古樹名木彈性拉索系統(tǒng)應用實踐

摘要

隨著對古樹名木的保護愈加受到重視，古樹管理保護技術也在逐漸更新優(yōu)化。目前，國內(nèi)對有缺陷的古樹名木主要采用剛性支撐防護，但長期使用剛性支撐會破壞樹木的自適應能力，不利于古樹力學平衡。為減少剛性支撐帶來的問題，廣州中山紀念堂對園內(nèi)的2株白蘭古樹應用“眼鏡蛇拉索系統(tǒng)”進行拉索牽引，以提高樹木結(jié)構穩(wěn)定性?；趯Π滋m古樹的風險評估結(jié)果，從現(xiàn)狀出發(fā)，對具有風險的分枝進行有針對性的拉索系統(tǒng)技術設計，并對比經(jīng)歷臺風“蘇拉”“?？彼鶐淼膹姳╋L雨前后拉索的應用情況，發(fā)現(xiàn)白蘭古樹各拉索點沒有脫落或偏移，驗證了“眼鏡蛇拉索系統(tǒng)”的安全性。

關鍵詞

古樹名木；白蘭；彈性拉索系統(tǒng)；眼鏡蛇拉索系統(tǒng)；樹木安全

Abstract

With the protection of ancient and famous trees receiving more and more attention， the management and protection techniques of the trees are also being gradually updated and optimized. At present， rigid propping is mainly used to protect ancient and famous trees with defects in China. However， long-term use of rigid propping will damage the adaptive ability of trees， which is not conducive to the mechanical balance of ancient trees. In order to reduce the problems caused by rigid propping， Sun Yat-sen Memorial Hall in Guangzhou adopted a 'Cobra Cabling System' for two ancient Michelia × alba in the park to improve structural stability. Based on the results of risk assessment of the trees and the current situation， the technical design of the cabling system for branches at risk was carried out. Comparing the application of the cabling system before and after the strong storm brought by Typhoon Saola and Haikui， it was found that there was no dislodgement or deviation of cabling points on the trees， which verified the safety of the cabling system.

文章亮點

1）創(chuàng)新性地對2株白蘭古樹采用“眼鏡蛇拉索系統(tǒng)”，完成了廣州首例白蘭古樹彈性拉索牽引技術工程；2）在應用過程中，結(jié)合樹木現(xiàn)狀評估，初步總結(jié)該系統(tǒng)的應用原則；3）通過對應用實例的觀測，驗證該系統(tǒng)的安全性與實用性。

古樹名木是有生命的文物，具有重要的歷史、文化、科學、生態(tài)和經(jīng)濟價值，是歷代陵園、名勝古跡的重要組成部分。多數(shù)古樹樹體高大、冠幅廣闊，但在經(jīng)歷長時間的風雨洗禮后，其枝干可能會出現(xiàn)不同程度的風險。在災害性天氣下，古樹風險部位易斷裂或劈裂倒伏，從而威脅人民的生命財產(chǎn)安全[1]。隨著生態(tài)文明思想的深入貫徹，國內(nèi)對于古樹名木的管理保護愈加重視，并出臺一系列政策措施，嚴格限制古樹名木的遷移與修剪。因而，利用支撐技術對古樹名木進行管理保護是常用的方法。

樹木支撐系統(tǒng)主要分為拉索（Cabling）、支撐（Propping）、支撐桿（Bracing）和牽引索（Guying）4種。根據(jù)應用材料，樹木拉索系統(tǒng)的形式可分為彈性拉索和剛性拉索。彈性拉索，又稱拉纖，是應用彈性材料使古樹可在一定范圍內(nèi)活動的拉索方式；剛性拉索則是使用鋼纜等硬質(zhì)材料固定古樹的拉索方式[2]。目前，國內(nèi)主要采用剛性支撐（Rigid Propping）對古樹名木進行管理保護[3～5]，其仿生支撐柱由鋼管或鋼筋籠澆灌水泥等制作而成。此類支撐雖具有制作簡單、成本低廉的優(yōu)點，但會使古樹逐漸對其產(chǎn)生依賴，破壞樹木的自適應能力。相較于支撐系統(tǒng)（Propping），以“眼鏡蛇拉索系統(tǒng)”（Cobra Cabling System）為首的彈性拉索系統(tǒng)[6～8]容許樹木在風力作用下在一定幅度內(nèi)搖晃，并在提供支撐保護的前提下，促使樹體在高應力部位產(chǎn)生支撐材，隨時間成長而逐步強壯。目前，易于安裝、成本低廉、持久耐用的“眼鏡蛇拉索系統(tǒng)”已流行于世界各地，我國香港、澳門地區(qū)也擁有豐富的應用實踐經(jīng)驗，將其廣泛應用于古樹名木，如加思欄花園的古榕樹Ficus microcarpa、白鴿巢公園古榕樹、何東圖書館的古樸樹Celtis sinensis、望德堂區(qū)羅利老馬路古重陽木Bischofia polycarpa等。但國內(nèi)除香港、澳門和臺灣地區(qū)外，鮮有對該系統(tǒng)的研究及應用。

本文以廣州中山紀念堂內(nèi)2株樹齡近120年的白蘭Michelia × alba古樹為例，通過現(xiàn)場綜合評估，考察2株白蘭古樹現(xiàn)存的風險隱患。針對存在風險隱患或者風險缺陷的古樹樹枝，從樹木力學角度出發(fā)，結(jié)合樹木結(jié)構形態(tài)、拉索設計原則，為2株白蘭古樹設計配套的拉索技術方案，并詳細解析其設計思路。通過對比極端天氣前后的拉索應用情況，為“眼鏡蛇拉索系統(tǒng)”的實用性以及安全性提供實例支持，旨在為中國的古樹名木管理保護提供參考和幫助。

1 研究對象及方法

1.1 研究對象

目前，廣州中山紀念堂園區(qū)范圍內(nèi)共有11株古樹名木，其中，1株木棉Bombax ceiba及2株白蘭于1985年被定為廣州市首批保護古樹名木。2株白蘭古樹分別于紀念堂奠基、竣工時栽下，至今已有近120年樹齡，屬三級古樹。兩樹大小一致、形態(tài)類似，如同2個高大忠勇的衛(wèi)士守衛(wèi)著紀念堂，因此具有“白蘭衛(wèi)士”的美譽。

目前，2株白蘭古樹存在偏冠、樹體傾斜、樹皮開裂、空洞腐朽等問題，加之現(xiàn)有的剛性支撐系統(tǒng)面臨老化形變的問題，采用能逐步替代當前剛性支撐的新型支撐系統(tǒng)已迫在眉睫。為應對廣州即將到來的臺風季，項目團隊以國際樹木學會（International Society of Arboriculture）認證樹藝師及攀樹師的先進實踐經(jīng)驗為基礎，研究樹木結(jié)構特征，于2023年7月為2株白蘭古樹設置“眼鏡蛇拉索系統(tǒng)”，旨在應用彈性拉索技術調(diào)整樹枝力學平衡，使古樹逐步擺脫對于剛性支撐的依賴。

1.2 “眼鏡蛇拉索系統(tǒng)”技術

“眼鏡蛇拉索系統(tǒng)”是由德國制造的非侵入式彈性拉索系統(tǒng)，具有無需破壞樹體、易于安裝、成本低廉、耐用持久等優(yōu)點，主要由中空編織聚丙烯繩、減震器、窄身扁帶環(huán)、摩擦套、熱縮套等組成[9]。

1.2.1 拉索技術實施原則

1）拉索點應選擇在距離分叉點向上2/3樹枝高度處，使拉索繩索以較小的張力承受枝干之間向外的張力作用。

2）拉索的枝條選擇應遵從粗枝條牽引細枝條，或者等勢枝間進行牽引的原則。對于跨度和角度較大的枝條，除使用主枝條進行牽引外，還應使用輔助枝條進行牽引，以降低過重荷載和過大受力擺幅的風險。

3）枝干的夾角過小將導致拉索無法作用。拉索前應仔細觀察枝條間的夾角，特別是當拉索準備設置在較直立枝干與較平枝干之間時。

4）兩兩枝干間應采用1根繩索拉索，避免采用1根繩索拉索貫穿3個及以上的枝干。

5）動態(tài)拉索系統(tǒng)應根據(jù)牽引目標枝條的胸徑及距離確定使用的繩索強度；靜態(tài)拉索系統(tǒng)應確保其繞過枝干的夾角不超過45°，如果角度超過此限制，可能會影響枝干的生長[9]。

1.2.2 拉索類型與材質(zhì)強度選擇

根據(jù)插入組件、允許擺幅的不同，“眼鏡蛇拉索系統(tǒng)”可分為動態(tài)拉索系統(tǒng)（Dynamic Cabling System）和靜態(tài)拉索系統(tǒng)（Static Cabling System）2種，其對應的繩索抗拉強度及應用材料強度均有特定要求?！把坨R蛇拉索系統(tǒng)”的繩索抗拉強度與樹木分枝直徑、拉索系統(tǒng)類型具有相應的關系，一般情況下，動態(tài)拉索系統(tǒng)對于繩索最低抗拉強度的要求較靜態(tài)拉索系統(tǒng)低（表1）。

根據(jù)“眼鏡蛇拉索系統(tǒng)”技術標準，存在風險隱患或者風險缺陷的樹枝應使用靜態(tài)拉索系統(tǒng)，可以阻止風險缺陷進一步擴大，并有助于防止分枝斷裂。由于本次白蘭古樹彈性拉索涉及的目標調(diào)整枝條皆具有一定的風險隱患，應采用靜態(tài)拉索系統(tǒng)。

2 樹木現(xiàn)狀評估

東側(cè)白蘭（古樹編號：44010400311300019）位于中山紀念堂主體建筑大平臺東側(cè)，其西北側(cè)靠近文物建筑，整體向南側(cè)嚴重傾斜。西側(cè)白蘭（古樹編號：44010400311300020）位于中山紀念堂主體建筑大平臺西側(cè)，其東北側(cè)靠近文物建筑，整體向南側(cè)嚴重傾斜。根據(jù)現(xiàn)場的綜合評估，東、西側(cè)白蘭存在的問題如表2所示。

3 白蘭古樹拉索技術與應用

3.1 拉索系統(tǒng)設置

基于樹木拉索技術的實施原則，根據(jù)東側(cè)白蘭的風險評估結(jié)果，結(jié)合現(xiàn)場實際情況，為東側(cè)白蘭具有風險的4條分枝設計合理的樹木拉索點，并詳細測量拉索點的各項數(shù)據(jù)，確定拉索點等級，為拉索材料的強度選擇提供依據(jù)（表3）。

E1分枝為東側(cè)白蘭南側(cè)分枝，由于該分枝應用了剛性支撐，存在依賴支撐過度向外生長的趨勢，枝條荷載過重。為了恢復樹木的自適應能力，幫助其擺脫對剛性支撐的依賴，在該分枝設置2個拉索點（圖1），共同承擔其過重的荷載。此外，設置2個拉索點能降低潛在風險，若該分枝的薄弱部位（剛性支撐接觸點）發(fā)生斷裂，拉索系統(tǒng)將拉緊枝條并將其暫時固定在樹上，減少對周邊環(huán)境的破壞。

E2分枝為東側(cè)白蘭西側(cè)分枝，正逐步向中山紀念堂主體建筑的方向生長。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，該分枝的中部位置存在1處開口向下的空洞，推測為剛性支撐擠壓枝干接觸點造成的風險，為該分枝的主要薄弱部位。為了降低該分枝的潛在風險。在中部空洞位置的兩側(cè)分別設置1個拉索點（圖2）。

E3、E4分枝為東側(cè)白蘭東側(cè)分枝，位于同一二級分枝上，枝下的人流量大，且分枝具有樹皮開裂、切口木質(zhì)腐朽的風險，因此，2條分枝各設置1個拉索點（圖3）。

基于樹木拉索技術的實施原則，根據(jù)西側(cè)白蘭的風險評估結(jié)果，結(jié)合現(xiàn)場實際情況，為西側(cè)白蘭具有風險問題的3條分枝設計合理的樹木拉索點，并詳細測量拉索點的各項數(shù)據(jù)，確定拉索點等級，為拉索材料的強度選擇提供依據(jù)（表4）。

W1、W2分枝為西側(cè)白蘭南側(cè)分枝，由于西側(cè)白蘭樹干向南側(cè)嚴重傾斜（約25°），上級分枝應用剛性支撐，且以該支撐作為減緩樹干傾斜的主要手段。經(jīng)調(diào)查，因剛性支撐的反作用力，受支撐的枝條出現(xiàn)異常木質(zhì)隆起，存在反向斷折的風險，其下一級分枝（W1和W2）較長，具有設置拉索的條件。因此，2條分枝各設置1個拉索點（圖4），減少樹木對剛性支撐的依賴，為將來更換剛性支撐的位置提供基礎。

W3分枝為西側(cè)白蘭西側(cè)分枝，是從樹木主干延伸出來的二級分枝，枝條覆蓋面廣，枝下的人流量大，且枝條與樹木主干間的角度較為水平，整個分枝存在荷載過重的風險。為了降低該分枝的潛在風險，在該分枝與主干的分叉點向上2/3樹枝高度處設置2個拉索點（圖5）。

3.2 應用結(jié)果與分析

2023年9月2日，超強臺風“蘇拉”于廣東省珠海市南部沿海登陸，距離廣州最近時的風速達到45～52 m/s，為廣州帶來暴風雨。緊隨“蘇拉”之后，“海葵”于9月5日在廣東省潮州市沿海登陸，中心附近最大風力有8級（18 m/s），雖風力不及“蘇拉”，但其持續(xù)時間長，累積雨量大，亦給廣州市帶來明顯降雨。

為了確認白蘭古樹拉索系統(tǒng)的安全性，項目團隊于“雙臺風”過境后進行拉索系統(tǒng)復查，詳細記錄各拉索點的狀況，并與最初的拉索點位置進行比對（表5）。通過比對得知，在經(jīng)歷“雙臺風”所帶來的強暴風雨影響后，白蘭古樹各拉索點沒有出現(xiàn)脫落、偏移的問題。這為“眼鏡蛇拉索系統(tǒng)”的實用性以及安全性提供了實例支持。

4 結(jié)論

隨著生態(tài)文明思想的深入貫徹，對于古樹名木的保護管理亦需要保持科學創(chuàng)新、與時俱進。目前國內(nèi)對古樹名木主要采用的剛性支撐會逐步破壞樹木自身的適應能力，且由于樹干與剛性支撐的接觸點長期承受壓力，樹干可能會出現(xiàn)壓迫變形、損傷腐朽等現(xiàn)象，從而損害樹木的健康，令剛性支撐無法提供長久的支持。因此，國內(nèi)部分學者提出彈性支撐[10]和活體支撐[11]，以期克服剛性支撐的缺點，但因制作困難、維護成本高等，目前這些方法尚未得到廣泛的應用?！把坨R蛇拉索系統(tǒng)”自20世紀90年代問世以來，經(jīng)過數(shù)十年的發(fā)展與推廣，已成為國外樹藝師最常用的樹木支撐系統(tǒng)之一，并廣泛應用于全球各地。相較于剛性支撐，其具有易于安裝、成本低廉、持久耐用、不損傷樹木、隨樹木生長自我調(diào)節(jié)等優(yōu)點。

為了改善廣州中山紀念堂園區(qū)內(nèi)現(xiàn)有古樹剛性支撐系統(tǒng)老化形變的狀況，項目團隊引入“眼鏡蛇拉索系統(tǒng)”，并組織粵港澳各地的專家進行技術把關，完成了廣州首例白蘭古樹彈性拉索牽引技術工程。在本次拉索系統(tǒng)的設置過程中，項目團隊僅用2天，共設置11條“眼鏡蛇拉索”，其易于安裝的優(yōu)點得到充分地體現(xiàn)。此外，通過現(xiàn)場評估發(fā)現(xiàn)，以黑色聚丙烯繩為主體的“眼鏡蛇拉索系統(tǒng)”，因其拉索位置多為于枝繁葉茂的樹冠，對古樹及周邊景觀的影響遠低于仿生剛性支撐。而根據(jù)復查結(jié)果，在經(jīng)歷臺風帶來的強暴風雨后，白蘭古樹各拉索點也沒有出現(xiàn)脫落、偏移的問題。這證實了該拉索系統(tǒng)的安全性與實用性，未來可將其廣泛地應用于處于健康狀態(tài)、景觀要求較高、樹下空間狹小或行人來往頻繁的古樹名木案例中。

由于“眼鏡蛇拉索系統(tǒng)”采用防紫外線材料，其使用壽命理論上能達到10～15年。為了更好把握拉索系統(tǒng)，延長其實際使用壽命，未來將對拉索系統(tǒng)進行長期觀測，記錄觀測數(shù)據(jù)，并探索一套科學準確的拉索系統(tǒng)安全評估體系。同時積極推廣“眼鏡蛇拉索系統(tǒng)”，運用國內(nèi)外經(jīng)驗總結(jié)出一套適合華南地區(qū)古樹拉索的具體實踐技術標準，促進拉索系統(tǒng)在國內(nèi)得到更為廣泛的應用。

注：文中圖片均由作者自繪自攝。

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作者簡介：

陳崢/1991年生/女/福建漳州人/碩士/廣東省沂綠生態(tài)科技發(fā)展有限公司（廣州 510000）/園林工程師/專業(yè)方向為風景園林工程與技術、園林植物與應用

黃霖霞/1982年生/女/廣東河源人/本科/廣州市中山紀念堂管理中心（廣州 510180）/園林工程師/專業(yè)方向為古樹名木保護、公園景區(qū)管理和自然教育

羅宇謙/1997年生/男/廣東廣州人/碩士/

廣東省沂綠生態(tài)科技發(fā)展有限公司（廣州 510000）/專業(yè)方向為風景園林工程與技術、植物保護與應用

（*通信作者）黃頌誼/1982年生/女/廣東廣州人/華南理工大學建筑學院在讀博士研究生/仲愷農(nóng)業(yè)工程學院園藝園林學院（廣州 510225）/園林正高級工程師/研究方向為風景園林工程與技術、園林植物與應用/E-mail： huangsongyi@hotmail.com