运用TRIZ理论改善高层楼房的布局

殷月竹 ,夏　磊,殷志祥,许　峰

(安徽理工大学理学院数学系，安徽　淮南　232001)



运用TRIZ理论改善高层楼房的布局

殷月竹 ,夏磊,殷志祥,许峰

(安徽理工大学理学院数学系，安徽淮南232001)

现代社会中大量人群不断地涌入城市中去生活，为满足人们的居住需求，城市就不得不启动大量的高楼建设项目。而高层楼房的布局设计好坏是影响楼房质量和人们生活质量和安全的重要因素，本文运用TRIZ创新理论，分析了现代高层楼房所遇到的种种技术问题，从中提取技术矛盾，利用相应的创新原理，得到一些改善目前高层楼房布局设计的可行方案。

高层楼房；TRIZ创新理论；抗震性；采光性；交通堵塞

TRIZ理论即“发明问题解决理论”，它是60多年前由前苏联天才的发明家阿奇舒勒和他带领的研究团队历经50多年分析世界各国近250万份高水平的发明专利并综合多学科领域的知识进行研究、整理和归纳，最终建立起来的一套系统化的、实用的、解决发明问题的理论和方法体系[1-4]。后来，TRIZ理论传入欧美等西方国家和我国，并得到进一步的研究、发展和更加广泛的应用。目前，TRIZ理论已经走向全世界。

TRIZ理论成功地揭示了创造发明的内在规律和原理，对研发或解决问题的思路有明确的指导性，这种指导性避免了耗费大量人力、物力、财力的盲目试错，让解决问题变得有律可循、有法可依，从而大大加快了发明创造的进程，提高了创新速度。因此，TRIZ理论在全球的创新、创造学研究领域中占有重要的地位，已被公认为是一种世界级的创新方法[5-6]。

本文运用TRIZ创新理论，分析现代高层楼房所遇到的技术问题，从中提取技术矛盾，利用相应的创新原理：分割原理、复合材料原理、自服务原理、动态特性原理等，得到一些可行的方案，以期改善目前高层楼房的布局设计。

1　问题描述

在现代社会，大量人群不断地涌入城市中生活，为满足人们的居住需求，城市就不得不启动大量高楼建设项目。日益增高、增多的楼房虽然让人们有房可住，但带来了一系列的负面问题，比如楼房的抗震性能下降，周边楼房的采光效果差，过于集中的楼房和人群造成交通堵塞等等。而人们显然要求这些高楼大厦在满足居住需求的同时，还要有良好的抗震性和采光性以及交通方便性等。因此，如何解决这些问题是目前高层建筑最重要的也是最迫切的问题[7-8]。

2　问题分析

在上述问题中，显然存在许多技术矛盾。下面逐一分析并提取:

(1) 在楼房的地理位置、建筑材料、建筑结构、施工质量、户型体形等条件均相同的情况下，若增加楼房的高度，虽然使房子增多了，人们的居住面积增加了，但会引起楼房的抗震性能下降。

将这一矛盾双方抽象为描述技术特性的两个通用工程参数之间的矛盾，于是，得到技术矛盾1:

改善的参数: 静止物体的面积

恶化的参数: 对象产生的有害作用

通过查找TRIZ理论的矛盾矩阵表，得到解决该技术矛盾的创新原理有: 01号原理：分割原理，22号原理：变害为利原理，40号原理：复合材料原理。

从这些创新原理，我们得到启示并找到一些解决问题的方案：

方案1利用01号原理即分割原理中的第一点：“把一个物体分成相互独立的几个部分”，可将楼房由高层分割即变为多层。

方案2利用40号原理：复合材料原理—用复合材料代替均质材料，使用抗震性能好的复合建筑材料，比如新型复合保温板节能墙体、发泡水泥复合板、钢筋焊接网架复合混凝土等等[9-11]。

(2) 楼层增高了，遮挡了周边楼房，使其采光效果很差即照度变差；

我们仍用39个通用工程参数中的两个来表示矛盾双方，得到技术矛盾2:

改善的参数: 静止物体的长度

恶化的参数: 照度

查找矛盾矩阵表，得到解决该技术矛盾的创新原理有:3号原理：局部质量原理，25号原理：自服务原理。

根据3号原理即局部质量原理中“让物体的各部分均处于完成各自动作的最佳状态”，和25号原理即自服务原理中“物体通过执行维护功能为自身服务”，得到

方案3：合理设计楼房的窗户的位置和大小来增加采光面积，比如利用侧窗采光[12-14]。

(3) 过于集中的楼房，使房子的数量增多了，但导致居住人增多、车辆也多了，交通堵塞，即使得系统积极响应外部变化的能力降低。

仍将这一矛盾双方标准化，得到技术矛盾3:

改善的参数: 物质的量

恶化的参数: 适应性、通用性

翻阅矛盾矩阵表，查到相应的创新原理有:3号原理：局部质量原理，15号原理：动态特性原理，以及29号原理：气压和液压原理。

由3号原理：局部质量原理中“将物体、环境或外部作用的均匀结构，变为不均匀的”的提示，得到：

方案4：将过于集中的楼房分散布置。

利用创新原理的15号原理：动态特性原理中的“如果一个物体是静止的，使之移动或可动”的提示，得到：

方案5：建设会移动的房子—房车

3　方案评价与决策

运用工程经验及实例的应用情况对上述备选方案进行评价与决策。

方案1：将楼房由高层变为多层，国内外早已推广应用。其优点是使楼房的抗震性大大增强，缺点是土地利用率低，浪费土地资源，观景效果也差些。

方案2：使用抗震性能好的复合建筑材料，比如新型复合保温板节能墙体、发泡水泥复合板、钢筋焊接网架复合混凝土等等。其优点是抗震性能好；缺点是有的复合材料价格比较昂贵，使得建筑成本提高。该方案国内外已有应用，若能研发出大量价格低廉的抗震性能好的复合建筑材料，再结合下面的方案3和方案4，就是一个比较完美的方案了。

方案3：合理设计楼房的窗户的位置和大小来增加采光面积，比如利用侧窗采光。该方案使采光性能很好，且设计简单、绿色环保、成本低廉，应大力研发推广。但目前的做法主要是从增大楼间距方面考虑，无法全面、彻底地解决问题。

方案4：将过于集中的楼房分散布置。该方案使居住场地宽敞，采光性好，交通便利；但浪费土地资源，且易造成混乱的城市形象。应用时应结合方案2和方案3。

方案5：建设会移动的房子——房车，它会移动，能旅游[15]，解决了固定高层楼房的抗震性、采光性等问题；缺点是房车的居住面积偏小，不可能太大。房车国内外已有，若再结合方案2和方案3，即会移动的房车配以运用抗震性能好的复合建筑材料建造的且采光性能好的固定高层楼房，就比较完美了。

根据上面的分析，选择采用方案2、方案3、方案5为主要的执行方案, 若将这几个方案相互结合，扬长避短则更佳。

4　结束语

本文运用TRIZ创新理论，分析现代高层楼房所遇到的种种技术问题，提取其中技术矛盾，运用相应的创新原理所给启示，提出了一些切实可行的方案，以期改善目前高层楼房的布局设计，解决高层楼房面临的严重又迫切的问题。从而使居住环境更加优美舒适且环保节能，使城市更加便利漂亮且能可持续性发展。

[1]根里奇·阿奇舒勒.实现技术创新的TRIZ诀窍[M]．林岳，李海军，段海波译．哈尔滨：黑龙江科学技术出版社, 2008:8-100.

[2]颜惠庚，李耀中．技术创新方法入门—TRIZ基础[M]．北京：化学工业出版社，2011:10-200．

[3]唐静．TRIZ—发明问题解决理论[J]．现代经济信息，2012(5)：312-313．

[4]陈敏慧,蒋艳萍,吕建秋. TRIZ国内外研究现状、存在问题及对策研究[J].科技管理研究，2015, 35(1)：24-27.

[6]付敏, 范德林.基于TRIZ理论的高校创新教育研究与实践[J].黑龙江高教研究, 2013, 31(7):104-106.

[7]JONGCHENG WU, WEICHENG LU, WENCHUNG HSU.Implementation of a Feasible Control Design Process Incorporating Robustness Criteria for Wind-Excited High-rise Buildings[J]. Journal of Structural Engineering, 2014:89-101.[8]SINGHAPUTTANGKUL N, SUI P L, AI L T, et al. Analysis of criteria for decision making to achieve sustainability and build-ability in building envelope design[J]. Architectural Science Review, 2014, 57(1):20-30.

[9]杨磊.论高层建筑结构抗震的优化设计[J].建筑设计管理,2010,27(3):18-20.

[10]伍云天,姜凯旋,杨永斌，等.中美超限高层建筑性能化抗震设计方法对比分析[J].建筑结构学报,2015, 36(2):19-26.

[11]王剑,孙伟民,郭樟根,等.新型复合保温板节能墙体抗震性能试验研究[J].新型建筑材料, 2012, 39(10):28-31.

[12]HUANG Y, NIU J L, CHUNG T M. Comprehensive analysis on thermal and day-lighting performance of glazing and shading designs on office building envelope in cooling-dominant climates [J]. Applied Energy, 2014, 134:215- 228.[13]周雪帆,陈宏,李保峰.基于节能的高层办公建筑自然采光设计策略研究[J].城市建筑, 2010(8):32-34.

[14]刘进成.谈可持续的建筑天然采光设计[J].科学与财富,2014(1):171- 172.

[15]续东.管中窥豹—房车构造及功能介绍[J].越野世界,2012(1):58-59.

(责任编辑：李丽,范君)

Improving the Layout of the High-rise Buildings by the TRIZ Theory

YIN Yue-zhu, XIA Lei, YIN Zhi-xiang, XU Feng

(School of Sciences, Anhui University of Science and Technology, Huainan Anhui 232001, China)

In the modern society, a large number of people have constantly poured into cities to live in. To satisfy the living needs, people will have to launch a large number of high-rise building projects. The quality of the high-rise building design is a very important factor which influences on the quality of buildings and people’s lives and safety. In this paper, by using TRIZ innovative theory, various technical problems that we have encountered about modern high-rise buildings are analyzed, and technology contradictories are extracted from them. By using the corresponding innovation principles, some feasible schemes are obtained to improve the building layout of high-rises.

high-rises; TRIZ innovative theory; earthquake resistance; day-lighting; traffic jam

2015-08-25

国家自然科学基金资助项目(61170172，61073102); 大学生创新训练项目基金资助(201510361292)

殷月竹(1980-)，女，山东日照人，讲师,硕士，研究方向：TRIZ创新理论。

TS103:TU972

A

1672-1098(2016)04-0039-03