基于U—TRIZ的城市應急供水設施設計研究

劉燕 張楠

【摘要】：目的 對城市應急供水設施存在的問題進行分析，方法 結合受災群體的需求分析，并通過U-TRIZ理論的功能分析和矛盾分析，將城市公共空間設施與應急供水設施進行資源分析與功能匹配。結果 提出“平震結合”下的應急供水設施的設計方法。結論 為應急供水設施設計提供新的思路和方法。

【關鍵詞】關鍵詞：U-TRIZ；應急供水設施；平震結合；需求分析

1.研究概述

1.1 研究背景

水是人的生命之源，在發生地震災害時水的重要性尤為突出，應該放在應急保障的極重要位置[1]。日本注重與生活實際相結合，有多震區三件寶：水井、水車、貯水槽。神戶市提出水道耐震化建設計劃來保障災后恢復時期的生活用水。而歐美國家主要集中在技術領域，如高效水凈化技術、反滲透式凈水技術與裝置、飲水包裝系統、儲水和運水技術等方面。

相較于日美等國家，我國對地震應急供水設施的設計研究還不夠完善，部分設施功能單一，不能做到平震結合，浪費了資源。雖然我國借鑒國外的應急經驗，制定出了符合自己國情的應急避難場所建設規范以及條例。但所設計的應急供水設施在地震應急避難中發揮不出關鍵性的作用。

1.2 相關概念

1.2.1 城市公共空間

城市公共空間的概念是寬泛的，通常是指存在于建筑實體之間的空間環境和城市自然環境，是承載城市居民公共活動的開放場所[2]。分為公園、廣場、操場、河道、停車場、體育場、城市綠地等幾個公共體系，這些公共體系是伴隨著城市文明發展而來的。同時，城市公共空間在城市生活中一直起著至關的場所作用。它不但需要承載社會生活的各種基本功能，同時還因自然災害對城市的威脅而承載著作為應急避難場所的特殊功能要求。

1.2.2應急供水

應急供水是指在發生地震、水旱災害、火災、沙塵暴等自然災害以及突發性水污染、管道故障、人為故意破壞等重大突發事故時，原有的飲用水水源遭受破壞，造成一段時間內無法正常供水而帶來災害性后果時需要進行的供水工作[3]。

1.2.2U-TRIZ與SAFC模型

U-TRIZ即“Unified TRIZ”，是一種以功能為導向、以屬性為核心的TRIZ理論體系[4]。在U-TRIZ中，功能是首要的基本概念，屬性是通向功能之橋，功能與物質的屬性直接相關，調節屬性可以改善或重構產品的功能。兩個物質的屬性可以形成一個效應，施加在作用對象上構成一個功能。

SAFC模型是基于物場模型，同時融入屬性分析、功能分析和因果分析的一種復合分析模型，是由U-TRIZ獨創的一個統一分析問題、解決問題的綜合工具。

2.災害發生后受災群體的心理及需求層次的變化分析

《日本阪神大地震研究》[5]中記載了受災群體在災害發生后，其生理、心理及需求隨著時間的流逝而發生的變化：在地震發生當天，避難所內外的災民首先擔心的是余震，其次是睡覺的地方、家人的安危、朋友的安危，而避難所以外的災民；第2～3天避難所內外的災民仍然擔心余震，除了睡覺和朋友，對自家住宅的情況和水的需求也擔起了心；第4～6天，避難所內外的災民的擔心多了生活供給的恢復；第7～10天，避難所內外的災民除了之前擔心的，又多了對臨時住宅和未來事的擔心，此時對余震的擔心正慢慢減淡，而隨后的日子里，災民更注重生活方面的事情，對余震的擔心逐漸放緩。

由此可見，“余震”“家人的安危”“睡覺的地方”“水”等因素是受災群體比較重要的需求。災害發生后由于生存條件的惡化，人的需求結構向低層次發展，人的需求會降到最基本、以維護生存的需求。盡管在一個時間段里會同時存在多種需求內容，人的需求還是由物質向精神發展的。

3基于 U-TRIZ 的城市應急避難設施設計方法

3.1 城市公共空間與應急避難設施的資源分析

城市應急供水設施設計可用的資源有物質資源、功能資源、空間資源、時間資源。以室外公共空間的資源為例，進行功能分析，如表3：

表2 室外公共空間應急避難設施的資源分析

設施名稱 日常功能 震時功能

水景設施（噴泉） 美化環境 儲存水源

噴灑設施 增加濕度、灌溉 隔離火源

水井 儲存水源 儲存水源

由上表可見，室外公共空間中部分設施是具有平震結合功能的，這里以噴泉、噴灑為例，進行城市公共空間與應急供水設施資源的分析與匹配，見圖1：

圖1 資源分析與功能匹配

3.2 基于U-TRIZ的城市應急避難設施SAFC模型分析

這里以公共空間的噴泉、噴灑與應急供水設施為例，通過資源分析與匹配，得出噴泉、噴灑與抗震供水槽、手壓式水處理設備具有一定的匹配關系。根據此分析映射可以講相應的設施進行功能匹配與整合，在此過程中會遇到技術矛盾和物理矛盾。將校園人員最為密集的教室中使用率較高的座椅作為系統設計研究對象，使座椅滿足平震結合的功能。

通過SAFC模型來進行系統矛盾分析。確認公共空間的設施與應急供水設施存在“平災環境的通用性”和“結構復雜多變性”的技術矛盾，通過查找TRIZ矛盾矩陣39×39個通用工程參數得出，應急供水設施設計的過程中希望改善的參數是“適應性及多用性”，惡化的參數是“可操作性”，分別為矛盾矩陣的第35個和第33個參數，并得到4個發明原理，即“15動態特性原理”、“34拋棄或再生原理”、“01分割原理”和“16未達到或過度的作用原理”[6]。

物理矛盾是“既要是公共空間日常設施又要是應急供水設施”，即既要滿足日常功能需求又要滿足震時的功能需求。TRIZ 理論中用于解決物理矛盾的分離原理被分為了四個類型：空間分離、時間分離、條件分離和整體與局部分離，本文采用空間和時間分離來解決該問題。最終本文采用TRIZ理論中的 “01分割原理”，把一個物體分成相互獨立的部分。

根據上述的分析，提出了基于平震結合的應急避難設施，即應急供水設施的設計思路：將噴泉內部設立多個獨立的空間，為了結合收集水、凈化水的功能，將相關應急水處理設施安置于獨立空間內。這樣在日常環境中作為觀賞設施，一旦發生災害事件，將立即轉型為應急供水設施。

4結論

城市應急供水設施的建設仍不夠成熟健全，無法滿足日益發展的現在社會。本文運用U-TRIZ理論，通過對受災群體的需求分析等明確了城市應急供水設施的功能需求。在平震結合理念下，城市應急供水設施的設計有利于節約有限的空間資源，在短時間內提高救援效率，這是具有很強的現實意義以及社會價值的。本文從理論研究和設計實踐兩個方面對城市應急供水設施設計進行研究 ， 來為城市應急供水設施設計的構建提供參考 ，真正為地震救援提供實際的幫助。為城市應急避難設施的設計提供科學的研究方法，針對此類設計時給出新的視角和方法。

【參考文獻】：

[1]康增云等.地震災害后農村飲水問題及應對措施[J].四川大學學報（工程科學版）.2009，41（5）：115-119.

[2]林西，黃也等.避險讓我們去“公園”[J].中老年保健，2005（06）：18-21.

[3]周志華，包華國等.也談城市飲用水應急供水方式與處理措施[J].農業與技術，2013（1）：198-198.

[4] 趙敏 . 張武城 . 王冠殊編著 . TRIZ 進階及實戰——大道至簡的發明方法 [M]. 北京 ： 機械工業出版社 ，2015.10：284

[5] 神戶大學編，宋金文等監譯.日本阪神大地震研究[M].北京：北京日本學研究中心，2009：317.

[6] 孫永偉，[美]謝爾蓋·伊克萬科.TRIZ打開創新之門的金鑰匙[M].北京：科學出版社，2015.

作者簡介：劉燕（1992.5～），女，河北唐山，西安建筑科技大學，2015級碩士，研究方向：產品設計，應急避難