建筑业每年消耗大量能源,人们对建设业可持续发展的要求越来越紧迫。随着建筑运维阶段的运行能效逐步提高,建筑物化阶段的能耗和碳排所占比重越来越大,其中混凝土材料的相关碳排最多。因此,减少混凝土材料的利用,逐渐成为建筑业内降低能耗与碳排的主要课题。本文基于建筑工业化和数字化发展的背景,以装配式混凝土结构为研究对象,针对其低碳化和数字化建造问题,提出了以减少混凝土材料使用为主要目标的总体研究思路,即:首先开展预制混凝土受弯构件的拓扑优化及其数控模板技术研究,进而进行围护、填充结构的可再生建筑材料的研发,在此基础上开展竖向承重构件的优化设计与数字化建造研究,最后进行基础结构的拓扑优化设计和基于数字技术的基坑开挖方案研究。此外,还详细介绍了作者在预制混凝土梁的数控模板技术、基于多级坐标系统的嵌套式3D打印机等方面的研发工作。