基坑逆作法的专利分析

摘 要：基坑逆作法施工无需进行大开挖，克服了大开挖施工中对环境影响大，建设周期长等问题。本文通过检索基坑逆作法的相关专利，对检索结果进行了专利状况的分析，包括申请趋势、地域分布、各国研发实力、主要申请人、技术分布等，以期从宏观上对基坑逆作法进行整体、全面的梳理。

关键词：逆作法；基坑；桩柱调垂；专利分析

一、概述

随着中国城市建设的跨越式发展，大规模的高层建筑地基基础与地下室、大型地下商场、地下停车场、地下车站、地下交通枢纽、地下变电站等的建设中都面临的深基坑工程的问题。传统的基坑明开挖顺做施工过程，需要先做好支护，然后才能进行结构施工作业，结构施工完成后，再拆除支护，逐层向下施工，遵循 “竖向分层、纵向分区段、先支后挖”的原则[1]。由于工程地质和水文地质的复杂多变、环境保护要求越来越高，顺做法大开挖的特点，对周围环境的影响非常大，在建筑物密集的地方是无法忍受大开挖的施工要求的。而逆作法正式顺应这种需求而产生的一种环境友好型的施工方法。逆作法施工无需进行大开挖，先沿地下结构四周施工地下连续墙或其它支撑机构作为地下工程施工期间的基坑围护机构，同时在建筑物内部有关位置浇筑或者打入中间支撑柱或桩，作为在地下结构底板封底前承受上部结构的自重和施工荷载的支撑，然后施工底面一层楼板结构作为连续墙的横向支撑，随后逐层向下开挖土方和浇筑各层地下结构，直至底板封底[2]。与传统的深基坑施工方法相比，逆作法具有保护环境、节约社会资源、缩短建设周期等诸多优点，它克服了常规临时支护存在的诸多不足之处，是进行可持续发展的城市地下空间开发和建设节约型社会的有效技术手段。

本文以专利信息为基础，通过分析逆作法技术的相关技术和专利布局，了解当前该技术的竞争格局以及国内发展现状。通过在德威特世界专利索引数据库（DWPI）中进行检索，并通过Incopat、CNABS等数据库进行了补充，截止2018年2月，共检索到逆作法施工技术的相关专利数据为1955项专利族，对应的专利数量为3426件，同时对检索结果进行了数据整理和专利技术脉络分析。

二、基坑逆作法专利技术的整体情况

1.发展趋势分析

图1是基坑逆作法技术的全球专利申请量的趋势图。从图1中可以看出，1979年前，本领域专利申请量比较零星，属于技术发展的萌芽期，此时期的专利申请大部分都集中在地下连续墙与主体结构的连接，竖向支撑结构的整体体系方面。1979至1988年逆作法技术领域的专利申请量开始平稳增加，在1989年后形成了一个小的申请高峰，为技术发展的导入期。2005年以后，逆作法技术进入快速发展期，年专利申请量在50项以上，尤其在2012年之后专利申请量增速更快，2016年以后年专利申请量达到200项以上。从图1来看，2017年后申请量呈现降低态势，这与发明专利申请公开时间滞后有关，2016及2017年的大部分发明专利申请还处于未公开和未收录状态，故越接近检索截止日的年份，其统计数据受上述公开因素的影响程度越大。

2.专利申请国家/地区分布

图2为专利申请国家/地区分布图，从图2中可以看出，全球专利申请主要集中在中国、日本、韩国、欧洲和美国。日本是在逆作法技术涉及的理论和施工工艺方面研究最多的国家，其逆作法技术的研究代表着逆作法施工的发展方向。这些国家和地区也是逆作法技术中的重要市场布局的地域，因此全球各大申请人在这些国家和地区的专利申请和布局也最为密集。

3.逆作法主要技术分布

图3显示逆作法技术全球专利申请技术分布，由图3中可以看出，对于逆作法技术研究主要集中在围护结构和竖向支撑结构，两者的专利申请数量占总申请量比例接近70%。地下连续墙刚度大、自重大、承载力好，是重要的围护结构，对于其施工工艺及关键技术的研究相对较多，也较为成熟。竖向支承桩柱指采用钢立柱插入桩基的逆作法竖向支承系统形式，是基坑逆作实施期间的关键构件。作为逆作体系中的核心构件，在施工中，竖向支承桩柱的垂直精度要求是确保逆作工程质量、安全的核心要素，决定着逆作技术的深度与高度。

4.专利申请人分析

图4为逆作法相关技术专利申请人国别分布图，从中可以看出，逆作法技术来源国主要中国、日本、韩国、澳大利亚、奥地利和美国。除中国以外，日本在技术来源国中占据绝对优势。

图5和表1是逆作法全球专利申请的专利权人代码排名，通过排名可以看出，日本企业的专利申请量占据绝对的优势，这也说明了日本在逆作法技术领域的领先地位。中国企业在逆作法领域的研究也不容小觑，尤其是上海建工集团（含其子公司及下属公司）的专利申请量排名第二位，其对逆作法技术及应用研究在中国处于领先地位。

国外的申请人中，日本在逆作法领域的专利申请数量最多，也是逆作法技术设计理论和施工工艺方面研究最多的国家。日本的株式会社大林组、株式会社竹中工务店、大成建设株式会社、清水建设株式会社和鹿岛建设株式会社在逆作法领域的专利申请量排名靠前，在逆作法的施工工艺和理论研究方面均处在行业领先地位。

图6是日本主要申请人的专利申请趋势图，从图6中可以看出，五位申请人的专利申请趋势不尽相同。竹中工务店在逆作法技术的专利申请最早，从1989年开始逆作法的第一件专利申请。鹿岛建设和清水建设在2000年的专利申请量最多，年申请量10件以上。对于五家企业来说，1996-2001年是一个小的申请高峰，沉寂一段时间后，進入2010年以后，申请量又开始稳步上升。

图7是主要申请人的技术分布，从图7中可知，五位主要申请人在逆作法技术的专利申请主要集中在竖向支撑结构和围护结构。大林公司、竹中工务店和大成建设在竖向支撑结构的专利申请量较多，而清水建设和鹿岛建设在围护结构的专利申请量较多。在土方开挖方面，大成建设和大林公司的专利申请量比其他公司要多。

表2为中国专利申请中的申请人国别，从表2可以看出尽管日本在逆作法技术领域占绝对优势，但是日本在中国申请的相关专利却并不多，这一方面反映了日本中对中国市场的预期不高，另一方面，也为中国企业提供了丰富的可用现有技术。

三、总结

从总体上看，该领域的全球专利申请量呈递增趋势，特别是步入二十一世纪以后，随着城市地下空间开发需求的增加，逆作法的相关技术也随之进入了快速增长时期。日本在逆作法领域已经形成了一批专业化程度极高的企业，在竖向支撑结构和围护结构方面布局了大量专利。尽管如此，日本企业在中国申请的逆作法专利数量却比较少，这为中国企业提供丰富的可供免费使用的现有技术。

从对逆作法的专利申请的技术分布来看，竖向支撑和围护结构方面的专利分布数量最多，特别是竖向支撑技术属于逆作法体系中核心技术，各大企业竞相在这一领域布局专利，也是我国目前研发的重点方向。施工中，竖向支承桩柱的垂直精度要求是确保逆作工程质量、安全的核心要素，决定着逆作技术的深度与高度。因而与之相对应的竖向支承柱调垂设备及纠偏技术的不断发展，亦是逆作技术不断进步、成熟、发展的缩影。

在逆作法施工工艺方法中，日本企业技术已经达到了相当高的水平，对于本文分析的技术主题而言，国内企业一方面应当持续跟进关注专业化程度较高的建筑施工公司，如OHBA、TKEN和TAKJ等公司的相关专利技术布局，通过深入分析国外专利，从中汲取技术线索，给予企业后续的研发以有力的借鉴与支持，特别是针对并未在中国申请的专利，可以充分利用其先进的专利技术为本企业服务；另一方面，还要特别注意对市场国的专利进行分析，提前对障碍专利进行分析、规避或无效，或提出改进型申请等措施，避免出现投入研发和设计后的侵权损失。

参考文献：

[1]王允恭.《逆作法设计施工与实例》.中国建筑工业出版社. 2012.01

[2]《地下建筑工程逆作法技术规程》.JGJ165-2010.2011.08

作者简介：

李小永（1977--）女，上海建工集团股份有限公司知识产权部经理，中级专利工程师，硕士，研究方向：建筑施工装备。