摘 要:基坑逆作法施工無需進(jìn)行大開挖,克服了大開挖施工中對(duì)環(huán)境影響大,建設(shè)周期長等問題。本文通過檢索基坑逆作法的相關(guān)專利,對(duì)檢索結(jié)果進(jìn)行了專利狀況的分析,包括申請趨勢、地域分布、各國研發(fā)實(shí)力、主要申請人、技術(shù)分布等,以期從宏觀上對(duì)基坑逆作法進(jìn)行整體、全面的梳理。
關(guān)鍵詞:逆作法;基坑;樁柱調(diào)垂;專利分析
一、概述
隨著中國城市建設(shè)的跨越式發(fā)展,大規(guī)模的高層建筑地基基礎(chǔ)與地下室、大型地下商場、地下停車場、地下車站、地下交通樞紐、地下變電站等的建設(shè)中都面臨的深基坑工程的問題。傳統(tǒng)的基坑明開挖順做施工過程,需要先做好支護(hù),然后才能進(jìn)行結(jié)構(gòu)施工作業(yè),結(jié)構(gòu)施工完成后,再拆除支護(hù),逐層向下施工,遵循 “豎向分層、縱向分區(qū)段、先支后挖”的原則[1]。由于工程地質(zhì)和水文地質(zhì)的復(fù)雜多變、環(huán)境保護(hù)要求越來越高,順做法大開挖的特點(diǎn),對(duì)周圍環(huán)境的影響非常大,在建筑物密集的地方是無法忍受大開挖的施工要求的。而逆作法正式順應(yīng)這種需求而產(chǎn)生的一種環(huán)境友好型的施工方法。逆作法施工無需進(jìn)行大開挖,先沿地下結(jié)構(gòu)四周施工地下連續(xù)墻或其它支撐機(jī)構(gòu)作為地下工程施工期間的基坑圍護(hù)機(jī)構(gòu),同時(shí)在建筑物內(nèi)部有關(guān)位置澆筑或者打入中間支撐柱或樁,作為在地下結(jié)構(gòu)底板封底前承受上部結(jié)構(gòu)的自重和施工荷載的支撐,然后施工底面一層樓板結(jié)構(gòu)作為連續(xù)墻的橫向支撐,隨后逐層向下開挖土方和澆筑各層地下結(jié)構(gòu),直至底板封底[2]。與傳統(tǒng)的深基坑施工方法相比,逆作法具有保護(hù)環(huán)境、節(jié)約社會(huì)資源、縮短建設(shè)周期等諸多優(yōu)點(diǎn),它克服了常規(guī)臨時(shí)支護(hù)存在的諸多不足之處,是進(jìn)行可持續(xù)發(fā)展的城市地下空間開發(fā)和建設(shè)節(jié)約型社會(huì)的有效技術(shù)手段。
本文以專利信息為基礎(chǔ),通過分析逆作法技術(shù)的相關(guān)技術(shù)和專利布局,了解當(dāng)前該技術(shù)的競爭格局以及國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀。通過在德威特世界專利索引數(shù)據(jù)庫(DWPI)中進(jìn)行檢索,并通過Incopat、CNABS等數(shù)據(jù)庫進(jìn)行了補(bǔ)充,截止2018年2月,共檢索到逆作法施工技術(shù)的相關(guān)專利數(shù)據(jù)為1955項(xiàng)專利族,對(duì)應(yīng)的專利數(shù)量為3426件,同時(shí)對(duì)檢索結(jié)果進(jìn)行了數(shù)據(jù)整理和專利技術(shù)脈絡(luò)分析。
二、基坑逆作法專利技術(shù)的整體情況
1.發(fā)展趨勢分析
圖1是基坑逆作法技術(shù)的全球?qū)@暾埩康内厔輬D。從圖1中可以看出,1979年前,本領(lǐng)域?qū)@暾埩勘容^零星,屬于技術(shù)發(fā)展的萌芽期,此時(shí)期的專利申請大部分都集中在地下連續(xù)墻與主體結(jié)構(gòu)的連接,豎向支撐結(jié)構(gòu)的整體體系方面。1979至1988年逆作法技術(shù)領(lǐng)域的專利申請量開始平穩(wěn)增加,在1989年后形成了一個(gè)小的申請高峰,為技術(shù)發(fā)展的導(dǎo)入期。2005年以后,逆作法技術(shù)進(jìn)入快速發(fā)展期,年專利申請量在50項(xiàng)以上,尤其在2012年之后專利申請量增速更快,2016年以后年專利申請量達(dá)到200項(xiàng)以上。從圖1來看,2017年后申請量呈現(xiàn)降低態(tài)勢,這與發(fā)明專利申請公開時(shí)間滯后有關(guān),2016及2017年的大部分發(fā)明專利申請還處于未公開和未收錄狀態(tài),故越接近檢索截止日的年份,其統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)受上述公開因素的影響程度越大。
2.專利申請國家/地區(qū)分布
圖2為專利申請國家/地區(qū)分布圖,從圖2中可以看出,全球?qū)@暾堉饕性谥袊⑷毡?、韓國、歐洲和美國。日本是在逆作法技術(shù)涉及的理論和施工工藝方面研究最多的國家,其逆作法技術(shù)的研究代表著逆作法施工的發(fā)展方向。這些國家和地區(qū)也是逆作法技術(shù)中的重要市場布局的地域,因此全球各大申請人在這些國家和地區(qū)的專利申請和布局也最為密集。
3.逆作法主要技術(shù)分布
圖3顯示逆作法技術(shù)全球?qū)@暾埣夹g(shù)分布,由圖3中可以看出,對(duì)于逆作法技術(shù)研究主要集中在圍護(hù)結(jié)構(gòu)和豎向支撐結(jié)構(gòu),兩者的專利申請數(shù)量占總申請量比例接近70%。地下連續(xù)墻剛度大、自重大、承載力好,是重要的圍護(hù)結(jié)構(gòu),對(duì)于其施工工藝及關(guān)鍵技術(shù)的研究相對(duì)較多,也較為成熟。豎向支承樁柱指采用鋼立柱插入樁基的逆作法豎向支承系統(tǒng)形式,是基坑逆作實(shí)施期間的關(guān)鍵構(gòu)件。作為逆作體系中的核心構(gòu)件,在施工中,豎向支承樁柱的垂直精度要求是確保逆作工程質(zhì)量、安全的核心要素,決定著逆作技術(shù)的深度與高度。
4.專利申請人分析
圖4為逆作法相關(guān)技術(shù)專利申請人國別分布圖,從中可以看出,逆作法技術(shù)來源國主要中國、日本、韓國、澳大利亞、奧地利和美國。除中國以外,日本在技術(shù)來源國中占據(jù)絕對(duì)優(yōu)勢。
圖5和表1是逆作法全球?qū)@暾埖膶@麢?quán)人代碼排名,通過排名可以看出,日本企業(yè)的專利申請量占據(jù)絕對(duì)的優(yōu)勢,這也說明了日本在逆作法技術(shù)領(lǐng)域的領(lǐng)先地位。中國企業(yè)在逆作法領(lǐng)域的研究也不容小覷,尤其是上海建工集團(tuán)(含其子公司及下屬公司)的專利申請量排名第二位,其對(duì)逆作法技術(shù)及應(yīng)用研究在中國處于領(lǐng)先地位。
國外的申請人中,日本在逆作法領(lǐng)域的專利申請數(shù)量最多,也是逆作法技術(shù)設(shè)計(jì)理論和施工工藝方面研究最多的國家。日本的株式會(huì)社大林組、株式會(huì)社竹中工務(wù)店、大成建設(shè)株式會(huì)社、清水建設(shè)株式會(huì)社和鹿島建設(shè)株式會(huì)社在逆作法領(lǐng)域的專利申請量排名靠前,在逆作法的施工工藝和理論研究方面均處在行業(yè)領(lǐng)先地位。
圖6是日本主要申請人的專利申請趨勢圖,從圖6中可以看出,五位申請人的專利申請趨勢不盡相同。竹中工務(wù)店在逆作法技術(shù)的專利申請最早,從1989年開始逆作法的第一件專利申請。鹿島建設(shè)和清水建設(shè)在2000年的專利申請量最多,年申請量10件以上。對(duì)于五家企業(yè)來說,1996-2001年是一個(gè)小的申請高峰,沉寂一段時(shí)間后,進(jìn)入2010年以后,申請量又開始穩(wěn)步上升。
圖7是主要申請人的技術(shù)分布,從圖7中可知,五位主要申請人在逆作法技術(shù)的專利申請主要集中在豎向支撐結(jié)構(gòu)和圍護(hù)結(jié)構(gòu)。大林公司、竹中工務(wù)店和大成建設(shè)在豎向支撐結(jié)構(gòu)的專利申請量較多,而清水建設(shè)和鹿島建設(shè)在圍護(hù)結(jié)構(gòu)的專利申請量較多。在土方開挖方面,大成建設(shè)和大林公司的專利申請量比其他公司要多。
表2為中國專利申請中的申請人國別,從表2可以看出盡管日本在逆作法技術(shù)領(lǐng)域占絕對(duì)優(yōu)勢,但是日本在中國申請的相關(guān)專利卻并不多,這一方面反映了日本中對(duì)中國市場的預(yù)期不高,另一方面,也為中國企業(yè)提供了豐富的可用現(xiàn)有技術(shù)。
三、總結(jié)
從總體上看,該領(lǐng)域的全球?qū)@暾埩砍蔬f增趨勢,特別是步入二十一世紀(jì)以后,隨著城市地下空間開發(fā)需求的增加,逆作法的相關(guān)技術(shù)也隨之進(jìn)入了快速增長時(shí)期。日本在逆作法領(lǐng)域已經(jīng)形成了一批專業(yè)化程度極高的企業(yè),在豎向支撐結(jié)構(gòu)和圍護(hù)結(jié)構(gòu)方面布局了大量專利。盡管如此,日本企業(yè)在中國申請的逆作法專利數(shù)量卻比較少,這為中國企業(yè)提供豐富的可供免費(fèi)使用的現(xiàn)有技術(shù)。
從對(duì)逆作法的專利申請的技術(shù)分布來看,豎向支撐和圍護(hù)結(jié)構(gòu)方面的專利分布數(shù)量最多,特別是豎向支撐技術(shù)屬于逆作法體系中核心技術(shù),各大企業(yè)競相在這一領(lǐng)域布局專利,也是我國目前研發(fā)的重點(diǎn)方向。施工中,豎向支承樁柱的垂直精度要求是確保逆作工程質(zhì)量、安全的核心要素,決定著逆作技術(shù)的深度與高度。因而與之相對(duì)應(yīng)的豎向支承柱調(diào)垂設(shè)備及糾偏技術(shù)的不斷發(fā)展,亦是逆作技術(shù)不斷進(jìn)步、成熟、發(fā)展的縮影。
在逆作法施工工藝方法中,日本企業(yè)技術(shù)已經(jīng)達(dá)到了相當(dāng)高的水平,對(duì)于本文分析的技術(shù)主題而言,國內(nèi)企業(yè)一方面應(yīng)當(dāng)持續(xù)跟進(jìn)關(guān)注專業(yè)化程度較高的建筑施工公司,如OHBA、TKEN和TAKJ等公司的相關(guān)專利技術(shù)布局,通過深入分析國外專利,從中汲取技術(shù)線索,給予企業(yè)后續(xù)的研發(fā)以有力的借鑒與支持,特別是針對(duì)并未在中國申請的專利,可以充分利用其先進(jìn)的專利技術(shù)為本企業(yè)服務(wù);另一方面,還要特別注意對(duì)市場國的專利進(jìn)行分析,提前對(duì)障礙專利進(jìn)行分析、規(guī)避或無效,或提出改進(jìn)型申請等措施,避免出現(xiàn)投入研發(fā)和設(shè)計(jì)后的侵權(quán)損失。
參考文獻(xiàn):
[1]王允恭.《逆作法設(shè)計(jì)施工與實(shí)例》.中國建筑工業(yè)出版社. 2012.01
[2]《地下建筑工程逆作法技術(shù)規(guī)程》.JGJ165-2010.2011.08
作者簡介:
李小永(1977--)女,上海建工集團(tuán)股份有限公司知識(shí)產(chǎn)權(quán)部經(jīng)理,中級(jí)專利工程師,碩士,研究方向:建筑施工裝備。