专利视角下的城市地下空间发展现状和趋势_雷升祥.pdf

书书书第 19 卷第 2 期地 下 空 间 与 工 程 学 报Vol192023 年 4 月Chinese Journal of Underground Space and EngineeringApr2023专利视角下的城市地下空间发展现状和趋势雷升祥1，孙嘉良1，张文丽2(1 中国铁建股份有限公司，北京 100855;2 中铁第五勘察设计院集团有限公司，北京 102600)摘要:以专利大数据分析为基础，结合产业发展研究，系统梳理了国内外城市地下空间领域专利申请趋势、主要应用场景专利布局情况、国际专利分类表 IPC 中各技术领域专利分布、国外主要国家和我国主要城市专利申请状况。从分析结果看，中国已经成为引领地下空间领域发展的重要力量;轨道交通是推动城市地下空间发展的重要因素;中国专利数量多，但质量需进一步提升;国内外专利布局技术领域相似度高，中国在地下停车和综合管廊领域具有优势，国外在污水处理和智能化技术方面具有优势;城市地下空间的智能化、综合化、绿色化发展已成为国内外共识和未来方向。关键词:城市地下空间;专利;布局;趋势中图分类号:TU92文献标识码:A文章编号:1673-0836(2023)02-0351-08Development Status and Trend of Urban Underground Spacefrom Perspective of PatentLei Shengxiang1，Sun Jialiang1，Zhang Wenli2(1 China ailway Construction Coporation Limited，Beijing 100855，P China;2 China ailway fifth Survey and Design Institute Group Co，Ltd，Beijing 102600，P China)Abstract:Based on the analysis of patent big data，combined with the research on the development of theindustry，the article systematically sorts out the application trend，distribution of main application scenarios，IPC technical field distribution，major foreign countries and chinese major cities distribution of patent applicationsin the field of urban underground space at home and abroad From the analysis results，China has become animportant force leading the development of underground space technology;rail transit is an important factor inpromoting the development of urban underground space;China has a large number of patents，but the quality needs tobe further improved;the technical field layout of patents at home and abroad is highly similar China has advantagesin the field of underground parking and integrated pipe corridors Foreign countries has advantages in sewage treatmentand intelligent technology;the intelligent，integrated，and green development of urban underground space has becomea consensus and future direction at home and abroadKeywords:urban underground space;patent;layout;trend0引言1863 年，英国伦敦建成了世界第一条地下铁路，标志着人类开启了工业社会城市地下空间开发利用新时代1。随着城市居住人口急剧增加，城市中心区建筑密度增大，交通拥堵、环境污染、资源收稿日期:2022-09-17(修改稿)作者简介:雷升祥(1965)，男，安徽桐城人，博士，正高级工程师，现主要从事城市地下空间开发利用研究与管理工作。E-mail:18192088688 163com通讯作者:孙嘉良(1984)，男，吉林省吉林市人，正高级工程师，主要从事专利管理与研究工作。E-mail:sunjialiang crcccn基金项目:国家重点研发计划项目(2018YFC0808700)短缺、房价高企以及城市特色风貌丧失等“城市病”日益突出，向地下要空间、要资源已经成为 21世纪城市发展的必然趋势2-3。由此，城市地下空间的开发利用已经成为提升城市容量、缓解城市交通、繁荣城市经济、改善城市环境和丰富城市文化的重要手段。国外发达国家结合自身实际，经过 160 多年的不断探索、实践、创新，逐渐形成了较为完善的地下空间开发利用体系，涌现出了一批具有代表性的成功范例，如法国巴黎列阿莱广场综合体、俄罗斯莫斯科地铁、加拿大蒙特利尔地下城、美国纽约地铁、日本东京八重洲地下街以及新加坡地下大众捷运系统等4-6。我国城市地下空间的开发利用经历了从最初的人防工程阶段到如今的地下空间综合利用开发快速增长阶段的巨大转变，取得了世人瞩目的伟大成就，“十二五”期间，实现了年均 20%以上的增速，“十三五”期间保持了每年 15 万多亿元增长规模，投资总规模约 8 万亿，已初步建立了较为完善的城市地下空间规划建设管理体系7-9。国内较为成功的有北京中关村高科技商务中心区、上海五角场地下空间、南京江北新区中央商务区、武汉光谷广场综合体以及重庆沙坪坝综合交通枢纽等。世界各国在推进城市地下空间开发利用进程中，产生了大量的新理念、新模式、新技术、新工艺和新方法，并将其形成专利加以保护利用。专利作为技术信息的有效载体，囊括了全球 90%95%的发明创造成果，利用专利信息透视产业发展现状和趋势已在国内外广泛应用。基于此，本文从专利数据角度出发，结合产业现状，对国内外城市地下空间开发利进行分析研究。本文专利数据来源于 Incopat 专利数据库10，以城市地下空间利用相关的区域、功能、施工方法、施工设备等相关词语为中英文关键词，结合相关的IPC 分类号为检索边界，检索时间截止公开日 2020年 12 月 31 日。相关趋势图中，由于专利公开时限原因，2019 年、2020 年数据不完全，因此所呈现的趋势略有差异。1国外城市地下空间专利现状和趋势11整体专利申请趋势截至 2020 年 12 月底，国外城市地下空间领域专利共 9 738 件，首件专利是英国发明人 1894 年申请的用于地铁施工设备的电动牵引改进方法专利，此后在 20 世纪初美国、德国相继出现该领域专利申请，均与地铁相关。从国外专利申请趋势上看，主要分为 3 个阶段，如图 1 所示。第一阶段，20 世纪 70 年代前的缓慢发展期，该阶段国外在城市地下空间领域专利数量较少，每年仅有零星申请。同时在这一时期，各国专利申请呈明显的滞后性，英国首条地铁建成时间为 1863年，但第 1 件与地铁相关的专利申请是在 1894 年，距离其建成伦敦地铁已经过去 31 年，美国第 1 件与地铁相关的专利晚于其首条地铁 48 年，德国晚14 年。表明在该时期由于城市地下空间领域整体发展缓慢，因此，各国的专利申请意愿较低，专利保护意识也不强。第二阶段，20 世纪 70 年代初至 90 年代末的高速增长期，该阶段随着城市地下空间的开发利用进入高潮，日本东京、大阪的地下商业街，美国曼哈顿的高密度空间等著名建筑均在该时期建成11，专利申请量也呈高速增长态势，表明在这一时期地下空间开发利用技术在不断变革和进步，专利保护意识显著提升。第三阶段，20 世纪 90 年代末至今的稳定期，国外专利数量基本保持稳定，年均 300 件左右。图 1国外城市地下空间领域专利申请Fig1Patent application status in the field of urbanunderground space at abroad12主要应用场景专利布局从城市地下空间主要应用场景看，早期城市地下空间开发利用，集中表现在以地铁为代表的地下交通设施领域，此后逐渐扩展到供水系统、垃圾处理、地下体育馆、地下音乐厅等地下市政公用设施、253地 下 空 间 与 工 程 学 报第 19 卷公共管理与服务设施等领域。近年来，随着技术的不断进步和需求的不断增加，地下物流仓储设施、地下防灾设施、地下商业服务设施12-14 应运而生。从专利数量看，以地下交通设施为主，占比约72%，且近 10 年专利数量保持稳定，始终处于申请热点;地下市政公用设施次之，占比约 22%，2016年申请量最多，而后数量逐步降低，表明该领域技术已处于相对成熟期;直接与公共服务、物流仓储设施、防灾设施和商业服务设施领域相关的专利较少，具体如图 2、图 3 所示。图 2国外城市地下空间各应用场景专利分布Fig2Patent distribution in different fields of urbanunderground space at abroad图 3近 10 年国外城市地下空间各应用场景专利申请量Fig3Patent application status in different fields of urbanunderground space at abroad in the past 10 years在地下交通设施中，轨道交通相关专利占比最多，约为 84%，包括地下工程施工方法和各类施工装备等;其次为地下停车，约为 6%，包括各类地下车库结构和施工方法，车库的通风、排水，泊车系统等;地下道路以地下公路为主，包括路面、防水、照明、排水等;人行通道相关专利不多，主要为连接地下交通和地下商业设施的通道，如图 4 所示。如图 5 所示，地下市政公用设施中，技术创新主要集中在污水处理技术，包括地下污水、雨水、排水处理等;管廊管道占比也较高，占比 31%。图 4国外地下交通设施领域专利分布情况Fig4Patent distribution in the field of undergroundtraffic at abroad图 5国外地下市政公用设施专利分布情况Fig5Patent distribution of underground municipalpublic utilities at abroad13IPC 分类技术领域专利布局国际专利分类表 IPC 分类号，分为 8 个大类，从专利统计结果来看，城市地下空间相关技术涉及到其中的 7 类，包括 A(人类生活必需品)、B(作业、运输)、C(化学、冶金)、E(固定建筑物)、F(机械工程;照明;加热;武器;爆破)、G(物理)、H(电学)。其中，E 部专利数量最多，共计 7 958 件，占比 82%，主要为各类施工方法和结构;G 部整体总量占比不高，1958 年英国申请了该领域首件专利，基于风速测速装置的隧道通风设备，2008 年后，G部申请量开始增加，2019 年年度专利数量超过了E 部，如图 6 所示。G 部专利申请主要集中在监测和检测技术、计算机控制技术等领域;H 部的专利最早出现在 1981 年，一种