步道結(jié)構(gòu)多元化模塊融合綠色建造技術(shù)

龍智斌

（廣東省基礎(chǔ)工程集團有限公司 廣州 510620）

0 引言

城市森林步道作為群眾戶外游憩重要設(shè)施之一，路線設(shè)計與市政、公路等具有較大的區(qū)別。市政、公路路線選擇以通達為基本需求，森林步道作為園林路線，曲徑通幽是其主要考量之一；而隨著老齡化社會的到來，無障礙的需求則非常迫切。構(gòu)件的標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化設(shè)計，對鋼構(gòu)件的工廠預(yù)制及現(xiàn)場拼裝有著重要影響。將路線選擇、無障礙設(shè)計、構(gòu)件的標(biāo)準(zhǔn)化模塊化融合設(shè)計、綜合建造方式及低影響建造技術(shù)組合應(yīng)用，是福州某鋼結(jié)構(gòu)森林步道工程示范段A、B 鋼結(jié)構(gòu)步道建設(shè)的技術(shù)創(chuàng)新，不僅實現(xiàn)了符合傳統(tǒng)審美、貼合山地的超長鋼結(jié)構(gòu)森林步道［1-2］。同時解決了在山林空間曲線環(huán)境下，山體不開挖、大樹零損失、便道規(guī)模小、人工轉(zhuǎn)運少的施工難題。為今后建設(shè)類似工程提供參考。

1 工程概況

福州某鋼結(jié)構(gòu)森林步道工程示范段A、B 鋼結(jié)構(gòu)步道建設(shè)起于金牛山體育公園，通過環(huán)形坡道進入森林步道，沿著山勢盤旋進入森林步道主線。該項目鋼結(jié)構(gòu)森林步道主軸線長3.7 km，是全國首條采用鋼架鏤空設(shè)計的森林步道。

該森林步道長約1.3 km，行人走道主要由Y 型柱支撐的跨度長至16 m 的橋段組成，橋段由7 個基本模塊和連接休息圓臺“庇蔭閣”組合而成，全程散布有寬于橋體的休息處，包括座位、庇蔭亭和觀望臺。人行步道寬度2.4 m，棧道最大縱坡6.25%。鋼結(jié)構(gòu)森林步道基礎(chǔ)采用人工挖孔樁，設(shè)計孔徑1.2 m，樁長15 m，部分地質(zhì)條件限制段可達18～20 m。人工挖孔樁施工過程中遇到石方地質(zhì)，采用鉆孔取芯結(jié)合靜態(tài)爆破及人工風(fēng)鎬破碎方式施工。

步道上部結(jié)構(gòu)采用鋼結(jié)構(gòu)形式架設(shè)，結(jié)構(gòu)形式為管桁架，平均坡度1∶16，分為86 段，分別為B01～B38、A01～A49以及棧道起點圓盤。所分段落分為7個模塊及橋墩。上部各模塊間的連接采用10.9 級高強螺栓連接，其他上部焊接分段及墩柱分塊連接采用10.9級承壓型連接高強度螺栓。

步道下部結(jié)構(gòu)鋼柱分為兩大類型：墩高大于3 m的采用Y 形鋼結(jié)構(gòu)墩配混凝土底座，低于3 m 的采用鋼結(jié)構(gòu)墩接樁帽。Y 形鋼結(jié)構(gòu)墩配混凝土底座的高墩設(shè)A、B、C、D、E、F共6種類型，最大單重6.23 t。

2 工程難點

⑴本工程為國內(nèi)首條鋼結(jié)構(gòu)城市森林步道，施工沒有先例可借鑒和參考。

⑵空間結(jié)構(gòu)曲線復(fù)雜，跨越多樣地形，建設(shè)條件苛刻，無施工便道，材料運輸困難。

⑶ 在復(fù)雜密林環(huán)境下進行鋼結(jié)構(gòu)森林步道施工、低影響施工難度大，原生態(tài)環(huán)保要求高。

3 主要關(guān)鍵創(chuàng)新技術(shù)

3.1 創(chuàng)新應(yīng)用BIM信息技術(shù)

創(chuàng)新運用BIM 信息技術(shù)進行科學(xué)化管理，能夠顯著提升工程管理工作效率與水平。利用BIM 技術(shù)的可視化、模擬性、協(xié)調(diào)性等特點，來實現(xiàn)鋼結(jié)構(gòu)棧道結(jié)構(gòu)尺寸、造型的把握，銜接和精細模塊設(shè)計［3］。

福州示范段主體結(jié)構(gòu)采用了鋼桁架結(jié)構(gòu)，總工程量約1 300 t。施工前，采用Tekla Structures、CAD 等軟件全數(shù)建模，通過建模對鋼結(jié)構(gòu)的合理排布，進行深度優(yōu)化，以保證現(xiàn)場精確安裝（見圖1）。

圖1 BIM信息技術(shù)Fig.1 BIM Information Technology

為了使現(xiàn)代感極強的棧道造型與自然環(huán)境的高度協(xié)調(diào)融合，借助BIM 信息技術(shù)可以建立鋼結(jié)構(gòu)棧道項目3D 模型，有利于設(shè)計、施工理解與精準(zhǔn)把握圖紙信息，提高現(xiàn)場工程師的工作效率和準(zhǔn)確率，減少圖紙變更的影響及施工問題［4］。還可有效控制項目成本，保證施工進度與安全。在本工程管理中BIM 信息技術(shù)的應(yīng)用貫穿于全過程，不僅能夠有效保證本項目的順利進行，還實現(xiàn)了高效化、生態(tài)化的設(shè)計施工。

3.2 鋼結(jié)構(gòu)森林步道多元化模塊融合技術(shù)

⑴創(chuàng)新進行鋼結(jié)構(gòu)模塊化融合設(shè)計，將園林曲線、無障礙標(biāo)準(zhǔn)與裝配式模塊融合，設(shè)計7種標(biāo)準(zhǔn)化基礎(chǔ)模塊。包括3 種類型的支撐模塊：直線支撐模（L1）、曲線模塊（L2）、回頭彎模塊（L3），4 種類型的連接模塊：直線段（R1）、兩種曲率的曲線段（R2、R2a）、設(shè)遮陰雨篷段及座椅構(gòu)造（S1）、直線段及帶懸挑（T1）（見圖2）。把復(fù)雜多變的棧道線形，歸納為由多組基本模塊組成的多變組合，該技術(shù)有利于工廠標(biāo)準(zhǔn)化加工、現(xiàn)場裝配，提高建設(shè)效率，保證園林景觀貼合山地［5］。

圖2 7種標(biāo)準(zhǔn)化基礎(chǔ)模塊Fig.2 7 Standard Base Modules

開創(chuàng)性地將園林美學(xué)和無障礙等多元化需求，全部融入超長棧道的工業(yè)化標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)中［6］。步道結(jié)構(gòu)采用了標(biāo)準(zhǔn)化模塊螺栓連接形式，除了提高建設(shè)效率外，與傳統(tǒng)模塊化項目最大的不同和難點在于，將園林美學(xué)追求的線形自然優(yōu)美、空間起落回轉(zhuǎn)、造型輕巧靈動的多變非標(biāo)造型，融入精細化設(shè)計的7 組結(jié)構(gòu)模塊中，既實現(xiàn)了這些難以量化、規(guī)律性不足、參數(shù)復(fù)雜的美學(xué)要求，又滿足了規(guī)律性、標(biāo)準(zhǔn)化的無障礙功能和結(jié)構(gòu)強度要求，打破了傳統(tǒng)山體棧道以生硬不契合地形的折線和呆板笨重美感不足為主的常規(guī)思路［7］，如圖3所示。

圖3 多元模塊結(jié)構(gòu)實現(xiàn)優(yōu)美靈動的超長鋼結(jié)構(gòu)森林步道Fig.3 Multi-module Structure to Realize the Beautiful and Flexible Ultra-long Steel Structure Forest Footpath

⑵創(chuàng)新應(yīng)用綠色低污染的裝配式結(jié)構(gòu)和螺栓連接的綜合運用建造方式，模塊全部采用熱浸鋅防腐，不同模塊之間通過全螺栓連接，施工低碳環(huán)保，減少了現(xiàn)場加工、安裝施工造成的粉塵、污染和森林火災(zāi)風(fēng)險。

3.3 低影響建造技術(shù)

⑴創(chuàng)新采用“Y”型單柱棧道結(jié)構(gòu)形式以及人工挖孔樁、巖石錨桿基礎(chǔ)，“Y”型單柱基礎(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，棧道對地形幾乎零損傷［8］（見圖4）。

圖4 被植被修復(fù)的基礎(chǔ)Fig.4 Foundation Restored by Vegetation

⑵創(chuàng)新采用鋼桁架鏤空構(gòu)造結(jié)合鋼格柵踏面，使得橋梁通體結(jié)構(gòu)透光透水，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。

⑶創(chuàng)新運用保護性修復(fù)性綠化和重點綠化結(jié)合的策略，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)，進行色彩調(diào)整的綠化設(shè)計，如圖5所示。

圖5 色彩調(diào)整前后對比Fig.5 Before and after Color Adjustment

⑷創(chuàng)新運用隱藏式消防設(shè)計策略，為避免影響步道美觀性，在步道沿線設(shè)置隱藏式消火栓和給水系統(tǒng)，施工過程則采取永臨結(jié)合的消防措施進行森林防火。隱藏式消防設(shè)計策略，將施工對自然環(huán)境的破壞降到最低，在提高美觀性的同時做到對原生態(tài)環(huán)境最大的保護。

⑸改變傳統(tǒng)施工粗糙暴力的形象，踐行習(xí)近平總書記“像保護眼睛一樣保護生態(tài)環(huán)境”的理念，讓施工也可以很溫柔精細，用繡花功護山林草木。創(chuàng)新研發(fā)了架于既成結(jié)構(gòu)的裝配式結(jié)構(gòu)施工設(shè)備，該設(shè)備包含“起重設(shè)備”及“運輸車”兩部分，兩者組裝固定，滿足吊裝、運輸、滑行、爬坡、轉(zhuǎn)彎、防傾覆等主要功能要求，采用安全電瓶充電的新能源系統(tǒng)，并配備預(yù)警系統(tǒng)［9］。

架于既成結(jié)構(gòu)的裝配式結(jié)構(gòu)施工設(shè)備利用已成形的橋段，多方向、漸進式施工，并開創(chuàng)性地采用吊裝接駁技術(shù)，解決了棧道“回頭彎”處設(shè)備無法通過的難題［10］。同時，該設(shè)備使用的自動性、穩(wěn)定性、節(jié)能性極高，使用場景極廣，能有效保護每一寸山地和每一棵草木，使復(fù)雜密林環(huán)境下的低影響建設(shè)成為可能，如圖6所示。

圖6 架于既成結(jié)構(gòu)的裝配式結(jié)構(gòu)施工設(shè)備現(xiàn)場施工Fig.6 Site Construction of Prefabricated Structural Construction Equipment Mounted on Established Structure

4 結(jié)語

福州某鋼結(jié)構(gòu)森林步道第1標(biāo)段工程示范段A、B鋼結(jié)構(gòu)森林步道建設(shè)，在密林環(huán)境下，創(chuàng)新采用BIM信息技術(shù)、鋼結(jié)構(gòu)森林步道多元化模塊融合技術(shù)、低影響建造等技術(shù)，適應(yīng)了多變的地形與復(fù)雜的山勢，最大限度保護了原生態(tài)環(huán)境，其綠色生態(tài)建設(shè)成效顯著，并被大量同類項目學(xué)習(xí)借鑒。