专利视角下的缆索承重桥梁发展趋势研究

滕 牧

（中铁第五勘察设计院集团有限公司知识产权中心 北京 102600)

一、引言

目前，世界上多个国家启动了跨海大桥的修建计划，包括意大利的墨西拿海峡大桥、西班牙与摩洛哥之间的直布罗陀海峡大桥、美俄之间的白令海峡大桥等，大跨度桥梁建造技术有着广阔的应用市场。

为减少超深水基础的使用，满足深水通航要求，越来越多的跨海工程采用超大跨度的缆索承重桥梁。其中，主跨199lm的日本明石海峡悬索桥、主跨1018m的香港昂船洲大桥、主跨1488m的西堠门公铁两用大桥分别采用了悬索、斜拉、斜拉悬索协作的结构形式，构建了千米级的跨海桥梁，推动了缆索承重桥梁技术的高速发展。

专利是先进技术呈现的最常见的载体，本文利用incopat检索工具，检索国内外缆索承重桥梁的专利，从专利视角，分析缆索承重桥梁的技术进展，有助于快速了解行业现状，研判缆索承重桥梁的技术发展趋势，为后续研发方向提供指引。

二、国外缆索承重桥梁专利技术现状

（一）专利技术申请趋势

世界上最古老的缆索承重桥梁是老挝和爪哇的藤竹斜拉桥。19～20世纪，瑞典斯特罗姆松德桥和布鲁克林大桥建立，分别标志着现代斜拉桥和悬索桥的诞生，此后，缆索承重桥梁建造技术进入高速发展期。

1900～1960年，缆索承重桥梁专利公开量整体维持在个位数水平，偶尔会超过10件，属于缆索承重桥梁现代化的萌芽期；在1961～1988年，国外缆索承重桥梁开始普及，建造技术进入蓬勃发展期，期间专利公开量高速增长，在1988年达到峰值141件；在1989～2005年，国外缆索承重桥梁技术进入成熟期，专利公开量维持在90件上下；2006～2020年，国外在建桥梁的数量增速下降，专利公开量开始下滑，维持在50件左右，进入缓慢发展期（见图1）。

图1 国外缆索承重桥梁年度专利公开趋势

（二）主要国家申请趋势

自1960年以来，日、韩、德、美、俄、法等桥梁强国均有一定的专利布局，日本累计公开专利1706件，遥遥领先其他海外国家，韩国以344件位居第二（见图2）。据笔者分析，日本是一个群岛国家，为方便各岛之间的交通，先后修建了大量桥梁，如东京彩虹大桥、明石海峡大桥、濑户大桥、因岛大桥等著名桥梁。这些桥梁的建成为日本积累了很多经验，也为日本建桥技术的发展提供了平台，随着日本桥梁技术的不断突破，专利公开量也迎来了飞速增长。

图2 国外专利公开数量排名前十国家专利公开情况

由图3可知，日本的专利公开量在20世纪70年代飞速增长，专利公开量远超其他国家，但是在20世纪末、21世纪初，日本专利公开量开始急速下降。到2010年，韩国超过日本，成为了专利公开量最多的海外国家，其他海外强国的专利公开量整体波动不大。20世纪末，海外国家的技术突破减少，专利公开量波动趋缓，进入缓慢发展阶段，中国建桥技术的崛起或是海外技术进展缓慢的原因之一。

图3 日、韩、德、美、法等海外桥梁强国德专利年度申请趋势

三、我国缆索承重桥梁专利技术现状

（一）专利技术申请趋势

中国是古代悬索桥的发源地，远在公元前250年，我国境内就出现了用竹索桥做的“笮桥”。我国同时也是最早出现铁索桥的国家，公元前50年就已建成百米的铁索桥，四川泸定桥是古代铁索桥的杰出代表。进入20世纪90年代，我国先后建成广东汕头海湾大桥、西陵长江大桥、香港青马大桥、江阴长江大桥等大跨度悬索桥，标志着我国现代悬索桥建设技术进入飞速发展期。

我国的斜拉桥起步比较晚，1975年在重庆修建了第一座预应力混凝土公路斜拉桥。但是，伴随着中国桥梁建造技术的积累和突破，我国斜拉桥建造技术的发展也非常迅速。目前，我国已成为世界上斜拉桥最多的国家。

20世纪70年代以来，我国现代缆索承重桥梁进入萌芽发展期。进入21世纪后，我国现代缆索承重桥梁建造技术步入飞速发展期，我国大跨度悬索桥的数量也名列前茅。

自1986年中国公开了第一件缆索承重桥梁专利后，近20年，国内公开专利数量基本每年不超过10件，这一阶段是我国缆索承重桥梁建造技术的萌芽期，进入21世纪以来，中国桥梁建造技术进入高速发展期。截至2020年底，国内专利公开量达到2121件，其中国内申请占98%，超过了2000件，中国成为本领域的专利申请量最多的国家。

（二）重要申请人申请趋势

国内缆索承重桥梁的专利公开量排名前十的申请人主要集中在中铁建、中国中铁、中交等国有企业和部分高等院校。中铁第四勘察设计院近些年承担了多个斜拉桥和悬索桥的设计，技术发展也非常迅速，近十年，中铁第四勘察设计院专利公开量累计达到108件，位居第一（见图4）。

图4 国内专利公开量排名前十申请人专利公开情况

近十年，重点申请人的专利公开量不断增长，甚至出现加速增长的趋势，这些专利公开数量的变化趋势也反映出，中国缆索承重桥梁的建造技术后来居上，技术突飞猛进，正逐步建立技术领先优势。

（三）核心技术专利公开情况

缆索承重桥梁通常包括缆索、桥塔、主梁、锚固件、连接件等部件，国内的专利申请收录了以上部件的创新技术，另外还收录了具体桥梁的大量的架构设计、施工方法和桥体防护技术方面的创新技术。如图5，截至2020年底，施工方法及装置和桥梁架构的设计专利处于领先位置，分别公开514件、484件，可见我国研发人员正在尝试和创造多种桥梁的设计形式以及施工方法，不断获得技术的突破；安全是桥梁的最重要的设计因素，特别是在大跨度桥梁的建设中，国内桥体防护的专利公开数量也高达205件，其中大部分专利涉及防风和防震，为我国大跨度桥梁的建设提供了技术支撑。目前，桥梁智能化的专利公开量只有16件，主要涉及桥梁安全感知和温度感知，该技术相比其他核心技术点的专利公开量差距较大，可能成为未来科研人员发力的方向。

图5 各技术分支的专利分布情况

四、小结

从专利的视角下观察缆索承重桥梁建造技术的发展，可以得出3个结论：

1.从国内外专利公开量的变化趋势看，我国专利公开量后来居上，已跃居全球第一，专利数量的变化趋势反映出我国桥梁建设技术的成长和成熟。目前，我国的专利实力与实际的桥梁建设能力相吻合，总体名列前茅。

2.从主要申请人看，国内专利公开量排名前十的申请人主要集中在国有企业和部分高等院校这些有强大科研实力的单位，如果进一步加强校企合作，强强联合，将助力我国桥梁建设水平再上新台阶。

3.从核心技术角度看，我国在桥梁智能化方向专利布局较少，国内研发人员需加强桥梁智能化的研发，完善智能化桥梁专利的布局，并逐步建立领先优势。