建筑模板類專利技術創新規律研究
——以2007-2009年專利為樣本

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.膠南市建筑設計院， 山東 青島 266400)

隨著我國將創新作為國家發展的重要策略，在實踐中迫切需要一種能夠快速提升技術創新能力、減少技術創新成本與風險的理論，而TRIZ理論在工業、航空航天等領域均發揮了巨大作用，被稱為是創新的點金術。TRIZ是源于前蘇聯的發明問題解決理論(Theory of Inventive Problem Solving)，它由前蘇聯著名發明家G. S. Altshuller領導的研究機構，通過深入分析世界數十萬件高水平的發明專利建立起來的創新理論。Altshuller認為技術系統一直處于進化之中，解決沖突是其進化的推動力。進化速度隨技術系統一般沖突的解決而降低，使其產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理論中構建了引起深層次沖突的矛盾矩陣(包含39個工程參數)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，充分利用TRIZ理論可以加快各個行業自主創新，從而對加速我國經濟發展，增強我國不同行業的國際競爭力具有重要意義。作為我國國民經濟支柱行業之一的建筑業，近年來基于技術創新成果，例如滑模技術等極大提高了其生產效率和質量，降低了成本，由此可見技術創新對該行業發展至關重要。但實際上TRIZ理論還沒有在該行業的技術創新實踐與研究中引起重視。另一方面，根據國家知識產權局公布專利的排名統計數字，固定建筑物類專利總量排名倒數第2，這表明建筑行業創新的力度亟待提高。因此，深入研究TRIZ理論在建筑業中應用的規律，對挖掘行業技術創新潛力、加快技術進步具有十分重要的意義。

相比國外及我國臺灣地區已展開的相關研究[4～6]，目前我國大陸地區對建筑業專利的系統研究還處于起步階段，相關研究成果在文獻中鮮有見到。為了適應我國建筑業系統提升技術創新能力的潛在需求，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，通過應用TRIZ理論，對專利文獻進行要點的提取、統計、分析，找出其中最常用的通用工程參數和發明創造原理，揭示建筑業技術創新的潛在規律，進而快速提升建筑業的技術創新能力。

1 建筑模板專利分析原理

專利文獻主要由摘要、權利要求書、說明書、附圖組成。其中，專利說明書涉及專利的技術背景與有待解決的問題，寫明了該專利的發明目的。權利要求書介紹該專利區別于已有解決方案的技術特征，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，因此是本研究重點分析的內容。

本文通過收集大量的建筑模板類專利，應用TRIZ理論工具進行分析。針對說明書背景技術中提出的問題找出專利中改善的技術參數；通過權利要求書的描述找出專利中惡化的技術參數，并在TRIZ矛盾矩陣中找出可能解決該問題的發明創造原理。通過統計這些專利中使用的技術參數及發明創造原理，找出使用頻數較高的技術參數和發明創造原理，進而揭示建筑模板類專利技術創新的潛在規律。

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，并結合本文的研究目的，僅需從專利文獻中提煉與本研究相關的信息，以便統計分析。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、專利技術背景、解決的沖突、創新性。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容；專利的背景技術、解決沖突、專利的創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。專利的技術背景描述了現有技術或產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，明確該專利發明之前的技術狀況；解決的沖突是對專利解決的問題進行剖析，解釋產生該問題的原因，并按照TRIZ理論的標準工程參數(即改善參數與惡化參數)進行闡述；專利的創新性分析說明該專利解決的問題及采用的技術原理等。

3 建筑模板專利采集與分析結果

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量

于廣東省專利信息服務網上平臺[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公告的建筑模板專利，共收集245份在中國大陸地區申請的優質專利。

3.1 模板專利通用工程參數應用頻數分析

運用TRIZ理論中的39個通用工程參數[9]，對245份模板專利進行系統分析。在分析過程中將通用工程參數分為改善工程參數與惡化工程參數兩大類，分別統計、分析。

3.1.1改善工程參數應用頻數分析

對作為改善參數的通用工程參數應用頻數進行統計，發現通用工程參數得到688次應用，平均每個專利應用2.8次，頻數統計分析如表2所示。

表2 改善工程參數應用頻數統計

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

可操作性參數出現頻數最高是由于模板類專利對工人施工作業時便利程度的重視。素質普遍偏低和流動性大是我國建筑業施工人員的兩大特點，復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量。因此，模板專利應保證我國國情下的工人，在無需復雜技能的情況下就可以熟練的操作。物質損失參數與強度參數使用頻數較多，原因在于傳統木模板容易漲模，漏漿問題導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。其他參數分別反映了模板專利對施工效率、施工精度等性能的關注。在實踐中當解決新的模板技術問題時，這5個參數應重點關注。

表3 應用頻數較高的改善工程參數具體內容

3.1.2惡化工程參數應用頻數分析

對作為惡化參數的通用工程參數應用頻數進行統計，發現通用工程參數得到309次應用，平均每個專利應用1.3次，頻數統計分析如表4所示。

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

可制造性參數出現頻數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致制造難度的增加。第二，為了滿足更多細節方面的要求，如連接方式優化，使模板專利技術中的新型模板系統更為復雜，進而提高了制造難度。第三，由于模板專利技術中有大量的鋼模板，而鋼制模板在應用時，尤其是面對異型結構的時候，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也反映出現有模板專利的不足，比如近年模板專利中應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、非常易燃的復合材料，其應用存在安全隱患進而模板對外界因素的敏感性增加。在實踐中當設計新的模板技術時，這3個參數應重點關注，防止其惡化。這3個參數的具體內容，見表5。

表4 惡化工程參數應用頻數統計

表5 應用頻數較高的惡化工程參數具體內容

3.2 發明原理應用頻數分析

根據TRIZ理論中的40個發明創造原理[1]，統計其在模板專利中應用的頻數，可以用于指導新模板專利的研發。結果發現，發明創造原理在245份建筑模板專利中應用321次，平均每份專利應用1.31次，如表6所示。

表6 發明原理應用頻數統計

從表6中可以看出，在建筑模板專利中應用頻數較高的5個發明創造原理為：發明創造原理10預先作用，應用39次；發明創造原理1分割，應用35次；發明創造原理5合并，應用25次；發明創造原理40復合材料，應用24次；發明創造原理24中介物，應用20次。在實踐中解決建筑模板技術問題時，這5個發明創造原理應優先考慮。這5個最常用發明原理的具體內容，如表7所示。

表7 發明原理的具體內容

其中，預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場加工，而預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先在其表面刻上精美的立體圖案，使清水混凝土墻呈現自然美觀的立體圖案。分割、合并和中介物原理使用次數較多，是因為模板專利對施工過程中安裝操作的靈活性關注較高，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、拆卸技術和模數限制問題。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的、可組裝的小模板，以適應設計模數內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。

復合材料原理較多的使用，可能的原因是近幾年來國內新型材料技術的快速發展，使得這些新型材料在模板技術中開始使用，主要體現在兩個方面。第一，環保材料的廣泛應用，例如環保樹脂發泡板材、天然無機礦物質和廢料回收物質為材料的模板專利，此類模板專利在保證一定性能的前提下達到節能環保的目的。第二，傳統木、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，這類輕質高強材料在施工便利程度、運輸、環保及安全等各方面均有改善。

4 結 論

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

[1] 楊清亮.發明是這樣誕生的：TRIZ理論全接觸[M]. 北京: 機械工業出版社, 2006.

[2] Rantanen K,Domb E.Simplified TRIZ: New Problem Solving Applications for Engineers and Manufacturing Professionals(2nd Edition)[M]. New York: Auerbach Publications, Taylor & Francis Group, LLC, 2008.

[3] Orloff M A. Inventive Thinking Through TRIZ: A Practical Guide(2nd Edition)[M]. Germany: Springer, 2006.

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[5] Yu W D, Wu C M, Lien W C. Fast Innovation of Construction Technologies with Computer Aided Innovation Tools [C]// The 25th International Symposium on Automation and Robotics in Construction ISARC 2008. Lithuania, 2008: 521-527.

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[7] 劉鎮滔. 面向中小企業的專利知識服務及其平臺研究 [D]. 上海：上海交通大學, 2007.

[8] 廣東省知識產權局. 廣東省專利信息服務平臺[DB/OL]. [2011-8-13]. http://www.gdzl.gov.cn.

[9] 檀潤華. 發明問題解決理論 [M]. 北京: 科學出版社, 2004.

[10] 王燕玲. 基于專利分析的行業技術創新研究：分析框架 [J]. 科學學研究, 2009, 27(4): 622-628.