觀光農場新型宿住系統的設計與應用*

郝麗麗 ， 呂建秋 ， 羊海軍 ， 展浩翔 ， 徐英杰 ， 吳偉彬

（1.華南農業大學數學與信息學院，廣東 廣州 510642；2.華南農業大學新農村發展研究院，廣東 廣州 510642；3.華南農業大學基礎實驗與實踐訓練中心，廣東 廣州 510642；4.西藏自治區墨脫縣人民政府辦公室，西藏 林芝 860700；5.深圳大學建筑與城市規劃學院，廣東 深圳 518060）

TRIZ理論是“發明問題解決理論”的拉丁文首字母縮寫，是由蘇聯發明家阿奇舒勒和他的弟子們一起對數以萬計的專利文獻和自然科學知識進行研究、整理和歸納，抽取了大量發明中運用的規律，最終建立起的一套實用的、以解決發明問題為主要目的的理論和方法體系[1]。阿奇舒勒因此被尊稱為 TRIZ理論之父。TRIZ理論被公認為是使人聰明的理論，其核心是“技術進化原理”。按照這一原理，“技術系統一直處于進化之中，解決矛盾是其進化的推動力”。在創新和解決問題方面，TRIZ適用于很多領域[2-4]。經過半個多世紀的發展，尤其是進入21世紀后，TRIZ理論已經成為一套解決新產品開發實際問題的成熟的理論和方法體系。TRIZ理論在中國的推廣應用時間較短，但近年來，尤其是2008年以來，已經得到了政府、企業、大學和科研機構的高度重視，已經成為我國建設創新型國家的重要舉措[5]。

1 背景介紹

1.1 鄉村旅游的快速發展

我國鄉村旅游發展起源于20世紀90年代末，經過20多年的發展，旅游產品開發和旅游服務設施建設都取得了巨大進步，鄉村旅游規模不斷擴大。2014年，全國鄉村旅游人數已達12億人次，約占國內旅游總數的1/3[6]。2021年，《“十四五”文化和旅游發展規劃》中提出文化事業、文化產業和旅游業成為滿足人民美好生活需要、推動高質量發展的重要支撐，要以創新發展催生新動能，以深化改革激發新活力，奮力開創文化和旅游發展新局面[7]。

1.2 城鄉一體化趨勢

隨著城市的幾近飽和以及逆城市化現象的出現，城鄉一體化進程進一步加快，城市與鄉村之間的鴻溝被打破，人口、資本、技術等在城市與鄉村之間相互流通、相互融合，城市與鄉村的資源與要素溝通逐漸加強，出現了“以城帶鄉、以工促農”的新局面?，F代農莊作為促進城鄉一體化的平臺和媒介，是聯系城鄉之間的紐帶，能夠帶動城市人口旅游消費，同時轉變鄉村農業生產方式，實現農民增收與鄉村振興[6-9]。

1.3 中央有關政策相繼出臺

2018年，《關于促進鄉村旅游可持續發展的指導意見》和《農業農村部辦公廳關于推介休閑觀光牧場的通知》發布，指出鄉村旅游是旅游業的重要組成部分，是實施鄉村振興戰略的重要力量，在加快推進農業農村現代化、城鄉融合發展、貧困地區脫貧攻堅等方面發揮著重要作用，明確了促進鄉村旅游可持續發展的五項措施：1）加強規劃引領，優化區域布局，促進鄉村旅游區域協同發展；2）完善基礎設施，提升公共服務，改善鄉村旅游環境，促進鄉村旅游便利化；3）豐富文化內涵，提升產品品質，豐富鄉村旅游產品類型，提高鄉村旅游服務管理水平；4）創建旅游品牌，加大市場營銷，培育構建鄉村旅游品牌體系，創新鄉村旅游營銷模式；5）注重農民受益，助力脫貧攻堅，探索推廣發展模式，完善利益聯結機制[10]。

2 問題描述與分析

2.1 問題描述

隨著鄉村振興戰略的提出和逐步實施，農業產業化發展迎來新機遇，而鄉村旅游已經成為加快鄉村建設、加快城鄉一體化進程、深度開發農業資源潛力、為消費者提供多元化消費產品和農民收入增加等方面的重要途徑。人們對農場的住宿需求，促進了鄉村旅游業的發展，然而根據國家耕地保護制度的相關規定[11-15]，應依法保護和合理利用土地，維持其農業用途，不得用于非農建設，不得給土地造成永久性損害。這使得農場的多元化發展，尤其是旅游等業務受到極大限制。在農業現代化的背景下，中國休閑農業進入新時代，休閑農業本質上對運營者提出了更高的要求。現代農場運營商需要不斷創新和思考，順應未來發展趨勢，才能在休閑農業領域獲得核心競爭力。

應現代農場多元化發展的需要，提供觀光休閑旅游服務，推進現代農業和旅游業深度融合，進一步發展新型農業旅游業態，需要在農田中搭建可供人居住的房屋，但國家明文規定：不能在農田中建造永久建筑，且不能長期占用耕地。因此，以往的傳統房屋無法滿足國家規定，需要在此基礎上進行設計創新。

2.2 系統功能組件分析

在建立組件模型之前，需要進行功能分析[1]。問題所在的技術系統為農場宿住系統，該技術系統的功能是為人提供住宿場所，實現該功能的約束有土地、農作物、陽光。

現有技術系統的工作原理：建造傳統房屋供游客居住。

當前技術系統存在的問題：建造房屋時需要有地板、墻體、門、窗等，它們會占用農田、遮擋陽光，進而影響農田中農作物的正常生長，并且傳統房屋會長期占用耕地，不符合國家政策的規定。

該問題的現有解決方案及其缺陷：安排游客在附近的旅店或農家樂住宿，缺陷是環境條件較差，且旅店與農場距離較遠，來回不方便。此外，在旅店中也難以滿足游客體驗田園夜景的需求。

新系統的要求：在不破壞耕地、不妨礙農作物正常生長的前提下，在農場建造可供人居住的房屋。

對該系統進行功能分析，基于上述的分析，采用九屏幕法實現資源搜索，隨后進行組件之間的相互作用分析。采用規范化的功能描述方式建立組件模型圖，功能模型圖如圖1所示。由此得到該技術系統的三個缺陷，農場宿住系統的功能缺陷如表1所示。

表1 農場宿住系統的功能缺陷列表

圖1 功能模型圖

3 解決方案

3.1 利用系統剪裁法解決缺陷1

選擇價值最低的組件對其進行剪裁[1]：地板。地板的有用功能：支撐墻體、支撐人。確定由技術系統中的其他組件完成支撐墻體和支撐人的功能（圍欄）。

通過對圍欄進行創新設計，構建了圍欄組件式露營平臺[16]，如圖2所示。該平臺向上折疊時（圖2左半部分）就是普通的圍欄組件，展開橫放時（圖2右半部分）就形成一個平臺，可以實現地板的有用功能——支撐墻體和支撐人。

圖2 一種圍欄組件式露營平臺

3.2 利用物理矛盾解決缺陷2

問題描述：墻體、門、窗、房頂在有人需要住宿時就存在，在白天以及收獲農作物時就拆除。

矛盾分析：墻體、門、窗、房頂要存在，因為要供人居?。粔w要拆除，因為要避免遮擋陽光以及避免影響農作物收獲。該問題屬于物理矛盾下的基于系統級別分離問題[1]，運用基于系統級別分離問題的解決原理（No.1分割原理；No.5組合原理；No.12等勢原理；No.33同質性原理……），確定不同的解決方案。

1）利用分割原理——使物體分成容易組裝及拆卸的部分。將門、窗、墻體等進行模塊化處理，便于游客使用時進行組裝，不需要時快速拆除，以免影響農田植株種植?？旖萁M裝式積木房如圖3所示。

2）利用組合原理——在空間或時間上，將相同或相似的對象、操作加以組合或合并在一起，以提高工作效率或實現新的功能，將墻體設計成可以模擬太陽光的發光物體且可以自動收獲農作物。

3）利用等勢原理——改變操作條件使組件處于同一等勢面上，以減少物體提升或下降的需要，將農作物與房屋處于同一水平面上。

4）利用同質性原理——存在相互作用的物體用相同材料或特性相近的材料制成。

通過對各種方案進行比較分析，結合實際項目綜合考慮，主要采用3個參數進行評價，分別是可操作性、可實施性、成本，根據實際情況對以上4個方案進行評估。方案1可操作性以及可實施性較高，選擇適宜的材料即可控制成本；方案2在結構改動方面較大，可實施性較低，并且成本高；方案3將房屋與農作物處于同一水平面上操作起來比較困難，可實施性較低；方案4可操作性較低。

綜合考慮以上分析，選擇方案1為最終方案。將墻體進行模塊化處理（如圖3上部分所示），便于游客使用時進行組裝（如圖3下部分所示），不需要時快速拆除，以免影響農田植株種植。

圖3 快捷組裝式積木房

3.3 利用矛盾矩陣解決新技術系統所產生的新問題

因為要保證房屋的穩定性，房屋的結構較為復雜，其零件較多，不便于游客或工作人員進行組裝或拆卸，增加了游客搭建房屋的難度和時間。由此產生技術矛盾，即改善了運動物體的體積，但增加了設備復雜性，通過查找矛盾矩陣[1]得到兩個發明原理：No.1分割原理；No.26復制原理。

這里采用No.26復制原理，讓游客提前在構建的虛擬仿真系統中模擬操作[17]，提前熟悉大致步驟，便于現場搭建，既不失游客樂趣又減少游客耗費的時間，虛擬仿真系統操作界面如圖4所示。在不破壞耕地、不妨礙莊稼正常生長的前提下，為農場設計了一種環保性好、體驗感強的宿住系統，最終效果圖如圖5所示。

圖4 虛擬仿真系統操作界面

圖5 最終效果圖

4 結語

由于市場需求和國家規定的矛盾沖突，導致鄉村旅游業發展受到制約。首先，將此現實問題轉化為TRIZ問題模型；然后，利用TRIZ工具解決問題進而得出目前來說最佳的設計方案，即一種圍欄組件式露營平臺和積木式雙三角形房屋；最后，解決實施過程中所產生的新問題，在不破壞耕地、不妨礙莊稼生長的前提下，設計了一種環保性好、體驗感強的新型的農場宿住系統。