基坑逆作法的專利分析

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(zhǎng)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(qǐng)趨勢(shì)、地域分布、各國(guó)研發(fā)實(shí)力、主要申請(qǐng)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(guó)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(chǎng)、地下停車場(chǎng)、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(jìng)爭(zhēng)格局以及國(guó)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(kù)（DWPI）中進(jìn)行檢索，并通過Incopat、CNABS等數(shù)據(jù)庫(kù)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(shì)分析

圖1是基坑逆作法技術(shù)的全球?qū)＠暾?qǐng)量的趨勢(shì)圖。從圖1中可以看出，1979年前，本領(lǐng)域?qū)＠暾?qǐng)量比較零星，屬于技術(shù)發(fā)展的萌芽期，此時(shí)期的專利申請(qǐng)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(qǐng)量開始平穩(wěn)增加，在1989年后形成了一個(gè)小的申請(qǐng)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(qǐng)量在50項(xiàng)以上，尤其在2012年之后專利申請(qǐng)量增速更快，2016年以后年專利申請(qǐng)量達(dá)到200項(xiàng)以上。從圖1來看，2017年后申請(qǐng)量呈現(xiàn)降低態(tài)勢(shì)，這與發(fā)明專利申請(qǐng)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(qǐng)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(qǐng)國(guó)家/地區(qū)分布

圖2為專利申請(qǐng)國(guó)家/地區(qū)分布圖，從圖2中可以看出，全球?qū)＠暾?qǐng)主要集中在中國(guó)、日本、韓國(guó)、歐洲和美國(guó)。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(guó)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(guó)家和地區(qū)也是逆作法技術(shù)中的重要市場(chǎng)布局的地域，因此全球各大申請(qǐng)人在這些國(guó)家和地區(qū)的專利申請(qǐng)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?qǐng)技術(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(qǐng)數(shù)量占總申請(qǐng)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(qǐng)人分析

圖4為逆作法相關(guān)技術(shù)專利申請(qǐng)人國(guó)別分布圖，從中可以看出，逆作法技術(shù)來源國(guó)主要中國(guó)、日本、韓國(guó)、澳大利亞、奧地利和美國(guó)。除中國(guó)以外，日本在技術(shù)來源國(guó)中占據(jù)絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。

圖5和表1是逆作法全球?qū)＠暾?qǐng)的專利權(quán)人代碼排名，通過排名可以看出，日本企業(yè)的專利申請(qǐng)量占據(jù)絕對(duì)的優(yōu)勢(shì)，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(guó)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(qǐng)量排名第二位，其對(duì)逆作法技術(shù)及應(yīng)用研究在中國(guó)處于領(lǐng)先地位。

國(guó)外的申請(qǐng)人中，日本在逆作法領(lǐng)域的專利申請(qǐng)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(guó)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(qǐng)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(qǐng)人的專利申請(qǐng)趨勢(shì)圖，從圖6中可以看出，五位申請(qǐng)人的專利申請(qǐng)趨勢(shì)不盡相同。竹中工務(wù)店在逆作法技術(shù)的專利申請(qǐng)最早，從1989年開始逆作法的第一件專利申請(qǐng)。鹿島建設(shè)和清水建設(shè)在2000年的專利申請(qǐng)量最多，年申請(qǐng)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(qǐng)高峰，沉寂一段時(shí)間后，進(jìn)入2010年以后，申請(qǐng)量又開始穩(wěn)步上升。

圖7是主要申請(qǐng)人的技術(shù)分布，從圖7中可知，五位主要申請(qǐng)人在逆作法技術(shù)的專利申請(qǐng)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(qǐng)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(qǐng)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(qǐng)量比其他公司要多。

表2為中國(guó)專利申請(qǐng)中的申請(qǐng)人國(guó)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(shì)，但是日本在中國(guó)申請(qǐng)的相關(guān)專利卻并不多，這一方面反映了日本中對(duì)中國(guó)市場(chǎng)的預(yù)期不高，另一方面，也為中國(guó)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?qǐng)量呈遞增趨勢(shì)，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(zhǎng)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(guó)申請(qǐng)的逆作法專利數(shù)量卻比較少，這為中國(guó)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(qǐng)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(jìng)相在這一領(lǐng)域布局專利，也是我國(guó)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(guó)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(guó)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(guó)申請(qǐng)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(chǎng)國(guó)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(qǐng)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(guó)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(jiǎn)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。