專利視角下的纜索承重橋梁發展趨勢研究

滕 牧

（中鐵第五勘察設計院集團有限公司知識產權中心 北京 102600)

一、引言

目前，世界上多個國家啟動了跨海大橋的修建計劃，包括意大利的墨西拿海峽大橋、西班牙與摩洛哥之間的直布羅陀海峽大橋、美俄之間的白令海峽大橋等，大跨度橋梁建造技術有著廣闊的應用市場。

為減少超深水基礎的使用，滿足深水通航要求，越來越多的跨海工程采用超大跨度的纜索承重橋梁。其中，主跨199lm的日本明石海峽懸索橋、主跨1018m的香港昂船洲大橋、主跨1488m的西堠門公鐵兩用大橋分別采用了懸索、斜拉、斜拉懸索協作的結構形式，構建了千米級的跨海橋梁，推動了纜索承重橋梁技術的高速發展。

專利是先進技術呈現的最常見的載體，本文利用incopat檢索工具，檢索國內外纜索承重橋梁的專利，從專利視角，分析纜索承重橋梁的技術進展，有助于快速了解行業現狀，研判纜索承重橋梁的技術發展趨勢，為后續研發方向提供指引。

二、國外纜索承重橋梁專利技術現狀

（一）專利技術申請趨勢

世界上最古老的纜索承重橋梁是老撾和爪哇的藤竹斜拉橋。19～20世紀，瑞典斯特羅姆松德橋和布魯克林大橋建立，分別標志著現代斜拉橋和懸索橋的誕生，此后，纜索承重橋梁建造技術進入高速發展期。

1900～1960年，纜索承重橋梁專利公開量整體維持在個位數水平，偶爾會超過10件，屬于纜索承重橋梁現代化的萌芽期；在1961～1988年，國外纜索承重橋梁開始普及，建造技術進入蓬勃發展期，期間專利公開量高速增長，在1988年達到峰值141件；在1989～2005年，國外纜索承重橋梁技術進入成熟期，專利公開量維持在90件上下；2006～2020年，國外在建橋梁的數量增速下降，專利公開量開始下滑，維持在50件左右，進入緩慢發展期（見圖1）。

圖1 國外纜索承重橋梁年度專利公開趨勢

（二）主要國家申請趨勢

自1960年以來，日、韓、德、美、俄、法等橋梁強國均有一定的專利布局，日本累計公開專利1706件，遙遙領先其他海外國家，韓國以344件位居第二（見圖2）。據筆者分析，日本是一個群島國家，為方便各島之間的交通，先后修建了大量橋梁，如東京彩虹大橋、明石海峽大橋、瀨戶大橋、因島大橋等著名橋梁。這些橋梁的建成為日本積累了很多經驗，也為日本建橋技術的發展提供了平臺，隨著日本橋梁技術的不斷突破，專利公開量也迎來了飛速增長。

圖2 國外專利公開數量排名前十國家專利公開情況

由圖3可知，日本的專利公開量在20世紀70年代飛速增長，專利公開量遠超其他國家，但是在20世紀末、21世紀初，日本專利公開量開始急速下降。到2010年，韓國超過日本，成為了專利公開量最多的海外國家，其他海外強國的專利公開量整體波動不大。20世紀末，海外國家的技術突破減少，專利公開量波動趨緩，進入緩慢發展階段，中國建橋技術的崛起或是海外技術進展緩慢的原因之一。

圖3 日、韓、德、美、法等海外橋梁強國德專利年度申請趨勢

三、我國纜索承重橋梁專利技術現狀

（一）專利技術申請趨勢

中國是古代懸索橋的發源地，遠在公元前250年，我國境內就出現了用竹索橋做的“笮橋”。我國同時也是最早出現鐵索橋的國家，公元前50年就已建成百米的鐵索橋，四川瀘定橋是古代鐵索橋的杰出代表。進入20世紀90年代，我國先后建成廣東汕頭海灣大橋、西陵長江大橋、香港青馬大橋、江陰長江大橋等大跨度懸索橋，標志著我國現代懸索橋建設技術進入飛速發展期。

我國的斜拉橋起步比較晚，1975年在重慶修建了第一座預應力混凝土公路斜拉橋。但是，伴隨著中國橋梁建造技術的積累和突破，我國斜拉橋建造技術的發展也非常迅速。目前，我國已成為世界上斜拉橋最多的國家。

20世紀70年代以來，我國現代纜索承重橋梁進入萌芽發展期。進入21世紀后，我國現代纜索承重橋梁建造技術步入飛速發展期，我國大跨度懸索橋的數量也名列前茅。

自1986年中國公開了第一件纜索承重橋梁專利后，近20年，國內公開專利數量基本每年不超過10件，這一階段是我國纜索承重橋梁建造技術的萌芽期，進入21世紀以來，中國橋梁建造技術進入高速發展期。截至2020年底，國內專利公開量達到2121件，其中國內申請占98%，超過了2000件，中國成為本領域的專利申請量最多的國家。

（二）重要申請人申請趨勢

國內纜索承重橋梁的專利公開量排名前十的申請人主要集中在中鐵建、中國中鐵、中交等國有企業和部分高等院校。中鐵第四勘察設計院近些年承擔了多個斜拉橋和懸索橋的設計，技術發展也非常迅速，近十年，中鐵第四勘察設計院專利公開量累計達到108件，位居第一（見圖4）。

圖4 國內專利公開量排名前十申請人專利公開情況

近十年，重點申請人的專利公開量不斷增長，甚至出現加速增長的趨勢，這些專利公開數量的變化趨勢也反映出，中國纜索承重橋梁的建造技術后來居上，技術突飛猛進，正逐步建立技術領先優勢。

（三）核心技術專利公開情況

纜索承重橋梁通常包括纜索、橋塔、主梁、錨固件、連接件等部件，國內的專利申請收錄了以上部件的創新技術，另外還收錄了具體橋梁的大量的架構設計、施工方法和橋體防護技術方面的創新技術。如圖5，截至2020年底，施工方法及裝置和橋梁架構的設計專利處于領先位置，分別公開514件、484件，可見我國研發人員正在嘗試和創造多種橋梁的設計形式以及施工方法，不斷獲得技術的突破；安全是橋梁的最重要的設計因素，特別是在大跨度橋梁的建設中，國內橋體防護的專利公開數量也高達205件，其中大部分專利涉及防風和防震，為我國大跨度橋梁的建設提供了技術支撐。目前，橋梁智能化的專利公開量只有16件，主要涉及橋梁安全感知和溫度感知，該技術相比其他核心技術點的專利公開量差距較大，可能成為未來科研人員發力的方向。

圖5 各技術分支的專利分布情況

四、小結

從專利的視角下觀察纜索承重橋梁建造技術的發展，可以得出3個結論：

1.從國內外專利公開量的變化趨勢看，我國專利公開量后來居上，已躍居全球第一，專利數量的變化趨勢反映出我國橋梁建設技術的成長和成熟。目前，我國的專利實力與實際的橋梁建設能力相吻合，總體名列前茅。

2.從主要申請人看，國內專利公開量排名前十的申請人主要集中在國有企業和部分高等院校這些有強大科研實力的單位，如果進一步加強校企合作，強強聯合，將助力我國橋梁建設水平再上新臺階。

3.從核心技術角度看，我國在橋梁智能化方向專利布局較少，國內研發人員需加強橋梁智能化的研發，完善智能化橋梁專利的布局，并逐步建立領先優勢。