裝配式建筑圍護(hù)系統(tǒng)專利技術(shù)分析

張廣平 陳學(xué)忠

(吉林建筑大學(xué) 建筑與規(guī)劃學(xué)院,長(zhǎng)春 130118)

近年來,隨著國(guó)家和各級(jí)政府的大力支持,裝配式建筑取得了較快的發(fā)展,與建筑工業(yè)化聯(lián)系緊密,既提升建筑綜合品質(zhì),又達(dá)到了節(jié)約資源、保護(hù)環(huán)境和減少污染的目的.裝配式建筑符合綠色、低碳和可持續(xù)的發(fā)展要求,是推進(jìn)供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革、培育新興產(chǎn)業(yè)、實(shí)現(xiàn)新型城鎮(zhèn)化建造模式轉(zhuǎn)變的需要.圍護(hù)系統(tǒng)是裝配式建筑重要的組成部分,對(duì)其相關(guān)技術(shù)進(jìn)行研究,可有效避免技術(shù)重復(fù)性研究,能節(jié)省更多時(shí)間用于創(chuàng)新.

專利是一種特殊的技術(shù)文獻(xiàn),作為一種公開的資料,它包含了豐富的與技術(shù)創(chuàng)新相關(guān)的內(nèi)容[1].它是解決技術(shù)問題最有借鑒和參考價(jià)值的資料,具有可靠性強(qiáng)、準(zhǔn)確性高和新知識(shí)含量高的特點(diǎn).專利分析內(nèi)容與行業(yè)技術(shù)創(chuàng)新活動(dòng)的特征之間存在著對(duì)應(yīng)關(guān)系,從專利分析出發(fā),可以了解行業(yè)技術(shù)創(chuàng)新的特點(diǎn)[2].在專利的內(nèi)容中,IPC分類號(hào)是根據(jù)專利的技術(shù)領(lǐng)域,用來對(duì)大量專利文獻(xiàn)進(jìn)行分類的方法;摘要是對(duì)該專利特征及解決問題的概述;說明書是對(duì)專利技術(shù)范圍、技術(shù)創(chuàng)新背景、解決的問題以及技術(shù)實(shí)現(xiàn)方案等專利內(nèi)容的詳細(xì)闡述.本文基于專利分析,利用數(shù)據(jù)庫(kù)統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)繪制專利申請(qǐng)發(fā)展趨勢(shì),對(duì)圍護(hù)系統(tǒng)技術(shù)專利進(jìn)行申請(qǐng)主體、熱點(diǎn)領(lǐng)域等分析,以此了解裝配式建筑專利趨勢(shì)及圍護(hù)系統(tǒng)技術(shù)創(chuàng)新活動(dòng)的特點(diǎn).文中所采集的裝配式建筑專利信息均來自國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局提供的專利檢索及分析網(wǎng)上服務(wù)平臺(tái),該平臺(tái)專利信息豐富、全面、準(zhǔn)確.

1 裝配式建筑技術(shù)專利分析

裝配式建筑是結(jié)構(gòu)系統(tǒng)、外圍護(hù)系統(tǒng)、設(shè)備與管線系統(tǒng)、內(nèi)裝系統(tǒng)的主要部分采用預(yù)制部品部件集成的建筑[3].換句話說,裝配式建筑是在工廠預(yù)制構(gòu)件(或現(xiàn)場(chǎng)預(yù)制構(gòu)件)后運(yùn)輸?shù)绞┕がF(xiàn)場(chǎng)再組裝而成的建筑.裝配式建筑技術(shù)涉及的領(lǐng)域多、專業(yè)范圍廣,對(duì)專利數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索,檢索到相關(guān)專利2 670件(統(tǒng)計(jì)日期截止到2017年9月).為了更加準(zhǔn)確地分析裝配式建筑技術(shù)發(fā)展趨勢(shì),專利若同時(shí)存在實(shí)用新型與發(fā)明專利,則只統(tǒng)計(jì)發(fā)明專利，這樣有利于效降低被采集技術(shù)的重復(fù)性,且通過專利內(nèi)容的鑒別,最終得到裝配式建筑技術(shù)專利2 355件.通過歐洲專利局網(wǎng)上服務(wù)平臺(tái),檢索到與裝配式建筑技術(shù)相關(guān)專利約800件,國(guó)外的裝配式建筑技術(shù)熱點(diǎn)與國(guó)內(nèi)檢索到的專利熱點(diǎn)分布相同,均為構(gòu)件連接、施工技術(shù)、結(jié)構(gòu)構(gòu)件和預(yù)制墻板等.

圖1 2000-2017年裝配式建筑技術(shù)專利申請(qǐng)趨勢(shì)Fig.1 The trend of technical patent application of the prefabricated building in 2000-2017

1985年，我國(guó)開始實(shí)施專利制度,到2000年共有授權(quán)裝配式建筑技術(shù)專利23件,可見在技術(shù)孕育期內(nèi)專利數(shù)量較少.本文選取2000-2017年期間繪制曲線,時(shí)間為橫軸,年專利申請(qǐng)量為縱軸,得到裝配式建筑技術(shù)專利發(fā)展趨勢(shì)(見圖1).由于專利公布時(shí)間固有的滯后性及檢索方式的局限,2017年的部分專利在專利檢索及分析網(wǎng)上服務(wù)平臺(tái)上未被檢索到,這造成匯總的專利數(shù)量比實(shí)際值略偏小.

技術(shù)的發(fā)展需經(jīng)歷4個(gè)階段：孕育期、成長(zhǎng)期、成熟期和瓶頸期.我國(guó)裝配式建筑技術(shù)正處于成長(zhǎng)期,圖1反映了3個(gè)不同增長(zhǎng)程度的時(shí)間段：2000-2008年期間穩(wěn)步發(fā)展(除2004年),專利數(shù)量穩(wěn)定在每年11～27件;2009-2012年期間緩慢增長(zhǎng),從30件增長(zhǎng)至73件;2013-2017年間快速發(fā)展,從102件激增至813件.2008/2009年受經(jīng)濟(jì)危機(jī)影響,建筑業(yè)增速放緩,但自身的優(yōu)勢(shì)使得裝配式建筑專利迎來了轉(zhuǎn)機(jī).由于國(guó)家政策對(duì)裝配式建筑的青睞,該領(lǐng)域受到企業(yè)、高校及科研機(jī)構(gòu)的重視,這造成其技術(shù)專利數(shù)量逐年上升.尤其2012年與裝配式建筑相關(guān)技術(shù)專利數(shù)量達(dá)到102件.正是這個(gè)階段我國(guó)申請(qǐng)量的快速增長(zhǎng)使得我國(guó)一躍成為裝配式建筑技術(shù)領(lǐng)域全球申請(qǐng)量最大的國(guó)家[4].2016年,國(guó)務(wù)院辦公廳出臺(tái)“關(guān)于大力發(fā)展裝配式建筑的指導(dǎo)意見”,這使得裝配式建筑技術(shù)專利數(shù)量激增.國(guó)外的裝配式建筑技術(shù)發(fā)展已較為成熟,近幾年專利申請(qǐng)量變化幅度不大,而國(guó)內(nèi)裝配式建筑技術(shù)專利申請(qǐng)量處于高值,尤其2016年和2017年,這意味著在未來的一段時(shí)間內(nèi),機(jī)構(gòu)對(duì)裝配式建筑技術(shù)的研究將繼續(xù)深入.

2 裝配式建筑技術(shù)分類

借助專利數(shù)據(jù)庫(kù)網(wǎng)上檢索平臺(tái),運(yùn)用關(guān)鍵詞對(duì)裝配式建筑技術(shù)專利進(jìn)行檢索,其中檢索到與圍護(hù)系統(tǒng)有關(guān)的技術(shù)專利約占總量的20%.研究裝配式建筑技術(shù)分支,有利于掌握相關(guān)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀,并及時(shí)發(fā)現(xiàn)新技術(shù)的發(fā)展方向.根據(jù)裝配式建筑定義、特征及對(duì)部分專利研究后,得出裝配式建筑專利分支及各級(jí)分類見表1.

表1 裝配式建筑技術(shù)分支Table 1 The branch of the prefabricatedbuilding technology

由表1可見檢索到的各類專利進(jìn)行統(tǒng)計(jì).在大類方面,構(gòu)件、結(jié)構(gòu)與施工技術(shù)專利占總數(shù)量的59%,是裝配式建筑技術(shù)專利中的主體,其次是集成系統(tǒng).在小類方面,排名前4的專利占裝配式建筑技術(shù)授權(quán)專利數(shù)量的78%,包括施工技術(shù)方面的專利達(dá)555件;與構(gòu)件連接有關(guān)專利492件;與圍護(hù)系統(tǒng)有關(guān)專利440件;與結(jié)構(gòu)體系有關(guān)專利344件.近三年，在這些方面的專利數(shù)量增長(zhǎng)加快,證實(shí)了近幾年與裝配式建筑有關(guān)的技術(shù)專利成為建筑業(yè)發(fā)展的熱門,這與國(guó)家積極推廣的政策以及裝配式建筑自身優(yōu)勢(shì)等分不開.從專利技術(shù)分支來看,裝配式建筑技術(shù)研發(fā)集中在施工技術(shù)、建筑結(jié)構(gòu)體系、各部分構(gòu)件連接、預(yù)制墻體等技術(shù)方向，并且國(guó)外的裝配式建筑專利技術(shù)也主要集中在這些領(lǐng)域.由此可見,以上的技術(shù)方向是裝配式建筑技術(shù)發(fā)展與更新的熱點(diǎn),研究這些技術(shù)專利,能準(zhǔn)確地把握國(guó)內(nèi)的技術(shù)熱點(diǎn)與發(fā)展前沿,從而促進(jìn)建筑行業(yè)的健康可持續(xù)發(fā)展.

圖2 圍護(hù)系統(tǒng)技術(shù)分類統(tǒng)計(jì)Fig.2 Technical classification of envelop system

從裝配式建筑技術(shù)分支表看,圍護(hù)系統(tǒng)是裝配式集成系統(tǒng)重要組成之一,是由墻體、屋頂、門窗及其他部分組合而成,用于分隔建筑不同功能環(huán)境.也有人這樣定義,圍護(hù)系統(tǒng)是指建筑物及房間各面的圍護(hù)物,包括墻體、屋面、窗戶、外門、陽(yáng)臺(tái)及地板.這里將圍護(hù)系統(tǒng)分為墻體、屋面、門窗及其他部分,得出相應(yīng)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)(見圖2).

從圖1圍護(hù)系統(tǒng)的專利數(shù)量申請(qǐng)趨勢(shì)來看,由于近幾年推廣裝配式建筑政策和法規(guī),這使得圍護(hù)系統(tǒng)相關(guān)專利數(shù)量激增.由圖2可知,圍護(hù)系統(tǒng)的構(gòu)成及發(fā)展方向,其中與墻板有關(guān)專利314件,占圍護(hù)系統(tǒng)總量的71%,墻板是圍護(hù)系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展的主體,也是裝配式建筑技術(shù)創(chuàng)新發(fā)展的熱點(diǎn)和需要面對(duì)的難點(diǎn).現(xiàn)階段,市面上裝飾一體化墻板應(yīng)用較少,且傳統(tǒng)墻板存在施工工序復(fù)雜、建造效率低、污染嚴(yán)重、工程質(zhì)量難以保證、人工費(fèi)用高等問題.專利CN201720723315.8提供了一種裝配式復(fù)合外墻板,能實(shí)現(xiàn)建筑內(nèi)外墻裝飾一體化,提高建筑保溫、防水和隔音等綜合性能,重量輕,降低了對(duì)吊裝設(shè)備的要求,提高了施工效率.裝配式復(fù)合墻板可實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)一體化、建造裝配化、性能復(fù)合化、材料一體化,是未來國(guó)內(nèi)裝配式建筑圍護(hù)墻板的發(fā)展方向.

3 圍護(hù)系統(tǒng)技術(shù)專利分析

3.1 專利技術(shù)IPC分析

國(guó)際IPC分類號(hào)是國(guó)際上一種對(duì)專利技術(shù)所屬領(lǐng)域進(jìn)行分類的工具,它可作為對(duì)某領(lǐng)域技術(shù)現(xiàn)狀研究的基礎(chǔ),并對(duì)現(xiàn)狀技術(shù)作出評(píng)價(jià).大組和小組是國(guó)際專利分類里的兩個(gè)等級(jí)形式.檢索到與圍護(hù)系統(tǒng)有關(guān)的專利,按IPC分類號(hào)進(jìn)行統(tǒng)計(jì),對(duì)排名前4的專利IPC數(shù)量對(duì)應(yīng)的技術(shù)方向進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)見表2.

表2 圍護(hù)系統(tǒng)相關(guān)專利技術(shù)領(lǐng)域細(xì)分及分析Table 2 Subdivision and analysis of the related patent technology in the envelop system

續(xù)表2

表2反映出裝配式建筑技術(shù)在圍護(hù)系統(tǒng)方面的研發(fā)狀況以及熱點(diǎn)領(lǐng)域,為機(jī)構(gòu)未來的技術(shù)研發(fā)提供有利的方向和路線.在2015-2017年間,與圍護(hù)系統(tǒng)領(lǐng)域相關(guān)專利申請(qǐng)量達(dá)325件,占總量的74%.可見該領(lǐng)域已得到企業(yè)、高校等機(jī)構(gòu)的關(guān)注與研究,并且取得一定優(yōu)秀成果.

由表2可知,國(guó)內(nèi)對(duì)裝配式建筑圍護(hù)系統(tǒng)技術(shù)研究,主要集中在E04B2，E04C2和E04B1 3個(gè)大組下,即與裝配式建筑有關(guān)的圍護(hù)系統(tǒng)如間隔墻、隔絕墻等建筑的墻,以及平板、鑲板等建筑的薄形部件.然而，IPC大組分類較為籠統(tǒng),為了能更詳細(xì)地了解圍護(hù)系統(tǒng)技術(shù)熱點(diǎn)領(lǐng)域,準(zhǔn)確找到技術(shù)的發(fā)展路線,將IPC分類進(jìn)一步細(xì)分，對(duì)排名前7的小組進(jìn)行統(tǒng)計(jì).

通過對(duì)專利小組的統(tǒng)計(jì),可明顯地發(fā)現(xiàn)該領(lǐng)域的技術(shù)集中分布在E04B2/00:即建筑物的墻,例如,間隔墻、絕緣墻的構(gòu)造專門用于墻的連接.從時(shí)間來看E04B2/00領(lǐng)域,2016年和2017年申請(qǐng)專利50件,占總量的82%,因此E04B2/00建筑物的墻體領(lǐng)域是現(xiàn)階段圍護(hù)系統(tǒng)專利技術(shù)發(fā)展的重點(diǎn)方向.據(jù)有關(guān)技術(shù)統(tǒng)計(jì),建筑外墻能耗占建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)總能耗的60%～70%,同時(shí)影響著裝配式建筑的裝配率和產(chǎn)業(yè)化效率.在施工方面,傳統(tǒng)砌筑墻體存在勞動(dòng)強(qiáng)度大、工序復(fù)雜、周期長(zhǎng)及占用人力資源多等缺點(diǎn),該種建筑方法已經(jīng)不能適用于目前高速發(fā)展的建筑業(yè).針對(duì)存在的問題,一些專利提出一種裝配式一體化墻體,具有良好的保溫性、耐久性與經(jīng)濟(jì)性等綜合性能,可實(shí)現(xiàn)其施工方便快捷、難度低,并且可以有效提高施工效率和建筑質(zhì)量.

關(guān)于裝配式建筑墻體體系的研究,許多專利對(duì)已有技術(shù)存在的不足提出了解決辦法,涉及建筑材料、建筑連接技術(shù),內(nèi)容涵蓋綜合性能、施工質(zhì)量及墻體整體性等.具體分析如下：CN201710610948.2，CN201710547308.1和CN201710663788.8提出解決建筑墻體的保溫隔熱隔聲、抹灰層開裂脫落等問題的對(duì)策;CN201710727834.6采用了間距調(diào)節(jié)栓的裝配式建筑墻體,優(yōu)點(diǎn)在于可以調(diào)節(jié)內(nèi)外墻間距、控制混凝土的灌入量、降低施工難度、便于連接及連接整體性好;CN201710882815.0提出一種預(yù)制一體化復(fù)合墻體,它改善了保溫層與結(jié)構(gòu)層連接易分離現(xiàn)狀,提升了保溫材料防火性能,降低了圍護(hù)結(jié)構(gòu)總能耗值,復(fù)合墻體本體左右兩端的連接部能與裝配式建筑配套使用.

3.2 專利申請(qǐng)主體類型及占比

通過裝配式建筑圍護(hù)系統(tǒng)技術(shù)專利申請(qǐng)主體分析,可以掌握機(jī)構(gòu)在該領(lǐng)域的構(gòu)成以及技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)狀況,指導(dǎo)專利技術(shù)的發(fā)展方向及機(jī)構(gòu)的管理決策.

圖3 專利申請(qǐng)主體數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)Fig.3 Statistics on patent applicants

從圖3可以看出,企業(yè)申請(qǐng)專利數(shù)量達(dá)到210件,占裝配式建筑圍護(hù)系統(tǒng)申請(qǐng)總量的46%,是該領(lǐng)域的最主要的申請(qǐng)主體;其次，個(gè)人申請(qǐng)專利109件,高等院校申請(qǐng)專利67件.與國(guó)內(nèi)其他行業(yè)申請(qǐng)專利集中在少數(shù)機(jī)構(gòu)不同,專利數(shù)量排名前9的企業(yè)專利申請(qǐng)量占總申請(qǐng)量的24.4%,因此，在該領(lǐng)域沒有專利申請(qǐng)集中的企業(yè),專利的集中度低.從排名前3的高校來看,北京工業(yè)大學(xué)擁有15項(xiàng)專利,沈陽(yáng)建筑大學(xué)申請(qǐng)8項(xiàng)專利,重慶大學(xué)擁有3項(xiàng)專利,占申請(qǐng)總量的38.8%.從高校專利申請(qǐng)年份來看,2015-2017年專利申請(qǐng)量逐年上升,說明高等院校已經(jīng)具有了較強(qiáng)的專利申請(qǐng)意識(shí)和技術(shù)創(chuàng)新能力.在人才、技術(shù)和資金方面,企業(yè)和高校具有明顯的優(yōu)勢(shì),因此，他們是引領(lǐng)我國(guó)裝配式建筑技術(shù)發(fā)展和創(chuàng)新的主體.

在檢索到的專利中,科研機(jī)構(gòu)的專利申請(qǐng)量占總體的份額最低,其專利具有較高的成果轉(zhuǎn)化率,在推動(dòng)技術(shù)創(chuàng)新性方面能力突出.在合作研發(fā)方面,由兩個(gè)或多個(gè)機(jī)構(gòu)共同完成的專利只有38件,占總量的8%,因此機(jī)構(gòu)的合作強(qiáng)度不足,機(jī)構(gòu)間需取長(zhǎng)補(bǔ)短加強(qiáng)協(xié)作.從地域上看申請(qǐng)主體,排名前5的地區(qū)專利申請(qǐng)量占總量的60%,其中北京地區(qū)80件,山東省專利申請(qǐng)67件,江蘇申請(qǐng)59件,黑龍江及浙江申請(qǐng)量均為30件.因此,在圍護(hù)系統(tǒng)方面，不同地域的裝配式建筑發(fā)展程度存在差別，可以預(yù)見未來會(huì)有更多的圍護(hù)系統(tǒng)技術(shù)成果應(yīng)用到裝配式建筑施工中.

4 結(jié)論

我國(guó)的社會(huì)經(jīng)濟(jì)正處于快速發(fā)展階段,建筑業(yè)處于轉(zhuǎn)型升級(jí)期,由于裝配式建筑落地項(xiàng)目數(shù)量及總面積不斷增長(zhǎng),因此，也加大了對(duì)裝配式建筑核心技術(shù)的需求.從申請(qǐng)量變化趨勢(shì)上來看,近幾年國(guó)內(nèi)裝配式建筑技術(shù)專利申請(qǐng)量正處于快速成長(zhǎng)期,將有利于改善頂層制度設(shè)計(jì)滯后的現(xiàn)狀、梳理可靠的技術(shù)體系、提升相關(guān)的配套能力水平等.圍護(hù)系統(tǒng)專利是裝配式建筑技術(shù)專利的重要組成,也是裝配式建筑核心技術(shù)的一部分.從IPC分類號(hào)分布來看,圍護(hù)系統(tǒng)的技術(shù)主要分布在E04B2(墻)、E04C2(構(gòu)件).從申請(qǐng)主體來看,企業(yè)、高校和科研機(jī)構(gòu)等機(jī)構(gòu)應(yīng)該進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)裝配式建筑技術(shù)的投入與研發(fā)力度,提升自身競(jìng)爭(zhēng)力,增強(qiáng)專利保護(hù)意識(shí),積極進(jìn)行專利研發(fā)布局,推動(dòng)我國(guó)專利由高數(shù)量向高質(zhì)量的轉(zhuǎn)化升級(jí).