预制构件技术的专利分析
王晓
上海建工五建集团有限公司（200063）
摘 要： 文章针对预制构件行业的相关专利数据进行系统、深入的分析，展现预制构件行业的专利申请发展态势以及重要专利申请人的专利技术分布和专利分布，从专利技术角度探索行业技术深化发展和产业升级的问题，希望能够为国内企业在自主知识产权制造、运用、保护和管理等方面提供有益的帮助。
关键词: 预制装配；预制构件；专利分析
0 概述
预制构件是以混凝土为基本材料，预先在工厂制成建筑构件，供建筑施工现场装配使用，是建筑工业化的物质基础。一般常见的预制构件有：预制混凝土楼盖板、桥梁用混凝土箱梁、工业厂房用预制混凝土屋架梁、涵洞框构、地基处理用预制混凝土桩等。如果把建筑物看成是一个产品，那么建筑构件就是产品中的零部件。
迄今为止，混凝土预制构件的发展历史已有110余年，预制混凝土结构在美国、德国、瑞典、日本、新加坡等国家的应用已相当广泛，在住宅工业化的发展过程中发挥着不可替代的作用。国外混凝土预制件与钢筋混凝土几乎同时起步，而现在意义上的工业化混凝土预制件在半个世纪前才得到真正发展，其真正取得突破性的发展是在第二次世界大战以后[1]。
我国的装配式建筑市场尚处在初级阶段，相关专业人员、技术发展、管理水平、工程经验等方面都存在较大差距。由于生产规模比较小、产业链尚不完善、技术大多不成熟等因素，导致目前我国装配式建筑构件的成本较高，严重阻碍了我国现阶段装配式建筑的发展与普及。2016年，国务院办公厅印发的《关于大力发展装配式建筑的指导意见》明确提出，要以京津冀、长三角、珠三角三大城市群为重点推进地区，常住人口超过300万的其他城市为积极推进地区，其余城市为鼓励推进地区，因地制宜地发展装配式混凝土结构、钢结构和现代木结构等装配式建筑。力争用10年左右的时间，使装配式建筑占新建建筑面积的比例达到30%。
文章以专利信息为基础，借助Incopat、CNABS等数据库进行补充，通过对国内预制构件有关技术和专利布局开展分析，了解该技术当前的竞争格局和发展现状。截至2018年4月，在全球范围内公开的技术主题涉及预制构件的生产线、预埋件、吊具、运输与存储、工装系统、连接（在以下的分析中统称为预制构件）及装配式建筑结构体系的专利或专利申请共计29 912件，其中：发明专利24 742件，占总数的82.7%；实用新型专利5 170件，占总数的17.3%。同时对检索结果进行了数据整理和专利技术脉络分析。
1 预制构件专利技术的整体情况
1.1 发展趋势分析
图1是预制构件及装配式建筑结构的全球专利申请量的趋势图。从图1中可以看出，1960年以前与预制构件及装配式建筑结构体系相关的技术处在技术发展的萌芽期，专利年申请量均低于30件，属于基础理论研究和基础实验阶段；1960～1974年，随着生活水平的提高，欧美人对住宅舒适度的要求也逐渐提高，通货膨胀使房地产领域的资金抽逃，专业工人的短缺进一步促进了建筑构建的机械化生产，这也直接成就了预制装配式建筑的突破[1]，技术的发展也进一步推动了专利的布局，直至1974年形成了一个专利申请的小高峰（320件）；1974～2003年，住宅建设在欧美市场遭遇严重危机，建筑领域进入缓慢发展阶段，预制装配式建筑领域的专利申请量始终在500件以下，这一方面归结于建筑市场的饱和，另一方面归咎于当时的高利率，直接导致住宅建设停滞不前[1]。20世纪80年代后期，建筑领域中将全预制和现浇结合在一起的叠合楼板的出现，又给预制装配式建筑注入了新的活力，与预制构件与装配式建筑结构体系相关的专利申请数量又有了缓慢的增长，直至2003年形成了一个专利申请的小高峰（698件）；2003年至今，由于中国建筑行业再次掀起了“建筑工业化”、“住宅产业化”的浪潮，中国预制件的发展进入了一个崭新的时代[1]，预制构件及装配式建筑结构体系专利申请数量呈现快速增长趋势，在2016年形成了一个专利申请的最高峰（3 158件）。结合预制构件的发展来看，专利的申请趋势与预制构件的发展方向基本一致。
自白居易翻旧曲为新歌后，乐府横笛曲《折杨柳》成了唐教坊曲《杨柳枝》。但是，无论如何翻新，作为表意实践的“杨柳”依旧存在。这种客观存在表明，重要的不是语言结构或程式，比如《杨柳》的词牌范式，而是言说主体在语言系统中的“翻新”。
图1 历年专利申请数量趋势图
1.2 专利申请国家/地区分布
除叶绿体转化和基因拆分技术外，删除外源基因可以有效控制基因漂流，如切除168 000颗烟草种子中的转基因，基因漂流率约为0.024%[39]；将闭颖基因导入转基因作物，闭颖基因表达使花药不外露，有效控制了基因漂流[40]。CRISPR-Cas9是一种新型的基因编辑技术，主要由反式激活序列区tracrRNA、Cas基因序列区和CPISPR序列区组成[41](图2)，可以实现对PAM序列中靶序列的剪切、插入和修饰[42]。刘迪等[43]利用CRISPR-Cas9敲除棉花GhSBP基因，并通过农杆菌介导法转化，获得无GhSBP基因的棉花株系。此技术未来有望实现敲除外源基因抑制基因漂流。
图2 专利申请国家/地区分布图
1.3 预制构件主要技术分布
然而，政府是多变无常的。在美国，每一任新总统都有机会改变太空探索的优先事项。就算是私营公司，也能在技术上自主决策，精明的生意人有时候会转向有财政资助的领域。乔治·布什总统是个更偏爱先登月做法的人。奥巴马的目光更多地投向火星（另外还支持了小行星探索）。在特朗普治下，月球再一次成为偏爱的对象。“努力去确立一项在某种程度上属于他们、盖有他们的印记的太空项目，”瓦尔科维奇说道，“历届总统都有种倾向，会转而支持上一届总统没有发声的项目。”
通过对主要申请人申请的专利类型进行分析可知（见图4），申请人为中国企业/大专院校/个人的专利申请中，北京工业大学、沈阳建筑大学、东南大学、上海建工、初民进五家申请人所申请专利中的发明专利所占比例均大于60%；中民筑友有限公司、中建八局、远大住工三家申请人所申请专利中的实用新型专利所占比例均大于50%。申请人为日本企业的专利申请中，五家日本企业所申请专利均为发明专利。由于受到各个受理机构审查制度的影响，普遍认为发明专利比实用新型和外观设计专利的技术含金量高，因此申请人申请的已公开的发明专利占比越大，且达到一定的数量，说明该申请人在该技术分支中具备技术优势，由此可以说明，日本企业在预制构件和装配式建筑结构领域中具备相当的技术优势。中国申请人中，大专院校、个人申请人在该技术领域也有一定的技术优势，另外，中国建筑企业由于建筑项目施工的需要，也申请了大量的实用新型专利用于技术布局。
图3 全球预制构件专利申请技术分布
1.4 专利申请人分析
通过对在全球范围内公开的技术主题涉及预制构件及装配式建筑结构体系的29 912件专利或专利申请的申请人进行分析可知（如图4所示），中铁集团、中建集团、北京工业大学、中民筑友有限公司、Shimizu Construction Co Ltd、沈阳建筑大学、上海建工、中建八局、东南大学、Taisei Corp这十家企业/大专院校的专利申请数量最多，分别是598件、479件、329件、208件、193件、181件、179件、176件、173件、165件，占所分析专利或专利申请总数的2.0%、1.6%、1.1%、0.7%、0.6%、0.6%、0.6%、0.6%、0.6%、0.6%，排名前十的申请人的专利申请总数占比为9.0%。在排名前十五的申请人中，全部都是中国企业/大专院校/个人申请人和日本企业，其中，共有10家中国企业/大专院校/个人申请人和5家日本企业。由此可以说明，中日企业以及中国大专院校/个人申请人的创新能力较强。
通过对在全球范围内公开的技术主题涉及预制构件及装配式建筑结构体系的29 912件专利或专利申请的技术主题进行分析可知（如图3所示），在专利申请数量上，预制构件的工装为12 189件，占比约为40.7%；预制构件的连接为10 657件，占比约为35.6%；装配式建筑结构体系为8 588件，占比约为28.7%；预制构件的预埋件为1 879件，占比约为6.3%，预制构件的吊具为1 635件，占比约为5.5%；预制构件的生产为1 367件，占比约为4.6%；预制构件的存储与运输为718件，占比约为2.4%。
通过对在全球范围内公开的技术主题涉及预制构件及装配式建筑结构体系的29 912件专利或专利申请的国别进行分析可知 （如图2所示），中国、日本、韩国、美国、德国这五个国家的专利数量最多，占所分析全球专利总数的比例分别为36.9%、11.7%、8.2%、8.0%、7.1%，五国专利申请总数的总占比约为71.9%。由此可以说明，预制构件及装配式建筑结构体系在中日韩美德五个国家受到业内各类机构重视的程度较强。
图4 申请人国别分布图
综上可以说明，在全球领域内涉及预制构件及装配式建筑结构体系的29 912件专利或专利申请中，技术分支涉及预制构件的工装和连接的专利申请数量最多，由于装配式建筑工程项目施工所需，预制构件专利在施工领域的布局力度最大。
2.3.4 课前安排案例情景剧，每周一演 学生收集有关护理安全、医疗纠纷的案例，设置简单场景和道具，课前安排10分钟时间进行表演和讨论，教师点评。使学生融入案例氛围，感同身受，增强其法律意识和风险防范意识。
2 总结
预制构件领域有预制构件的生产、预埋件、吊具、运输与存储、工装系统、连接等多个技术分支，装配式建筑结构体系有钢结构、混凝土结构、钢混混合结构等多种建筑结构，不同的技术分支之间相互交错，向着提高施工效率、降低施工成本、操作方便和制作/结构简单等方向发展。总体上来看，近年来，国外技术在该领域内已经趋于成熟，专利申请数量已经趋于稳定，而中国相关技术的专利申请量开始呈现快速上升趋势，从2013年开始，国内大型建筑公司及大专院校在该领域内加大了专利布局力度，中国在预制构件及装配式建筑结构领域的专利申请数量有了大幅度的提升。由于建筑项目施工的需要，中国专利申请中40%的专利为实用新型专利；而国外专利申请中实用新型专利所占的比例仅为4%。这说明，虽然近年来我国在该领域内发展非常迅速，但是技术水平与日欧美国家相比仍有较大的差距。
在整个装配式建筑安装施工过程中，预制构件的吊装和施工尤为重要，而采用的工具即为预制构件的吊具和工装。预制构件吊具和工装是生产建设辅助应用材料，吊具和工装市场的发展与建筑市场和国民经济发展密切相关。技术主题涉及预制构件的吊具和工装的3 919项专利或专利申请中，中国、德国、美国、日本这四个国家的专利申请数量最多，四国专利申请总数占到重要技术分支专利申请总数的80.8%，说明这四个国家是该技术领域的主要技术力量。通过技术-功效图分析可知，国内与预制构件的吊具相关的专利申请主要集中在吊装装备这一技术分支以及提高施工效率、降低成本及操作方便的技术效果部分，说明国内对提高预制构件吊具的施工效率的需求最为突出，其次，降低成本和操作方便也受到一定的关注。空白点主要集中在可拆卸/装卸、提高稳定可靠性这两个技术效果上。
总体而言，目前我国范围内预制构件及装配式建筑结构处在技术发展阶段，尚未成熟，有一定的发展空间，国内企业应及时抓住这一有利时机，在技术创新上有所作为，逐步建立自身的专利布局。
参考文献:
[1]樊骅,张中育.国内外混凝土预制件发展现状分析[J]混凝土世界,2013(2):23.
[2]郭向勇,常卫华,赵霄龙.国内混凝土预制构配件产业发展状况分析[J]工程质量,2017(6):30-31.
标签：预制装配论文; 预制构件论文; 专利分析论文; 上海建工五建集团有限公司论文;