福州城市森林步道建造關鍵技術研究

薛東波

(廣東省基礎工程集團有限公司 廣東廣州 510620)

0 引言

國內傳統城市森林步道沿線多為樹木，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(fā)的山區(qū)，建設森林步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(tài)環(huán)境造成影響。隨著我國經濟快速發(fā)展，生態(tài)環(huán)保、低碳節(jié)能、經濟效益比最大化等，已成為建設城市森林步道趨勢。結合國內外城市森林步道建設經驗，福州城市森林步道工程建設是以“社會、經濟、環(huán)境效益最大化的理念引領，實現了在超長鋼桁架棧道上綠色生態(tài)與人性化的協調統一”，并在工程上打破了開山填路破壞大、污染山火風險大、水泥木材不生態(tài)的傳統建設模式，打開了山地步道項目“小而巧、小而美、小而省”的綠色建設新思路，為今后建設類似工程提供參考[1]。

1 工程簡介

1.1 工程概況

福州城市森林步道(又稱“福道”)，是福建省生態(tài)建設的重要實踐和重點民生工程。工程總投資6億元，是全國首條、亞洲最長的鋼結構森林步道。福道環(huán)線總長19 km，含鋼結構棧道、登山步道和車行道，其中鋼結構架空步道長約8.2 km，登山步道長約6 km。福道在山地密林、地形多樣復雜的環(huán)境下建造，串聯起市中心4座山、5個公園，共規(guī)劃10個出入口與城市對接，沿線共有7座地標性服務建構筑物，兩座特色景橋梁。

1.2 工程特點與難點

(1)當地政府及建設單位對生態(tài)建設標準極高，要求保護原始地形和植被，做到無便道，微創(chuàng)施工；

(2)本工程為國內首條鋼結構城市森林棧道，無先例可借鑒和參考；

(4)作為亞洲最長的鋼桁架林端棧道，將無障礙、優(yōu)美園林曲線、輕巧結構樣式結合，并全線實現需克服許多技術難點；

(5)工程地形險峻復雜，施工條件惡劣，大型車輛無法通過，材料運輸困難；

(6)山地密林環(huán)境下，棧道建設的森林防火、植被保護、地形保護、防塵防水土流失等，都是施工的巨大難題；

(7)本工程沿著山體及懸崖設計棧道，桁架棧道盤旋于山體，懸崖棧道懸挑在險峻的懸崖上，山勢陡峭，安裝難度極大。

2 主要建造關鍵技術

2.1 山地密林環(huán)境下綠色生態(tài)建造技術

通過與上位綠道規(guī)劃和城市功能銜接的山地密林環(huán)境下，低影響綜合選線規(guī)劃，以降低建設對山體的影響，如圖1所示。福道建造采用輕巧通透的低影響“Y”型單柱棧道結構形式、可循環(huán)回收達80%以上的全鋼結構棧道主材應用，不僅避免了資源浪費，還能在山地密林環(huán)境下，有效降低火災發(fā)生的風險性，符合國家生態(tài)建設的總體要求。

圖1 綜合選線規(guī)劃

全線鋼結構棧道采用彈性好、韌性大的透光透水踏面設計應用，使得橋梁通體結構透光透水，全線8.2 km，2.4 m寬，近20 000 m2的棧道下方空間的植被可以接受陽光和雨露，生長不受影響，對生態(tài)環(huán)境的保護起到重要作用[2]。

裝配式結構和螺栓連接的綜合運用建造方式，要求精準且精細化的設計施工。在鋼結構棧道施工過程中，極大減少了現場加工、安裝施工造成的粉塵、污染和森林火災風險，是綠色生態(tài)理念貫穿項目建設全過程的重要措施。

1）分析大數據對城市交通系統在日常運營中的監(jiān)控數據，通過數據分析對事件進行預演，估計事件的偏差。通過對事件偏差程度的分析，考慮是否可以采取相應的防范措施，同時還可以對一些特殊情況進行深入的探討。

在山地密林環(huán)境下，為滿足建設生態(tài)的要求，創(chuàng)新采用微創(chuàng)施工技術，將施工對自然環(huán)境的破壞降到最低,做到對原生態(tài)環(huán)境最大的保護，實現“四節(jié)一保”的綠色施工。

2.2 超長森林步道的人性化設計技術

福道建造通過林端棧道、車行道、登山步道串聯形成易疏散、多選擇的立體游線系統，如圖2所示。超長林端無障礙棧橋采用1∶16坡度設計，實現全齡段、全條件人群的便捷舒適游覽。采用富有彈性的鋼格柵板踏面設計，不僅減小了步行對膝蓋的壓力，還提高了行人步行舒適性[3]。

圖2 林端棧道、登山步道和車行道立體串聯

福道注重生態(tài)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，都必須保留從棧道中穿出。給穿梭在森林棧道的游客帶來了舒心體驗。

為滿足游客夜間安全、舒適地穿梭在森林棧道，創(chuàng)新采用滿足步行照明且降低對野生動物影響的約束性柔和照明設計，實現游客舒適性游覽與生態(tài)、動物和諧共處。

2.3 棧道結構多元化模塊融合設計技術

將園林曲線、輕巧造型與裝配式模塊融合，實現符合傳統審美、貼合山地的超長林端森林棧道，如圖3所示。

圖3 掩映在密林中的優(yōu)美棧道曲線

(1)無障礙和美學并重：將園林道路空間曲線的曲徑通幽特點與無障礙設計相結合，既保證園林景觀貼合山地形態(tài)的優(yōu)美曲線要求，又克服了復雜山地環(huán)境下各類人群的無障礙適用需求，是福道建設的重要創(chuàng)新。

(2)無障礙模塊標準化：超長棧橋采取標準化裝配式設計是技術發(fā)展的方向。將無障礙標準要求的輪椅坡道最大高度與水平長度的有關規(guī)定結合構件的模塊化裝配式設計是福道建設的一項重要創(chuàng)新。

(3)低碳環(huán)保安全施工：鋼管桁架構件適用于法蘭盤螺栓拼接，而模塊化設計有利于工廠標準化加工、現場裝配。相較于現場焊接施工，螺栓拼接提高了施工質量及精準度，減小現場的揚塵、廢氣等污染物，施工低碳環(huán)保，避免焊接火星，降低了密林施工的火災風險。

2.4 鋼結構制作安裝設備研制及應用技術

為了使曲線徑向連接的現代感極強的棧道造型與自然環(huán)境的高度協調融合，同時實現高精度、高效化、生態(tài)化預制拼裝棧橋的設計施工，采用BIM技術平臺是協同設計、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(yōu)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。極大提高了圖紙及鋼結構加工過程中實施效果的預判和調整，極大的增加了工程質量的把控。

鋼結構安裝設備研制及應用技術部分，創(chuàng)新設計了多功能裝配式棧道鋪設機與漸進式施工技術，解決了密林山地環(huán)境的運輸、吊裝等難題[4]。棧道鋪設機包含“起重設備”及“運輸車”兩部分，采用先進的系統控制技術，設計了載荷保護、防滑保護、防傾斜保護、防出軌保護等創(chuàng)新內容，利用已成形的橋段，多方向、漸進式安裝鋼結構棧道，實現綠色生態(tài)建設，如圖4所示。

圖4 多功能裝配式棧道鋪設機與漸進式施工技術

2.5 跨地形結構安裝技術

(1)山體索塔組合鋼結構安裝施工技術

福道全線穿梭多變的地形與復雜的山勢，山中樹多林密，樹木高度均在10 m以上(終點段大樹密集，樹的高度≥13 m)，根據建設單位要求，不能砍伐樹木及破壞地貌結構。建造過程存在著運輸材料無道路通行、鋼結構安裝定位精度技術要求高、施工面窄長且成彎曲狀分布、步道多條高空電網從上方穿過、施工現場安裝難度大，工期緊湊等難題。

如果采用塔吊等方式進行吊裝，其成本過高。針對以上難題，創(chuàng)新采用索道運輸構件，解決了無道路運輸的難題[5]。創(chuàng)新研制異型構件Y型鋼柱雙吊桿裝置，2個井架可以依次交錯向前周轉使用，安裝及拆卸方便快捷，節(jié)能高效。不僅可以避免單個拔桿吊裝穩(wěn)定性差、安裝精度低的問題；還能最大程度的保護原生植被。 創(chuàng)新研制架空棧道欄桿安裝裝置，實現景觀步道兩側欄桿同時安裝，并且可以行走推運，對外部環(huán)境依賴性低。

(2)懸崖棧道鋼結構組合吊裝施工技術

懸崖棧道始于福州客運汽車西站，標高從27.85 m至89.60 m，沿著山體及懸崖設計，桁架棧道盤旋于山體，懸挑在險峻的懸崖上，山勢陡峭，安裝難度非常大。

懸崖棧道結構形式分為鋼懸崖棧道和桁架式懸崖棧道兩種?，F場跨越地形復雜，施工區(qū)段不利于起重設備停放，大部分構件難以用汽車吊直接吊裝，需其他機械配合施工。因地制宜，充分發(fā)揮各類吊裝設備的功能，建立了空間交叉吊裝管理體系，具體分4個區(qū)域進行安裝，如圖5所示。

圖5 懸崖棧道施工平面圖

(1)CW65-CW43區(qū)段采用大型汽車吊(200 t)吊裝。

(2)CW42-CW34區(qū)段選用拔桿吊裝。

(3)CW34-CW05區(qū)段采用50 t履帶吊、拔桿吊裝，構件采用人工、驢、馬、拖拉機等進行接駁運輸，50 t履帶吊和構件由500 t汽車吊從西客站后院吊裝至上部平臺。

(4)CW05-CW01區(qū)段選用拔桿吊裝。

有效解決了懸挑式棧道與桁架式懸崖棧道鋼結構安裝受場地限制的難題。

3 結語

福州城市森林步道作為國內首條鋼結構懸空棧道，在山地密林和多樣地形環(huán)境下，創(chuàng)新采用山地密林環(huán)境下綠色生態(tài)建造技術、超長森林步道的人性化設計技術、棧道結構多元化模塊融合設計技術、鋼結構制作安裝設備研制，及應用技術，及跨地形結構安裝技術等多項建造關鍵技術，適應了多變的地形與復雜的山勢，實現了在山地密林環(huán)境下的低影響建造，將超長鋼結構棧道與自然環(huán)境、游客的舒適體驗融合。福道創(chuàng)新、人性化的設計，精細、微創(chuàng)的施工，為國內山地步道生態(tài)建造帶來全新的思路和實踐，是建設美麗中國——綠水青山就是金山銀山最佳詮釋[6]。