步道结构多元化模块融合绿色建造技术

龙智斌

（广东省基础工程集团有限公司 广州 510620）

0 引言

城市森林步道作为群众户外游憩重要设施之一，路线设计与市政、公路等具有较大的区别。市政、公路路线选择以通达为基本需求，森林步道作为园林路线，曲径通幽是其主要考量之一；而随着老龄化社会的到来，无障碍的需求则非常迫切。构件的标准化、模块化设计，对钢构件的工厂预制及现场拼装有着重要影响。将路线选择、无障碍设计、构件的标准化模块化融合设计、综合建造方式及低影响建造技术组合应用，是福州某钢结构森林步道工程示范段A、B 钢结构步道建设的技术创新，不仅实现了符合传统审美、贴合山地的超长钢结构森林步道［1-2］。同时解决了在山林空间曲线环境下，山体不开挖、大树零损失、便道规模小、人工转运少的施工难题。为今后建设类似工程提供参考。

1 工程概况

福州某钢结构森林步道工程示范段A、B 钢结构步道建设起于金牛山体育公园，通过环形坡道进入森林步道，沿着山势盘旋进入森林步道主线。该项目钢结构森林步道主轴线长3.7 km，是全国首条采用钢架镂空设计的森林步道。

该森林步道长约1.3 km，行人走道主要由Y 型柱支撑的跨度长至16 m 的桥段组成，桥段由7 个基本模块和连接休息圆台“庇荫阁”组合而成，全程散布有宽于桥体的休息处，包括座位、庇荫亭和观望台。人行步道宽度2.4 m，栈道最大纵坡6.25%。钢结构森林步道基础采用人工挖孔桩，设计孔径1.2 m，桩长15 m，部分地质条件限制段可达18～20 m。人工挖孔桩施工过程中遇到石方地质，采用钻孔取芯结合静态爆破及人工风镐破碎方式施工。

步道上部结构采用钢结构形式架设，结构形式为管桁架，平均坡度1∶16，分为86 段，分别为B01～B38、A01～A49以及栈道起点圆盘。所分段落分为7个模块及桥墩。上部各模块间的连接采用10.9 级高强螺栓连接，其他上部焊接分段及墩柱分块连接采用10.9级承压型连接高强度螺栓。

步道下部结构钢柱分为两大类型：墩高大于3 m的采用Y 形钢结构墩配混凝土底座，低于3 m 的采用钢结构墩接桩帽。Y 形钢结构墩配混凝土底座的高墩设A、B、C、D、E、F共6种类型，最大单重6.23 t。

2 工程难点

⑴本工程为国内首条钢结构城市森林步道，施工没有先例可借鉴和参考。

⑵空间结构曲线复杂，跨越多样地形，建设条件苛刻，无施工便道，材料运输困难。

⑶ 在复杂密林环境下进行钢结构森林步道施工、低影响施工难度大，原生态环保要求高。

3 主要关键创新技术

3.1 创新应用BIM信息技术

创新运用BIM 信息技术进行科学化管理，能够显著提升工程管理工作效率与水平。利用BIM 技术的可视化、模拟性、协调性等特点，来实现钢结构栈道结构尺寸、造型的把握，衔接和精细模块设计［3］。

福州示范段主体结构采用了钢桁架结构，总工程量约1 300 t。施工前，采用Tekla Structures、CAD 等软件全数建模，通过建模对钢结构的合理排布，进行深度优化，以保证现场精确安装（见图1）。

图1 BIM信息技术Fig.1 BIM Information Technology

为了使现代感极强的栈道造型与自然环境的高度协调融合，借助BIM 信息技术可以建立钢结构栈道项目3D 模型，有利于设计、施工理解与精准把握图纸信息，提高现场工程师的工作效率和准确率，减少图纸变更的影响及施工问题［4］。还可有效控制项目成本，保证施工进度与安全。在本工程管理中BIM 信息技术的应用贯穿于全过程，不仅能够有效保证本项目的顺利进行，还实现了高效化、生态化的设计施工。

3.2 钢结构森林步道多元化模块融合技术

⑴创新进行钢结构模块化融合设计，将园林曲线、无障碍标准与装配式模块融合，设计7种标准化基础模块。包括3 种类型的支撑模块：直线支撑模（L1）、曲线模块（L2）、回头弯模块（L3），4 种类型的连接模块：直线段（R1）、两种曲率的曲线段（R2、R2a）、设遮阴雨篷段及座椅构造（S1）、直线段及带悬挑（T1）（见图2）。把复杂多变的栈道线形，归纳为由多组基本模块组成的多变组合，该技术有利于工厂标准化加工、现场装配，提高建设效率，保证园林景观贴合山地［5］。

图2 7种标准化基础模块Fig.2 7 Standard Base Modules

开创性地将园林美学和无障碍等多元化需求，全部融入超长栈道的工业化标准结构中［6］。步道结构采用了标准化模块螺栓连接形式，除了提高建设效率外，与传统模块化项目最大的不同和难点在于，将园林美学追求的线形自然优美、空间起落回转、造型轻巧灵动的多变非标造型，融入精细化设计的7 组结构模块中，既实现了这些难以量化、规律性不足、参数复杂的美学要求，又满足了规律性、标准化的无障碍功能和结构强度要求，打破了传统山体栈道以生硬不契合地形的折线和呆板笨重美感不足为主的常规思路［7］，如图3所示。

图3 多元模块结构实现优美灵动的超长钢结构森林步道Fig.3 Multi-module Structure to Realize the Beautiful and Flexible Ultra-long Steel Structure Forest Footpath

⑵创新应用绿色低污染的装配式结构和螺栓连接的综合运用建造方式，模块全部采用热浸锌防腐，不同模块之间通过全螺栓连接，施工低碳环保，减少了现场加工、安装施工造成的粉尘、污染和森林火灾风险。

3.3 低影响建造技术

⑴创新采用“Y”型单柱栈道结构形式以及人工挖孔桩、岩石锚杆基础，“Y”型单柱基础占地不到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，栈道对地形几乎零损伤［8］（见图4）。

图4 被植被修复的基础Fig.4 Foundation Restored by Vegetation

⑵创新采用钢桁架镂空构造结合钢格栅踏面，使得桥梁通体结构透光透水，栈道下方空间的植被可以接受阳光和雨露，生长不受影响，对生态环境的保护起到重要作用。

⑶创新运用保护性修复性绿化和重点绿化结合的策略，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，如图5所示。

图5 色彩调整前后对比Fig.5 Before and after Color Adjustment

⑷创新运用隐藏式消防设计策略，为避免影响步道美观性，在步道沿线设置隐藏式消火栓和给水系统，施工过程则采取永临结合的消防措施进行森林防火。隐藏式消防设计策略，将施工对自然环境的破坏降到最低，在提高美观性的同时做到对原生态环境最大的保护。

⑸改变传统施工粗糙暴力的形象，践行习近平总书记“像保护眼睛一样保护生态环境”的理念，让施工也可以很温柔精细，用绣花功护山林草木。创新研发了架于既成结构的装配式结构施工设备，该设备包含“起重设备”及“运输车”两部分，两者组装固定，满足吊装、运输、滑行、爬坡、转弯、防倾覆等主要功能要求，采用安全电瓶充电的新能源系统，并配备预警系统［9］。

架于既成结构的装配式结构施工设备利用已成形的桥段，多方向、渐进式施工，并开创性地采用吊装接驳技术，解决了栈道“回头弯”处设备无法通过的难题［10］。同时，该设备使用的自动性、稳定性、节能性极高，使用场景极广，能有效保护每一寸山地和每一棵草木，使复杂密林环境下的低影响建设成为可能，如图6所示。

图6 架于既成结构的装配式结构施工设备现场施工Fig.6 Site Construction of Prefabricated Structural Construction Equipment Mounted on Established Structure

4 结语

福州某钢结构森林步道第1标段工程示范段A、B钢结构森林步道建设，在密林环境下，创新采用BIM信息技术、钢结构森林步道多元化模块融合技术、低影响建造等技术，适应了多变的地形与复杂的山势，最大限度保护了原生态环境，其绿色生态建设成效显著，并被大量同类项目学习借鉴。