观光农场新型宿住系统的设计与应用*

郝丽丽 ， 吕建秋 ， 羊海军 ， 展浩翔 ， 徐英杰 ， 吴伟彬

（1.华南农业大学数学与信息学院，广东 广州 510642；2.华南农业大学新农村发展研究院，广东 广州 510642；3.华南农业大学基础实验与实践训练中心，广东 广州 510642；4.西藏自治区墨脱县人民政府办公室，西藏 林芝 860700；5.深圳大学建筑与城市规划学院，广东 深圳 518060）

TRIZ理论是“发明问题解决理论”的拉丁文首字母缩写，是由苏联发明家阿奇舒勒和他的弟子们一起对数以万计的专利文献和自然科学知识进行研究、整理和归纳，抽取了大量发明中运用的规律，最终建立起的一套实用的、以解决发明问题为主要目的的理论和方法体系[1]。阿奇舒勒因此被尊称为 TRIZ理论之父。TRIZ理论被公认为是使人聪明的理论，其核心是“技术进化原理”。按照这一原理，“技术系统一直处于进化之中，解决矛盾是其进化的推动力”。在创新和解决问题方面，TRIZ适用于很多领域[2-4]。经过半个多世纪的发展，尤其是进入21世纪后，TRIZ理论已经成为一套解决新产品开发实际问题的成熟的理论和方法体系。TRIZ理论在中国的推广应用时间较短，但近年来，尤其是2008年以来，已经得到了政府、企业、大学和科研机构的高度重视，已经成为我国建设创新型国家的重要举措[5]。

1 背景介绍

1.1 乡村旅游的快速发展

我国乡村旅游发展起源于20世纪90年代末，经过20多年的发展，旅游产品开发和旅游服务设施建设都取得了巨大进步，乡村旅游规模不断扩大。2014年，全国乡村旅游人数已达12亿人次，约占国内旅游总数的1/3[6]。2021年，《“十四五”文化和旅游发展规划》中提出文化事业、文化产业和旅游业成为满足人民美好生活需要、推动高质量发展的重要支撑，要以创新发展催生新动能，以深化改革激发新活力，奋力开创文化和旅游发展新局面[7]。

1.2 城乡一体化趋势

随着城市的几近饱和以及逆城市化现象的出现，城乡一体化进程进一步加快，城市与乡村之间的鸿沟被打破，人口、资本、技术等在城市与乡村之间相互流通、相互融合，城市与乡村的资源与要素沟通逐渐加强，出现了“以城带乡、以工促农”的新局面。现代农庄作为促进城乡一体化的平台和媒介，是联系城乡之间的纽带，能够带动城市人口旅游消费，同时转变乡村农业生产方式，实现农民增收与乡村振兴[6-9]。

1.3 中央有关政策相继出台

2018年，《关于促进乡村旅游可持续发展的指导意见》和《农业农村部办公厅关于推介休闲观光牧场的通知》发布，指出乡村旅游是旅游业的重要组成部分，是实施乡村振兴战略的重要力量，在加快推进农业农村现代化、城乡融合发展、贫困地区脱贫攻坚等方面发挥着重要作用，明确了促进乡村旅游可持续发展的五项措施：1）加强规划引领，优化区域布局，促进乡村旅游区域协同发展；2）完善基础设施，提升公共服务，改善乡村旅游环境，促进乡村旅游便利化；3）丰富文化内涵，提升产品品质，丰富乡村旅游产品类型，提高乡村旅游服务管理水平；4）创建旅游品牌，加大市场营销，培育构建乡村旅游品牌体系，创新乡村旅游营销模式；5）注重农民受益，助力脱贫攻坚，探索推广发展模式，完善利益联结机制[10]。

2 问题描述与分析

2.1 问题描述

随着乡村振兴战略的提出和逐步实施，农业产业化发展迎来新机遇，而乡村旅游已经成为加快乡村建设、加快城乡一体化进程、深度开发农业资源潜力、为消费者提供多元化消费产品和农民收入增加等方面的重要途径。人们对农场的住宿需求，促进了乡村旅游业的发展，然而根据国家耕地保护制度的相关规定[11-15]，应依法保护和合理利用土地，维持其农业用途，不得用于非农建设，不得给土地造成永久性损害。这使得农场的多元化发展，尤其是旅游等业务受到极大限制。在农业现代化的背景下，中国休闲农业进入新时代，休闲农业本质上对运营者提出了更高的要求。现代农场运营商需要不断创新和思考，顺应未来发展趋势，才能在休闲农业领域获得核心竞争力。

应现代农场多元化发展的需要，提供观光休闲旅游服务，推进现代农业和旅游业深度融合，进一步发展新型农业旅游业态，需要在农田中搭建可供人居住的房屋，但国家明文规定：不能在农田中建造永久建筑，且不能长期占用耕地。因此，以往的传统房屋无法满足国家规定，需要在此基础上进行设计创新。

2.2 系统功能组件分析

在建立组件模型之前，需要进行功能分析[1]。问题所在的技术系统为农场宿住系统，该技术系统的功能是为人提供住宿场所，实现该功能的约束有土地、农作物、阳光。

现有技术系统的工作原理：建造传统房屋供游客居住。

当前技术系统存在的问题：建造房屋时需要有地板、墙体、门、窗等，它们会占用农田、遮挡阳光，进而影响农田中农作物的正常生长，并且传统房屋会长期占用耕地，不符合国家政策的规定。

该问题的现有解决方案及其缺陷：安排游客在附近的旅店或农家乐住宿，缺陷是环境条件较差，且旅店与农场距离较远，来回不方便。此外，在旅店中也难以满足游客体验田园夜景的需求。

新系统的要求：在不破坏耕地、不妨碍农作物正常生长的前提下，在农场建造可供人居住的房屋。

对该系统进行功能分析，基于上述的分析，采用九屏幕法实现资源搜索，随后进行组件之间的相互作用分析。采用规范化的功能描述方式建立组件模型图，功能模型图如图1所示。由此得到该技术系统的三个缺陷，农场宿住系统的功能缺陷如表1所示。

表1 农场宿住系统的功能缺陷列表

图1 功能模型图

3 解决方案

3.1 利用系统剪裁法解决缺陷1

选择价值最低的组件对其进行剪裁[1]：地板。地板的有用功能：支撑墙体、支撑人。确定由技术系统中的其他组件完成支撑墙体和支撑人的功能（围栏）。

通过对围栏进行创新设计，构建了围栏组件式露营平台[16]，如图2所示。该平台向上折叠时（图2左半部分）就是普通的围栏组件，展开横放时（图2右半部分）就形成一个平台，可以实现地板的有用功能——支撑墙体和支撑人。

图2 一种围栏组件式露营平台

3.2 利用物理矛盾解决缺陷2

问题描述：墙体、门、窗、房顶在有人需要住宿时就存在，在白天以及收获农作物时就拆除。

矛盾分析：墙体、门、窗、房顶要存在，因为要供人居住；墙体要拆除，因为要避免遮挡阳光以及避免影响农作物收获。该问题属于物理矛盾下的基于系统级别分离问题[1]，运用基于系统级别分离问题的解决原理（No.1分割原理；No.5组合原理；No.12等势原理；No.33同质性原理……），确定不同的解决方案。

1）利用分割原理——使物体分成容易组装及拆卸的部分。将门、窗、墙体等进行模块化处理，便于游客使用时进行组装，不需要时快速拆除，以免影响农田植株种植。快捷组装式积木房如图3所示。

2）利用组合原理——在空间或时间上，将相同或相似的对象、操作加以组合或合并在一起，以提高工作效率或实现新的功能，将墙体设计成可以模拟太阳光的发光物体且可以自动收获农作物。

3）利用等势原理——改变操作条件使组件处于同一等势面上，以减少物体提升或下降的需要，将农作物与房屋处于同一水平面上。

4）利用同质性原理——存在相互作用的物体用相同材料或特性相近的材料制成。

通过对各种方案进行比较分析，结合实际项目综合考虑，主要采用3个参数进行评价，分别是可操作性、可实施性、成本，根据实际情况对以上4个方案进行评估。方案1可操作性以及可实施性较高，选择适宜的材料即可控制成本；方案2在结构改动方面较大，可实施性较低，并且成本高；方案3将房屋与农作物处于同一水平面上操作起来比较困难，可实施性较低；方案4可操作性较低。

综合考虑以上分析，选择方案1为最终方案。将墙体进行模块化处理（如图3上部分所示），便于游客使用时进行组装（如图3下部分所示），不需要时快速拆除，以免影响农田植株种植。

图3 快捷组装式积木房

3.3 利用矛盾矩阵解决新技术系统所产生的新问题

因为要保证房屋的稳定性，房屋的结构较为复杂，其零件较多，不便于游客或工作人员进行组装或拆卸，增加了游客搭建房屋的难度和时间。由此产生技术矛盾，即改善了运动物体的体积，但增加了设备复杂性，通过查找矛盾矩阵[1]得到两个发明原理：No.1分割原理；No.26复制原理。

这里采用No.26复制原理，让游客提前在构建的虚拟仿真系统中模拟操作[17]，提前熟悉大致步骤，便于现场搭建，既不失游客乐趣又减少游客耗费的时间，虚拟仿真系统操作界面如图4所示。在不破坏耕地、不妨碍庄稼正常生长的前提下，为农场设计了一种环保性好、体验感强的宿住系统，最终效果图如图5所示。

图4 虚拟仿真系统操作界面

图5 最终效果图

4 结语

由于市场需求和国家规定的矛盾冲突，导致乡村旅游业发展受到制约。首先，将此现实问题转化为TRIZ问题模型；然后，利用TRIZ工具解决问题进而得出目前来说最佳的设计方案，即一种围栏组件式露营平台和积木式双三角形房屋；最后，解决实施过程中所产生的新问题，在不破坏耕地、不妨碍庄稼生长的前提下，设计了一种环保性好、体验感强的新型的农场宿住系统。