基于U—TRIZ的城市應(yīng)急供水設(shè)施設(shè)計研究

劉燕 張楠

【摘要】：目的 對城市應(yīng)急供水設(shè)施存在的問題進(jìn)行分析，方法 結(jié)合受災(zāi)群體的需求分析，并通過U-TRIZ理論的功能分析和矛盾分析，將城市公共空間設(shè)施與應(yīng)急供水設(shè)施進(jìn)行資源分析與功能匹配。結(jié)果 提出“平震結(jié)合”下的應(yīng)急供水設(shè)施的設(shè)計方法。結(jié)論 為應(yīng)急供水設(shè)施設(shè)計提供新的思路和方法。

【關(guān)鍵詞】關(guān)鍵詞：U-TRIZ；應(yīng)急供水設(shè)施；平震結(jié)合；需求分析

1.研究概述

1.1 研究背景

水是人的生命之源，在發(fā)生地震災(zāi)害時水的重要性尤為突出，應(yīng)該放在應(yīng)急保障的極重要位置[1]。日本注重與生活實際相結(jié)合，有多震區(qū)三件寶：水井、水車、貯水槽。神戶市提出水道耐震化建設(shè)計劃來保障災(zāi)后恢復(fù)時期的生活用水。而歐美國家主要集中在技術(shù)領(lǐng)域，如高效水凈化技術(shù)、反滲透式凈水技術(shù)與裝置、飲水包裝系統(tǒng)、儲水和運水技術(shù)等方面。

相較于日美等國家，我國對地震應(yīng)急供水設(shè)施的設(shè)計研究還不夠完善，部分設(shè)施功能單一，不能做到平震結(jié)合，浪費了資源。雖然我國借鑒國外的應(yīng)急經(jīng)驗，制定出了符合自己國情的應(yīng)急避難場所建設(shè)規(guī)范以及條例。但所設(shè)計的應(yīng)急供水設(shè)施在地震應(yīng)急避難中發(fā)揮不出關(guān)鍵性的作用。

1.2 相關(guān)概念

1.2.1 城市公共空間

城市公共空間的概念是寬泛的，通常是指存在于建筑實體之間的空間環(huán)境和城市自然環(huán)境，是承載城市居民公共活動的開放場所[2]。分為公園、廣場、操場、河道、停車場、體育場、城市綠地等幾個公共體系，這些公共體系是伴隨著城市文明發(fā)展而來的。同時，城市公共空間在城市生活中一直起著至關(guān)的場所作用。它不但需要承載社會生活的各種基本功能，同時還因自然災(zāi)害對城市的威脅而承載著作為應(yīng)急避難場所的特殊功能要求。

1.2.2應(yīng)急供水

應(yīng)急供水是指在發(fā)生地震、水旱災(zāi)害、火災(zāi)、沙塵暴等自然災(zāi)害以及突發(fā)性水污染、管道故障、人為故意破壞等重大突發(fā)事故時，原有的飲用水水源遭受破壞，造成一段時間內(nèi)無法正常供水而帶來災(zāi)害性后果時需要進(jìn)行的供水工作[3]。

1.2.2U-TRIZ與SAFC模型

U-TRIZ即“Unified TRIZ”，是一種以功能為導(dǎo)向、以屬性為核心的TRIZ理論體系[4]。在U-TRIZ中，功能是首要的基本概念，屬性是通向功能之橋，功能與物質(zhì)的屬性直接相關(guān)，調(diào)節(jié)屬性可以改善或重構(gòu)產(chǎn)品的功能。兩個物質(zhì)的屬性可以形成一個效應(yīng)，施加在作用對象上構(gòu)成一個功能。

SAFC模型是基于物場模型，同時融入屬性分析、功能分析和因果分析的一種復(fù)合分析模型，是由U-TRIZ獨創(chuàng)的一個統(tǒng)一分析問題、解決問題的綜合工具。

2.災(zāi)害發(fā)生后受災(zāi)群體的心理及需求層次的變化分析

《日本阪神大地震研究》[5]中記載了受災(zāi)群體在災(zāi)害發(fā)生后，其生理、心理及需求隨著時間的流逝而發(fā)生的變化：在地震發(fā)生當(dāng)天，避難所內(nèi)外的災(zāi)民首先擔(dān)心的是余震，其次是睡覺的地方、家人的安危、朋友的安危，而避難所以外的災(zāi)民；第2～3天避難所內(nèi)外的災(zāi)民仍然擔(dān)心余震，除了睡覺和朋友，對自家住宅的情況和水的需求也擔(dān)起了心；第4～6天，避難所內(nèi)外的災(zāi)民的擔(dān)心多了生活供給的恢復(fù)；第7～10天，避難所內(nèi)外的災(zāi)民除了之前擔(dān)心的，又多了對臨時住宅和未來事的擔(dān)心，此時對余震的擔(dān)心正慢慢減淡，而隨后的日子里，災(zāi)民更注重生活方面的事情，對余震的擔(dān)心逐漸放緩。

由此可見，“余震”“家人的安?！薄八X的地方”“水”等因素是受災(zāi)群體比較重要的需求。災(zāi)害發(fā)生后由于生存條件的惡化，人的需求結(jié)構(gòu)向低層次發(fā)展，人的需求會降到最基本、以維護(hù)生存的需求。盡管在一個時間段里會同時存在多種需求內(nèi)容，人的需求還是由物質(zhì)向精神發(fā)展的。

3基于 U-TRIZ 的城市應(yīng)急避難設(shè)施設(shè)計方法

3.1 城市公共空間與應(yīng)急避難設(shè)施的資源分析

城市應(yīng)急供水設(shè)施設(shè)計可用的資源有物質(zhì)資源、功能資源、空間資源、時間資源。以室外公共空間的資源為例，進(jìn)行功能分析，如表3：

表2 室外公共空間應(yīng)急避難設(shè)施的資源分析

設(shè)施名稱 日常功能 震時功能

水景設(shè)施（噴泉） 美化環(huán)境 儲存水源

噴灑設(shè)施 增加濕度、灌溉 隔離火源

水井 儲存水源 儲存水源

由上表可見，室外公共空間中部分設(shè)施是具有平震結(jié)合功能的，這里以噴泉、噴灑為例，進(jìn)行城市公共空間與應(yīng)急供水設(shè)施資源的分析與匹配，見圖1：

圖1 資源分析與功能匹配

3.2 基于U-TRIZ的城市應(yīng)急避難設(shè)施SAFC模型分析

這里以公共空間的噴泉、噴灑與應(yīng)急供水設(shè)施為例，通過資源分析與匹配，得出噴泉、噴灑與抗震供水槽、手壓式水處理設(shè)備具有一定的匹配關(guān)系。根據(jù)此分析映射可以講相應(yīng)的設(shè)施進(jìn)行功能匹配與整合，在此過程中會遇到技術(shù)矛盾和物理矛盾。將校園人員最為密集的教室中使用率較高的座椅作為系統(tǒng)設(shè)計研究對象，使座椅滿足平震結(jié)合的功能。

通過SAFC模型來進(jìn)行系統(tǒng)矛盾分析。確認(rèn)公共空間的設(shè)施與應(yīng)急供水設(shè)施存在“平災(zāi)環(huán)境的通用性”和“結(jié)構(gòu)復(fù)雜多變性”的技術(shù)矛盾，通過查找TRIZ矛盾矩陣39×39個通用工程參數(shù)得出，應(yīng)急供水設(shè)施設(shè)計的過程中希望改善的參數(shù)是“適應(yīng)性及多用性”，惡化的參數(shù)是“可操作性”，分別為矛盾矩陣的第35個和第33個參數(shù)，并得到4個發(fā)明原理，即“15動態(tài)特性原理”、“34拋棄或再生原理”、“01分割原理”和“16未達(dá)到或過度的作用原理”[6]。

物理矛盾是“既要是公共空間日常設(shè)施又要是應(yīng)急供水設(shè)施”，即既要滿足日常功能需求又要滿足震時的功能需求。TRIZ 理論中用于解決物理矛盾的分離原理被分為了四個類型：空間分離、時間分離、條件分離和整體與局部分離，本文采用空間和時間分離來解決該問題。最終本文采用TRIZ理論中的 “01分割原理”，把一個物體分成相互獨立的部分。

根據(jù)上述的分析，提出了基于平震結(jié)合的應(yīng)急避難設(shè)施，即應(yīng)急供水設(shè)施的設(shè)計思路：將噴泉內(nèi)部設(shè)立多個獨立的空間，為了結(jié)合收集水、凈化水的功能，將相關(guān)應(yīng)急水處理設(shè)施安置于獨立空間內(nèi)。這樣在日常環(huán)境中作為觀賞設(shè)施，一旦發(fā)生災(zāi)害事件，將立即轉(zhuǎn)型為應(yīng)急供水設(shè)施。

4結(jié)論

城市應(yīng)急供水設(shè)施的建設(shè)仍不夠成熟健全，無法滿足日益發(fā)展的現(xiàn)在社會。本文運用U-TRIZ理論，通過對受災(zāi)群體的需求分析等明確了城市應(yīng)急供水設(shè)施的功能需求。在平震結(jié)合理念下，城市應(yīng)急供水設(shè)施的設(shè)計有利于節(jié)約有限的空間資源，在短時間內(nèi)提高救援效率，這是具有很強(qiáng)的現(xiàn)實意義以及社會價值的。本文從理論研究和設(shè)計實踐兩個方面對城市應(yīng)急供水設(shè)施設(shè)計進(jìn)行研究 ， 來為城市應(yīng)急供水設(shè)施設(shè)計的構(gòu)建提供參考 ，真正為地震救援提供實際的幫助。為城市應(yīng)急避難設(shè)施的設(shè)計提供科學(xué)的研究方法，針對此類設(shè)計時給出新的視角和方法。

【參考文獻(xiàn)】：

[1]康增云等.地震災(zāi)害后農(nóng)村飲水問題及應(yīng)對措施[J].四川大學(xué)學(xué)報（工程科學(xué)版）.2009，41（5）：115-119.

[2]林西，黃也等.避險讓我們?nèi)ァ肮珗@”[J].中老年保健，2005（06）：18-21.

[3]周志華，包華國等.也談城市飲用水應(yīng)急供水方式與處理措施[J].農(nóng)業(yè)與技術(shù)，2013（1）：198-198.

[4] 趙敏 . 張武城 . 王冠殊編著 . TRIZ 進(jìn)階及實戰(zhàn)——大道至簡的發(fā)明方法 [M]. 北京 ： 機(jī)械工業(yè)出版社 ，2015.10：284

[5] 神戶大學(xué)編，宋金文等監(jiān)譯.日本阪神大地震研究[M].北京：北京日本學(xué)研究中心，2009：317.

[6] 孫永偉，[美]謝爾蓋·伊克萬科.TRIZ打開創(chuàng)新之門的金鑰匙[M].北京：科學(xué)出版社，2015.

作者簡介：劉燕（1992.5～），女，河北唐山，西安建筑科技大學(xué)，2015級碩士，研究方向：產(chǎn)品設(shè)計，應(yīng)急避難