城市森林步道的設計與施工

李才波

廣東省基礎工程集團有限公司 廣東 廣州 510700

國內傳統公園及城市森林步道的建設以橋梁式步道、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、山體開挖與破壞等生態效益較差的弊端。隨著我國經濟的快速發展，生態環保、低碳節能、經濟效益比最大化等已成為建設城市森林步道的趨勢。結合國內外城市森林步道建設的經驗，通過與傳統建設方案的橫向對比[1-3]，以福州左海公園—金牛山城市森林步道工程為背景，創新運用一種生態性好、環境破壞極小、綜合單價與其他類型相當的全鋼結構架空棧道結構形式，能實現生態經濟效益比最大化。采用創新、人性化的設計，精細化施工，最大限度地保障山體和植被零損傷，環境零污染，實現了在超長鋼桁架棧道上的微創生態建設，為今后建設類似工程提供參考。

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”），是福建省生態建設的重要實踐和重點民生工程，工程造價4.5億元。項目東起左海公園環湖步道，沿金牛山山脊向西，至閩江公園（國光段）。鋼結構架空棧道總長約8.2 km，建設內容包含鋼結構棧道、景觀橋及園林綠化等。

鋼結構棧道基礎設計采用人工挖孔樁，設計樁徑1.2 m，樁長主要為12.0～15.0 m，最長達到20 m。森林步道采取鋼架鏤空設計，全鋼結構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，每個橋段均由7個基本模塊組合而成，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

作為國內首條鋼結構城市森林棧道，無其他先例可借鑒；建于地貌現狀脆弱的山脊線上，用地狹長，高差大；在惡劣地形條件下進行山地微創施工，材料運輸難度大；當地政府及建設單位對生態建設標準要求極高，需保護原始地形和植被，做到微創施工或環境零破壞。

1.3 技術創新的背景條件

“脆弱山脊上無障礙空中步道的生態微創建設”是福道施工的核心理念，其源自“用地單薄、缺乏人文、體驗感差、觀景困難”的場地困境，是逆境而生的“定制設計”。微創生態設計、棧道結構美學、人性化設計、BIM信息化設計、微創施工技術，始終貫穿設計到施工的每個環節。追求生態經濟效益比最大化和困中求新，是項目建設的重要原則。

2 主要科技創新技術

2.1 微創生態設計

實現生態微創式的建設，從項目中主要設施的規劃設計入手，主要體現在以下幾個方面。

2.1.1 綜合選線規劃

棧道的規劃選線，對建設過程中山體的損傷有重大影響。為將損傷降到最低或實現零損傷，經現場踏勘、線路篩選、線形比對，最終采用“主線分支形”的總體布局。主線順應山脊線布局，支線貼合地形地貌自成環線設置，避免因跨越大高差而大規模切山填谷造成山體破壞（圖1）。

圖1 主線分支式線路規劃示意

2.1.2 高效模塊設計

創新模塊化設計，為后期高效且微創的施工奠定基礎。為克服因弧線造型而帶來的設計、生產、施工困難，采用模塊化設計策略，把復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），不但能使設計、生產和施工更有效率，現場也無需占地設置大面積加工廠，同時也為實現創新施工工藝“橋面吊機滑行吊裝”的現場施工運作奠定了基礎。

圖2 模塊化設計示意

2.1.3 生態循環材料

通過幾種典型山體步道做法的橫向對比可知，福道的全鋼結構棧道生態性好、環境破壞小、綜合單價與其他類型的棧道相當，極具生態性價比，生態經濟效益比極高。

常規的棧道設計，主要采用鋼結構或混凝土結構結合竹、木、塑等材料（比例高）建設，福道為實現材料生態和造型輕巧的目標，除基礎部分外，整體棧道和柱子開創性地采用全鋼結構材料，回收率高達80%、循環利用率高，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。福道的材料運用符合國家生態建設的理念。

2.1.4 生態通透踏面

福道線形優美生動、體量輕巧、踏面通透，對森林環境十分友好。創新的鋼格柵踏面，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）。經測試，鋼格柵踏面的格柵間距確定為1.5 cm，鋼格板規格確定為60.0 cm×120.0 cm，保證了踏面的通透性和強度。另外，富有彈性的鋼隔板還減小了步行對膝蓋的壓力，進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 保護修復綠化

常規山地公園的園林綠化是以符合大眾審美為目標而進行的精致改造設計。福道的綠化是從生態修復的角度出發，以尊重山體原生植被和修復山體歷史創傷為基礎，進行色彩調整的綠化設計。

2.2 棧道結構美學

棧道造型通透靈秀，巧妙的結構體系和造型，保證了在強臺風環境下的棧道安全性?！癥”形單柱對山地幾乎零破壞，弧線線形更符合傳統抽象審美（圖4）。

圖4 棧道實景

通過對棧道寬度、體量的宏觀控制，在使用功能和結構美學之間找到了良好的平衡點。其“Y”形單柱基礎占地不到1.5 m2，人工挖孔樁的施工模式無需擴大開挖，16 m標準大柱距既美觀又微創，通過后期生態復綠，棧道施工對地形幾乎零損傷。

2.3 人性化設計

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。

1）立體游線。福道通過鋼結構架空步道、車行道和登山步道的相互串聯形成了立體靈活的游線網絡，不但利于人流疏散且可控制游覽的時間，游覽線路靈活。多數環線可做到進出口為同一節點，不用走回頭路，極大地方便了游客。

2）無障礙線路。福道基本實現了全線無障礙通行，通過主入口所銜接的無障礙支線步道進入主軸線，可無障礙游覽所有重要節點和服務設施。1∶16的極緩坡度加每16 m設置1個休息平臺的設計，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間內難以長成傘狀形成林蔭。福道注重生態設計和精細建設，緊鄰棧道兩側的都是原生大樹，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，豐收的季節走在步道上就能摘到果實。

4）柔和照明。福道的夜景燈光以“與動物和諧共處”和“予游客舒適體驗”為首要原則，采用“黑天空”理念，嚴格約束出光。為此，將主要光源的布設與架空步道的結構形式融為一體。電路走線隱藏在桁架內和扶手下，夜晚的光線通過鋼格板和步道結構的偏轉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，避免了過度光照對動物的棲息產生影響。

2.4 BIM信息技術手段

為了使現代感極強的棧道造型與自然環境高度協調融合，同時實現高效化、生態化的設計施工，本項目將BIM技術平臺作為協同設計、施工管理和后期運營的基礎，利用BIM協調性、模擬性、可視性、優化性的特點，來實現項目造型尺度的把握、銜接和精細化模塊設計。借助BIM技術，極大地減少了各專業圖紙間的錯、漏、碰問題，提高了對圖紙實施效果的預判和對圖紙變更的把控，對施工組織和全流程動態管理也十分有益。

2.5 微創施工技術

本工程棧道沿線多為樹木，地形復雜、地勢陡峭，起伏較大。對于道路系統不完善或者新開發的山區，建設森林棧道需要大量砍伐樹木，而且在施工過程中會對地面植被造成較大程度的破壞，給生態環境造成影響。研發設計一種能自行前進的創新型橋面吊機，有效解決了傳統吊裝技術施工工效差、環境破壞大、覆蓋面有限的缺點。

2.5.1 研發設計一種創新型的橋面吊機

自行式橋面吊機由起重設備與自行式平臺組成，兩者通過法蘭盤裝配式連接，能夠快速組裝和分離，創新設計配套的行走機構、防傾覆機構、固定機構，以適應棧道施工要求（圖5）。

圖5 自行式橋面吊機

2.5.2 橋面吊機滑行吊裝施工技術

利用已成形的橋段作為構件運輸平臺，其上鋪設橫、縱向梁軌道，并利用裝配式結構施工裝備在軌道上開行及進行吊裝作業，再以行走小車作為構件運輸設備，依次向前逐段安裝景觀步道鋼結構。

2.5.3 小轉彎半徑處的吊裝接駁技術

本工程鋼結構棧道存在較多轉彎段，轉彎半徑小，最小處轉彎半徑僅為3 m。因自行式橋面吊機、運輸小車及構件分段長度大于3 m，故施工時存在無法轉彎的難題。

在鋼結構棧道施工過程中，當橋體彎曲半徑過小，超過自行式橋面吊機過彎能力時，需要采用橋面吊機接駁安裝技術，即在由轉彎段分隔的前、后區域各設置1臺橋面吊機和1臺運輸小車。構件運輸通過轉彎段時由吊機吊裝接駁，橋面吊機設備中的吊裝機構與行走機構通過法蘭盤連接，能夠快速組裝和分離，有效地解決了小轉彎半徑處鋼桁架構件運輸的施工難題。

3 結語

福道從微創生態設計、棧道結構美學、人性化設計、BIM信息化設計、微創施工技術等方面，適應了多變的地形與復雜的山勢，實現了在脆弱山脊上無障礙空中步道的生態微創建設，將超長鋼結構棧道與自然環境融合，最大限度地減少了對植被的破壞。本項目中關于鋼架懸空棧道的設計和施工，也可為國內山體步道的生態建設帶來全新的思路。