張廣平 陳學(xué)忠

(吉林建筑大學(xué) 建筑與規(guī)劃學(xué)院,長春 130118)

近年來,隨著國家和各級政府的大力支持,裝配式建筑取得了較快的發(fā)展,與建筑工業(yè)化聯(lián)系緊密,既提升建筑綜合品質(zhì),又達(dá)到了節(jié)約資源、保護(hù)環(huán)境和減少污染的目的.裝配式建筑符合綠色、低碳和可持續(xù)的發(fā)展要求,是推進(jìn)供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革、培育新興產(chǎn)業(yè)、實現(xiàn)新型城鎮(zhèn)化建造模式轉(zhuǎn)變的需要.圍護(hù)系統(tǒng)是裝配式建筑重要的組成部分,對其相關(guān)技術(shù)進(jìn)行研究,可有效避免技術(shù)重復(fù)性研究,能節(jié)省更多時間用于創(chuàng)新.

專利是一種特殊的技術(shù)文獻(xiàn),作為一種公開的資料,它包含了豐富的與技術(shù)創(chuàng)新相關(guān)的內(nèi)容[1].它是解決技術(shù)問題最有借鑒和參考價值的資料,具有可靠性強、準(zhǔn)確性高和新知識含量高的特點.專利分析內(nèi)容與行業(yè)技術(shù)創(chuàng)新活動的特征之間存在著對應(yīng)關(guān)系,從專利分析出發(fā),可以了解行業(yè)技術(shù)創(chuàng)新的特點[2].在專利的內(nèi)容中,IPC分類號是根據(jù)專利的技術(shù)領(lǐng)域,用來對大量專利文獻(xiàn)進(jìn)行分類的方法;摘要是對該專利特征及解決問題的概述;說明書是對專利技術(shù)范圍、技術(shù)創(chuàng)新背景、解決的問題以及技術(shù)實現(xiàn)方案等專利內(nèi)容的詳細(xì)闡述.本文基于專利分析,利用數(shù)據(jù)庫統(tǒng)計的數(shù)據(jù)繪制專利申請發(fā)展趨勢,對圍護(hù)系統(tǒng)技術(shù)專利進(jìn)行申請主體、熱點領(lǐng)域等分析,以此了解裝配式建筑專利趨勢及圍護(hù)系統(tǒng)技術(shù)創(chuàng)新活動的特點.文中所采集的裝配式建筑專利信息均來自國家知識產(chǎn)權(quán)局提供的專利檢索及分析網(wǎng)上服務(wù)平臺,該平臺專利信息豐富、全面、準(zhǔn)確.

1 裝配式建筑技術(shù)專利分析

裝配式建筑是結(jié)構(gòu)系統(tǒng)、外圍護(hù)系統(tǒng)、設(shè)備與管線系統(tǒng)、內(nèi)裝系統(tǒng)的主要部分采用預(yù)制部品部件集成的建筑[3].換句話說,裝配式建筑是在工廠預(yù)制構(gòu)件(或現(xiàn)場預(yù)制構(gòu)件)后運輸?shù)绞┕がF(xiàn)場再組裝而成的建筑.裝配式建筑技術(shù)涉及的領(lǐng)域多、專業(yè)范圍廣,對專利數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索,檢索到相關(guān)專利2 670件(統(tǒng)計日期截止到2017年9月).為了更加準(zhǔn)確地分析裝配式建筑技術(shù)發(fā)展趨勢,專利若同時存在實用新型與發(fā)明專利,則只統(tǒng)計發(fā)明專利，這樣有利于效降低被采集技術(shù)的重復(fù)性,且通過專利內(nèi)容的鑒別,最終得到裝配式建筑技術(shù)專利2 355件.通過歐洲專利局網(wǎng)上服務(wù)平臺,檢索到與裝配式建筑技術(shù)相關(guān)專利約800件,國外的裝配式建筑技術(shù)熱點與國內(nèi)檢索到的專利熱點分布相同,均為構(gòu)件連接、施工技術(shù)、結(jié)構(gòu)構(gòu)件和預(yù)制墻板等.

圖1 2000-2017年裝配式建筑技術(shù)專利申請趨勢Fig.1 The trend of technical patent application of the prefabricated building in 2000-2017

1985年，我國開始實施專利制度,到2000年共有授權(quán)裝配式建筑技術(shù)專利23件,可見在技術(shù)孕育期內(nèi)專利數(shù)量較少.本文選取2000-2017年期間繪制曲線,時間為橫軸,年專利申請量為縱軸,得到裝配式建筑技術(shù)專利發(fā)展趨勢(見圖1).由于專利公布時間固有的滯后性及檢索方式的局限,2017年的部分專利在專利檢索及分析網(wǎng)上服務(wù)平臺上未被檢索到,這造成匯總的專利數(shù)量比實際值略偏小.

技術(shù)的發(fā)展需經(jīng)歷4個階段：孕育期、成長期、成熟期和瓶頸期.我國裝配式建筑技術(shù)正處于成長期,圖1反映了3個不同增長程度的時間段：2000-2008年期間穩(wěn)步發(fā)展(除2004年),專利數(shù)量穩(wěn)定在每年11～27件;2009-2012年期間緩慢增長,從30件增長至73件;2013-2017年間快速發(fā)展,從102件激增至813件.2008/2009年受經(jīng)濟危機影響,建筑業(yè)增速放緩,但自身的優(yōu)勢使得裝配式建筑專利迎來了轉(zhuǎn)機.由于國家政策對裝配式建筑的青睞,該領(lǐng)域受到企業(yè)、高校及科研機構(gòu)的重視,這造成其技術(shù)專利數(shù)量逐年上升.尤其2012年與裝配式建筑相關(guān)技術(shù)專利數(shù)量達(dá)到102件.正是這個階段我國申請量的快速增長使得我國一躍成為裝配式建筑技術(shù)領(lǐng)域全球申請量最大的國家[4].2016年,國務(wù)院辦公廳出臺“關(guān)于大力發(fā)展裝配式建筑的指導(dǎo)意見”,這使得裝配式建筑技術(shù)專利數(shù)量激增.國外的裝配式建筑技術(shù)發(fā)展已較為成熟,近幾年專利申請量變化幅度不大,而國內(nèi)裝配式建筑技術(shù)專利申請量處于高值,尤其2016年和2017年,這意味著在未來的一段時間內(nèi),機構(gòu)對裝配式建筑技術(shù)的研究將繼續(xù)深入.

2 裝配式建筑技術(shù)分類

借助專利數(shù)據(jù)庫網(wǎng)上檢索平臺,運用關(guān)鍵詞對裝配式建筑技術(shù)專利進(jìn)行檢索,其中檢索到與圍護(hù)系統(tǒng)有關(guān)的技術(shù)專利約占總量的20%.研究裝配式建筑技術(shù)分支,有利于掌握相關(guān)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀,并及時發(fā)現(xiàn)新技術(shù)的發(fā)展方向.根據(jù)裝配式建筑定義、特征及對部分專利研究后,得出裝配式建筑專利分支及各級分類見表1.

表1 裝配式建筑技術(shù)分支Table 1 The branch of the prefabricatedbuilding technology

由表1可見檢索到的各類專利進(jìn)行統(tǒng)計.在大類方面,構(gòu)件、結(jié)構(gòu)與施工技術(shù)專利占總數(shù)量的59%,是裝配式建筑技術(shù)專利中的主體,其次是集成系統(tǒng).在小類方面,排名前4的專利占裝配式建筑技術(shù)授權(quán)專利數(shù)量的78%,包括施工技術(shù)方面的專利達(dá)555件;與構(gòu)件連接有關(guān)專利492件;與圍護(hù)系統(tǒng)有關(guān)專利440件;與結(jié)構(gòu)體系有關(guān)專利344件.近三年，在這些方面的專利數(shù)量增長加快,證實了近幾年與裝配式建筑有關(guān)的技術(shù)專利成為建筑業(yè)發(fā)展的熱門,這與國家積極推廣的政策以及裝配式建筑自身優(yōu)勢等分不開.從專利技術(shù)分支來看,裝配式建筑技術(shù)研發(fā)集中在施工技術(shù)、建筑結(jié)構(gòu)體系、各部分構(gòu)件連接、預(yù)制墻體等技術(shù)方向，并且國外的裝配式建筑專利技術(shù)也主要集中在這些領(lǐng)域.由此可見,以上的技術(shù)方向是裝配式建筑技術(shù)發(fā)展與更新的熱點,研究這些技術(shù)專利,能準(zhǔn)確地把握國內(nèi)的技術(shù)熱點與發(fā)展前沿,從而促進(jìn)建筑行業(yè)的健康可持續(xù)發(fā)展.

圖2 圍護(hù)系統(tǒng)技術(shù)分類統(tǒng)計Fig.2 Technical classification of envelop system

從裝配式建筑技術(shù)分支表看,圍護(hù)系統(tǒng)是裝配式集成系統(tǒng)重要組成之一,是由墻體、屋頂、門窗及其他部分組合而成,用于分隔建筑不同功能環(huán)境.也有人這樣定義,圍護(hù)系統(tǒng)是指建筑物及房間各面的圍護(hù)物,包括墻體、屋面、窗戶、外門、陽臺及地板.這里將圍護(hù)系統(tǒng)分為墻體、屋面、門窗及其他部分,得出相應(yīng)的統(tǒng)計數(shù)據(jù)(見圖2).

從圖1圍護(hù)系統(tǒng)的專利數(shù)量申請趨勢來看,由于近幾年推廣裝配式建筑政策和法規(guī),這使得圍護(hù)系統(tǒng)相關(guān)專利數(shù)量激增.由圖2可知,圍護(hù)系統(tǒng)的構(gòu)成及發(fā)展方向,其中與墻板有關(guān)專利314件,占圍護(hù)系統(tǒng)總量的71%,墻板是圍護(hù)系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展的主體,也是裝配式建筑技術(shù)創(chuàng)新發(fā)展的熱點和需要面對的難點.現(xiàn)階段,市面上裝飾一體化墻板應(yīng)用較少,且傳統(tǒng)墻板存在施工工序復(fù)雜、建造效率低、污染嚴(yán)重、工程質(zhì)量難以保證、人工費用高等問題.專利CN201720723315.8提供了一種裝配式復(fù)合外墻板,能實現(xiàn)建筑內(nèi)外墻裝飾一體化,提高建筑保溫、防水和隔音等綜合性能,重量輕,降低了對吊裝設(shè)備的要求,提高了施工效率.裝配式復(fù)合墻板可實現(xiàn)設(shè)計一體化、建造裝配化、性能復(fù)合化、材料一體化,是未來國內(nèi)裝配式建筑圍護(hù)墻板的發(fā)展方向.

3 圍護(hù)系統(tǒng)技術(shù)專利分析

3.1 專利技術(shù)IPC分析

國際IPC分類號是國際上一種對專利技術(shù)所屬領(lǐng)域進(jìn)行分類的工具,它可作為對某領(lǐng)域技術(shù)現(xiàn)狀研究的基礎(chǔ),并對現(xiàn)狀技術(shù)作出評價.大組和小組是國際專利分類里的兩個等級形式.檢索到與圍護(hù)系統(tǒng)有關(guān)的專利,按IPC分類號進(jìn)行統(tǒng)計,對排名前4的專利IPC數(shù)量對應(yīng)的技術(shù)方向進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計見表2.

表2 圍護(hù)系統(tǒng)相關(guān)專利技術(shù)領(lǐng)域細(xì)分及分析Table 2 Subdivision and analysis of the related patent technology in the envelop system

續(xù)表2

表2反映出裝配式建筑技術(shù)在圍護(hù)系統(tǒng)方面的研發(fā)狀況以及熱點領(lǐng)域,為機構(gòu)未來的技術(shù)研發(fā)提供有利的方向和路線.在2015-2017年間,與圍護(hù)系統(tǒng)領(lǐng)域相關(guān)專利申請量達(dá)325件,占總量的74%.可見該領(lǐng)域已得到企業(yè)、高校等機構(gòu)的關(guān)注與研究,并且取得一定優(yōu)秀成果.

由表2可知,國內(nèi)對裝配式建筑圍護(hù)系統(tǒng)技術(shù)研究,主要集中在E04B2，E04C2和E04B1 3個大組下,即與裝配式建筑有關(guān)的圍護(hù)系統(tǒng)如間隔墻、隔絕墻等建筑的墻,以及平板、鑲板等建筑的薄形部件.然而，IPC大組分類較為籠統(tǒng),為了能更詳細(xì)地了解圍護(hù)系統(tǒng)技術(shù)熱點領(lǐng)域,準(zhǔn)確找到技術(shù)的發(fā)展路線,將IPC分類進(jìn)一步細(xì)分，對排名前7的小組進(jìn)行統(tǒng)計.

通過對專利小組的統(tǒng)計,可明顯地發(fā)現(xiàn)該領(lǐng)域的技術(shù)集中分布在E04B2/00:即建筑物的墻,例如,間隔墻、絕緣墻的構(gòu)造專門用于墻的連接.從時間來看E04B2/00領(lǐng)域,2016年和2017年申請專利50件,占總量的82%,因此E04B2/00建筑物的墻體領(lǐng)域是現(xiàn)階段圍護(hù)系統(tǒng)專利技術(shù)發(fā)展的重點方向.據(jù)有關(guān)技術(shù)統(tǒng)計,建筑外墻能耗占建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)總能耗的60%～70%,同時影響著裝配式建筑的裝配率和產(chǎn)業(yè)化效率.在施工方面,傳統(tǒng)砌筑墻體存在勞動強度大、工序復(fù)雜、周期長及占用人力資源多等缺點,該種建筑方法已經(jīng)不能適用于目前高速發(fā)展的建筑業(yè).針對存在的問題,一些專利提出一種裝配式一體化墻體,具有良好的保溫性、耐久性與經(jīng)濟性等綜合性能,可實現(xiàn)其施工方便快捷、難度低,并且可以有效提高施工效率和建筑質(zhì)量.

關(guān)于裝配式建筑墻體體系的研究,許多專利對已有技術(shù)存在的不足提出了解決辦法,涉及建筑材料、建筑連接技術(shù),內(nèi)容涵蓋綜合性能、施工質(zhì)量及墻體整體性等.具體分析如下：CN201710610948.2，CN201710547308.1和CN201710663788.8提出解決建筑墻體的保溫隔熱隔聲、抹灰層開裂脫落等問題的對策;CN201710727834.6采用了間距調(diào)節(jié)栓的裝配式建筑墻體,優(yōu)點在于可以調(diào)節(jié)內(nèi)外墻間距、控制混凝土的灌入量、降低施工難度、便于連接及連接整體性好;CN201710882815.0提出一種預(yù)制一體化復(fù)合墻體,它改善了保溫層與結(jié)構(gòu)層連接易分離現(xiàn)狀,提升了保溫材料防火性能,降低了圍護(hù)結(jié)構(gòu)總能耗值,復(fù)合墻體本體左右兩端的連接部能與裝配式建筑配套使用.

3.2 專利申請主體類型及占比

通過裝配式建筑圍護(hù)系統(tǒng)技術(shù)專利申請主體分析,可以掌握機構(gòu)在該領(lǐng)域的構(gòu)成以及技術(shù)競爭狀況,指導(dǎo)專利技術(shù)的發(fā)展方向及機構(gòu)的管理決策.

圖3 專利申請主體數(shù)據(jù)統(tǒng)計Fig.3 Statistics on patent applicants

從圖3可以看出,企業(yè)申請專利數(shù)量達(dá)到210件,占裝配式建筑圍護(hù)系統(tǒng)申請總量的46%,是該領(lǐng)域的最主要的申請主體;其次，個人申請專利109件,高等院校申請專利67件.與國內(nèi)其他行業(yè)申請專利集中在少數(shù)機構(gòu)不同,專利數(shù)量排名前9的企業(yè)專利申請量占總申請量的24.4%,因此，在該領(lǐng)域沒有專利申請集中的企業(yè),專利的集中度低.從排名前3的高校來看,北京工業(yè)大學(xué)擁有15項專利,沈陽建筑大學(xué)申請8項專利,重慶大學(xué)擁有3項專利,占申請總量的38.8%.從高校專利申請年份來看,2015-2017年專利申請量逐年上升,說明高等院校已經(jīng)具有了較強的專利申請意識和技術(shù)創(chuàng)新能力.在人才、技術(shù)和資金方面,企業(yè)和高校具有明顯的優(yōu)勢,因此，他們是引領(lǐng)我國裝配式建筑技術(shù)發(fā)展和創(chuàng)新的主體.

在檢索到的專利中,科研機構(gòu)的專利申請量占總體的份額最低,其專利具有較高的成果轉(zhuǎn)化率,在推動技術(shù)創(chuàng)新性方面能力突出.在合作研發(fā)方面,由兩個或多個機構(gòu)共同完成的專利只有38件,占總量的8%,因此機構(gòu)的合作強度不足,機構(gòu)間需取長補短加強協(xié)作.從地域上看申請主體,排名前5的地區(qū)專利申請量占總量的60%,其中北京地區(qū)80件,山東省專利申請67件,江蘇申請59件,黑龍江及浙江申請量均為30件.因此,在圍護(hù)系統(tǒng)方面，不同地域的裝配式建筑發(fā)展程度存在差別，可以預(yù)見未來會有更多的圍護(hù)系統(tǒng)技術(shù)成果應(yīng)用到裝配式建筑施工中.

4 結(jié)論

我國的社會經(jīng)濟正處于快速發(fā)展階段,建筑業(yè)處于轉(zhuǎn)型升級期,由于裝配式建筑落地項目數(shù)量及總面積不斷增長,因此，也加大了對裝配式建筑核心技術(shù)的需求.從申請量變化趨勢上來看,近幾年國內(nèi)裝配式建筑技術(shù)專利申請量正處于快速成長期,將有利于改善頂層制度設(shè)計滯后的現(xiàn)狀、梳理可靠的技術(shù)體系、提升相關(guān)的配套能力水平等.圍護(hù)系統(tǒng)專利是裝配式建筑技術(shù)專利的重要組成,也是裝配式建筑核心技術(shù)的一部分.從IPC分類號分布來看,圍護(hù)系統(tǒng)的技術(shù)主要分布在E04B2(墻)、E04C2(構(gòu)件).從申請主體來看,企業(yè)、高校和科研機構(gòu)等機構(gòu)應(yīng)該進(jìn)一步加強對裝配式建筑技術(shù)的投入與研發(fā)力度,提升自身競爭力,增強專利保護(hù)意識,積極進(jìn)行專利研發(fā)布局,推動我國專利由高數(shù)量向高質(zhì)量的轉(zhuǎn)化升級.