TRIZ 功能分析在解決屋面發(fā)泡聚氨酯保溫層硬化空鼓問題中的應用

易嘉

（上海朗詩規(guī)劃建筑設計有限公司，上海 200092）

TRIZ 理論按照創(chuàng)新的流程分為問題識別、問題解決和概念驗證3 大板塊[2]，其中問題識別板塊包括創(chuàng)新標桿分析、功能分析、流分析、因果鏈分析、進化趨勢分析、關鍵問題分析等工具和方法，通過識別系統(tǒng)或超系統(tǒng)的功能、特點、各組件之間的相互作用，評估各組件執(zhí)行功能的性能，形成功能模型圖，從各原因中找到可能存在的矛盾[3]，進而解決問題。

1 工程概況和技術矛盾

該項目的屋面保溫采用90 mm 厚的現(xiàn)場發(fā)泡聚氨酯，硬化成型后出現(xiàn)局部空鼓、邊緣上翹情況嚴重的現(xiàn)象。施工現(xiàn)場如圖1 所示。

圖1 屋面發(fā)泡聚氨酯保溫層空鼓翹曲

屋面主要構造及做法包括：①（最上層）40 mm厚C20 細石混凝土（內(nèi)配Φ6@150 mm 雙向）隨打隨抹，設間距小于等于3 m 分格，分縫處鋼筋斷開，縫寬12 mm，嵌密封膠，在女兒墻與交接處留縫（寬30 mm），嵌密封膠；②噴涂90 mm 厚B1 級發(fā)泡聚氨酯保溫層；③無紡布隔離層；④3.0 mm+2.0 mm 厚防水卷材（SBS）；⑤20 mm 厚1∶3 水泥砂漿找平，設間距小于等于6 m 分格縫，縫寬25 mm，嵌聚苯乙烯泡沫條，密封膏填縫；⑥最薄50 mm 厚泡沫混凝土找坡層（找坡3%，抗壓強度不小于3 MPa）；⑦（最下層）鋼筋混凝土屋面板，清理剔平，1∶2 水泥砂漿修補凹處。

2 TRIZ 功能分析

TRIZ 功能分析包含組件分析、相互作用分析和功能建模3 個步驟[4]，最后在功能模型圖中獲取問題可能的解決方案。針對該工程問題，逐步剖析如下。

2.1 組件分析：區(qū)分系統(tǒng)組件和超系統(tǒng)組件

組件是指工程系統(tǒng)或超系統(tǒng)的某一組成對象，該對象可以是擁有靜止質(zhì)量的對象（如桌子、飛機等）或無靜止質(zhì)量的場（如引力場、機械場、化學場、熱場、聲場、電場、磁場等）。本工程問題中，選取包含各構造層次的屋面作為待研究的系統(tǒng)組件，與屋面可能存在相互作用的外部環(huán)境對象作為超系統(tǒng)組件。其中，多次使用的同一種材料不論其厚度是否相同，均視作同一種組件；同時，為使分析更具有通用性，忽略各構造層次的厚度參數(shù)，如圖2 所示。

圖2 保溫屋面系統(tǒng)組件分析

2.2 相互作用分析：分析各組件之間的相互作用

相互作用分析輸出的是一個相互作用矩陣，該矩陣將系統(tǒng)組件和超系統(tǒng)組件分別羅列于行和列且順序完全相同。在矩陣每2 個組件的行、列交點的單元格中判別2 個組件是否有“接觸”，如果有，則標記為“+”；如果沒有，則標記為“-”。不斷重復操作，直至將整個矩陣表填滿，對角線的單元格為空，表示物體不會與自身相互作用。

需注意以下幾點：①相互作用是2 個組件之間直接的相互作用，不能是隔了1 個或多個組件“隔山打牛”似的傳遞作用；②有的組件之間是通過“場”來相互作用的，不能忽略，如手放在裝有熱水的水杯附近，會感覺到熱，是因為水杯和手之間通過熱力場進行相互作用；③相互作用矩陣在原理上應是對稱矩陣，但為了增加分析的可靠性，暫時忽略對稱性，先對每2個組件進行逐一分析，最后再復核是否對稱。

對于本工程，共有11 個組件，將生成1 個11×11的相互作用矩陣，如表1 所示，整個矩陣是對稱陣。

表1 保溫屋面工程系統(tǒng)的相互作用分析

2.3 功能建模：找出系統(tǒng)可能存在的缺陷

功能是指一個組件改變或保持另外一個組件某個參數(shù)的行為，一般是有限的若干個“動詞”或“謂詞”，如支撐、分解、去除、反射、加熱、冷卻等共30 個左右。定義2 個組件之間的功能時需要遵循非負面、非陳述性、盡可能具體、因果關系等原則，采用“主+謂+賓”的描述方式，如描述一杯咖啡這個簡單系統(tǒng)的杯子對咖啡的功能為“杯子支撐咖啡”。

2 個組件之間存在功能的前提條件有3 個：功能載體和對象都是組件（物質(zhì)或場）、功能載體和對象之間存在相互作用和功能對象的參數(shù)由于相互作用發(fā)生了改變（或保持不變）。僅有相互作用不代表一定有功能，但是如果有功能，則一定有相互作用。

功能建模通過描述工程系統(tǒng)和超系統(tǒng)組件的不同性質(zhì)的功能，包括正常的功能、不足的功能、過量的功能、有害的功能4 種，來剖析各組件之間存在的影響，呈現(xiàn)出潛在的解決問題的方法。

在保溫層空鼓翹曲問題中，“②發(fā)泡聚氨酯保溫層”與“①細石砼保護層”“③無紡布隔離層”“（c）機械場”“（d）化學場”存在直接相互作用，用TRIZ功能語言描述分別是：“（a）室外空氣”固化“①細石砼保護層”，屬于正常功能；“②發(fā)泡聚氨酯保溫層”支撐“①細石砼保護層”，屬于正常功能；“①細石砼保護層”壓縮“②發(fā)泡聚氨酯保溫層”，屬于正常功能；“③無紡布隔離層”支撐“②發(fā)泡聚氨酯保溫層”，屬于不足功能；“（c）機械場”壓縮“②發(fā)泡聚氨酯保溫層”，屬于正常功能；“（d）化學場”拉伸“②發(fā)泡聚氨酯保溫層”，屬于有害功能；“（d）化學場”拉伸“③無紡布隔離層”，屬于過量功能。

功能模型圖如圖3 所示。

圖3 屋面保溫系統(tǒng)的功能模型圖

通過上述功能建模，可以發(fā)現(xiàn)3 處主要的系統(tǒng)缺陷：“（d）化學場”破壞性地拉伸了“②發(fā)泡聚氨酯保溫層”，“（d）化學場”過度拉伸了“③無紡布隔離層”，“③無紡布隔離層”不能很好地支撐“②發(fā)泡聚氨酯保溫層”。因此，要設法消除“②發(fā)泡聚氨酯保溫層”和“③無紡布隔離層”之間的化學場。

3 采用矛盾矩陣表獲取解決方案

“矛盾矩陣表”是阿奇舒勒在進行大量專利分析的基礎上，將構成技術矛盾的絕大部分參數(shù)歸納為39個物理參數(shù)，該39 個物理參數(shù)分別作為改善的參數(shù)和惡化的參數(shù)，形成一個行×列=39×39 的方陣，稱之為“矛盾矩陣”[5]，該矩陣的每個單元格列舉出能解決該對矛盾的40 條發(fā)明原理中的若干個，如分割、局部質(zhì)量、預先反作用等，作為概念方案，最后由工程師根據(jù)概念方案設計出工程上可以實施的技術方案。

3.1 分析技術系統(tǒng)和描述最終理想解（IFR）

本工程問題中，因為無紡布隔離層偏軟，現(xiàn)場發(fā)泡聚氨酯硬化后拉扯下部的無紡布隔離層，導致局部聚氨酯局部空鼓和卷曲。如果直接將聚氨酯噴涂在防水卷材上，又會收縮拉壞卷材。

如果噴涂聚氨酯在剛性結構層上，則不會出現(xiàn)空鼓現(xiàn)象。此處出現(xiàn)了1 處物理矛盾，隔離層（或是聚氨酯與基層之間）既要硬（防止空鼓）又要軟（防止拉壞基層）。

本工程問題最終理想解（IFR）為：設法使發(fā)泡聚氨酯硬化收縮后相對平整，不致拉壞下部隔離層和空鼓。

3.2 定義工程參數(shù)并查矛盾矩陣表獲得解決方案

通過初步判斷，擬選用的工程參數(shù)及相應潛在的工程解決方案如表2 所示。

表2 矛盾矩陣表和工程技術方案

4 結束語

按照上文的分析，本工程最終采用的解決方案為：在無紡布隔離層上澆筑40 mm 厚的素混凝土隨打隨抹，女兒墻根部和出屋面管井根部需用20 mm 厚的低標號水泥砂漿上翻200 mm，避免發(fā)泡聚氨酯直接與無紡布隔離層及防水卷材接觸，素混凝土能夠很好地保護其下方的無紡布隔離層，并且固結后能夠承受發(fā)泡聚氨酯的收縮應力，不會產(chǎn)生變形，很好地解決了屋面發(fā)泡聚氨酯保溫層硬化空鼓的問題。