TRIZ理論應用初探
——第五代住宅建筑發展趨勢預測

陳德貴

(福建巨岸建設工程有限公司 福建莆田 351100)

0 引言

住房一直是人們關心的話題。隨著人類新技術的發展，如何在現有的住房基礎上，大膽構思理想住宅(智慧空中城市森林花園別墅)，引領新時尚，“創造新需求”，推動建造方式的變革、建筑業企業轉型升級，打造企業核心競爭能力，促進建筑業高質量發展。建筑業(尤其是房地產)要實現這一目標，應做到“科技創新，方法先行”，TRIZ理論就是這個創新方法之一。目前，TRIZ理論在建筑工程中的應用[1]，屬鳳毛麟角。探索、研究TRIZ理論創新規律，科學預測建筑領域未來發展趨勢[2]，對我國建筑業企業實現高質量發展、轉型升級“雙目標”創新模式，必將產生積極的作用和深遠的意義。本文嘗試應用TRIZ理論創新規律中向超系統進化法則原理，來預測第五代住宅建筑發展的趨勢。

1 TRIZ理論簡介

TRIZ理論是前蘇聯人——根里奇·阿奇舒勒(GenrikhAltshuller)在1946年創立的，TRIZ的俄文拼寫為теории решения изобрет-ательских задач ，譚潤華歸納為TRIZ發明問題解決理論[3]。

TRIZ理論以辯證法、系統論和認識論為哲學指導，以自然科學、系統科學和思維科學的研究成果為根基和支柱，以技術系統進化法則為理論基礎，成功揭示了技術系統內在的規律和原理(圖1)。TRIZ理論由三部分組成：

(1)術語。功能、技術系統、矛盾、理想度、資源、效應等。

(2)工具。創新思維工具(九屏幕法、小人法、金魚法、STC算子、IFR理想解)；創新方法工具(技術矛盾、創新原理、物理矛盾、分離方法、物場模型、標準解法、因果分析、功能分析、知識庫)；創新規律工具(S曲線、完備性法則、能量傳遞法則、協調性法則、動態性法則、子系統不均衡進化、向超系統進化、向微觀型進化、提高理想度法則)等。

(3)算法。九步法、ARIZ、自己的算法等。

圖1 TRIZ理論體系結構圖

其中，創新規律工具中獨特的八大技術系統進化法則被西方稱之為“人類三大進化理論之一”，與達爾文的“生物進化理論”和馬克思的“人類社會進化理論”相提并論[4]。技術系統進化法則指出，所有技術系統都遵循某種規律，可以應用創新規律工具找出規律，從而達到分析當前系統的技術狀態，預測未來發展趨勢，提前布局富有競爭力的新系統。因此，住宅建筑的進化也不例外，其更新換代的未來發展趨勢是可以預測的。為便于理解，以人類居住歷史的變遷來佐證。

2 住宅建筑發展歷史回顧

居住建筑經歷了地域化到全球化、小型單一化到大型多元化、工業化到自動化、安全化到優質化、節能化到生態化、智能化到智慧化等歷史變遷與傳承，人們對居住建筑文化的理解不斷深入，對未來居住建筑的功能提出了越來越高的需求，迫切想知道未來住宅建筑何去何從，并充滿了期待。

住宅建筑發展的歷史演變過程回顧。

目前，業內專家對住宅發展更新換代的概念沒有一個完整統一的定義，判定的方法也各有不同。有的按歷史朝代(原始社會、奴隸社會、封建社會、現代社會等等)，有的按建筑材料(泥草木、磚瓦、鋼筋水泥等)，也有的按建筑功能(生存型、經濟適用型、改善舒適型、生態安居型等)……莫衷一是。筆者認為按人類活動(技術進步)進程，將住宅建筑進行斷代區分，更趨合理。據此，歷史住宅建筑可分為以下四代：

(1)第一代住宅建筑：生存型房(如草堂、窯洞等)，建筑材料基本未經人類加工，直接利用天然材料建造，以家為單位蝸居為主(可遮風擋雨，但安全性不足)，如圖2所示。

(2)第二代住宅建筑：溫飽型房(如木樓、瓦房等)，建筑材料有部分經過人類加工，天然材料經過人工改良建造，以家、族為單位獨居為主。(有生存空間，但舒適度不足，無獨立衛生間污水排放系統)，如圖3所示。

圖3 第二代住宅建筑(溫飽型)

(3)第三代住宅建筑：安居型房(如高層建筑等，又稱小洋房,戲稱“鳥籠式”住房)，建筑材料均有經過機械加工，天然材料全部經過人機加工建造，以社會為單位群居為主(舒適度改善，但人文不足)，如圖4所示。

圖4 第三代住宅建筑(安居型)

(4) 第四代住宅建筑：小康型房(又稱“空中城市森林花園”)(來源：央視財經、河北共青團)，典型代表作是由清華大學建筑研究院設計，將郊區別墅和胡同街巷以及四合院結合起來，建在城市中心，并搬到空中，形成一個空中庭院房，就坐落在成都市新都區新泰東路71號 ，如圖5所示。

第四代住宅建筑核心設計理念主要有：小車上樓、私家庭院、綠色生態、人與自然和諧共生(人文融合，但智慧不足) ，如圖6所示。

圖6 第四代住宅建筑(小康型)

第四代住宅建筑設計理念已是當下中國首個綠建全國聯營項目。它可以讓每家每戶的客廳外都有一座私人小院，一塊幾十平米土地，可在家種樹、種花、種菜、遛狗、養鳥、聚會、聚餐、休閑、娛樂，而且戶戶相通，共享空間大，堪比郊區別墅居住更舒適，建筑使用價值高。

能否在第四代住宅建筑的基礎上，再大膽將想象的精彩住宅建筑世界呈現出來，開拓住宅建筑的未來？又該如何正確預測建筑業發展的新方向？下文不妨應用TRIZ理論創新規律中向超系統進化法則原理，預測一下第五代住宅建筑發展趨勢。

3 向超系統進化法則原理在建筑行業中的應用分析

3.1 技術系統進化原理簡介

技術系統概念:是由若干要素以一定結構形式聯結構成的具有某種功能的有機整體。(錢學森《系統工程》)

技術系統發展是有規律的，技術系統有完整的生命周期，隨著技術系統發展的不同階段呈現出不同的規律。

如在嬰兒期的時候，技術系統更加注重有用功能的完備，有技術系統完備性法則、能量傳遞法則、協調性法則，目的都是為了使技術系統盡快滿足符合市場需要的基本功能。所以，此3大法則也稱為“生存性法則”。目前，第一、二、三代住宅建筑已基本進入飽和狀態，“生存性法則”已不適用。

而技術系統進入成長期，將更加注重快速提高理想度，包括提高有用功能、降低有害功能和成本。因為技術系統剛剛大規模投入市場，需要通過快速提升理想度以獲取市場競爭優勢和地位。目前，第四代住宅建筑剛剛興起，正進入成長期。從提高理想度法則分析，第四代建筑的建設成本、運維成本以及綠色、健康等方面還存在一定的短板，所以從技術特征分析，此階段最佳適用法則是提高理想度法則。本文基于更超前思維，暫不進行深入討論。

由于技術系統進化法則實質上是反映了技術系統在不同生命階段呈現出來的主要技術特征，相較基于TRIZ理論的S-曲線法則分析企業生命周期[5]中，技術進化S曲線，后者反映的是技術系統在不同生命階段呈現出來的生存規律，前者更具有對比性和操作性。結合第五代住宅建筑目前發展的技術特點，反向推演技術系統進化階段，再根據結論選擇合適的趨勢預測。

從完備性規律分析，第五代住宅建筑實質上已經具備動力裝置、傳輸裝置、執行裝置和控制裝置的基本要素，也就是說當前系統資源并不缺乏；從能量傳遞法則分析，第五代建筑也基本滿足能量到戶、能量到人的傳遞路徑；從協調性法則分析，第五代住宅建筑在蓄能、采光、通風以及生態平衡方面也實現了較為理想的水平。從提高理想度法則分析，目前第五代建筑的開發成本、建設成本以及智能化、智慧、萬物智聯等方面還存在一定的短板，所以從技術特征分析，目前第五代建筑處于升級版嬰兒期，應用向超系統進化法則是最佳選擇。

鑒于技術系統進化法則，反映了一個技術系統完整的生命周期。基于技術系統進化法則，不僅可以合理選擇下一步第五代住宅建筑創新和運營策略，同時也可以應用技術進化法則，對技術系統未來發展趨勢提前預判，做好未來技術規劃。

3.2 向超系統進化法則原理簡介

超系統，廣義上講，是超出技術系統之外的其它系統。向超系統進化有兩種方式：一是使技術系統和超系統的資源整合;二是讓技術系統的某子系統，被容納到超系統中。向超系統進化法則，是技術系統進化的最高層級，適合在技術進化的每個過程及任何階段使用。

圖7 住宅建筑技術系統構成圖示

為便于理解，以住宅建筑為例(圖7)，將房間內可移動物件作為當前系統，即研究對象(含家具、電器設備等)；則當前系統內的每一件家具(如桌椅板凳、床等)及每一臺電器設備(如電視、冰箱、洗衣機、臺燈等)就是其子系統；當前系統以外的(如住宅建筑、室內空氣、室外萬物等)任何物質及系統都屬于超系統。在超系統中，所要分析的系統只是其中的一個組件，組成超系統的組件，稱作超系統組件。

接下來不妨應用TRIZ創新規律中向超系統進化理論，預測第五代住宅建筑的模樣。

3.3 向超系統進化法則原理預測住宅建筑進化趨勢

向超系統進化法則可知，隨著工程系統進化，工程系統有逐漸與超系統的組件集成方向發展總趨勢。

例如：隨著重慶交通大學易志堅“沙漠土壤化快速生態恢復一體化技術”項目在內蒙、新疆、南海島礁、西藏及中東和非洲撒哈拉沙漠等地1.7萬畝沙漠土壤化實地驗證成功，并榮獲2020年中國產學研合作創新成果最高榮譽獎，標志著沙漠變綠洲將成為現實。居住建筑工程系統有逐漸與非宜居地域這個超系統的組件集成方向發展總趨勢，以解決宜居城市人口過度擁擠，生活品質提升困難的問題。國家可以采取適當加大科技研發投入，將沙漠、高原、冰川、海洋及太空等不適合人類生存環境的超系統組件進行改良或增加新系統，從戰略上緩解地廣人稀，人口外流不良趨勢，打造宜居新城。向超系統進化的子趨勢發展主要有以下4個方向：

(1)子趨勢一：集成超系統與原工程系統的參數差異化增加的趨勢(主要功能相同)

集成超系統參數進化趨勢有3種類型：

①向同質性系統進化趨勢(不改變性質)；

②向多參數系統進化趨勢(參數增加)；

③向競爭性系統進化趨勢(功能升級)；

例如：居住住宅建筑發展趨勢

①科研教師房+企業人才房(參數增加，產學研用 );

②助教房+講師房+教授房(功能升級，競爭性系統)。

(2)子趨勢二：集成超系統與原工程系統的主要功能差異化增加的趨勢(主要功能不同)

集成超系統功能進化趨勢有3種類型：

①向聯合工程系統進化趨勢(功能對象相同)；

②向異類工程系統進化趨勢(功能對象不同)；

③向相反的工程系統進化趨勢(功能對象相反)；

例如：養老住宅建筑發展趨勢

單身老年男性或女性房(相同功能對象，相同性別進化)；圖8為新加坡-Spark Architects設計的未來養老產業新概念方案(新加坡·都市樂齡農莊)，集一起私交好的單身老年男性或女性摯友社交、養老居住、農莊、生態與環境于一體，聯合工程系統進化趨勢的第五代養老住宅建筑的典范。

老年夫妻房(功能對象不同，分居同居進化)。

圖8 第五代養老住宅建筑

(3)子趨勢三：集成水平深度增加的趨勢(更深度集成)

集成超系統縱深進化趨勢有3種類型：

①向原始單系統進化趨勢(非關聯性獨立個體)；

②向改進雙系統進化趨勢(部分裁剪，合成)；

③向理想多系統進化趨勢(徹底裁剪，集成)；

例如：居住建筑發展趨勢

居家辦公房(居家虛擬辦公進化)：將客廳一角部分裁剪合成，設計成升降(推拉)或伸縮虛擬辦公室，居家時內藏隱身；辦公時外露可操作，如圖9所示。

圖9 第五代居家辦公住宅建筑

智慧生態小區房(徹底裁剪集成，理想系統進化)

(4)子趨勢四：集成數量增加的趨勢(增加的集成的系統數)

集成超系統縱深進化趨勢有3種類型：

①向數量單系統進化趨勢(獨立功能)；

②向數量雙系統進化趨勢(合成功能)；

③向數量多系統進化趨勢(集成功能)；

例如：超級住宅發展趨勢

超級人才房(量身打造獨立功能，各種單系統個性化進化)；

商住房(規劃合成功能，住+學區、海景、基礎設施配套)；

智慧地球房(創造集成功能，人類智慧活動、居住與地球環境及生態等多系統融合進化)。

綜上所述，所預測的第五代建筑的模樣應該是：建筑外形可自由變化(滿足人類一切智慧活動、充滿個性化、建筑與地球生態融為一體、自然通風采光、水天一色)；建筑結構剛柔并重(安全可抵御各種自然災害，任意旋轉及自由拼裝，任意組建居住新城區)；建筑室內外全智慧化(滿足人類各種需求，不限于當前已有認知的綠色、環保、大數據、各種人類體驗等)，它可以在地球任何地方，甚至宇宙空間站得以建成。這就需要我們不斷的創新發展，天馬行空，充滿想象力，親近大自然，擁抱大自然，最終實現人類的夢想。圖10為美國Ahearn Schopfer事務所的負責人Kevin Schopfer設計的“新奧爾良理想漂浮城市棲息地”概念方案，集颶風地震災害避難、休閑旅游、商住、智慧與環境于一體，就是創造集成功能的第五代超級住宅建筑的典范。

圖10 第五代超級住宅建筑模型圖(智慧無處不在)

4 結語

通過對TRIZ 理論中創新規律的分析探求，和對在建筑發展趨勢預測的實例分析，再次被證實TRIZ 理論是目前各行各業中，行之有效的創新方法。應用TRIZ 理論，可以用來預測住宅建筑進化趨勢，幫助建筑業(尤其是房地產)企業打破“同質化”競爭，“創造新需求”，實現高質量發展、轉型升級“雙目標”創新模式。

進化趨勢也是產生創造性的新概念的新工具，同時將TRIZ方法引入到建筑業或其他的行業科學研究中，可以加快創新過程，提升創新效率。 這種創新TRIZ理論方法必然會得到更大的發展與應用，具有廣闊的市場前景。