基于U—TRIZ的城市应急供水设施设计研究

刘燕 张楠

【摘要】：目的 对城市应急供水设施存在的问题进行分析，方法 结合受灾群体的需求分析，并通过U-TRIZ理论的功能分析和矛盾分析，将城市公共空间设施与应急供水设施进行资源分析与功能匹配。结果 提出“平震结合”下的应急供水设施的设计方法。结论 为应急供水设施设计提供新的思路和方法。

【关键词】关键词：U-TRIZ；应急供水设施；平震结合；需求分析

1.研究概述

1.1 研究背景

水是人的生命之源，在发生地震灾害时水的重要性尤为突出，应该放在应急保障的极重要位置[1]。日本注重与生活实际相结合，有多震区三件宝：水井、水车、贮水槽。神户市提出水道耐震化建设计划来保障灾后恢复时期的生活用水。而欧美国家主要集中在技术领域，如高效水净化技术、反渗透式净水技术与装置、饮水包装系统、储水和运水技术等方面。

相较于日美等国家，我国对地震应急供水设施的设计研究还不够完善，部分设施功能单一，不能做到平震结合，浪费了资源。虽然我国借鉴国外的应急经验，制定出了符合自己国情的应急避难场所建设规范以及条例。但所设计的应急供水设施在地震应急避难中发挥不出关键性的作用。

1.2 相关概念

1.2.1 城市公共空间

城市公共空间的概念是宽泛的，通常是指存在于建筑实体之间的空间环境和城市自然环境，是承载城市居民公共活动的开放场所[2]。分为公园、广场、操场、河道、停车场、体育场、城市绿地等几个公共体系，这些公共体系是伴随着城市文明发展而來的。同时，城市公共空间在城市生活中一直起着至关的场所作用。它不但需要承载社会生活的各种基本功能，同时还因自然灾害对城市的威胁而承载着作为应急避难场所的特殊功能要求。

1.2.2应急供水

应急供水是指在发生地震、水旱灾害、火灾、沙尘暴等自然灾害以及突发性水污染、管道故障、人为故意破坏等重大突发事故时，原有的饮用水水源遭受破坏，造成一段时间内无法正常供水而带来灾害性后果时需要进行的供水工作[3]。

1.2.2U-TRIZ与SAFC模型

U-TRIZ即“Unified TRIZ”，是一种以功能为导向、以属性为核心的TRIZ理论体系[4]。在U-TRIZ中，功能是首要的基本概念，属性是通向功能之桥，功能与物质的属性直接相关，调节属性可以改善或重构产品的功能。两个物质的属性可以形成一个效应，施加在作用对象上构成一个功能。

SAFC模型是基于物场模型，同时融入属性分析、功能分析和因果分析的一种复合分析模型，是由U-TRIZ独创的一个统一分析问题、解决问题的综合工具。

2.灾害发生后受灾群体的心理及需求层次的变化分析

《日本阪神大地震研究》[5]中记载了受灾群体在灾害发生后，其生理、心理及需求随着时间的流逝而发生的变化：在地震发生当天，避难所内外的灾民首先担心的是余震，其次是睡觉的地方、家人的安危、朋友的安危，而避难所以外的灾民；第2～3天避难所内外的灾民仍然担心余震，除了睡觉和朋友，对自家住宅的情况和水的需求也担起了心；第4～6天，避难所内外的灾民的担心多了生活供给的恢复；第7～10天，避难所内外的灾民除了之前担心的，又多了对临时住宅和未来事的担心，此时对余震的担心正慢慢减淡，而随后的日子里，灾民更注重生活方面的事情，对余震的担心逐渐放缓。

由此可见，“余震”“家人的安危”“睡觉的地方”“水”等因素是受灾群体比较重要的需求。灾害发生后由于生存条件的恶化，人的需求结构向低层次发展，人的需求会降到最基本、以维护生存的需求。尽管在一个时间段里会同时存在多种需求内容，人的需求还是由物质向精神发展的。

3基于 U-TRIZ 的城市应急避难设施设计方法

3.1 城市公共空间与应急避难设施的资源分析

城市应急供水设施设计可用的资源有物质资源、功能资源、空间资源、时间资源。以室外公共空间的资源为例，进行功能分析，如表3：

表2 室外公共空间应急避难设施的资源分析

设施名称 日常功能 震时功能

水景设施（喷泉） 美化环境 储存水源

喷洒设施 增加湿度、灌溉 隔离火源

水井 储存水源 储存水源

由上表可见，室外公共空间中部分设施是具有平震结合功能的，这里以喷泉、喷洒为例，进行城市公共空间与应急供水设施资源的分析与匹配，见图1：

图1 资源分析与功能匹配

3.2 基于U-TRIZ的城市应急避难设施SAFC模型分析

这里以公共空间的喷泉、喷洒与应急供水设施为例，通过资源分析与匹配，得出喷泉、喷洒与抗震供水槽、手压式水处理设备具有一定的匹配关系。根据此分析映射可以讲相应的设施进行功能匹配与整合，在此过程中会遇到技术矛盾和物理矛盾。将校园人员最为密集的教室中使用率较高的座椅作为系统设计研究对象，使座椅满足平震结合的功能。

通过SAFC模型来进行系统矛盾分析。确认公共空间的设施与应急供水设施存在“平灾环境的通用性”和“结构复杂多变性”的技术矛盾，通过查找TRIZ矛盾矩阵39×39个通用工程参数得出，应急供水设施设计的过程中希望改善的参数是“适应性及多用性”，恶化的参数是“可操作性”，分别为矛盾矩阵的第35个和第33个参数，并得到4个发明原理，即“15动态特性原理”、“34抛弃或再生原理”、“01分割原理”和“16未达到或过度的作用原理”[6]。

物理矛盾是“既要是公共空间日常设施又要是应急供水设施”，即既要满足日常功能需求又要满足震时的功能需求。TRIZ 理论中用于解决物理矛盾的分离原理被分为了四个类型：空间分离、时间分离、条件分离和整体与局部分离，本文采用空间和时间分离来解决该问题。最终本文采用TRIZ理论中的 “01分割原理”，把一个物体分成相互独立的部分。

根据上述的分析，提出了基于平震结合的应急避难设施，即应急供水设施的设计思路：将喷泉内部设立多个独立的空间，为了结合收集水、净化水的功能，将相关应急水处理设施安置于独立空间内。这样在日常环境中作为观赏设施，一旦发生灾害事件，将立即转型为应急供水设施。

4结论

城市应急供水设施的建设仍不够成熟健全，无法满足日益发展的现在社会。本文运用U-TRIZ理论，通过对受灾群体的需求分析等明确了城市应急供水设施的功能需求。在平震结合理念下，城市应急供水设施的设计有利于节约有限的空间资源，在短时间内提高救援效率，这是具有很强的现实意义以及社会价值的。本文从理论研究和设计实践两个方面对城市应急供水设施设计进行研究 ， 来为城市应急供水设施设计的构建提供参考 ，真正为地震救援提供实际的帮助。为城市应急避难设施的设计提供科学的研究方法，针对此类设计时给出新的视角和方法。

【参考文献】：

[1]康增云等.地震灾害后农村饮水问题及应对措施[J].四川大学学报（工程科学版）.2009，41（5）：115-119.

[2]林西，黄也等.避险让我们去“公园”[J].中老年保健，2005（06）：18-21.

[3]周志华，包华国等.也谈城市饮用水应急供水方式与处理措施[J].农业与技术，2013（1）：198-198.

[4] 赵敏 . 张武城 . 王冠殊编著 . TRIZ 进阶及实战——大道至简的发明方法 [M]. 北京 ： 机械工业出版社 ，2015.10：284

[5] 神户大学编，宋金文等监译.日本阪神大地震研究[M].北京：北京日本学研究中心，2009：317.

[6] 孙永伟，[美]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，2015.

作者简介：刘燕（1992.5～），女，河北唐山，西安建筑科技大学，2015级硕士，研究方向：产品设计，应急避难