建筑模板类专利技术创新规律研究——以2007-2009年专利为样本

丁志坤 ， 马嘉鹏 ， 江 岚， 王家远

(1.深圳大学 土木工程学院， 广东 深圳 518060； 2.胶南市建筑设计院， 山东 青岛 266400)

随着我国将创新作为国家发展的重要策略，在实践中迫切需要一种能够快速提升技术创新能力、减少技术创新成本与风险的理论，而TRIZ理论在工业、航空航天等领域均发挥了巨大作用，被称为是创新的点金术。TRIZ是源于前苏联的发明问题解决理论(Theory of Inventive Problem Solving)，它由前苏联著名发明家G. S. Altshuller领导的研究机构，通过深入分析世界数十万件高水平的发明专利建立起来的创新理论。Altshuller认为技术系统一直处于进化之中，解决冲突是其进化的推动力。进化速度随技术系统一般冲突的解决而降低，使其产生突变的唯一方法是解决阻碍其进化的深层次冲突。为此，TRIZ理论中构建了引起深层次冲突的矛盾矩阵(包含39个工程参数)及其解决方法的原理(共计40个原理)[1～3]。因此从我国国情出发，充分利用TRIZ理论可以加快各个行业自主创新，从而对加速我国经济发展，增强我国不同行业的国际竞争力具有重要意义。作为我国国民经济支柱行业之一的建筑业，近年来基于技术创新成果，例如滑模技术等极大提高了其生产效率和质量，降低了成本，由此可见技术创新对该行业发展至关重要。但实际上TRIZ理论还没有在该行业的技术创新实践与研究中引起重视。另一方面，根据国家知识产权局公布专利的排名统计数字，固定建筑物类专利总量排名倒数第2，这表明建筑行业创新的力度亟待提高。因此，深入研究TRIZ理论在建筑业中应用的规律，对挖掘行业技术创新潜力、加快技术进步具有十分重要的意义。

相比国外及我国台湾地区已展开的相关研究[4～6]，目前我国大陆地区对建筑业专利的系统研究还处于起步阶段，相关研究成果在文献中鲜有见到。为了适应我国建筑业系统提升技术创新能力的潜在需求，本文选择建筑模板类专利为研究对象，参阅大量在我国大陆地区申请的模板专利，并选定2007年至2009年三年间各子分类的专利文献，通过应用TRIZ理论，对专利文献进行要点的提取、统计、分析，找出其中最常用的通用工程参数和发明创造原理，揭示建筑业技术创新的潜在规律，进而快速提升建筑业的技术创新能力。

1 建筑模板专利分析原理

专利文献主要由摘要、权利要求书、说明书、附图组成。其中，专利说明书涉及专利的技术背景与有待解决的问题，写明了该专利的发明目的。权利要求书介绍该专利区别于已有解决方案的技术特征，阐述新的解决问题的原理[7]。由于这两部分与TRIZ理论直接相关，因此是本研究重点分析的内容。

本文通过收集大量的建筑模板类专利，应用TRIZ理论工具进行分析。针对说明书背景技术中提出的问题找出专利中改善的技术参数；通过权利要求书的描述找出专利中恶化的技术参数，并在TRIZ矛盾矩阵中找出可能解决该问题的发明创造原理。通过统计这些专利中使用的技术参数及发明创造原理，找出使用频数较高的技术参数和发明创造原理，进而揭示建筑模板类专利技术创新的潜在规律。

2 建筑模板专利要点的提取

专利的信息量虽然庞大，但从TRIZ理论出发，并结合本文的研究目的，仅需从专利文献中提炼与本研究相关的信息，以便统计分析。在本研究中，从专利中提取的信息包括专利号、专利名称、专利摘要、专利技术背景、解决的冲突、创新性。其中，专利号、专利名称、专利摘要是专利文件中明确列出的内容；专利的背景技术、解决冲突、专利的创新性都包含在专利文件中，但由于所占篇幅比较大，需要对其中的要点进行提炼。专利的技术背景描述了现有技术或产品采用何种方法或原理解决了何种问题，还有什么问题尚未解决等，明确该专利发明之前的技术状况；解决的冲突是对专利解决的问题进行剖析，解释产生该问题的原因，并按照TRIZ理论的标准工程参数(即改善参数与恶化参数)进行阐述；专利的创新性分析说明该专利解决的问题及采用的技术原理等。

3 建筑模板专利采集与分析结果

IPC分类中的E部分是建筑模板类专利，本研究所涉及模板取自E04目录，其中有11个子分类涉及建筑模板专利。本研究中所有专利均来自

表1 模板类专利各子类中所选的专利数量

于广东省专利信息服务网上平台[8]，通过搜索，选出建筑模板专利，如表1所示。本研究在每个子分类中筛选出2007～2009三年间所有已授权公告的建筑模板专利，共收集245份在中国大陆地区申请的优质专利。

3.1 模板专利通用工程参数应用频数分析

运用TRIZ理论中的39个通用工程参数[9]，对245份模板专利进行系统分析。在分析过程中将通用工程参数分为改善工程参数与恶化工程参数两大类，分别统计、分析。

3.1.1改善工程参数应用频数分析

对作为改善参数的通用工程参数应用频数进行统计，发现通用工程参数得到688次应用，平均每个专利应用2.8次，频数统计分析如表2所示。

表2 改善工程参数应用频数统计

从表2中可以看出，用于改善建筑模板专利技术的工程参数中，应用频数较高的5个工程参数为参数33可操作性，应用125次；参数23物质损失，应用107次；参数14强度，应用61次；参数25时间损失，应用54次；参数29制造精度，应用46次。这些参数的多次使用反映了近几年建筑模板在性能方面重点关注方向。这5个参数的具体内容，见表3。

可操作性参数出现频数最高是由于模板类专利对工人施工作业时便利程度的重视。素质普遍偏低和流动性大是我国建筑业施工人员的两大特点，复杂的施工方法变成了影响施工效率的主要问题，不仅延误施工进度、增加培训成本，而且难以保证工程质量。因此，模板专利应保证我国国情下的工人，在无需复杂技能的情况下就可以熟练的操作。物质损失参数与强度参数使用频数较多，原因在于传统木模板容易涨模，漏浆问题导致混凝土材料的损失，新型模板专利例如钢模板由于其强度远超出木模板，加强了模板抵抗外力作用的能力，保证模板在使用过程中功能发挥正常，在一定程度上解决了涨模、漏浆问题，避免了工程用料损失。其他参数分别反映了模板专利对施工效率、施工精度等性能的关注。在实践中当解决新的模板技术问题时，这5个参数应重点关注。

表3 应用频数较高的改善工程参数具体内容

3.1.2恶化工程参数应用频数分析

对作为恶化参数的通用工程参数应用频数进行统计，发现通用工程参数得到309次应用，平均每个专利应用1.3次，频数统计分析如表4所示。

从表4中可以看出，在改善建筑模板技术时被恶化的工程参数，出现频数较高的3个工程参数为参数32可制造性，应用123次；参数36装置的复杂性，应用53次；参数30物体外部有害因素的敏感性，应用41次。这些参数的多次出现反映了近几年建筑模板专利在性能方面存在的主要问题。

可制造性参数出现频数最高是由于模板类专利随着各方面性能的提升，制造的难度同时增大，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，工人需要重新培训，制造工艺有了新要求从而导致制造难度的增加。第二，为了满足更多细节方面的要求，如连接方式优化，使模板专利技术中的新型模板系统更为复杂，进而提高了制造难度。第三，由于模板专利技术中有大量的钢模板，而钢制模板在应用时，尤其是面对异型结构的时候，存在切割不便的问题，从而制造难度增加。物体外部有害因素的敏感性参数也反映出现有模板专利的不足，比如近年模板专利中应用较多的免拆模板材料聚苯乙烯，聚苯乙烯是一种防火性极差、非常易燃的复合材料，其应用存在安全隐患进而模板对外界因素的敏感性增加。在实践中当设计新的模板技术时，这3个参数应重点关注，防止其恶化。这3个参数的具体内容，见表5。

表4 恶化工程参数应用频数统计

表5 应用频数较高的恶化工程参数具体内容

3.2 发明原理应用频数分析

根据TRIZ理论中的40个发明创造原理[1]，统计其在模板专利中应用的频数，可以用于指导新模板专利的研发。结果发现，发明创造原理在245份建筑模板专利中应用321次，平均每份专利应用1.31次，如表6所示。

表6 发明原理应用频数统计

从表6中可以看出，在建筑模板专利中应用频数较高的5个发明创造原理为：发明创造原理10预先作用，应用39次；发明创造原理1分割，应用35次；发明创造原理5合并，应用25次；发明创造原理40复合材料，应用24次；发明创造原理24中介物，应用20次。在实践中解决建筑模板技术问题时，这5个发明创造原理应优先考虑。这5个最常用发明原理的具体内容，如表7所示。

表7 发明原理的具体内容

其中，预先作用原理的广泛运用主要是因为钢模板专利的增加，钢模板的一大特点是不方便现场加工，而预先作用原理的运用正好可以解决此类问题。比如，有的模板专利可以免拆，直接作为墙体的一部分使用，从而达到施工方便、加快进度的目的；有的清水混凝土钢模板通过预先在其表面刻上精美的立体图案，使清水混凝土墙呈现自然美观的立体图案。分割、合并和中介物原理使用次数较多，是因为模板专利对施工过程中安装操作的灵活性关注较高，主要用于克服如钢模板等替代模板相对木模要求更高的安装、拆卸技术和模数限制问题。例如，为了克服上述缺陷，有些专利综合运用分割、合并原理将大模板分成多个模数的、可组装的小模板，以适应设计模数内任意大小的模板需求；有的专利运用中介物原理，在模板与混凝土接触面上采用特定材料以方便脱模并提高混凝土表面平整度。

复合材料原理较多的使用，可能的原因是近几年来国内新型材料技术的快速发展，使得这些新型材料在模板技术中开始使用，主要体现在两个方面。第一，环保材料的广泛应用，例如环保树脂发泡板材、天然无机矿物质和废料回收物质为材料的模板专利，此类模板专利在保证一定性能的前提下达到节能环保的目的。第二，传统木、钢模板的代替材料如塑料、聚丙乙烯、PVC等在模板专利中出现，这类轻质高强材料在施工便利程度、运输、环保及安全等各方面均有改善。

4 结 论

针对已有专利的系统研究可以帮助我们更有效的进行技术创新，避免重复劳动，并利用已有知识启发思路，解决技术创新过程中的新问题[10]。近几年来，建筑模板类专利在数量上增加迅速，充分利用已有模板专利中的知识，不断提高其技术创新力度，对建筑业提高生产效率至关重要。本文基于TRIZ理论，通过对建筑模板专利的系统研究，提炼出最常用到的工程参数及发明原理并给实践以下启示：一是模板类技术创新的主要发展方向是多用途、易操作，同时能够节约建材，达到节能环保的目标。二是采用模板的可组装化和复合材料是实现前述目标的重要途径。

[1] 杨清亮.发明是这样诞生的：TRIZ理论全接触[M]. 北京: 机械工业出版社, 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.

[4] Cheng S T, Yu W D, Wu C M, et al. Analysis of Construction Inventive Patents Based on TRIZ [C]// Proceedings of International Symposium on Automation and Robotics in Construction 2006. Japan, 2006: 134-139.

[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.

[6] Landwich P, Vogel T, Klas C P, et al. Supporting patent retrieval in the context of innovation-processes by means of information dialogue [J]. World Patent Information, 2009, 31(4): 315-322.

[7] 刘镇滔. 面向中小企业的专利知识服务及其平台研究 [D]. 上海：上海交通大学, 2007.

[8] 广东省知识产权局. 广东省专利信息服务平台[DB/OL]. [2011-8-13]. http://www.gdzl.gov.cn.

[9] 檀润华. 发明问题解决理论 [M]. 北京: 科学出版社, 2004.

[10] 王燕玲. 基于专利分析的行业技术创新研究：分析框架 [J]. 科学学研究, 2009, 27(4): 622-628.