本发明公开了一种测量相变混凝土构件复合热学参数的系统及方法，应用于结构模型试验测试技术领域，测量系统包括：模型单元、空气处理单元、监测单元、加载单元；模型单元包括金属容器、金属片、放置在容器中的待测相变混凝土构件、金属容器内外绝缘绝热保温材料；加载单元包括恒温线热源加热器、恒温冷板、电控多梯度恒温加热板、恒温加热装置、恒温水进水口、出水口、水循环温度控制装置及水箱；空气处理单元包括出气口、真空泵；监测单元包括温度传感器、热通量传感器与应变片，系统能够测量非标准构件的热学参数，具体为复合导热系数、比热容及热膨胀系数。