近日，2022第三屆中國國際太陽能十項(xiàng)全能競賽在張家口市張北縣小二臺(tái)鎮(zhèn)德勝村成功舉辦。由東南大學(xué)、蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院和三明學(xué)院組成的聯(lián)合賽隊(duì)的參賽作品Solar Ark 3.0陽光方舟之家，獲得建筑設(shè)計(jì)、市場潛力獎(jiǎng)第一名，SDC最受媒體歡迎、能源能效以及工程建造三個(gè)獎(jiǎng)項(xiàng)第三名的榮譽(yù)，最終以總成績第二的優(yōu)異戰(zhàn)績精彩出圈。蘇博特公司作為Solar Ark 3.0的首席合作伙伴，為該項(xiàng)目提供了UHPC預(yù)混料及相應(yīng)的技術(shù)支持。

Part 1 國際大賽釋義

“中國國際太陽能十項(xiàng)全能競賽”（以下簡稱“SD中國”）源自具有太陽能“奧林匹克”和綠色住宅“世博會(huì)”雙重美譽(yù)的全球頂級(jí)大學(xué)生科技創(chuàng)新賽事——“太陽能十項(xiàng)全能競賽”（Solar Decathlon，簡稱“SD”）。該競賽于2002年自美國發(fā)起，迄今已成功舉辦20屆，目前在全球范圍內(nèi)已有美國、中國、歐洲、中東、非洲、拉美、印度七大組委會(huì)。競賽要求每個(gè)團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)并建造一棟以太陽能為主要能源的高性能全尺寸房屋，參與十項(xiàng)指標(biāo)評(píng)比，評(píng)選出融合完美設(shè)計(jì)、智慧能源、多樣創(chuàng)新和市場潛力的優(yōu)秀作品。希望通過比賽和展示加快產(chǎn)學(xué)研融合，推進(jìn)相關(guān)技術(shù)創(chuàng)新、發(fā)展和商業(yè)化。

“SD中國”由中國海外產(chǎn)業(yè)發(fā)展協(xié)會(huì)主辦，得到包括中國國家能源局、住房與城鄉(xiāng)建設(shè)部、共青團(tuán)中央、財(cái)政部、外交部、發(fā)改委等國家部委單位的大力支持，通過搭建國際化競賽和交流平臺(tái)，積極服務(wù)國家綠色生態(tài)發(fā)展戰(zhàn)略和可再生能源利用推廣，配合城市高質(zhì)量發(fā)展和相關(guān)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型需求，促進(jìn)產(chǎn)學(xué)研融合和復(fù)合型創(chuàng)新人才培養(yǎng)。

Part 2 Solar Ark 3.0 簡介

此次由東南大學(xué)、蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院和三明學(xué)院聯(lián)合展示的Solar Ark 3.0陽光方舟之家作品采用了BIM標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)、工業(yè)化預(yù)制、現(xiàn)場高速裝配和運(yùn)維管理等技術(shù)方法，在20天（2021年8月24日到9月12日）內(nèi)完成了建造，并投入運(yùn)營，至今已連續(xù)運(yùn)行近一年。Solar Ark 3.0是一棟全生命周期零碳建筑，光伏板系統(tǒng)東西向布置，實(shí)現(xiàn)相同面積最大光伏板安裝數(shù)量、最長時(shí)間持續(xù)發(fā)電、冬季大雪后最快恢復(fù)發(fā)電。陽光方舟之家優(yōu)美的外部曲線造型和靈活的多功能空間布局得到了各級(jí)領(lǐng)導(dǎo)、建筑行業(yè)專家以及社會(huì)各界媒體的廣泛關(guān)注，并吸引了大量游客前來參觀游覽。

Part 3 UHPC構(gòu)件的魅力

水泥是土木工程中最重要的建筑材料，其生產(chǎn)過程排放的溫室氣體占全產(chǎn)業(yè)溫室氣體總排放量的7%，屬于溫室氣體排放重點(diǎn)監(jiān)控行業(yè)之一。降低混泥土生產(chǎn)和服役過程中碳排放的方法主要有減少混泥土中熟料和膠凝材料的使用量、利用固體廢棄物原材料、提升混凝土壽命、提高混凝土二氧化碳吸附等。目前，低碳混凝土一般通過提高摻合料的摻入量，或加入流變調(diào)控聚合物外加劑、微納米降粘材料、有機(jī)減縮外加劑等制成超高性能混凝土（UHPC）、超高強(qiáng)度混凝土（UHSC）等。

超高性能混凝土作為低碳性混凝土材料，因其優(yōu)異的力學(xué)性能、耐久性能、工作性能，可通過澆筑或噴射施工等方式實(shí)現(xiàn)復(fù)雜結(jié)構(gòu)造型的制作與安裝。

酷炫的造型是Solar Ark 3.0的設(shè)計(jì)亮點(diǎn)之一。設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)采用了雙曲拋物面作為建筑結(jié)構(gòu)、形式和空間設(shè)計(jì)的出發(fā)點(diǎn)，基于圖解靜力學(xué)，利用參數(shù)化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)雙曲面的平滑連接，保證殼體的形式和結(jié)構(gòu)的一致性。光滑的曲線消減了尖銳的幾何建筑形式，同時(shí)又能形成規(guī)則的內(nèi)部空間，這使得建筑形式與張北廣闊的草原環(huán)境完美適應(yīng)，建筑與自然和諧共存。

在國際太陽能十項(xiàng)全能競賽20次的比賽中，從未出現(xiàn)過混凝土殼體結(jié)構(gòu)建筑。由于殼體建造技術(shù)、周期和成本等因素的制約，現(xiàn)澆殼體結(jié)構(gòu)一般無法在20天內(nèi)建造完成。蘇博特為Solar Ark 3.0創(chuàng)新研發(fā)UHPC殼體預(yù)制建造技術(shù)和構(gòu)件優(yōu)化技術(shù)，通過標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，用一套模板完成UHPC殼體智能化預(yù)制。20個(gè)曲面通過308個(gè)螺栓連接，5天完成結(jié)構(gòu)封頂，15天完成整體建造，建造過程無需腳手架或支模，快速建造，綠色建造，世界領(lǐng)先，建造過程相對(duì)傳統(tǒng)建筑可減碳80噸以上。本項(xiàng)目通過超高性能混凝土的運(yùn)用，相比傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)減少60%以上的混凝土用量。這不僅僅是中國賽區(qū)的創(chuàng)新和亮點(diǎn)，在國際賽區(qū)中，也處于領(lǐng)先地位。

Part 4 獲獎(jiǎng)情況

本次大賽邀請(qǐng)了中央電視臺(tái)、河北電視臺(tái)、科技日?qǐng)?bào)、新浪天津、建筑學(xué)報(bào)等50家社會(huì)各界媒體參與了本屆競賽的評(píng)審。本項(xiàng)目還獲得了，2021 Active House Award中國區(qū)競賽學(xué)生組一等獎(jiǎng)、“建華建材杯”第二屆全國生態(tài)混凝土創(chuàng)新設(shè)計(jì)應(yīng)用大賽生態(tài)工程應(yīng)用類-環(huán)境生態(tài)工程一等獎(jiǎng)等其他榮譽(yù)獎(jiǎng)項(xiàng)。

Part 5 未來已來

陽光方舟3.0是一個(gè)在設(shè)計(jì)、建造、能源和市場應(yīng)用領(lǐng)域都具有創(chuàng)新性的多功能產(chǎn)能住宅，是一次對(duì)既有住宅類型的反思，也是對(duì)高品質(zhì)居住空間和未來居住方式的探索與實(shí)踐。同時(shí)，團(tuán)隊(duì)以陽光方舟3.0項(xiàng)目為載體，積極推動(dòng)產(chǎn)能建筑規(guī)模應(yīng)用，助力太陽能光伏一體化建筑領(lǐng)域雙碳目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。UHPC作為低碳混凝土材料，在零能耗建筑結(jié)構(gòu)或復(fù)合應(yīng)用場景中的性能發(fā)揮值得期待。

Part 6 致謝

特別感謝張宏教授團(tuán)隊(duì)將UHPC這一頗具生命力的材料引入Solar Ark 3.0建筑的設(shè)計(jì)、建造與運(yùn)維過程中。這也是UHPC材料介入設(shè)計(jì)與建筑創(chuàng)意階段并下沉市場的典型范例，將促進(jìn)我公司UHPC與產(chǎn)業(yè)鏈相關(guān)單位合作模式的優(yōu)化，期待更多精彩的項(xiàng)目呈現(xiàn)出來。

（文/陽知乾）