玻璃幕墻結(jié)構(gòu)專利技術(shù)分析

李 娜 　 武 敏*　 王 麗 　 楊雅平　傅彥青

(1.國家知識產(chǎn)權(quán)局專利審查協(xié)作北京中心，北京　100191；　2.中冶集團建筑研究總院有限公司，北京　100088)

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玻璃幕墻結(jié)構(gòu)專利技術(shù)分析

李 娜1武 敏1*王 麗1楊雅平1傅彥青2

(1.國家知識產(chǎn)權(quán)局專利審查協(xié)作北京中心，北京100191；2.中冶集團建筑研究總院有限公司，北京100088)

統(tǒng)計分析了玻璃幕墻結(jié)構(gòu)的專利和專利申請數(shù)據(jù)，將專利申請具體劃分為數(shù)個主要技術(shù)分支，并探討了各技術(shù)分支子領(lǐng)域的國內(nèi)外基本專利的保護狀況、技術(shù)發(fā)展趨勢及專利布局特點，為科研機構(gòu)、玻璃幕墻企業(yè)開展技術(shù)創(chuàng)新提供技術(shù)參考和專利權(quán)屬信息。

玻璃幕墻，圍護結(jié)構(gòu)，專利

1　概述

玻璃具有透光、高強、輕質(zhì)、耐久等特點，幾乎不受大氣的腐蝕，無需任何的防腐措施。而其他建筑材料并不同時具有這樣的特點，同時玻璃幕墻可以滿足建筑采光和建筑藝術(shù)的要求，諸多優(yōu)點決定了玻璃幕墻在高層建筑外圍結(jié)構(gòu)中的廣泛應用[1]。

玻璃幕墻屬于建筑外圍圍護結(jié)構(gòu)。按照支承結(jié)構(gòu)的不同形式，可以將玻璃幕墻分為三大類：框架式玻璃幕墻、點支式玻璃幕墻和全玻式玻璃幕墻。

作者根據(jù)支承結(jié)構(gòu)形式的不同，對涉及玻璃幕墻結(jié)構(gòu)的相關(guān)專利進行分析，為相關(guān)科研院所、企業(yè)機構(gòu)對玻璃幕墻的研究改進提供參考。

2　國內(nèi)外專利申請相關(guān)情況分析

玻璃幕墻在國際專利分類表中相關(guān)的分類號有E04B2/88，E04B2/90，E04B2/92，E04B2/94，E04B2/96，統(tǒng)計中采用的相關(guān)中英文關(guān)鍵詞有：玻璃，幕墻，連接，框，支承，支撐，點支，點式，點連接，駁接，爪，全玻；glass,curtain,join,connect,frame,rib,spider,claw,cable,steel。主要采用了CPRSABS數(shù)據(jù)庫和DWPI數(shù)據(jù)庫對2013年4月1日以前公開的相關(guān)文獻進行了檢索。通過對不相關(guān)文獻的篩除，最終得出與本文中玻璃幕墻結(jié)構(gòu)相關(guān)的專利申請的數(shù)據(jù)量，見表1。

表1　不同技術(shù)主題在各數(shù)據(jù)庫中檢索得到的數(shù)據(jù)量

2.1國外相關(guān)專利申請狀況分析

1)相關(guān)專利申請的年度分布以及國家地區(qū)分布。

建筑幕墻在1980年以來推廣應用范圍日益拓寬，技術(shù)含量不斷增加，新技術(shù)的應用日漸增多，專利申請量總體呈不斷增長的趨勢，特別是在1995年出現(xiàn)了第一次的小高峰，并于2011年達到了申請量的最高峰。專利申請量的這一變化也體現(xiàn)了幕墻技術(shù)以工程應用為基礎(chǔ)，在實際應用中不斷探求新的結(jié)構(gòu)和技術(shù)，在早期的應用和研究的基礎(chǔ)上出現(xiàn)了1995年左右的小高峰，并通過后續(xù)十多年的應用及技術(shù)的改進，出現(xiàn)了2011年申請量的最高峰。

對于國家分布情況，主要是日本、德國和韓國的申請量較大，分別為135件、105件和77件，其他國家的申請量均較少。這說明國外玻璃幕墻結(jié)構(gòu)技術(shù)主要集中在日本、德國和韓國。

對于申請人方面，企業(yè)占總申請量的74%，個人占25%，科研院校在這方面的申請量很少，僅占總申請量的0.1%左右。這也表明玻璃幕墻這一應用性較強的技術(shù)，對其相關(guān)技術(shù)的研究主要在企業(yè)中，技術(shù)的發(fā)展也依托于建筑幕墻日益拓寬的應用范圍。

2)主要技術(shù)領(lǐng)域的專利申請狀況。

表2　各類型專利申請量(一)

玻璃幕墻結(jié)構(gòu)申請量/件框架式玻璃幕墻304點支式玻璃幕墻47全玻式玻璃幕墻54

從圖1與表2可以看出在玻璃幕墻結(jié)構(gòu)相關(guān)專利申請中，框架式玻璃幕墻、點支式玻璃幕墻、全玻式玻璃幕墻所占的比例分別為75%，12%和13%。這一組數(shù)據(jù)中可以看出，目前使用相對廣泛的框架式玻璃幕墻是主要的研發(fā)方面，而點支式玻璃幕墻和全玻式玻璃幕墻相對而言技術(shù)含量較高、研發(fā)投入較大、市場占有率不高，因此受申請人關(guān)注較少。下面分別對各玻璃幕墻結(jié)構(gòu)技術(shù)進行詳細介紹。

a.框架式玻璃幕墻的專利申請狀況?？蚣苁讲Ａ粔κ遣Ａ粔Y(jié)構(gòu)中最為常見的形式，包括橫梁和立柱構(gòu)成的框架支承，以及周邊支承的面板?？蚣苁讲Ａ粔Φ膶＠暾埩吭鲩L趨勢明顯，在2011年達到巔峰。

對于框架式玻璃幕墻，典型的如德國的ESCO METALLBAUBESCHLAG-HANDEL公司在2007年4月18日申請、公開號為DE102007018305的專利申請，其中提供了一種框架式玻璃幕墻結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)通過基座型材以及密封原件將玻璃板材固定于由木材或金屬材料制成的框架型材上。并在玻璃面板方面進行了改進，采用了層狀絕緣玻璃，有效減少了幕墻結(jié)構(gòu)的熱傳遞。

b.點支式玻璃幕墻的專利申請狀況。點支式玻璃幕墻是由玻璃面板、點支撐裝置和支撐結(jié)構(gòu)構(gòu)成的玻璃幕墻。

點支式玻璃幕墻的專利申請量總體不大，且每年的申請量基本保持平穩(wěn)，在1995年達到巔峰，其原因在于此時為點支式玻璃幕墻技術(shù)最為興盛之時，例如1996年建成的著名的德國萊比錫展覽中心是世界上最大的用點支式玻璃作為圍護結(jié)構(gòu)的建筑物；日本也是在20世紀90年代以后對點支式連接法進行了廣泛的應用和研究。但由于該技術(shù)過于關(guān)注幕墻結(jié)構(gòu)自身的改進，對幕墻的功能性和與環(huán)境的協(xié)調(diào)性的要求有所欠缺，因此近年來受申請人關(guān)注呈減少趨勢，申請量有所下降。

典型的有韓國GLASSTOP公司在2011年7月7日申請、公開號為KR1065186B的專利，其中保護了一種用于樓宇外墻的點支式玻璃系統(tǒng)，該系統(tǒng)的玻璃幕墻以固定的間隔分開，相互具有一定的空隙，并通過支撐構(gòu)架相連接。固定架包括與大樓結(jié)構(gòu)件相連接的固定單元，固定單元四周散射狀分布有支撐件，且支撐件設(shè)置于支撐構(gòu)架之后，支撐結(jié)構(gòu)具有連接固定單元和支撐件的支腿，以及穿過間隙將支撐構(gòu)架固定于支撐件的緊固件。該系統(tǒng)有效避免了在玻璃面板上開設(shè)支承孔。

c.全玻式玻璃幕墻的專利申請狀況。與點支式玻璃幕墻的情況非常類似，全玻式玻璃幕墻的專利申請量總體也不大，最早的申請出現(xiàn)于1975年，直到20世紀80年代后期開始申請量才逐漸開始增加，在2010年達到巔峰，這也表明全玻式玻璃幕墻作為點支式玻璃幕墻在結(jié)構(gòu)上進一步發(fā)展的下一個新階段，其發(fā)展本身也經(jīng)歷了一段比較長的過程。

該方面典型的專利申請，有德國FRANKISCHE公司在1988年1月22日申請、公開號為DE3801826A1的專利申請，其中提供了一種全玻式玻璃系統(tǒng)，該系統(tǒng)的每一塊玻璃幕墻通過與基部結(jié)構(gòu)連接的懸臂角栓支撐，懸臂角栓的懸空段呈鋸齒狀，角栓的鋸齒段與塑料套管配合，并插入兩面光滑的玻璃板的肋部凹口中，然后在凹口中填入以鉚定塑料套管，最后注入密封劑固定。

2.2國內(nèi)相關(guān)專利申請狀況分析

1)申請量年度分布以及地區(qū)分布。

通過圖2中的數(shù)據(jù)可以看出，國內(nèi)玻璃幕墻結(jié)構(gòu)的申請量總體趨勢是逐漸增加的，但是起步較晚。2011年申請量達到高峰，峰值為206件，2012年稍有回落，但也保持在179件。此外需要說明的是，由于專利文獻從最初提出申請到公開有一段時間，對于圖2中2012年和2013年數(shù)據(jù)的下滑有部分原因是由于圖表中統(tǒng)計數(shù)據(jù)不完整，因為專利的申請到公開需要一段時間，因而這部分數(shù)據(jù)并不能完全反映這兩年的實際申請情況。

通過圖3中的數(shù)據(jù)可以看出，申請量最大的地區(qū)是遼寧和廣東，其次是江蘇、上海、北京、浙江。這反映出上述省市在玻璃幕墻結(jié)構(gòu)領(lǐng)域的技術(shù)研發(fā)實力位于全國前列，比如遼寧、廣東、江浙一帶從事玻璃幕墻結(jié)構(gòu)行業(yè)的相關(guān)企業(yè)較多，比較重視玻璃幕墻結(jié)構(gòu)的技術(shù)研究與產(chǎn)業(yè)推廣；而北京、上海等地區(qū)則依托科技優(yōu)勢，廣泛開展玻璃幕墻結(jié)構(gòu)領(lǐng)域的科研工作。

在國內(nèi)申請人中，企業(yè)申請人占有大部分比例，經(jīng)統(tǒng)計，我國由企業(yè)進行玻璃幕墻結(jié)構(gòu)專利申請的申請量為612件，約占總數(shù)的79%；個人申請量為155件，約占20%；大學/科研機構(gòu)為6件，僅占總數(shù)的1%。企業(yè)申請較為踴躍這說明我國在玻璃幕墻結(jié)構(gòu)領(lǐng)域的技術(shù)相對比較成熟，具備一定的市場需求，但是深度的技術(shù)研究投入還比較少。

2)主要技術(shù)領(lǐng)域?qū)＠暾垹顩r。

表3　各類型專利申請量(二)

玻璃幕墻結(jié)構(gòu)申請量/件框架式玻璃幕墻414點支式玻璃幕墻319全玻式玻璃幕墻40

通過圖4與表3可見，涉及玻璃幕墻結(jié)構(gòu)的相關(guān)專利申請中，框架式玻璃幕墻、點支式玻璃幕墻、全玻式玻璃幕墻所占的比例分別為54%，41%和5%。可以看出，研發(fā)主要還是圍繞框架式玻璃幕墻和點支式玻璃幕墻，而全玻式玻璃幕墻相對而言技術(shù)含量較高、研發(fā)的投入較大、市場占有率不高，因此在國內(nèi)技術(shù)發(fā)展相對滯后，受國內(nèi)申請人關(guān)注較少。

框架式玻璃幕墻在國內(nèi)的申請總量為414件，其中最早為1990年沈陽強風天窗幕墻有限公司提出的申請?zhí)枮?0105124.1的發(fā)明專利申請，其對支承結(jié)構(gòu)的用材進行了改進，采用搪瓷的低碳鋼或者合金鋼桿件，大大降低了建筑成本，同時具有較好的絕緣和防腐蝕性。通過圖5可以看出，經(jīng)歷了很長的一段時間的發(fā)展，到2010年申請量才開始出現(xiàn)較大的增長。

點支式玻璃幕墻在國內(nèi)的申請總量為319件，從2011年之后，申請量材料開始增長，這說明國內(nèi)申請人對于點支式玻璃幕墻技術(shù)的重視起步較晚，近年來由于申請人意識到點支式玻璃幕

墻技術(shù)相對于框架式玻璃幕墻的優(yōu)越性以及其具有較好的市場前景，申請量才有了顯著的提升(見圖6)。

全玻式玻璃幕墻目前在國內(nèi)的申請量還比較少，僅40件，且主要集中在2011年以后，全玻式玻璃幕墻技術(shù)由于其技術(shù)較為先進，科技含量高，研發(fā)投入需求較高，因此在國內(nèi)發(fā)展較為滯后，但近年來由于受到申請人的關(guān)注，申請量有所提升。

3　結(jié)語

通過上述對國內(nèi)外玻璃幕墻技術(shù)領(lǐng)域?qū)＠暾埇F(xiàn)狀分析，作出如下幾點總結(jié)，供相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)人員參考：1)對于應用比較廣泛的框架式玻璃幕墻，國內(nèi)外在該方面的專利申請量均較多，即表明其技術(shù)也相對成熟，在該分支領(lǐng)域進行的簡單結(jié)構(gòu)改進很難滿足專利對于創(chuàng)新性的要求，導致授權(quán)率不高。2)對于點支式玻璃幕墻和全玻式玻璃幕墻結(jié)構(gòu)，正處于快速發(fā)展的階段。由于其更能夠滿足建筑功能和建筑藝術(shù)的多樣化要求，對于其結(jié)構(gòu)體系進行創(chuàng)新性研究，更好地適應高層建筑需求，并結(jié)合企業(yè)的實際特點，利用專利戰(zhàn)略搶占市場優(yōu)勢。3)與建筑節(jié)能領(lǐng)域相結(jié)合。隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，對于建筑節(jié)能也不斷提出新的要求，發(fā)展綠色建筑將成為建筑業(yè)未來發(fā)展的新主題，因而將玻璃幕墻結(jié)構(gòu)與節(jié)能調(diào)節(jié)相結(jié)合方面作為新的研究方向，在現(xiàn)有技術(shù)水平的基礎(chǔ)上，尋找新的突破口，形成新的技術(shù)和體系。

注：通訊作者武敏對本文的貢獻等同于第一作者。

[1]趙西安.高層建筑幕墻的新結(jié)構(gòu)和新系統(tǒng)[A].中國國際門窗幕墻高級研討會[C].2012.

[2]玻璃幕墻結(jié)構(gòu)[M].濟南：山東科學技術(shù)出版社，2006.

[3]楊嗣信.玻璃幕墻設(shè)計與施工[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2005.

Patented technology analysis of glass curtain wall structure

Li Na1Wu Min1*Wang Li1Yang Yaping1Fu Yanqing2

(1.PatentExaminationCooperationCenterofthePatentOffice,SIPO,Beijing100191,China;2.CentralResearchInstituteofBuildingandConstructionCo.,Ltd,Beijing100088,China)

Glass curtain wall structure patents and applications data are analyzed. The patents and applications are divided into several major branches of technology. The basic patent protection, technology trends, and patent layout features of each sub-area branches of technology are analyzed, at home and abroad. Providing the relevant information of patented technology for the glass curtain wall manufacturing industries and scientific institutions.

glass curtain wall, enclosing structure, patent

1009-6825(2016)19-0233-03

2016-04-20

李娜(1984- )，女，碩士，助理研究員

武敏

TU382

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