城市森林步道的設(shè)計(jì)與施工

李才波

廣東省基礎(chǔ)工程集團(tuán)有限公司 廣東 廣州 510700

國內(nèi)傳統(tǒng)公園及城市森林步道的建設(shè)以橋梁式步道、混合式步道（地面步道＋橋梁）等為主，但橋梁式步道、混合式步道存在開挖施工便道與渣土清運(yùn)、山體開挖與破壞等生態(tài)效益較差的弊端。隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，生態(tài)環(huán)保、低碳節(jié)能、經(jīng)濟(jì)效益比最大化等已成為建設(shè)城市森林步道的趨勢。結(jié)合國內(nèi)外城市森林步道建設(shè)的經(jīng)驗(yàn)，通過與傳統(tǒng)建設(shè)方案的橫向?qū)Ρ萚1-3]，以福州左海公園—金牛山城市森林步道工程為背景，創(chuàng)新運(yùn)用一種生態(tài)性好、環(huán)境破壞極小、綜合單價(jià)與其他類型相當(dāng)?shù)娜摻Y(jié)構(gòu)架空棧道結(jié)構(gòu)形式，能實(shí)現(xiàn)生態(tài)經(jīng)濟(jì)效益比最大化。采用創(chuàng)新、人性化的設(shè)計(jì)，精細(xì)化施工，最大限度地保障山體和植被零損傷，環(huán)境零污染，實(shí)現(xiàn)了在超長鋼桁架棧道上的微創(chuàng)生態(tài)建設(shè)，為今后建設(shè)類似工程提供參考。

1 工程簡介

1.1 工程概況

福州左海公園—金牛山城市森林步道（又稱“福道”），是福建省生態(tài)建設(shè)的重要實(shí)踐和重點(diǎn)民生工程，工程造價(jià)4.5億元。項(xiàng)目東起左海公園環(huán)湖步道，沿金牛山山脊向西，至閩江公園（國光段）。鋼結(jié)構(gòu)架空棧道總長約8.2 km，建設(shè)內(nèi)容包含鋼結(jié)構(gòu)棧道、景觀橋及園林綠化等。

鋼結(jié)構(gòu)棧道基礎(chǔ)設(shè)計(jì)采用人工挖孔樁，設(shè)計(jì)樁徑1.2 m，樁長主要為12.0～15.0 m，最長達(dá)到20 m。森林步道采取鋼架鏤空設(shè)計(jì)，全鋼結(jié)構(gòu)的棧道橋面使用格柵板；其中步道主體工程由“Y”形柱與跨度16.0 m管桁架橋段組成，每個(gè)橋段均由7個(gè)基本模塊組合而成，模塊之間采用法蘭盤螺栓連接；棧道寬2.4 m，平均縱坡坡度6.25%。

1.2 工程難點(diǎn)

作為國內(nèi)首條鋼結(jié)構(gòu)城市森林棧道，無其他先例可借鑒；建于地貌現(xiàn)狀脆弱的山脊線上，用地狹長，高差大；在惡劣地形條件下進(jìn)行山地微創(chuàng)施工，材料運(yùn)輸難度大；當(dāng)?shù)卣敖ㄔO(shè)單位對生態(tài)建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)要求極高，需保護(hù)原始地形和植被，做到微創(chuàng)施工或環(huán)境零破壞。

1.3 技術(shù)創(chuàng)新的背景條件

“脆弱山脊上無障礙空中步道的生態(tài)微創(chuàng)建設(shè)”是福道施工的核心理念，其源自“用地單薄、缺乏人文、體驗(yàn)感差、觀景困難”的場地困境，是逆境而生的“定制設(shè)計(jì)”。微創(chuàng)生態(tài)設(shè)計(jì)、棧道結(jié)構(gòu)美學(xué)、人性化設(shè)計(jì)、BIM信息化設(shè)計(jì)、微創(chuàng)施工技術(shù)，始終貫穿設(shè)計(jì)到施工的每個(gè)環(huán)節(jié)。追求生態(tài)經(jīng)濟(jì)效益比最大化和困中求新，是項(xiàng)目建設(shè)的重要原則。

2 主要科技創(chuàng)新技術(shù)

2.1 微創(chuàng)生態(tài)設(shè)計(jì)

實(shí)現(xiàn)生態(tài)微創(chuàng)式的建設(shè)，從項(xiàng)目中主要設(shè)施的規(guī)劃設(shè)計(jì)入手，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

2.1.1 綜合選線規(guī)劃

棧道的規(guī)劃選線，對建設(shè)過程中山體的損傷有重大影響。為將損傷降到最低或?qū)崿F(xiàn)零損傷，經(jīng)現(xiàn)場踏勘、線路篩選、線形比對，最終采用“主線分支形”的總體布局。主線順應(yīng)山脊線布局，支線貼合地形地貌自成環(huán)線設(shè)置，避免因跨越大高差而大規(guī)模切山填谷造成山體破壞（圖1）。

圖1 主線分支式線路規(guī)劃示意

2.1.2 高效模塊設(shè)計(jì)

創(chuàng)新模塊化設(shè)計(jì)，為后期高效且微創(chuàng)的施工奠定基礎(chǔ)。為克服因弧線造型而帶來的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、施工困難，采用模塊化設(shè)計(jì)策略，把復(fù)雜多變的棧道線形歸納為由12組基本模塊組成的多變組合（圖2），不但能使設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和施工更有效率，現(xiàn)場也無需占地設(shè)置大面積加工廠，同時(shí)也為實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新施工工藝“橋面吊機(jī)滑行吊裝”的現(xiàn)場施工運(yùn)作奠定了基礎(chǔ)。

圖2 模塊化設(shè)計(jì)示意

2.1.3 生態(tài)循環(huán)材料

通過幾種典型山體步道做法的橫向?qū)Ρ瓤芍５赖娜摻Y(jié)構(gòu)棧道生態(tài)性好、環(huán)境破壞小、綜合單價(jià)與其他類型的棧道相當(dāng)，極具生態(tài)性價(jià)比，生態(tài)經(jīng)濟(jì)效益比極高。

常規(guī)的棧道設(shè)計(jì)，主要采用鋼結(jié)構(gòu)或混凝土結(jié)構(gòu)結(jié)合竹、木、塑等材料（比例高）建設(shè)，福道為實(shí)現(xiàn)材料生態(tài)和造型輕巧的目標(biāo)，除基礎(chǔ)部分外，整體棧道和柱子開創(chuàng)性地采用全鋼結(jié)構(gòu)材料，回收率高達(dá)80%、循環(huán)利用率高，避免了木材資源的消耗，后期更換率低。此外，鋼材不易著火，適合作為山體棧道的主材使用。福道的材料運(yùn)用符合國家生態(tài)建設(shè)的理念。

2.1.4 生態(tài)通透踏面

福道線形優(yōu)美生動(dòng)、體量輕巧、踏面通透，對森林環(huán)境十分友好。創(chuàng)新的鋼格柵踏面，使棧道下方空間的植被也可以接受陽光和雨露，生長不受影響（圖3）。經(jīng)測試，鋼格柵踏面的格柵間距確定為1.5 cm，鋼格板規(guī)格確定為60.0 cm×120.0 cm，保證了踏面的通透性和強(qiáng)度。另外，富有彈性的鋼隔板還減小了步行對膝蓋的壓力，進(jìn)一步提高了游覽舒適性。

圖3 透光透雨的鋼格柵踏面

2.1.5 保護(hù)修復(fù)綠化

常規(guī)山地公園的園林綠化是以符合大眾審美為目標(biāo)而進(jìn)行的精致改造設(shè)計(jì)。福道的綠化是從生態(tài)修復(fù)的角度出發(fā)，以尊重山體原生植被和修復(fù)山體歷史創(chuàng)傷為基礎(chǔ)，進(jìn)行色彩調(diào)整的綠化設(shè)計(jì)。

2.2 棧道結(jié)構(gòu)美學(xué)

棧道造型通透靈秀，巧妙的結(jié)構(gòu)體系和造型，保證了在強(qiáng)臺(tái)風(fēng)環(huán)境下的棧道安全性?！癥”形單柱對山地幾乎零破壞，弧線線形更符合傳統(tǒng)抽象審美（圖4）。

圖4 棧道實(shí)景

通過對棧道寬度、體量的宏觀控制，在使用功能和結(jié)構(gòu)美學(xué)之間找到了良好的平衡點(diǎn)。其“Y”形單柱基礎(chǔ)占地不到1.5 m2，人工挖孔樁的施工模式無需擴(kuò)大開挖，16 m標(biāo)準(zhǔn)大柱距既美觀又微創(chuàng)，通過后期生態(tài)復(fù)綠，棧道施工對地形幾乎零損傷。

2.3 人性化設(shè)計(jì)

通過立體游線、無障礙線路、林蔭棧道、柔和照明等提高游人的舒適體驗(yàn)。

1）立體游線。福道通過鋼結(jié)構(gòu)架空步道、車行道和登山步道的相互串聯(lián)形成了立體靈活的游線網(wǎng)絡(luò)，不但利于人流疏散且可控制游覽的時(shí)間，游覽線路靈活。多數(shù)環(huán)線可做到進(jìn)出口為同一節(jié)點(diǎn)，不用走回頭路，極大地方便了游客。

2）無障礙線路。福道基本實(shí)現(xiàn)了全線無障礙通行，通過主入口所銜接的無障礙支線步道進(jìn)入主軸線，可無障礙游覽所有重要節(jié)點(diǎn)和服務(wù)設(shè)施。1∶16的極緩坡度加每16 m設(shè)置1個(gè)休息平臺(tái)的設(shè)計(jì)，使行走不便的游客可不受限制地輕松漫步游賞。

3）林蔭棧道。許多山地步道都存在夏季缺少樹蔭遮蔽的問題，其主要原因之一是原生植被遭到破壞，新種植的大樹冠幅短時(shí)間內(nèi)難以長成傘狀形成林蔭。福道注重生態(tài)設(shè)計(jì)和精細(xì)建設(shè)，緊鄰棧道兩側(cè)的都是原生大樹，與棧道線位重合的胸徑15 cm以上的樹都必須保留，并使其從棧道中穿出。棧道邊還有保留下來的果園，豐收的季節(jié)走在步道上就能摘到果實(shí)。

4）柔和照明。福道的夜景燈光以“與動(dòng)物和諧共處”和“予游客舒適體驗(yàn)”為首要原則，采用“黑天空”理念，嚴(yán)格約束出光。為此，將主要光源的布設(shè)與架空步道的結(jié)構(gòu)形式融為一體。電路走線隱藏在桁架內(nèi)和扶手下，夜晚的光線通過鋼格板和步道結(jié)構(gòu)的偏轉(zhuǎn)和反射變得更加柔和。線形光源在滿足游人使用的情況下，影響范圍被相對集中地控制在了架空步道的范圍內(nèi)，避免了過度光照對動(dòng)物的棲息產(chǎn)生影響。

2.4 BIM信息技術(shù)手段

為了使現(xiàn)代感極強(qiáng)的棧道造型與自然環(huán)境高度協(xié)調(diào)融合，同時(shí)實(shí)現(xiàn)高效化、生態(tài)化的設(shè)計(jì)施工，本項(xiàng)目將BIM技術(shù)平臺(tái)作為協(xié)同設(shè)計(jì)、施工管理和后期運(yùn)營的基礎(chǔ)，利用BIM協(xié)調(diào)性、模擬性、可視性、優(yōu)化性的特點(diǎn)，來實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目造型尺度的把握、銜接和精細(xì)化模塊設(shè)計(jì)。借助BIM技術(shù)，極大地減少了各專業(yè)圖紙間的錯(cuò)、漏、碰問題，提高了對圖紙實(shí)施效果的預(yù)判和對圖紙變更的把控，對施工組織和全流程動(dòng)態(tài)管理也十分有益。

2.5 微創(chuàng)施工技術(shù)

本工程棧道沿線多為樹木，地形復(fù)雜、地勢陡峭，起伏較大。對于道路系統(tǒng)不完善或者新開發(fā)的山區(qū)，建設(shè)森林棧道需要大量砍伐樹木，而且在施工過程中會(huì)對地面植被造成較大程度的破壞，給生態(tài)環(huán)境造成影響。研發(fā)設(shè)計(jì)一種能自行前進(jìn)的創(chuàng)新型橋面吊機(jī)，有效解決了傳統(tǒng)吊裝技術(shù)施工工效差、環(huán)境破壞大、覆蓋面有限的缺點(diǎn)。

2.5.1 研發(fā)設(shè)計(jì)一種創(chuàng)新型的橋面吊機(jī)

自行式橋面吊機(jī)由起重設(shè)備與自行式平臺(tái)組成，兩者通過法蘭盤裝配式連接，能夠快速組裝和分離，創(chuàng)新設(shè)計(jì)配套的行走機(jī)構(gòu)、防傾覆機(jī)構(gòu)、固定機(jī)構(gòu)，以適應(yīng)棧道施工要求（圖5）。

圖5 自行式橋面吊機(jī)

2.5.2 橋面吊機(jī)滑行吊裝施工技術(shù)

利用已成形的橋段作為構(gòu)件運(yùn)輸平臺(tái)，其上鋪設(shè)橫、縱向梁軌道，并利用裝配式結(jié)構(gòu)施工裝備在軌道上開行及進(jìn)行吊裝作業(yè)，再以行走小車作為構(gòu)件運(yùn)輸設(shè)備，依次向前逐段安裝景觀步道鋼結(jié)構(gòu)。

2.5.3 小轉(zhuǎn)彎半徑處的吊裝接駁技術(shù)

本工程鋼結(jié)構(gòu)棧道存在較多轉(zhuǎn)彎段，轉(zhuǎn)彎半徑小，最小處轉(zhuǎn)彎半徑僅為3 m。因自行式橋面吊機(jī)、運(yùn)輸小車及構(gòu)件分段長度大于3 m，故施工時(shí)存在無法轉(zhuǎn)彎的難題。

在鋼結(jié)構(gòu)棧道施工過程中，當(dāng)橋體彎曲半徑過小，超過自行式橋面吊機(jī)過彎能力時(shí)，需要采用橋面吊機(jī)接駁安裝技術(shù)，即在由轉(zhuǎn)彎段分隔的前、后區(qū)域各設(shè)置1臺(tái)橋面吊機(jī)和1臺(tái)運(yùn)輸小車。構(gòu)件運(yùn)輸通過轉(zhuǎn)彎段時(shí)由吊機(jī)吊裝接駁，橋面吊機(jī)設(shè)備中的吊裝機(jī)構(gòu)與行走機(jī)構(gòu)通過法蘭盤連接，能夠快速組裝和分離，有效地解決了小轉(zhuǎn)彎半徑處鋼桁架構(gòu)件運(yùn)輸?shù)氖┕るy題。

3 結(jié)語

福道從微創(chuàng)生態(tài)設(shè)計(jì)、棧道結(jié)構(gòu)美學(xué)、人性化設(shè)計(jì)、BIM信息化設(shè)計(jì)、微創(chuàng)施工技術(shù)等方面，適應(yīng)了多變的地形與復(fù)雜的山勢，實(shí)現(xiàn)了在脆弱山脊上無障礙空中步道的生態(tài)微創(chuàng)建設(shè)，將超長鋼結(jié)構(gòu)棧道與自然環(huán)境融合，最大限度地減少了對植被的破壞。本項(xiàng)目中關(guān)于鋼架懸空棧道的設(shè)計(jì)和施工，也可為國內(nèi)山體步道的生態(tài)建設(shè)帶來全新的思路。