隧道工程 “智造”贯山河 专利筑基石

　　隧道施工安全技术全球专利申请情况（件） 　　3月5日的全国两会“代表通道”上，来自徐工集团工程机械股份有限公司的全国人大代表单增海介绍，科技创新就是要摒弃幻想，走出一条自己的自强道路，大国重器就要勇于担当，顶天立地！近年来，一批批闪亮的大国重器，正加速实现由“中国制造”到“中国智造”的跨越。 　　工程机械的发展水平从某种程度上衡量了一个国家装备制造业的整体发展水平，其核心竞争力就是关键技术创新。然而，隧道施工安全领域哪些是重点核心技术，不同创新主体怎样实现优势互补并促进成果转移转化，以及依附于工程建设的技术创新在“走出去”过程中如何高质量进行专利布局，这些都是相关产业备受关注的问题。 　　中国专利领跑全球布局 　　隧道施工的主要问题基本都是地质问题，主要包括来自水、岩、热、气的地质灾害。要解决上述地质灾害问题，需要上游理论研究、中游勘察设计和下游施工建设等三方合力。复杂地质灾害主要涉及岩爆、大变形、高地热、冻土、瓦斯和涌水突泥等六大技术分支领域。 　　全球专利申请趋势分为萌芽期、发展期和爆发期。进入2000年以来，发达国家基础设施建设已基本成熟，受全球政治经济影响，创新发展非常缓慢，而中国在相关领域异军突起，在继承经典技术基础上不断实现自主创新，开始引领发展方向。 　　通过专利检索后发现，上述六大技术分支在2000年之前的申请趋势表现各异；2000年之后，相关领域的专利申请量的增长主要来自中国，这与我国不断加强相关领域的自主创新和注重专利布局是分不开的。 　　从技术细分领域看，课题组选取六种主要的复杂地质灾害类型，分别进行技术分解，其中，预测预报类技术约占相关领域专利申请总量的1/3，防控措施技术占2/3。预测预报技术中，现场预报和机理研究约占71%，超前预报技术不到30%。 　　进一步分析可知，隧道施工领域全球专利申请量排名前30的申请人，主要来自于中国（21位）和日本（9位），并且创新主体集中于高校、科研院所和大型国有企业。中国相关专利申请呈现方法发明多、授权率较高、主体集中于施工企业、科研院所（含高校）和勘察设计单位。可见，我国相关领域的专利申请主体呈现多元化。 　　核心技术筑牢安全屏障 　　超前地质预报技术是指利用钻探和物探等技术，探测隧道、隧洞等地下工程的岩土体开挖面前方的地质情况。2000年之前，超前地质预报技术的核心技术由西方国家掌握。之后，中国自主研发崛起，拉动进入快速发展阶段，引领专利申请量增势。其中物探法占专利申请总量的72%，其次为超前钻探技术，占比14%。 　　进一步分析可知，中国相关专利申请从2006年始至今一直处于技术发展期，其中物探法占专利申请总量的75%。中国基于物探法的超前地质预报技术的技术路线，其中基于地震波法的创新最为密集。目前市场上使用较多的检测仪器仪表商品或带检测仪表的设备，基于不同流派的国内外商业化检测仪器仪表众多，各有优缺点。 　　大变形是指围岩在环境、地应力、工程因素等作用下产生的显著塑性形变。隧道开挖后可能会存在围岩变形、洞壁位移的问题，这是相关研发机构争相研发和布局的重点领域。 　　从相关专利申请总量看，中日两国较为接近，但申请人类型和申请质量指标方面存在一定区别。近10年来，中国重要申请人在防控技术和预测技术两方面均有专利布局，总体上防控研究更多。防控技术领域的专利申请主体以企业为主，预测技术的专利申请主体以高校/科研院所为主。重要申请人在大变形领域具有较为密切的合作关系。 　　大变形防控措施技术主要分为支护技术和施工工艺两大类。其中，支护技术主要包括支护材料、支护结构。在技术实践中，支护技术与施工工艺紧密联系。 　　岩爆是高海拔、硬岩区隧道施工中，临空岩体发生爆炸一样的脆性断裂。岩爆全球专利申请趋势，其中上世纪八、九十年代和2014年以后出现两次高峰。近15年，中国修建了大量的超长、超深、高海拔隧道，开始对岩爆进行系统研究，成为目前全球研究岩爆最多的国家。 　　岩爆防控技术包括施工工法、应力释放和支护三大类，专利总量为583件；其中，支护技术占专利总量的68%。国内理论研究单位、勘察设计单位、施工建设单位均参与到这项世界级难题中。从专利申请数量看，中国科学院武汉岩土力学研究所的专利申请数量最多。 　　超前地质预报技术领域，专利制度对前端勘测技术保护多，后端数据处理保护少，产业化有较大空间。大变形技术领域，中日角逐中中国逐渐占据主动，产学研有较密切合作。岩爆技术领域，中国拥有绝对话语权，但专利数量与重大工程难关攻克数不匹配，产学研合作需加强。 笔者建议，伴随中国基建技术“走出去”国家战略，我国应充分发挥技术领跑者的优势，研究采取适合于隧道施工安全领域的核心技术海外知识产权保护策略。复杂地质条件下隧道施工安全领域需要上游理论、中游勘探设计、下游施工密切配合，政策层面可进一步完善产学研合作和成果转化机制。进一步完善以川藏铁路为代表的国家重大项目建设工程的知识产权成果输出机制。（国家知识产权局专利分析普及推广项目复杂地质条件下隧道施工安全技术课题组）