米嬋娟，王 濤

（國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專利局，北京 100088）

近些年，由于采用傳統(tǒng)不透水路面而導(dǎo)致的城市內(nèi)澇現(xiàn)象引發(fā)了人們的關(guān)注，越來(lái)越多的城市道路、公共廣場(chǎng)工程都選擇使用具有透水性能、能夠快速消除積水現(xiàn)象的透水塊材進(jìn)行鋪裝。透水塊材是鋪設(shè)于市政人行道、園林景觀小徑、非重載路面廣場(chǎng)等場(chǎng)合，透水性能滿足要求的透水路面磚和透水路面板的簡(jiǎn)稱[1]。作為一種綠色環(huán)保的新型建材產(chǎn)品，透水塊材不僅具有良好的透水性和保濕性，而且可以調(diào)節(jié)城市小氣候，緩解城市熱島效應(yīng)，對(duì)創(chuàng)建資源節(jié)約型建筑產(chǎn)業(yè)具有重要的意義[2]。文章針對(duì)國(guó)內(nèi)外透水塊材領(lǐng)域的專利申請(qǐng)進(jìn)行專題檢索，對(duì)相關(guān)專利技術(shù)進(jìn)行整理歸納分析，并選取各時(shí)期具有代表性的專利技術(shù)進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹。

1 數(shù)據(jù)采集

文章以中國(guó)專利數(shù)據(jù)庫(kù)以及外文專利數(shù)據(jù)庫(kù)為采集源（截至檢索日期2022年5月14日），以E01C5為IPC分類號(hào)，“滲水”“透水”“磚”“面板”“塊材”“permeable”“paver”“brick”“flag”“block”“slab”等為關(guān)鍵詞進(jìn)行檢索，對(duì)獲取結(jié)果進(jìn)行篩選整理，共得到中文專利文獻(xiàn)（含發(fā)明和實(shí)用新型）3 086篇，外文專利文獻(xiàn)647篇。

2 結(jié)果分析

2.1 國(guó)內(nèi)專利申請(qǐng)

2.1.1 申請(qǐng)量

檢索結(jié)果顯示，在20世紀(jì)90年代，中國(guó)透水塊材相關(guān)專利僅有零星申請(qǐng)，絕大部分申請(qǐng)都集中在2000年以后。圖1顯示2000—2021年的申請(qǐng)量變化趨勢(shì)，需要說(shuō)明的是，由于2021年的部分專利申請(qǐng)?zhí)幱谖垂茧A段，因此，2021年的數(shù)據(jù)存在偏差。

圖1 2000—2021年申請(qǐng)量趨勢(shì)

從圖1中的申請(qǐng)量趨勢(shì)可以看出，中國(guó)在透水塊材方面的研發(fā)生產(chǎn)從2000年開(kāi)始起步，但在2010年以前基本處于萌芽階段，申請(qǐng)量很低。2010年以后申請(qǐng)量呈現(xiàn)增長(zhǎng)趨勢(shì)，在2015年、2016年有大幅上升，并在之后的幾年一直延續(xù)高量申請(qǐng)。這種趨勢(shì)分布與中國(guó)透水塊材應(yīng)用研發(fā)歷史也是相符合的。隨著不透水路面弊端的不斷顯露，人們對(duì)“城市熱島”、城區(qū)地下水“漏斗”現(xiàn)象的重新認(rèn)識(shí)，透水鋪裝作為一種解決問(wèn)題的手段在2000年之后開(kāi)始得到發(fā)展和應(yīng)用。2010年，由中國(guó)建筑材料聯(lián)合會(huì)提出，中國(guó)建材西安墻體材料研究設(shè)計(jì)院、路橋集團(tuán)國(guó)際建設(shè)股份有限公司、中國(guó)建筑砌塊協(xié)會(huì)、中國(guó)建材咸陽(yáng)陶瓷研究設(shè)計(jì)院共同起草了中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《透水路面磚和透水路面板》（GB/T 25993—2010）。2015年10月，國(guó)務(wù)院辦公廳印發(fā)《關(guān)于推進(jìn)海綿城市建設(shè)的指導(dǎo)意見(jiàn)》（國(guó)辦發(fā)〔2015〕75號(hào)），提出了通過(guò)加強(qiáng)城市規(guī)劃建設(shè)管理，充分發(fā)揮建筑、道路和綠地、水系等生態(tài)系統(tǒng)對(duì)雨水的吸納、蓄滲和緩釋作用，有效控制雨水徑流，實(shí)現(xiàn)自然積存、自然滲透、自然凈化的城市發(fā)展方式。這些國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、方針政策的頒布和實(shí)施有力地促進(jìn)了透水塊材技術(shù)的發(fā)展，由此在2015年后關(guān)于透水塊材的申請(qǐng)量大幅增長(zhǎng)。

2.1.2 專利類型及法律狀態(tài)

在3 086件中國(guó)專利申請(qǐng)中，發(fā)明專利申請(qǐng)1 500件，占比49%，實(shí)用新型專利申請(qǐng)1 586件，占比51%。由于實(shí)用新型專利是未經(jīng)實(shí)質(zhì)審查而授予的專利權(quán)，授權(quán)率高但法律穩(wěn)定性較差，而發(fā)明專利權(quán)相對(duì)而言有著更高的穩(wěn)定性，也更能體現(xiàn)技術(shù)價(jià)值。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，在上述發(fā)明專利申請(qǐng)中，除去處于公布狀態(tài)仍未審結(jié)的申請(qǐng)，處于專利權(quán)維持狀態(tài)的案件率約為百分之三十。這也從一個(gè)角度說(shuō)明，在透水塊材領(lǐng)域還存在技術(shù)含量偏低的問(wèn)題，在技術(shù)研發(fā)方面還有很大提升空間。

2.1.3 重點(diǎn)申請(qǐng)人及專利技術(shù)分析

除去失效、駁回以及撤回的申請(qǐng)，在剩余的申請(qǐng)中，申請(qǐng)量排名靠前的申請(qǐng)人包括廈門美益綠科技有限公司、玉溪碩龍科技發(fā)展有限公司、福州大學(xué)、北京仁創(chuàng)科技集團(tuán)有限公司、廣西四通建材股份有限公司、昆山通海建材科技有限公司、阜陽(yáng)市鑫源建材有限公司、浙江大學(xué)等?？梢钥闯?，主要申請(qǐng)人集中在建材科技公司和高校，也是創(chuàng)新研發(fā)的主力。

透水塊材相關(guān)專利申請(qǐng)的技術(shù)方案主要集中在2個(gè)技術(shù)分支，一是透水塊材結(jié)構(gòu)，二是透水塊材材料。表1示出了透水塊材結(jié)構(gòu)技術(shù)分支各時(shí)間段的代表性專利。

表1 結(jié)構(gòu)技術(shù)分支代表性專利

縱觀透水塊材結(jié)構(gòu)方面的相關(guān)專利可以看出，對(duì)于結(jié)構(gòu)上的創(chuàng)新和改進(jìn)，基本都是通過(guò)在基層內(nèi)部設(shè)置排水通道，從表層滲透下來(lái)的雨水順著排水通道進(jìn)行排水，從而使雨水不會(huì)積于道路表面而是滲入基層。之后，為了解決灰塵、路面污染物等堵塞透水空隙，使透水鋪裝透水性能下降的問(wèn)題，出現(xiàn)了在排水通道內(nèi)設(shè)置對(duì)雨水起過(guò)濾作用的過(guò)濾裝置從而使透水塊材具備截污和自潔功能的技術(shù)方案。隨著技術(shù)的發(fā)展，又出現(xiàn)了同時(shí)具備蓄水-透水功能的蓄透水磚，即先將雨水截留以備熱天降低地面溫度、減少熱島效應(yīng)，再將多余的雨水排走以避免地面積水的先蓄水后透水的路面塊材。另外，在排水通道的結(jié)構(gòu)、布置上也都有了更多形式、更多功能的改進(jìn)。

表2為透水塊材材料技術(shù)分支各時(shí)間段的代表性專利。

從相關(guān)專利可以看出，透水塊材的制備材料一般選用廢瓷片、鋼渣、工業(yè)冶煉廢渣、建筑固廢、尾礦渣、硅砂等為主要原料經(jīng)各類成型工藝制成。各技術(shù)方案圍繞如何進(jìn)一步優(yōu)化透水塊材性能做了一系列改進(jìn)，比如采用對(duì)砂基透水磚進(jìn)行微波固化、對(duì)硅鈣渣進(jìn)行熱活化處理、在骨料中引入可溶性鹽等技術(shù)手段提高透水塊材的透水性能、抗壓強(qiáng)度、耐久性等。除了透水性、強(qiáng)度等基本性能，在其他性能方面也有相應(yīng)的創(chuàng)新和發(fā)展，比如采用鐵鋁酸鹽水泥混凝土并加入沸石以提高透水磚吸附重金屬污染物性能，使用含有疏油疏水性能的黏結(jié)劑以將油污經(jīng)透水磚內(nèi)部通路快速排走，通過(guò)原位負(fù)載的方法使納米光催化劑直接生長(zhǎng)，在透水磚的孔隙內(nèi)以自動(dòng)降解空氣中的有害氣體，增加一層特殊工藝制備的面料層從而提高透水磚的耐污和易清潔性，選用彩色陶砂或陶瓷粉作為面層骨料提高面層著色效果，在面層上涂敷高反射涂料層以改善室外熱環(huán)境等。另外，還開(kāi)發(fā)了一些具有地域特色的原材料，例如河道淤泥、油頁(yè)巖半焦等。

2.2 國(guó)外專利申請(qǐng)

2.2.1 申請(qǐng)量

圖2為國(guó)外申請(qǐng)1980—2020年的申請(qǐng)量變化趨勢(shì)圖。在20世紀(jì)80年代，國(guó)外便開(kāi)始了透水塊材相關(guān)技術(shù)的研發(fā)與應(yīng)用，1990年之后進(jìn)入了穩(wěn)步發(fā)展階段，在2000年前后申請(qǐng)量達(dá)到高峰，之后持續(xù)相對(duì)穩(wěn)定但整體處于下降的狀態(tài)?？梢?jiàn)，國(guó)外透水塊材技術(shù)的起步和應(yīng)用都早于中國(guó)，在2000年之后技術(shù)已經(jīng)趨于成熟。

2.2.2 專利國(guó)別

圖3示出了按專利國(guó)別統(tǒng)計(jì)排名比較靠前的國(guó)別分布及數(shù)量百分比?？梢?jiàn)，日本申請(qǐng)的數(shù)量最多，約占到了總量的一半。眾所周知，日本常年夏季多雨，由于獨(dú)特的地形條件以及人均水資源的匱乏，日本對(duì)水資源的再利用、城市防洪抗災(zāi)和城市排水系統(tǒng)等方面從很早就開(kāi)始進(jìn)行技術(shù)研究及發(fā)展[3]。韓國(guó)和美國(guó)也是申請(qǐng)量相對(duì)較多的國(guó)家?！暗陀绊戦_(kāi)發(fā)”理念就是在1990年由美國(guó)馬里蘭州喬治王子郡環(huán)境資源署提出的，而韓國(guó)的首爾為改變區(qū)域性水循環(huán)惡化，提出的解決方案之一就是分階段將路邊人行道和停車場(chǎng)的不透水地磚更換為透水地磚。這些國(guó)家在透水塊材領(lǐng)域技術(shù)的先進(jìn)性也體現(xiàn)在了專利申請(qǐng)量上。

2.2.3 重點(diǎn)申請(qǐng)人及專利技術(shù)分析

經(jīng)統(tǒng)計(jì)，國(guó)外專利申請(qǐng)人排在前列的絕大部分為日本企業(yè)，如太平洋水泥株式會(huì)社、東麗株式會(huì)社、住友大阪水泥株式會(huì)社、伊奈株式會(huì)社、佐藤道路株式會(huì)社等。下面仍從2個(gè)技術(shù)分支展示透水塊材領(lǐng)域相關(guān)的代表性專利。

表3為結(jié)構(gòu)技術(shù)分支各時(shí)間段的代表性專利。表4為材料技術(shù)分支各時(shí)間段的代表性專利。從相關(guān)專利技術(shù)也可以看出，國(guó)外的相關(guān)技術(shù)方案更注重在細(xì)節(jié)上的改進(jìn)，比如調(diào)整排水通道的形狀、布置方式以及布置位置從而使雨水更加迅速持續(xù)導(dǎo)出，通過(guò)調(diào)整骨料配合比或者骨料形狀使透水塊材達(dá)到最優(yōu)的骨料空隙率、空隙形狀以及空隙形態(tài)從而提高透水塊材各項(xiàng)性能。還提出了很多具備除基本功能外其他功能的技術(shù)方案，比如在塊材表面形成以氧化鈦為主成分的覆膜減少道路上存在的氮氧化物，在下層部形成混合手工礦渣和木炭的環(huán)境層，從而有助于土壤的中和微生物的生長(zhǎng)發(fā)育，并且能夠?qū)崿F(xiàn)雨水的凈化，在頂部形成夜光透水性層，從而可以美學(xué)地呈現(xiàn)夜間的外觀等。從原材料方面，也提出了諸如鑄件廢砂、牡蠣殼等廢棄物再利用的方案。

表3 結(jié)構(gòu)技術(shù)分支代表性專利

表4 材料技術(shù)分支代表性專利

3 結(jié)語(yǔ)

透水塊材作為一種綠色環(huán)保建材已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用，國(guó)內(nèi)外對(duì)透水塊材相關(guān)技術(shù)也都進(jìn)行了相當(dāng)深入的研究。目前，透水塊材在中國(guó)還保持著良好的發(fā)展勢(shì)頭，技術(shù)研發(fā)日趨活躍，實(shí)踐應(yīng)用日益廣泛，在結(jié)構(gòu)和材料技術(shù)改進(jìn)等方面均有較大進(jìn)展。而在優(yōu)化透水性能的同時(shí)，如何進(jìn)一步提高其力學(xué)性能或其他功能方面成為研發(fā)熱點(diǎn)，這些新技術(shù)的發(fā)展將使透水塊材在海綿城市建設(shè)中發(fā)揮更大作用。