城市森林步道的设计与施工

李才波

广东省基础工程集团有限公司 广东 广州 510700

国内传统公园及城市森林步道的建设以桥梁式步道、混合式步道（地面步道＋桥梁）等为主，但桥梁式步道、混合式步道存在开挖施工便道与渣土清运、山体开挖与破坏等生态效益较差的弊端。随着我国经济的快速发展，生态环保、低碳节能、经济效益比最大化等已成为建设城市森林步道的趋势。结合国内外城市森林步道建设的经验，通过与传统建设方案的横向对比[1-3]，以福州左海公园—金牛山城市森林步道工程为背景，创新运用一种生态性好、环境破坏极小、综合单价与其他类型相当的全钢结构架空栈道结构形式，能实现生态经济效益比最大化。采用创新、人性化的设计，精细化施工，最大限度地保障山体和植被零损伤，环境零污染，实现了在超长钢桁架栈道上的微创生态建设，为今后建设类似工程提供参考。

1 工程简介

1.1 工程概况

福州左海公园—金牛山城市森林步道（又称“福道”），是福建省生态建设的重要实践和重点民生工程，工程造价4.5亿元。项目东起左海公园环湖步道，沿金牛山山脊向西，至闽江公园（国光段）。钢结构架空栈道总长约8.2 km，建设内容包含钢结构栈道、景观桥及园林绿化等。

钢结构栈道基础设计采用人工挖孔桩，设计桩径1.2 m，桩长主要为12.0～15.0 m，最长达到20 m。森林步道采取钢架镂空设计，全钢结构的栈道桥面使用格栅板；其中步道主体工程由“Y”形柱与跨度16.0 m管桁架桥段组成，每个桥段均由7个基本模块组合而成，模块之间采用法兰盘螺栓连接；栈道宽2.4 m，平均纵坡坡度6.25%。

1.2 工程难点

作为国内首条钢结构城市森林栈道，无其他先例可借鉴；建于地貌现状脆弱的山脊线上，用地狭长，高差大；在恶劣地形条件下进行山地微创施工，材料运输难度大；当地政府及建设单位对生态建设标准要求极高，需保护原始地形和植被，做到微创施工或环境零破坏。

1.3 技术创新的背景条件

“脆弱山脊上无障碍空中步道的生态微创建设”是福道施工的核心理念，其源自“用地单薄、缺乏人文、体验感差、观景困难”的场地困境，是逆境而生的“定制设计”。微创生态设计、栈道结构美学、人性化设计、BIM信息化设计、微创施工技术，始终贯穿设计到施工的每个环节。追求生态经济效益比最大化和困中求新，是项目建设的重要原则。

2 主要科技创新技术

2.1 微创生态设计

实现生态微创式的建设，从项目中主要设施的规划设计入手，主要体现在以下几个方面。

2.1.1 综合选线规划

栈道的规划选线，对建设过程中山体的损伤有重大影响。为将损伤降到最低或实现零损伤，经现场踏勘、线路筛选、线形比对，最终采用“主线分支形”的总体布局。主线顺应山脊线布局，支线贴合地形地貌自成环线设置，避免因跨越大高差而大规模切山填谷造成山体破坏（图1）。

图1 主线分支式线路规划示意

2.1.2 高效模块设计

创新模块化设计，为后期高效且微创的施工奠定基础。为克服因弧线造型而带来的设计、生产、施工困难，采用模块化设计策略，把复杂多变的栈道线形归纳为由12组基本模块组成的多变组合（图2），不但能使设计、生产和施工更有效率，现场也无需占地设置大面积加工厂，同时也为实现创新施工工艺“桥面吊机滑行吊装”的现场施工运作奠定了基础。

图2 模块化设计示意

2.1.3 生态循环材料

通过几种典型山体步道做法的横向对比可知，福道的全钢结构栈道生态性好、环境破坏小、综合单价与其他类型的栈道相当，极具生态性价比，生态经济效益比极高。

常规的栈道设计，主要采用钢结构或混凝土结构结合竹、木、塑等材料（比例高）建设，福道为实现材料生态和造型轻巧的目标，除基础部分外，整体栈道和柱子开创性地采用全钢结构材料，回收率高达80%、循环利用率高，避免了木材资源的消耗，后期更换率低。此外，钢材不易着火，适合作为山体栈道的主材使用。福道的材料运用符合国家生态建设的理念。

2.1.4 生态通透踏面

福道线形优美生动、体量轻巧、踏面通透，对森林环境十分友好。创新的钢格栅踏面，使栈道下方空间的植被也可以接受阳光和雨露，生长不受影响（图3）。经测试，钢格栅踏面的格栅间距确定为1.5 cm，钢格板规格确定为60.0 cm×120.0 cm，保证了踏面的通透性和强度。另外，富有弹性的钢隔板还减小了步行对膝盖的压力，进一步提高了游览舒适性。

图3 透光透雨的钢格栅踏面

2.1.5 保护修复绿化

常规山地公园的园林绿化是以符合大众审美为目标而进行的精致改造设计。福道的绿化是从生态修复的角度出发，以尊重山体原生植被和修复山体历史创伤为基础，进行色彩调整的绿化设计。

2.2 栈道结构美学

栈道造型通透灵秀，巧妙的结构体系和造型，保证了在强台风环境下的栈道安全性。“Y”形单柱对山地几乎零破坏，弧线线形更符合传统抽象审美（图4）。

图4 栈道实景

通过对栈道宽度、体量的宏观控制，在使用功能和结构美学之间找到了良好的平衡点。其“Y”形单柱基础占地不到1.5 m2，人工挖孔桩的施工模式无需扩大开挖，16 m标准大柱距既美观又微创，通过后期生态复绿，栈道施工对地形几乎零损伤。

2.3 人性化设计

通过立体游线、无障碍线路、林荫栈道、柔和照明等提高游人的舒适体验。

1）立体游线。福道通过钢结构架空步道、车行道和登山步道的相互串联形成了立体灵活的游线网络，不但利于人流疏散且可控制游览的时间，游览线路灵活。多数环线可做到进出口为同一节点，不用走回头路，极大地方便了游客。

2）无障碍线路。福道基本实现了全线无障碍通行，通过主入口所衔接的无障碍支线步道进入主轴线，可无障碍游览所有重要节点和服务设施。1∶16的极缓坡度加每16 m设置1个休息平台的设计，使行走不便的游客可不受限制地轻松漫步游赏。

3）林荫栈道。许多山地步道都存在夏季缺少树荫遮蔽的问题，其主要原因之一是原生植被遭到破坏，新种植的大树冠幅短时间内难以长成伞状形成林荫。福道注重生态设计和精细建设，紧邻栈道两侧的都是原生大树，与栈道线位重合的胸径15 cm以上的树都必须保留，并使其从栈道中穿出。栈道边还有保留下来的果园，丰收的季节走在步道上就能摘到果实。

4）柔和照明。福道的夜景灯光以“与动物和谐共处”和“予游客舒适体验”为首要原则，采用“黑天空”理念，严格约束出光。为此，将主要光源的布设与架空步道的结构形式融为一体。电路走线隐藏在桁架内和扶手下，夜晚的光线通过钢格板和步道结构的偏转和反射变得更加柔和。线形光源在满足游人使用的情况下，影响范围被相对集中地控制在了架空步道的范围内，避免了过度光照对动物的栖息产生影响。

2.4 BIM信息技术手段

为了使现代感极强的栈道造型与自然环境高度协调融合，同时实现高效化、生态化的设计施工，本项目将BIM技术平台作为协同设计、施工管理和后期运营的基础，利用BIM协调性、模拟性、可视性、优化性的特点，来实现项目造型尺度的把握、衔接和精细化模块设计。借助BIM技术，极大地减少了各专业图纸间的错、漏、碰问题，提高了对图纸实施效果的预判和对图纸变更的把控，对施工组织和全流程动态管理也十分有益。

2.5 微创施工技术

本工程栈道沿线多为树木，地形复杂、地势陡峭，起伏较大。对于道路系统不完善或者新开发的山区，建设森林栈道需要大量砍伐树木，而且在施工过程中会对地面植被造成较大程度的破坏，给生态环境造成影响。研发设计一种能自行前进的创新型桥面吊机，有效解决了传统吊装技术施工工效差、环境破坏大、覆盖面有限的缺点。

2.5.1 研发设计一种创新型的桥面吊机

自行式桥面吊机由起重设备与自行式平台组成，两者通过法兰盘装配式连接，能够快速组装和分离，创新设计配套的行走机构、防倾覆机构、固定机构，以适应栈道施工要求（图5）。

图5 自行式桥面吊机

2.5.2 桥面吊机滑行吊装施工技术

利用已成形的桥段作为构件运输平台，其上铺设横、纵向梁轨道，并利用装配式结构施工装备在轨道上开行及进行吊装作业，再以行走小车作为构件运输设备，依次向前逐段安装景观步道钢结构。

2.5.3 小转弯半径处的吊装接驳技术

本工程钢结构栈道存在较多转弯段，转弯半径小，最小处转弯半径仅为3 m。因自行式桥面吊机、运输小车及构件分段长度大于3 m，故施工时存在无法转弯的难题。

在钢结构栈道施工过程中，当桥体弯曲半径过小，超过自行式桥面吊机过弯能力时，需要采用桥面吊机接驳安装技术，即在由转弯段分隔的前、后区域各设置1台桥面吊机和1台运输小车。构件运输通过转弯段时由吊机吊装接驳，桥面吊机设备中的吊装机构与行走机构通过法兰盘连接，能够快速组装和分离，有效地解决了小转弯半径处钢桁架构件运输的施工难题。

3 结语

福道从微创生态设计、栈道结构美学、人性化设计、BIM信息化设计、微创施工技术等方面，适应了多变的地形与复杂的山势，实现了在脆弱山脊上无障碍空中步道的生态微创建设，将超长钢结构栈道与自然环境融合，最大限度地减少了对植被的破坏。本项目中关于钢架悬空栈道的设计和施工，也可为国内山体步道的生态建设带来全新的思路。