在迪拜828米高的哈利法塔與河北趙縣37米跨的隋代趙州橋之間，隱藏著人類建造史的共同基因——材料與結(jié)構(gòu)的極致適配。澳門大學(xué)李宗津團(tuán)隊(duì)在《Frontiers of Structural and Civil Engineering》發(fā)表的重磅綜述揭示：通過材料導(dǎo)向集成設(shè)計(jì)與施工（MIDCS），土木工程正從“資源消耗型”轉(zhuǎn)向“環(huán)境共生型”，為全球“雙碳”目標(biāo)提供關(guān)鍵技術(shù)路徑。

材料基因革命：當(dāng)混凝土學(xué)會(huì)“思考”

傳統(tǒng)混凝土產(chǎn)業(yè)貢獻(xiàn)全球7%的碳排放，而MIDCS技術(shù)正在改寫這一困局：

• 地質(zhì)聚合物混凝土：用粉煤灰、礦渣替代70%水泥，江蘇某高速項(xiàng)目顯示碳排放降低65%，抗壓強(qiáng)度卻達(dá)80MPa；
• 自修復(fù)混凝土：植入芽孢桿菌膠囊，荷蘭代爾夫特理工大學(xué)實(shí)測(cè)裂縫修復(fù)率91%，結(jié)構(gòu)壽命延長(zhǎng)至150年；
• 相變儲(chǔ)能墻體：石蠟/膨脹石墨復(fù)合材料使北京某辦公樓空調(diào)能耗下降38%，夜間谷電儲(chǔ)熱效率達(dá)87%。

更革命性的是碳納米管智能混凝土：摻入0.05%多壁碳管后，深圳平安大廈實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可捕捉微應(yīng)變級(jí)形變，預(yù)警精度較傳統(tǒng)傳感器提升20倍。

冷彎薄壁鋼：制造業(yè)與建造業(yè)的“超鏈接”

武漢火神山醫(yī)院9天建成的奇跡，背后是冷彎薄壁鋼（CFS）的精密演繹：

• 鋼鐵折紙術(shù)：1mm鋼板經(jīng)22道冷軋成型，上海某裝配式公寓項(xiàng)目用CFS構(gòu)件使建筑自重減輕60%，地震響應(yīng)降低45%；
• 移動(dòng)工廠革命：集裝箱式生產(chǎn)線8小時(shí)產(chǎn)出700米鋼構(gòu)件，海南三沙市項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)海島建筑“現(xiàn)場(chǎng)打印”；
• 零廢料算法：BIM模型直接驅(qū)動(dòng)數(shù)控折彎?rùn)C(jī)，重慶某工程鋼材利用率達(dá)99.3%，較傳統(tǒng)施工提升27%。

研究顯示，CFS建筑在全生命周期可減少碳排放48%，正在改寫全球應(yīng)急建筑與生態(tài)住宅的標(biāo)準(zhǔn)。

生物仿生與3D打?。鹤匀恢腔鄣臄?shù)字重生

從貝殼的層狀結(jié)構(gòu)到竹子的纖維排布，自然進(jìn)化4700萬年的智慧正被解碼：

• 珍珠母啟發(fā)的ECC材料：浙江大學(xué)仿生設(shè)計(jì)的水泥基復(fù)合材料，斷裂韌性提升8倍，應(yīng)用于港珠澳大橋伸縮縫壽命延長(zhǎng)至30年；
• 蜂窩結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化：蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院通過算法生成的3D打印橋墩，在同等承載力下節(jié)省混凝土58%；
• 木材仿生混凝土：中國(guó)林科院開發(fā)的各向異性材料，導(dǎo)熱系數(shù)較傳統(tǒng)混凝土降低76%，哈爾濱冰雪大世界館實(shí)現(xiàn)零能耗保溫。

更前沿的是微生物礦化技術(shù)：美國(guó)某實(shí)驗(yàn)室用巴氏芽孢桿菌固化月球塵埃，抗壓強(qiáng)度達(dá)40MPa，為外星建造提供可能。

從“百年大計(jì)”到“循環(huán)紀(jì)元”：拆解重建的終結(jié)者

MIDCS推動(dòng)建筑進(jìn)入“代謝時(shí)代”：

• 可拆卸鋼節(jié)點(diǎn)：雄安市民服務(wù)中心采用螺栓連接框架，建筑拆改材料回收率提升至92%；
• 化學(xué)解聚混凝土：德國(guó)開發(fā)EDTA基溶解劑，實(shí)現(xiàn)廢舊混凝土骨料100%再生；
• FRP模塊化橋梁：碳纖維增強(qiáng)聚合物橋面板壽命達(dá)80年，廣州某立交改造工程夜間6小時(shí)完成換裝，交通零中斷。

據(jù)國(guó)際能源署預(yù)測(cè)，到2040年MIDCS技術(shù)可使全球建筑垃圾減少55%，每年節(jié)省4.3億噸標(biāo)準(zhǔn)煤。正如論文所述：“未來的建筑不是被建造的，而是在數(shù)字與生物的共生中自然生長(zhǎng)?！碑?dāng)每一塊磚都能感知環(huán)境、每一根梁都自帶修復(fù)能力，人類終將實(shí)現(xiàn)《營(yíng)造法式》未能企及的理想——讓建筑與地球共呼吸。

來源: FrontClVIL