TRIZ功能分析在解决屋面发泡聚氨酯保温层硬化空鼓问题中的应用.pdf

Science and Technology&Innovation科技与创新2023 年 第 17 期173文章编号：2095-6835（2023）17-0173-03TRIZ 功能分析在解决屋面发泡聚氨酯保温层硬化空鼓问题中的应用易 嘉（上海朗诗规划建筑设计有限公司，上海 200092）摘要：TRIZ 理论是前苏联发明家根里奇阿奇舒勒首创的高效率创新方法论1。探讨了 TRIZ 理论的一个重要的问题识别和分析工具功能分析在解决某项目屋面保温工程出现空鼓翘曲问题的应用，以加深对 TRIZ 理论的理解，最后用矛盾矩阵获得解决方案。关键词：TRIZ；功能分析；屋面保温；矛盾矩阵中图分类号：S214.3文献标志码：ADOI：10.15913/ki.kjycx.2023.17.052TRIZ 理论按照创新的流程分为问题识别、问题解决和概念验证 3 大板块2，其中问题识别板块包括创新标杆分析、功能分析、流分析、因果链分析、进化趋势分析、关键问题分析等工具和方法，通过识别系统或超系统的功能、特点、各组件之间的相互作用，评估各组件执行功能的性能，形成功能模型图，从各原因中找到可能存在的矛盾3，进而解决问题。1工程概况和技术矛盾该项目的屋面保温采用 90 mm 厚的现场发泡聚氨酯，硬化成型后出现局部空鼓、边缘上翘情况严重的现象。施工现场如图 1 所示。图 1屋面发泡聚氨酯保温层空鼓翘曲屋面主要构造及做法包括：（最上层）40 mm厚 C20 细石混凝土（内配6150 mm 双向）随打随抹，设间距小于等于 3 m 分格，分缝处钢筋断开，缝宽 12 mm，嵌密封胶，在女儿墙与交接处留缝（宽30 mm），嵌密封胶；喷涂 90 mm 厚 B1 级发泡聚氨酯保温层；无纺布隔离层；3.0 mm+2.0 mm 厚防水卷材（SBS）；20 mm 厚 13 水泥砂浆找平，设间距小于等于 6 m 分格缝，缝宽 25 mm，嵌聚苯乙烯泡沫条，密封膏填缝；最薄 50 mm 厚泡沫混凝土找坡层（找坡 3%，抗压强度不小于 3 MPa）；（最下层）钢筋混凝土屋面板，清理剔平，12 水泥砂浆修补凹处。2TRIZ 功能分析TRIZ 功能分析包含组件分析、相互作用分析和功能建模 3 个步骤4，最后在功能模型图中获取问题可能的解决方案。针对该工程问题，逐步剖析如下。2.1组件分析：区分系统组件和超系统组件组件是指工程系统或超系统的某一组成对象，该对象可以是拥有静止质量的对象（如桌子、飞机等）或无静止质量的场（如引力场、机械场、化学场、热场、声场、电场、磁场等）。本工程问题中，选取包含各构造层次的屋面作为待研究的系统组件，与屋面可能存在相互作用的外部环境对象作为超系统组件。其中，多次使用的同一种材料不论其厚度是否相同，均视作同一种组件；同时，为使分析更具有通用性，忽略各构造层次的厚度参数，如图 2 所示。图 2保温屋面系统组件分析科技与创新Science and Technology&Innovation1742023 年 第 17 期2.2相互作用分析：分析各组件之间的相互作用相互作用分析输出的是一个相互作用矩阵，该矩阵将系统组件和超系统组件分别罗列于行和列且顺序完全相同。在矩阵每 2 个组件的行、列交点的单元格中判别 2 个组件是否有“接触”，如果有，则标记为“+”；如果没有，则标记为“”。不断重复操作，直至将整个矩阵表填满，对角线的单元格为空，表示物体不会与自身相互作用。需注意以下几点：相互作用是 2 个组件之间直接的相互作用，不能是隔了 1 个或多个组件“隔山打牛”似的传递作用；有的组件之间是通过“场”来相互作用的，不能忽略，如手放在装有热水的水杯附近，会感觉到热，是因为水杯和手之间通过热力场进行相互作用；相互作用矩阵在原理上应是对称矩阵，但为了增加分析的可靠性，暂时忽略对称性，先对每 2个组件进行逐一分析，最后再复核是否对称。对于本工程，共有 11 个组件，将生成 1 个 1111的相互作用矩阵，如表 1 所示，整个矩阵是对称阵。表 1保温屋面工程系统的相互作用分析组件 细 石砼 保 护层发泡聚氨酯保温层 无 纺布 隔 离层卷材防水层 水泥砂浆 找平层 泡 沫砼 找 坡层钢砼屋面结构层（a）室外空气（b）室内空气（c）机械场（d）化学场细石砼保护层+发泡聚氨酯保温层+无纺布隔离层+卷材防水层+水泥砂浆找平层+泡沫砼找坡层+钢砼屋面结构层+（a）室外空气+（b）室内空气+（c）机械场+（d）化学场+2.3功能建模：找出系统可能存在的缺陷功能是指一个组件改变或保持另外一个组件某个参数的行为，一般是有限的若干个“动词”或“谓词”，如支撑、分解、去除、反射、加热、冷却等共 30 个左右。定义 2 个组件之间的功能时需要遵循非负面、非陈述性、尽可能具体、因果关系等原则，采用“主+谓+宾”的描述方式，如描述一杯咖啡这个简单系统的杯子对咖啡的功能为“杯子支撑咖啡”。2 个组件之间存在功能的前提条件有 3 个：功能载体和对象都是组件（物质或场）、功能载体和对象之间存在相互作用和功能对象的参数由于相互作用发生了改变（或保持不变）。仅有相互作用不代表一定有功能，但是如果有功能，则一定有相互作用。功能建模通过描述工程系统和超系统组件的不同性质的功能，包括正常的功能、不足的功能、过量的功能、有害的功能 4 种，来剖析各组件之间存在的影响，呈现出潜在的解决问题的方法。在保温层空鼓翘曲问题中，“发泡聚氨酯保温层”与“细石砼保护层”“无纺布隔离层”“（c）机械场”“（d）化学场”存在直接相互作用，用 TRIZ功能语言描述分别是：“（a）室外空气”固化“细石砼保护层”，属于正常功能；“发泡聚氨酯保温层”支撑“细石砼保护层”，属于正常功能；“细石砼保护层”压缩“发泡聚氨酯保温层”，属于正常功能；“无纺布隔离层”支撑“发泡聚氨酯保温层”，属于不足功能；“（c）机械场”压缩“发泡聚氨酯保温层”，属于正常功能；“（d）化学场”拉伸“发泡聚氨酯保温层”，属于有害功能；“（d）化学场”拉伸“无纺布隔离层”，属于过量功能。功能模型图如图 3 所示。图 3屋面保温系统的功能模型图通过上述功能建模，可以发现 3 处主要的系统缺陷：“（d）化学场”破坏性地拉伸了“发泡聚氨酯保温层”，“（d）化学场”过度拉伸了“无纺布隔离层”，“无纺布隔离层”不能很好地支撑“发Science and Technology&Innovation科技与创新2023 年 第 17 期175泡聚氨酯保温层”。因此，要设法消除“发泡聚氨酯保温层”和“无纺布隔离层”之间的化学场。3采用矛盾矩阵表获取解决方案“矛盾矩阵表”是阿奇舒勒在进行大量专利分析的基础上，将构成技术矛盾的绝大部分参数归纳为 39个物理参数，该 39 个物理参数分别作为改善的参数和恶化的参数，形成一个行列=3939 的方阵，称之为“矛盾矩阵”5，该矩阵的每个单元格列举出能解决该对矛盾的 40 条发明原理中的若干个，如分割、局部质量、预先反作用等，作为概念方案，最后由工程师根据概念方案设计出工程上可以实施的技术方案。3.1分析技术系统和描述最终理想解（IFR）本工程问题中，因为无纺布隔离层偏软，现场发泡聚氨酯硬化后拉扯下部的无纺布隔离层，导致局部聚氨酯局部空鼓和卷曲。如果直接将聚氨酯喷涂在防水卷材上，又会收缩拉坏卷材。如果喷涂聚氨酯在刚性结构层上，则不会出现空鼓现象。此处出现了 1 处物理矛盾，隔离层（或是聚氨酯与基层之间）既要硬（防止空鼓）又要软（防止拉坏基层）。本工程问题最终理想解（IFR）为：设法使发泡聚氨酯硬化收缩后相对平整，不致拉坏下部隔离层和空鼓。3.2定义工程参数并查矛盾矩阵表获得解决方案通过初步判断，拟选用的工程参数及相应潜在的工程解决方案如表 2 所示。表 2矛盾矩阵表和工程技术方案发明原理恶化的参数改善的参数强度（隔离层变硬）强度（隔离层变软）潜在的工程解决方案（35）改变特征（物理或化学参数改变）将液-固态发泡聚氨酯改为纯固态聚氨酯板材（40）用复合材料替代用保温防水一体材料替代聚氨酯+卷材防水（3）局部质量采用“局部质量”原理，分片区将隔离层固定，等待聚氨酯收缩完成后再释放；或者制作混凝土顶盖，预留底面留空，喷涂完聚氨酯后覆盖压住（17）转变到新空间维度在单层隔离层上分片增设一层网格布并固定四边，喷涂的聚氨酯会张拉网格布而不会拉坏隔离层（9）预先反作用（预先采取行动来抵消、控制、防止）采用“预先反作用”原理，先支顶模板限制空鼓，侧喷施工，提早浇筑混凝土加压4结束语按照上文的分析，本工程最终采用的解决方案为：在无纺布隔离层上浇筑 40 mm 厚的素混凝土随打随抹，女儿墙根部和出屋面管井根部需用 20 mm 厚的低标号水泥砂浆上翻 200 mm，避免发泡聚氨酯直接与无纺布隔离层及防水卷材接触，素混凝土能够很好地保护其下方的无纺布隔离层，并且固结后能够承受发泡聚氨酯的收缩应力，不会产生变形，很好地解决了屋面发泡聚氨酯保温层硬化空鼓的问题。参考文献：1根里奇阿奇舒勒.创造是精确的科学M.魏相，徐明泽，译.广州：广东人民出版社，1987：5.2杨清亮.发明是这样诞生的：TRIZ 理论全接触M.北京：机械工业出版社，2006：7.3根里奇 阿奇舒勒.寻找创意 TRIZ 入门M.陈素勤，张娜，李介玉，译.北京：科学出版社，2013：63.4孙永伟，谢尔盖伊克万科.TRIZ：打开创新之门的金钥匙M.北京：科学出版社，2019：31.5谢尔盖伊克万科.TRIZ 的艺术：发明问题解决理论（国际 TRIZ 协会认证指南）M.林岳，黄艳，钟莹，等译.秦皇岛：燕山大学出版社，2020：83.作者简介：易嘉（1979），男，广东湛江人，硕士研究生，建筑工程师，研究方向为绿色建筑技术、BIM技术及创新方法论在工程实践中的应用。（编辑：丁琳）