结合剪力墙结构项目，采用钢管束组合结构体系进行建设。

早在2020年，三明学院承担市科技计划项目“三明市装配式钢管束组合结构的产品优化及施工工艺研究”。这一项目研究活动采用粉末混凝土（RPC）——钢管束混凝土（CFST）装配式组合结构力学性能和计算方法，取得钢管束混凝土剪力墙组合结构的新成果。项目建立了钢管束混凝土剪力墙组合结构生产线，有效解决钢管束剪力墙及钢桁架楼承板结构构件生产、安装及现场施工中存在的若干问题。这一成果获得专利11项。