TRIZ理論在水資源可持續利用中的應用

趙 敏,黃川友,甘 蓉

(四川大學水利水電學院,四川 成都 610065)

TRIZ理論在水資源可持續利用中的應用

趙 敏,黃川友,甘 蓉

(四川大學水利水電學院,四川 成都 610065)

將TRIZ理論中的沖突解決原理應用于水資源可持續利用研究,通過建立并定義水資源單元、生態環境單元、經濟單元、人力資源管理單元、技術創新單元的矩陣元素,尋找各單元間的沖突并建立沖突矩陣,以西藏林芝地區水資源可持續利用為例,根據TRIZ理論中40個創新原理重新定義矩陣元素,并進行論證分析,找到解決該地區水資源可持續利用問題的方案。

TRIZ理論;沖突;水資源;可持續利用

水資源是人類生存發展不可或缺的自然資源。時空分布不均勻和人口數量劇增造成了水資源短缺,人類不合理的開發利用致使水資源遭受破壞與污染,由水資源問題引起的環境生態及社會經濟問題也日益嚴重。因此,探討水資源可持續利用問題具有重要意義。

1987年世界環境與發展委員會(WCED)主席Brundtland 夫人在世界環境與發展委員會上所作的題為“我們共同的未來”的報告中提出了“可持續發展”概念[1],其實質是處理好人口、資源、環境與經濟的關系，促進其協調發展。水資源是生態環境維持正常狀態的基礎條件,也是經濟發展不可或缺的物質基礎[2]。水資源可持續利用的目標是根據可持續發展理論,依托生態和經濟系統,支持和維護自然與社會的可持續發展,其中心任務是開發利用水資源、保護環境、發展經濟,永續地滿足當代人和后代人用水的需要[3]。

水資源的可持續利用涉及生態環境、社會經濟領域,人類既希望有充足的水資源保證社會經濟發展，又希望有良好的生態環境,在這個進程中解決水資源在可持續利用中存在的沖突問題具有重要意義。筆者利用TRIZ理論中的沖突解決原理，分析水資源利用中存在的沖突并獲取相應的解決方案,為水資源的可持續利用提供一定的參考。

1 TRIZ理論

1.1 介紹

TRIZ(俄文字母對應的拉丁字母縮寫)譯為解決發明創造問題的理論,是由前蘇聯G. S. Altshuller自1946年開始研究并領導前蘇聯的研究機構、大學和企業組成的研究團體分析了世界近250萬份高水平發明專利創造出來的理論體系。TRIZ理論的主要內容包括產品進化理論、分析、沖突解決原理、物質場分析、效應、發明問題解決算法ARIZ等[4]。

20世紀90年代末,TRIZ理論從前蘇聯傳播到歐洲、美國、日本、韓國等地。該理論廣泛應用于工程技術領域,用來解決各種沖突問題,為工程技術的發展與提升做出了很大貢獻。世界上許多成功的公司，如福特、三星、西門子等，都利用TRIZ理論來進行產品的創新并創造了可觀的收益。TRIZ作為一種在技術領域被學界高度認可的創新方法,在近年來也逐漸被應用到管理領域[5]。程文亮等[6]利用 TRIZ 理論在管理創新體系框架開展研究,推動了管理領域的創新。“非典”期間,新加坡研究人員利用TRIZ理論提出了預防、檢測和治療疾病的方法與措施,該國政府采用后收到非常好的防治效果。目前,TRIZ理論的應用范圍已經由工程技術領域拓展到自然、社會、管理、教育、生物等領域。

1.2 TRIZ問題的解決方法

TRIZ理論中,技術沖突解決問題的途徑一般為:分析問題,把待解決的問題轉化為技術沖突,構建沖突矩陣后,針對問題模型,找到39個通用工程參數、40條發明原理或根據這些創新原理重新定義可行的方案,將其應用到問題中并確定最終的解決方案。

技術沖突是指一個作用同時導致有用和有害兩種效果,也可指有用作用的引入或有害效應的消除導致一個或多個子系統或系統變壞,主要表現為一個系統中兩個子系統之間的沖突,如系統A得到改善導致系統B變得更差。在工程技術領域,TRIZ理論提出由39個通用工程參數來描述技術沖突。

解決技術沖突主要依賴于沖突矩陣的建立及沖突解決原理的提出。沖突矩陣是一個40行40列的矩陣,第一行表示沖突中受到惡化的39個通用工程參數,第一列表示沖突中希望改善的39個工程參數,剩余的39行39列的矩陣則表示解決沖突的方案。

2 TRIZ理論的應用

2.1 水資源可持續利用研究中的沖突解決過程

圖1 水資源的可持續利用中沖突解決過程

將TRIZ理論應用于水資源的可持續利用研究,根據TRIZ理論技術沖突解決過程(圖1)，進行水資源可持續利用研究,具體過程如下:

步驟1：在水資源系統中選擇水資源單元、生態環境單元、經濟單元、人力資源管理單元、技術創新單元5個參數單元作為需要優化的參數單元,組建沖突矩陣;

步驟2：找出各參數單元存在的沖突,確定改善單元及惡化單元,建立一個6行6列的矩陣;

步驟3：選擇40條發明創造原理中合適原理重新定義作為每個單元的矩陣元素;

步驟4：尋找解決各個沖突的創新原理,查找創新原理的詳解并應用到具體問題中;

步驟5：通常選定的發明理論往往有多個,盡可能地把所選定的原理都應用到解決矛盾沖突中,然后判斷所確定的解決方案是否能解決實際問題。若能解決實際問題,則該解決方案作為最終解決方案;若所有可能的解決方法都不滿足,則返回步驟2,重新尋找沖突、定義矩陣元素以不斷優化整個沖突解決過程,直至能解決實際問題,確定最終方案為止。

2.2 參數單元沖突解決原理的定義

為解決5個參數單元間存在的沖突,筆者選擇40條發明創造原理中合適原理重新定義作為每個單元的矩陣元素,具體見表1。

2.3 水資源可持續利用沖突矩陣的建立

根據2.1水資源可持續利用沖突解決過程,從表1中選取矩陣元素，經5個步驟進行選取后得到沖突矩陣(表2),沖突矩陣第一行表明受惡化的參數單元,第一列表明希望改善的參數單元,兩個單元行與列交叉處對應的矩陣元素為推薦解決沖突可采用的發明原理序號。

3 研究實例

以西藏林芝地區為例,林芝地區位于印度阿薩姆平原與青藏高原的過渡地帶,該地區氣候類型較多,垂直變化懸殊,且林業資源、水資源、動植物資源都及其豐富,被譽為“西藏的江南”。根據《林芝地區國民經濟和社會發展“十二五”規劃》,規劃一方面要求該地區繼續發展經濟,另一方面需加強生態保護與建設。如何在保護生態環境的條件下大力發展經濟,經濟單元和生態環境單元之間產生了沖突。

表1 參數單元矩陣元素定義

表2 水資源可持續利用沖突矩陣

根據2.1中TRIZ理論技術沖突在水資源可持續利用研究中的應用過程,經過步驟1至步驟5的篩選,最終確定了表2中的矩陣元素,采用生態環境單元惡化情況下希望改善經濟單元、經濟單元惡化情況下希望改善生態環境單元兩方面矩陣元素結合,提出的解決方案為創新原理序號1、3、6、8、9、10、15、20、23、24、25、27、34對應的方案。

方案1：進行生態功能區劃。林芝地區已編制《林芝生態地區建設規劃》(2009—2020年)。

方案3：建立特殊生態保護區。林芝地區已建立以下自然保護區:雅魯藏布大峽谷國家級自然保護區、察隅慈巴溝國家級自然保護區、西藏工布自然保護區,主要保護珍稀動植物及生態系統,同時還建立了濕地保護區、森林公園、地質公園等。

方案6：防止水土流失、創造景觀等。林芝地區除了現有劃定的自然保護區、濕地保護區外,可根據實地情況保護其他特殊生態環境,同時也可以打造寶貴的旅游資源。

方案8：避開風險投資。林芝地區目前主要發展特色農牧業、生態旅游業、藏藥業,有序發展水電能源工業,避開發展重度污染環境的產業,以減少或者避開破壞生態環境的風險投資。

方案9：用綠色GDP代替單純的GDP。過去為了GDP的增長,以犧牲生態環境為代價,建議以后將生態環境優劣考慮到GDP的增長中。

方案10：設置生態預警系統。在林芝地區經濟發展過程中,根據生態環境容量設置生態預警系統,生態環境在還未受到破壞時就禁止過度利用,達到預先保護生態環境的要求。

方案15：根據各種動態信息決定投資項目。在林芝地區如需發展水電,需考慮到當地的水文、地質、生態環境等,搜集各類信息后,對可能產生的環境影響進行評估，再決定是否投資。

方案20：加強生態環境建設。良好的生態環境才能夠吸引投資者進入林芝地區,才能發展林芝經濟。

方案23：在生態環境方面加強對生態環境的監督。林芝地區除了設立各種保護區外,同時逐步完善水資源監測體系、地質監測體系,加大小流域綜合治理,以加強對生態環境的監督;在經濟方面做好數據調查并反饋信息,調查林芝地區歷年水資源開發利用、生態環境建設等與經濟發展之間數據情況,制定相關年鑒等資料。

方案24：發展相關的經濟服務行業。林芝地區可設立專門的投資咨詢公司,主要針對林芝地區鼓勵發展的產業,方便外來企業進行投資。

方案25：生態環境創造商業價值。林芝依據現有的生態資源,大力發展旅游業,打響雅魯藏布江大峽谷這一核心品牌;做大做強巴松措、易貢國家地質公園、波密冰川群、烈山古墓群、色季拉國家級森林公園5大景區。

方案27：投資低損耗高回報產業。對于進駐林芝地區的投資企業,投資方優先考慮生態環境損害小、回報率大的產業。

方案34：對惡化的生態環境進行修復。對已破壞的生態環境進行治理,必要時制定生態環境保護方面的法律法規。

根據上述沖突解決方案,部分方案林芝地區已經實施,其余方案是為解決林芝地區經濟發展與生態環境沖突問題時提供參考。水資源可持續利用中劃分的5個單元之間沖突問題的解決方案可以不斷地創新和完善,從而使得TRIZ理論在水資源可持續利用研究中更加成熟。

4 研究意義

目前,在水資源可持續利用領域研究的主要方向是水資源可持續利用評價的方法,常用的方法有模糊集理論方法、人工神經網絡理論方法、灰色系統理論法、數理統計方法等[8]。這些方法大多數是通過建立水資源可持續利用的指標體系和標準,提出具體的評價指標和等級標準,最終判斷水資源是否處于可持續利用的狀態。水資源可持續利用評價方法的應用都基于大量現狀數據和復雜的計算過程,方法的應用在各區域也有差異,如何選擇合適的評價指標、評價方法是一個需要深入研究的問題,在整個研究領域還未形成統一的標準或者達成共識。

筆者將TRIZ理論應用于水資源可持續發展利用研究中,與以上研究的不同點在于雖然建立了相似的系統體系,但不是對水資源可持續利用進行評價,也不需要具體的數據資料進行定量分析,而是通過對水資源可持續利用中存在的沖突定性進行宏觀地分析,進而通過矩陣給出具體的可參考的方法來指導一個區域的水資源可持續發展利用。這個研究方法具有廣泛的適用性,每個區域水資源可持續利用中可能存在的沖突側重點不一樣,但是都能參照本文方法來進行分析,靈活選擇其中一種或者多種方法或者結合實際情況創新出其他方法來解決問題。

本文的研究的目的是使區域能達到水資源可持續發展利用,不僅立足于現狀,而且適用于該地區將來可能出現問題的解決,提前避免區域可持續發展利用中可能出現的問題或者減緩已存在的問題。

5 結 語

將TRIZ理論引入到水資源可持續利用研究中,采用TRIZ理論的沖突矩陣及重新定義40個發明創新原理進行水資源可持續利用研究。TRIZ理論本身涵蓋的內容較多,是一種創新理論。因此,對于TRIZ理論中其他研究內容,如物質場分析、ARIZ、76個標準解和知識效應庫等都有較大的研究意義,如能將其運用于水資源可持續利用的研究中,勢必能推動水資源可持續利用的發展。

水資源可持續利用的實現需要水資源系統、生態環境系統、社會經濟復合系統等的協調發展。本文選取參數單元時所涉及的資源、經濟、社會各方面之間的沖突都極其復雜,未必能準確地反應各參數單元間的沖突問題。此外,通過40個發明創新原理所確定的解決沖突方案可能不夠全面,有待進一步的分析研究。

[1] World Commission on Environment and Development. Our common future [M].New York:Oxford University Press,1987:3-15.[2] 夏軍.可持續水資源管理：理論·方法·應用[M]. 北京:化學工業出版社,2005:12-16.

[3] 馮尚友,劉國全.水資源持續利用的框架[J]. 水科學進展,1997,8(4):301-307.(FENG Shangyou,LIU Guoquan.A holistic framework for sustaining water resources utilization [J].Advances in Water Science,1997,8(4):301-307.(in Chinese))

[4] 徐起.TRIZ創新理論實用指南[M]. 北京:北京理工大學出版社,2011:2-16.

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[6] 程文亮,程志華,張東生.基于TRIZ的管理創新體系框架研究[J].科技管理研究,2011(2):23-57.(CHENG Wenliang, CHENG Zhihua, ZHANG Dongsheng.System framework of managerial innovation research based on TRIZ[J].Science and Technology Management Research,2011(2):23-57.(in Chinese))

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[8] 尹志杰,管玉卉,胡曉雪.區域水資源可持續利用系統評價的集對分析模型[J].水資源保護,2010,26(4):28-33.(YIN Zhijie, GUAN Yuhui, HU Xiaoxue.Set pair analysis model for assessment of regional water resources sustainable utilization system [J].Water Resources Protection,2010,26(4):28-33.(in Chinese))

Application of TRIZ theory in research of sustainable utilization of water resource

ZHAO Min，HUANG Chuanyou，GAN Rong

(CollegeofWaterResourcesandHydropower,SichuanUniversity,Chengdu610065 ,China)

The author of this paper chose the conflict solving principle in the TRIZ theory to apply in the research of sustainable utilization of water resources, and set up and defined such five general parameter units as water resource unit, ecological environment unit, economic unit, human resource management unit, and technological innovation unit to find the conflicts between those units and establish a conflict matrix. Taking the sustainable utilization of water resources in Ningtri, Tibet as an example, the author redefined the matrix elements according to 40 innovation principles in the TRIZ theory, and found a solution to the problems of sustainable utilization of water resources in Ningtri, Tibet.

TRIZ theory; conflict; water resource; sustainable utilization

10.3880/j.issn.1004-6933.2015.02.007

趙敏(1990—),女,助理工程師,碩士研究生,主要從事水環境資源開發利用與保護研究。E-mail:zhao_scu@qq.com

TV213.4

A

1004-6933(2015)02-0036-04

2014-10-29 編輯：徐 娟)