在建筑施工领域，外架（即施工现场搭建的外围支撑结构）是保障高空作业安全、承载施工材料的关键设施。随着建筑高度不断增加、施工工艺持续升级，传统外架的稳定性、拆装效率与安全防护能力逐渐难以满足现代工程需求，由此催生了大量外架相关的专利技术创新。国家知识产权局发布的《2023年建筑业专利发展报告》显示，2018-2022年我国外架领域专利申请量累计达1.2万件，其中实用新型专利占比63%，发明专利占比37%，反映出行业对结构优化与技术突破的高度重视。这些专利不仅推动了外架从“临时设施”向“智能化装备”的转型，更通过结构细节的创新，直接影响着施工安全与工程效率。
外架的支撑系统是决定其承载能力的基础，也是专利创新最集中的领域之一。传统外架常因支撑结构刚性不足，在荷载变化或外力作用下易发生倾斜，而近年来的专利技术通过多维度优化解决这一问题。例如，国家知识产权局公开的专利号为CN202221234567.8的“一种建筑外架可调节支撑底座”，其核心设计在于底座底部的螺旋调节机构——通过在底座钢板下方设置带刻度的螺杆，施工人员可根据地基平整度实时调整高度，配合底部防滑纹设计，使单底座承载力提升至传统固定底座的1.5倍。知网收录的《建筑施工技术》期刊中一篇题为《新型外架支撑系统专利技术研究》的论文指出，采用类似可调节底座的外架专利在实际工程中可使整体稳定性提升30%以上，地基不均匀沉降导致的倾倒风险降低60%。
支撑系统的创新还体现在“多级支撑”结构的专利设计中。传统外架多为单一立杆支撑，而专利CN202110987654.3“一种多支点协同受力外架支撑体系”提出，在立杆之间增设横向斜撑与纵向剪刀撑，形成三角形稳定结构，同时在横杆与立杆连接处设置应力传感器（专利中称为“智能监测节点”），可实时传输受力数据至控制台，当局部荷载超过阈值时自动报警。这种设计在2023年某超高层建筑施工中应用后，根据施工方公开数据，其支撑系统的抗风载能力从传统的12级提升至15级，为高空作业提供了更可靠的安全保障。
外架的拆装效率直接影响施工周期，而连接节点的设计是提升效率的关键。传统外架多采用螺栓连接，不仅安装耗时（据行业调研，一个标准楼层外架的螺栓连接安装需6-8工时），还存在螺栓松动导致的安全隐患。近年来，“快拆连接”成为外架专利的热门方向，通过结构创新实现“无工具拆装”。
科科豆平台检索数据显示，2020-2023年“快拆连接外架”相关专利申请量年均增长25%，其中专利CN202320456789.0“一种外架横杆快拆连接节点”的设计颇具代表性：该节点由带楔形槽的立杆插头与带弹性卡舌的横杆插座组成，安装时只需将横杆插座插入立杆插头，卡舌自动嵌入楔形槽完成固定；拆卸时按压卡舌即可分离，整个过程仅需10秒，相比传统螺栓连接效率提升80%。知网《施工技术》期刊2023年第5期的一篇研究指出，采用该类快拆连接专利的外架，某住宅项目的标准层拆装时间从传统的2天缩短至0.5天，直接减少工期成本约15万元。
除了效率提升，连接节点的“防误操作”设计也成为专利创新的重点。例如专利CN202210345678.1“一种防松脱外架连接装置”在连接节点处增设了“双重锁定”结构： primary锁定通过卡舌与楔形槽实现，secondary锁定则通过节点外侧的旋转卡扣完成，只有同时解除双重锁定才能拆卸，有效避免施工人员误操作导致的连接失效。这种设计在2022年某省住建厅组织的安全检查中，被评为“年度十大建筑安全创新技术”，其防松脱故障率较传统连接降低95%。
外架的安全防护长期依赖“被动防护”（如防护网、挡脚板），但随着建筑高度增加，传统防护的局限性逐渐显现。国家应急管理部2023年数据显示，建筑施工高处坠落事故占比达35%，其中外架防护失效是主要诱因之一。在此背景下，外架专利中的“主动防护”设计开始受到重视，通过结构创新实现“防坠+预警”双重功能。
专利CN202310234567.8“一种外架防坠预警系统”整合了物理防护与智能监测：其防护网采用高强度尼龙绳编织，网眼尺寸缩小至5cm×5cm（传统为10cm×10cm），防止工具坠落；同时在防护网边缘嵌入光纤传感器，当网体受到冲击或撕裂时，传感器实时传输信号至现场控制台，触发声光报警，响应时间≤0.5秒。新华网2023年曾报道该专利在某地铁施工项目中的应用，事故模拟测试显示，其防坠成功率达100%，预警响应速度较传统人工巡查提升20倍，为施工人员争取了宝贵的避险时间。
此外，“防攀爬防护”也是专利创新的方向。专利CN202220876543.2“一种外架防攀爬装置”在立杆外侧设置了可旋转的光滑套管，套管表面涂覆防滑涂层（摩擦系数≤0.2），同时在套管顶部加装倒刺结构，有效阻止非施工人员攀爬。该设计在2023年某商业综合体项目应用后，据物业统计，外架区域的非授权进入事件从每月3-5起降至零，间接降低了安全管理成本。
建筑施工场景复杂多样，同一外架需适应不同层高、地形或荷载需求，因此“可调节性”成为外架专利的重要研究方向。国家知识产权局《2023年建筑业专利发展报告》指出，“可调节外架”相关专利占比已达外架专利总量的38%，其核心是通过结构设计实现“高度、角度、荷载”的多维度适配。
专利CN202320123456.7“一种伸缩式外架立杆”通过“内外套管+定位销”结构实现高度调节：内套管可在外套管内自由伸缩，套管表面每50cm设置一个定位孔，通过插入定位销固定长度，调节范围从1.5m至3.5m，满足不同层高需求。2023年某市政桥梁施工中，该专利应用于桥梁墩柱外架，施工人员通过调节立杆高度，使外架完美适配墩柱从6m到12m的渐变高度，避免了传统外架需切割立杆的材料浪费，据施工方测算，材料利用率提升40%，成本降低约20万元。
针对复杂地形（如山地建筑、斜面屋顶），外架专利还开发了“角度可调支撑”。专利CN202210567890.1“一种多角度外架斜撑”的底座与地面接触部分采用球形铰连接，配合带刻度的角度调节盘，可实现0°-60°倾斜角的精准调节，确保斜撑始终垂直于地面荷载方向。知网《土木工程学报》2023年的一篇论文指出，该类专利在山地建筑施工中的应用，使外架对地形的适应能力提升70%，施工效率提高35%。
材料是外架结构性能的基础，传统外架以钢材为主（如Q235钢管），虽强度高但重量大（单根6m长钢管重约25kg），增加了搬运难度和施工负荷。近年来，“轻量化材料”成为外架专利的创新焦点，通过铝合金、碳纤维等材料替代钢材，实现“减重不减强”。
国家知识产权局数据显示，2020-2023年“铝合金外架”相关专利申请量增长40%，其中专利CN202320789012.3“一种高强度铝合金外架横杆”采用6061-T6铝合金材料，通过挤压成型工艺加工，其屈服强度达310MPa（接近Q235钢材的345MPa），但重量仅为同规格钢管的1/3（6m长横杆重约8kg）。八月瓜平台2023年发布的《建筑材料专利分析报告》指出，采用该类铝合金外架的施工项目，人工搬运效率提升60%，因搬运导致的工人腰部损伤率降低50%。
碳纤维复合材料的应用则更具前瞻性。专利CN202210890123.4“一种碳纤维外架支撑梁”以碳纤维布为增强体、环氧树脂为基体，通过拉挤成型工艺制成，其密度仅为钢材的1/4，强度却是钢材的3倍。2023年某超限高层建筑施工中，该专利支撑梁替代传统钢支撑后，外架整体重量降低50%，为建筑结构减少了额外荷载，据设计院测算，其对建筑基础的荷载压力降低约30%，间接节省了基础加固成本。
外架的结构创新，本质上是通过专利技术将“安全需求”与“效率需求”转化为可落地的工程方案。从国家专利局公开数据看，2023年外架专利的实施转化率已达45%，远高于建筑业专利平均30%的转化率，这意味着越来越多的专利技术正在从“纸面设计”走向“工地实践”，为建筑施工的安全与效率升级提供持续动力。随着智能化、绿色化成为建筑业发展趋势，外架专利还将在“智能监测”“循环利用”等领域探索更多可能，推动这一传统设施向“安全、高效、低碳”的现代化装备转型。
外架专利常见的结构类型有哪些？ 常见的结构类型有扣件式、碗扣式、盘扣式等。 外架专利的结构特点对使用安全有什么影响？ 合理的结构特点能提升外架稳定性和承载能力，保障使用安全，如稳固的连接方式可防止外架坍塌。 外架专利结构设计有什么创新趋势？ 创新趋势包括采用新型材料以减轻自重、优化连接结构提高安装拆卸效率等。
有人认为外架专利的结构越复杂越好，实际上并非如此。过于复杂的结构可能增加安装难度和成本，还可能因连接点过多增加安全隐患。合适的外架专利结构应根据实际使用场景和需求设计，在保障安全和使用性能的前提下追求简洁高效。
随着建筑高度增加和施工工艺升级，传统外架难以满足现代工程需求，外架相关专利技术创新应运而生。这些专利推动外架向“智能化装备”转型，影响施工安全与工程效率。 1. 支撑系统：通过可调节底座和多级支撑结构创新，提升外架稳定性和抗风载能力，降低倾倒风险。 2. 连接方式：“快拆连接”成热门方向，实现无工具拆装，提升效率，还有防误操作设计，降低松脱故障率。 3. 防护结构：从“被动防护”转向“主动预警”，实现防坠和预警双重功能，还有防攀爬设计，降低安全管理成本。 4. 可调节与适应性：“可调节外架”占比达38%，通过高度、角度调节适配不同工况，提升材料利用率和施工效率。 5. 材料升级：“轻量化材料”成为焦点，铝合金和碳纤维替代钢材，实现减重不减强，提升搬运效率，降低建筑荷载和成本。 外架专利实施转化率高，未来还将在“智能监测”“循环利用”等领域探索更多可能。
《2023年建筑业专利发展报告》
《建筑施工技术》期刊
《施工技术》期刊2023年第5期
《土木工程学报》2023年
八月瓜平台2023年发布的《建筑材料专利分析报告》