丁志坤 ， 馬嘉鵬 ， 江 嵐， 王家遠

(1.深圳大學 土木工程學院， 廣東 深圳 518060； 2.膠南市建筑設(shè)計院， 山東 青島 266400)

隨著我國將創(chuàng)新作為國家發(fā)展的重要策略，在實踐中迫切需要一種能夠快速提升技術(shù)創(chuàng)新能力、減少技術(shù)創(chuàng)新成本與風險的理論，而TRIZ理論在工業(yè)、航空航天等領(lǐng)域均發(fā)揮了巨大作用，被稱為是創(chuàng)新的點金術(shù)。TRIZ是源于前蘇聯(lián)的發(fā)明問題解決理論(Theory of Inventive Problem Solving)，它由前蘇聯(lián)著名發(fā)明家G. S. Altshuller領(lǐng)導(dǎo)的研究機構(gòu)，通過深入分析世界數(shù)十萬件高水平的發(fā)明專利建立起來的創(chuàng)新理論。Altshuller認為技術(shù)系統(tǒng)一直處于進化之中，解決沖突是其進化的推動力。進化速度隨技術(shù)系統(tǒng)一般沖突的解決而降低，使其產(chǎn)生突變的唯一方法是解決阻礙其進化的深層次沖突。為此，TRIZ理論中構(gòu)建了引起深層次沖突的矛盾矩陣(包含39個工程參數(shù))及其解決方法的原理(共計40個原理)[1～3]。因此從我國國情出發(fā)，充分利用TRIZ理論可以加快各個行業(yè)自主創(chuàng)新，從而對加速我國經(jīng)濟發(fā)展，增強我國不同行業(yè)的國際競爭力具有重要意義。作為我國國民經(jīng)濟支柱行業(yè)之一的建筑業(yè)，近年來基于技術(shù)創(chuàng)新成果，例如滑模技術(shù)等極大提高了其生產(chǎn)效率和質(zhì)量，降低了成本，由此可見技術(shù)創(chuàng)新對該行業(yè)發(fā)展至關(guān)重要。但實際上TRIZ理論還沒有在該行業(yè)的技術(shù)創(chuàng)新實踐與研究中引起重視。另一方面，根據(jù)國家知識產(chǎn)權(quán)局公布專利的排名統(tǒng)計數(shù)字，固定建筑物類專利總量排名倒數(shù)第2，這表明建筑行業(yè)創(chuàng)新的力度亟待提高。因此，深入研究TRIZ理論在建筑業(yè)中應(yīng)用的規(guī)律，對挖掘行業(yè)技術(shù)創(chuàng)新潛力、加快技術(shù)進步具有十分重要的意義。

相比國外及我國臺灣地區(qū)已展開的相關(guān)研究[4～6]，目前我國大陸地區(qū)對建筑業(yè)專利的系統(tǒng)研究還處于起步階段，相關(guān)研究成果在文獻中鮮有見到。為了適應(yīng)我國建筑業(yè)系統(tǒng)提升技術(shù)創(chuàng)新能力的潛在需求，本文選擇建筑模板類專利為研究對象，參閱大量在我國大陸地區(qū)申請的模板專利，并選定2007年至2009年三年間各子分類的專利文獻，通過應(yīng)用TRIZ理論，對專利文獻進行要點的提取、統(tǒng)計、分析，找出其中最常用的通用工程參數(shù)和發(fā)明創(chuàng)造原理，揭示建筑業(yè)技術(shù)創(chuàng)新的潛在規(guī)律，進而快速提升建筑業(yè)的技術(shù)創(chuàng)新能力。

1 建筑模板專利分析原理

專利文獻主要由摘要、權(quán)利要求書、說明書、附圖組成。其中，專利說明書涉及專利的技術(shù)背景與有待解決的問題，寫明了該專利的發(fā)明目的。權(quán)利要求書介紹該專利區(qū)別于已有解決方案的技術(shù)特征，闡述新的解決問題的原理[7]。由于這兩部分與TRIZ理論直接相關(guān)，因此是本研究重點分析的內(nèi)容。

本文通過收集大量的建筑模板類專利，應(yīng)用TRIZ理論工具進行分析。針對說明書背景技術(shù)中提出的問題找出專利中改善的技術(shù)參數(shù)；通過權(quán)利要求書的描述找出專利中惡化的技術(shù)參數(shù)，并在TRIZ矛盾矩陣中找出可能解決該問題的發(fā)明創(chuàng)造原理。通過統(tǒng)計這些專利中使用的技術(shù)參數(shù)及發(fā)明創(chuàng)造原理，找出使用頻數(shù)較高的技術(shù)參數(shù)和發(fā)明創(chuàng)造原理，進而揭示建筑模板類專利技術(shù)創(chuàng)新的潛在規(guī)律。

2 建筑模板專利要點的提取

專利的信息量雖然龐大，但從TRIZ理論出發(fā)，并結(jié)合本文的研究目的，僅需從專利文獻中提煉與本研究相關(guān)的信息，以便統(tǒng)計分析。在本研究中，從專利中提取的信息包括專利號、專利名稱、專利摘要、專利技術(shù)背景、解決的沖突、創(chuàng)新性。其中，專利號、專利名稱、專利摘要是專利文件中明確列出的內(nèi)容；專利的背景技術(shù)、解決沖突、專利的創(chuàng)新性都包含在專利文件中，但由于所占篇幅比較大，需要對其中的要點進行提煉。專利的技術(shù)背景描述了現(xiàn)有技術(shù)或產(chǎn)品采用何種方法或原理解決了何種問題，還有什么問題尚未解決等，明確該專利發(fā)明之前的技術(shù)狀況；解決的沖突是對專利解決的問題進行剖析，解釋產(chǎn)生該問題的原因，并按照TRIZ理論的標準工程參數(shù)(即改善參數(shù)與惡化參數(shù))進行闡述；專利的創(chuàng)新性分析說明該專利解決的問題及采用的技術(shù)原理等。

3 建筑模板專利采集與分析結(jié)果

IPC分類中的E部分是建筑模板類專利，本研究所涉及模板取自E04目錄，其中有11個子分類涉及建筑模板專利。本研究中所有專利均來自

表1 模板類專利各子類中所選的專利數(shù)量

于廣東省專利信息服務(wù)網(wǎng)上平臺[8]，通過搜索，選出建筑模板專利，如表1所示。本研究在每個子分類中篩選出2007～2009三年間所有已授權(quán)公告的建筑模板專利，共收集245份在中國大陸地區(qū)申請的優(yōu)質(zhì)專利。

3.1 模板專利通用工程參數(shù)應(yīng)用頻數(shù)分析

運用TRIZ理論中的39個通用工程參數(shù)[9]，對245份模板專利進行系統(tǒng)分析。在分析過程中將通用工程參數(shù)分為改善工程參數(shù)與惡化工程參數(shù)兩大類，分別統(tǒng)計、分析。

3.1.1改善工程參數(shù)應(yīng)用頻數(shù)分析

對作為改善參數(shù)的通用工程參數(shù)應(yīng)用頻數(shù)進行統(tǒng)計，發(fā)現(xiàn)通用工程參數(shù)得到688次應(yīng)用，平均每個專利應(yīng)用2.8次，頻數(shù)統(tǒng)計分析如表2所示。

表2 改善工程參數(shù)應(yīng)用頻數(shù)統(tǒng)計

從表2中可以看出，用于改善建筑模板專利技術(shù)的工程參數(shù)中，應(yīng)用頻數(shù)較高的5個工程參數(shù)為參數(shù)33可操作性，應(yīng)用125次；參數(shù)23物質(zhì)損失，應(yīng)用107次；參數(shù)14強度，應(yīng)用61次；參數(shù)25時間損失，應(yīng)用54次；參數(shù)29制造精度，應(yīng)用46次。這些參數(shù)的多次使用反映了近幾年建筑模板在性能方面重點關(guān)注方向。這5個參數(shù)的具體內(nèi)容，見表3。

可操作性參數(shù)出現(xiàn)頻數(shù)最高是由于模板類專利對工人施工作業(yè)時便利程度的重視。素質(zhì)普遍偏低和流動性大是我國建筑業(yè)施工人員的兩大特點，復(fù)雜的施工方法變成了影響施工效率的主要問題，不僅延誤施工進度、增加培訓成本，而且難以保證工程質(zhì)量。因此，模板專利應(yīng)保證我國國情下的工人，在無需復(fù)雜技能的情況下就可以熟練的操作。物質(zhì)損失參數(shù)與強度參數(shù)使用頻數(shù)較多，原因在于傳統(tǒng)木模板容易漲模，漏漿問題導(dǎo)致混凝土材料的損失，新型模板專利例如鋼模板由于其強度遠超出木模板，加強了模板抵抗外力作用的能力，保證模板在使用過程中功能發(fā)揮正常，在一定程度上解決了漲模、漏漿問題，避免了工程用料損失。其他參數(shù)分別反映了模板專利對施工效率、施工精度等性能的關(guān)注。在實踐中當解決新的模板技術(shù)問題時，這5個參數(shù)應(yīng)重點關(guān)注。

表3 應(yīng)用頻數(shù)較高的改善工程參數(shù)具體內(nèi)容

3.1.2惡化工程參數(shù)應(yīng)用頻數(shù)分析

對作為惡化參數(shù)的通用工程參數(shù)應(yīng)用頻數(shù)進行統(tǒng)計，發(fā)現(xiàn)通用工程參數(shù)得到309次應(yīng)用，平均每個專利應(yīng)用1.3次，頻數(shù)統(tǒng)計分析如表4所示。

從表4中可以看出，在改善建筑模板技術(shù)時被惡化的工程參數(shù)，出現(xiàn)頻數(shù)較高的3個工程參數(shù)為參數(shù)32可制造性，應(yīng)用123次；參數(shù)36裝置的復(fù)雜性，應(yīng)用53次；參數(shù)30物體外部有害因素的敏感性，應(yīng)用41次。這些參數(shù)的多次出現(xiàn)反映了近幾年建筑模板專利在性能方面存在的主要問題。

可制造性參數(shù)出現(xiàn)頻數(shù)最高是由于模板類專利隨著各方面性能的提升，制造的難度同時增大，主要出于三方面的原因。第一，新型模板的制作需要有新的模具，工人需要重新培訓，制造工藝有了新要求從而導(dǎo)致制造難度的增加。第二，為了滿足更多細節(jié)方面的要求，如連接方式優(yōu)化，使模板專利技術(shù)中的新型模板系統(tǒng)更為復(fù)雜，進而提高了制造難度。第三，由于模板專利技術(shù)中有大量的鋼模板，而鋼制模板在應(yīng)用時，尤其是面對異型結(jié)構(gòu)的時候，存在切割不便的問題，從而制造難度增加。物體外部有害因素的敏感性參數(shù)也反映出現(xiàn)有模板專利的不足，比如近年模板專利中應(yīng)用較多的免拆模板材料聚苯乙烯，聚苯乙烯是一種防火性極差、非常易燃的復(fù)合材料，其應(yīng)用存在安全隱患進而模板對外界因素的敏感性增加。在實踐中當設(shè)計新的模板技術(shù)時，這3個參數(shù)應(yīng)重點關(guān)注，防止其惡化。這3個參數(shù)的具體內(nèi)容，見表5。

表4 惡化工程參數(shù)應(yīng)用頻數(shù)統(tǒng)計

表5 應(yīng)用頻數(shù)較高的惡化工程參數(shù)具體內(nèi)容

3.2 發(fā)明原理應(yīng)用頻數(shù)分析

根據(jù)TRIZ理論中的40個發(fā)明創(chuàng)造原理[1]，統(tǒng)計其在模板專利中應(yīng)用的頻數(shù)，可以用于指導(dǎo)新模板專利的研發(fā)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，發(fā)明創(chuàng)造原理在245份建筑模板專利中應(yīng)用321次，平均每份專利應(yīng)用1.31次，如表6所示。

表6 發(fā)明原理應(yīng)用頻數(shù)統(tǒng)計

從表6中可以看出，在建筑模板專利中應(yīng)用頻數(shù)較高的5個發(fā)明創(chuàng)造原理為：發(fā)明創(chuàng)造原理10預(yù)先作用，應(yīng)用39次；發(fā)明創(chuàng)造原理1分割，應(yīng)用35次；發(fā)明創(chuàng)造原理5合并，應(yīng)用25次；發(fā)明創(chuàng)造原理40復(fù)合材料，應(yīng)用24次；發(fā)明創(chuàng)造原理24中介物，應(yīng)用20次。在實踐中解決建筑模板技術(shù)問題時，這5個發(fā)明創(chuàng)造原理應(yīng)優(yōu)先考慮。這5個最常用發(fā)明原理的具體內(nèi)容，如表7所示。

表7 發(fā)明原理的具體內(nèi)容

其中，預(yù)先作用原理的廣泛運用主要是因為鋼模板專利的增加，鋼模板的一大特點是不方便現(xiàn)場加工，而預(yù)先作用原理的運用正好可以解決此類問題。比如，有的模板專利可以免拆，直接作為墻體的一部分使用，從而達到施工方便、加快進度的目的；有的清水混凝土鋼模板通過預(yù)先在其表面刻上精美的立體圖案，使清水混凝土墻呈現(xiàn)自然美觀的立體圖案。分割、合并和中介物原理使用次數(shù)較多，是因為模板專利對施工過程中安裝操作的靈活性關(guān)注較高，主要用于克服如鋼模板等替代模板相對木模要求更高的安裝、拆卸技術(shù)和模數(shù)限制問題。例如，為了克服上述缺陷，有些專利綜合運用分割、合并原理將大模板分成多個模數(shù)的、可組裝的小模板，以適應(yīng)設(shè)計模數(shù)內(nèi)任意大小的模板需求；有的專利運用中介物原理，在模板與混凝土接觸面上采用特定材料以方便脫模并提高混凝土表面平整度。

復(fù)合材料原理較多的使用，可能的原因是近幾年來國內(nèi)新型材料技術(shù)的快速發(fā)展，使得這些新型材料在模板技術(shù)中開始使用，主要體現(xiàn)在兩個方面。第一，環(huán)保材料的廣泛應(yīng)用，例如環(huán)保樹脂發(fā)泡板材、天然無機礦物質(zhì)和廢料回收物質(zhì)為材料的模板專利，此類模板專利在保證一定性能的前提下達到節(jié)能環(huán)保的目的。第二，傳統(tǒng)木、鋼模板的代替材料如塑料、聚丙乙烯、PVC等在模板專利中出現(xiàn)，這類輕質(zhì)高強材料在施工便利程度、運輸、環(huán)保及安全等各方面均有改善。

4 結(jié) 論

針對已有專利的系統(tǒng)研究可以幫助我們更有效的進行技術(shù)創(chuàng)新，避免重復(fù)勞動，并利用已有知識啟發(fā)思路，解決技術(shù)創(chuàng)新過程中的新問題[10]。近幾年來，建筑模板類專利在數(shù)量上增加迅速，充分利用已有模板專利中的知識，不斷提高其技術(shù)創(chuàng)新力度，對建筑業(yè)提高生產(chǎn)效率至關(guān)重要。本文基于TRIZ理論，通過對建筑模板專利的系統(tǒng)研究，提煉出最常用到的工程參數(shù)及發(fā)明原理并給實踐以下啟示：一是模板類技術(shù)創(chuàng)新的主要發(fā)展方向是多用途、易操作，同時能夠節(jié)約建材，達到節(jié)能環(huán)保的目標。二是采用模板的可組裝化和復(fù)合材料是實現(xiàn)前述目標的重要途徑。

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