城市山林高架步道設(shè)計(jì)要素探析

鄭 磊

(廈門市市政工程設(shè)計(jì)院有限公司 福建廈門 361000)

0 引言

隨著人民生活水平的提高，休閑、健身等已成為人們生活需求的重要部分。各地方城市在近年來掀起了一波“高架步行專用道”的建設(shè)，旨在山林中建設(shè)可以與自然親近度更高，打破傳統(tǒng)的貼地步道。其目的可以將人與樹之間的關(guān)系由人與樹根抬升至樹梢或樹干上，可以跟高處樹上的小動物可以有更近距離的接觸，變換行人的不同體驗(yàn)感。同時(shí)，為了減輕施工過程中對山林的破壞，采用鋼結(jié)構(gòu)施工是一個(gè)可選的方式。其中由福州的“福道”做為起始，打開了國內(nèi)第一條全程鋼高架鏤空的先河，其控制標(biāo)高以樹梢為主，可以從山體樹尖的角度游覽山林和城市之間的景色變化，打破了林中看城的遮擋。而廈門的“健康步道”在“福道”基礎(chǔ)上又做了進(jìn)一步的變化，步道高架以“若隱若現(xiàn)”和“遮陰”為目的，步道標(biāo)高控制在約離地3 m～5 m，同時(shí)打造了七個(gè)重點(diǎn)的城市橋梁景觀節(jié)點(diǎn)，進(jìn)一步展示橋梁建筑與城市景觀相融共生的美景。

各種山林高架專用步道建設(shè)形式多種多樣，而該步道的合理寬度關(guān)系到了對林中植被的影響、造價(jià)等。本文立足于高架步道的斷面寬度、梁體材料、面層材料等角度，綜合分析各項(xiàng)指標(biāo)及利弊，對后續(xù)其它類似步道建設(shè)提供借鑒。

1 斷面寬度分析

目前國內(nèi)關(guān)于高架步道寬度的研究相對較少，一般為地方經(jīng)驗(yàn)結(jié)合規(guī)范最低值取值。例如《城市道路交通規(guī)劃設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50220-95)中要求且人行道寬度應(yīng)按人行帶的倍數(shù)計(jì)算(人行帶寬度在城市道路上取0.75 m，車站碼頭、人行天橋和地道上取0.9 m)，且最小寬度不得小于1.5 m。《城市道路工程設(shè)計(jì)規(guī)范》(GJJ 37-2012)(2016年版)[1]中要求最小寬度為2.0 m。《城鎮(zhèn)綠道工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》(GJJ/T 304-2019)中要求步行道寬度應(yīng)大于2 m，特殊區(qū)域不應(yīng)小于1.5 m?！陡＝ㄊ【G道規(guī)劃建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)》(DBJ/T 13-194-2014)中規(guī)定，都市型綠道的步行道單獨(dú)設(shè)置時(shí)不小于2 m，與市政道路結(jié)合時(shí)不小于3 m；郊野型和生態(tài)型綠道步行道寬度均不小于1.2 m。

再有實(shí)際工程實(shí)例。如福州福道凈寬取值為2.4 m；廈門健康步道在標(biāo)準(zhǔn)段為2.4 m，節(jié)點(diǎn)位置取值3.8 m；龍巖蓮花山步道凈寬取值為3.0 m等。不同地方有不同的建設(shè)取值，隨機(jī)性較大。為此，本文將通過對高架人行道基本寬度和通行能力的研究，提出相適當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)規(guī)則，以期指導(dǎo)后續(xù)其它規(guī)劃設(shè)計(jì)工作。

高架斷面凈寬擬定一般考慮行走凈寬和行人路緣寬度疊加。其中行走凈寬為結(jié)合人體行為習(xí)慣得出，同時(shí)參考相關(guān)規(guī)范進(jìn)行取值。而行人路緣寬度主要目的，為保證行人行走過程的心理安全預(yù)示而增加的寬度。

(1)從行人隊(duì)列舒適度角度對行走凈寬建議值擬定

根據(jù)大量人體參數(shù)，行人靜態(tài)空間設(shè)計(jì)時(shí)一般取橢圓(肩寬長軸61 cm，肩厚短軸45.7 cm)。由于行走時(shí)隨著身體重心在兩腳間的轉(zhuǎn)換，人體出行橫向擺動，觀測表明單側(cè)人體擺幅約為10 cm～14 cm，因此行走時(shí)橫向擺動距離為20 cm～28 cm，故一條人行帶寬度應(yīng)為69.4 cm～77.4 cm[2]，與《城市道路交通規(guī)劃設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定的行走帶寬度0.7 m～0.8 m(三級服務(wù)水平)相適應(yīng)。。

與此同時(shí)，不同尺度的步道寬度營造不同行走體驗(yàn)的步道環(huán)境。據(jù)觀測分析認(rèn)為，行走空間與親密距離成正相關(guān)，如表1所示。

一般情況下，城市山林步道建設(shè)寬度研究，可考慮1人通過、2人并行為主，3人同向并行以兩大人帶一小孩為主(3成年人同向并行情況相對少有)，4人及4人以上情況較少出現(xiàn)。城市山林步道服務(wù)受眾面較廣，即有較親密的距離也需要舒適的社交人際距離。因此在考慮實(shí)際建設(shè)需求時(shí)，建議一隊(duì)成年行人寬度取0.75 m(參考城市道路工程規(guī)范取值)；一大人牽一小孩的行走隊(duì)伍建議采用1.2 m(建議按親密距離并取舒適值)；單輛無障礙輪椅推車寬度建議采用1.0 m(參考無障礙設(shè)計(jì)規(guī)范取值)。

綜上，由于城市山林步道在使用中有著不同的項(xiàng)目功能需求，且其他干擾因素較城市道路人行道較少，因此在不同功能定位下的凈寬建議值可以有不同的取值。計(jì)算取值參考如下：

3位成年人步行凈寬：3×0.75=2.25 m(二人并行，留有一人空間超越或?qū)π?

2位成年人+1小孩步行凈寬:0.75+1.2=1.95 m(一大人牽一小孩，留有一人空間超越或?qū)π?

2位成年人+1無障礙輪椅推車：2×0.75+1.0=2.5 m

(2)結(jié)合步道通行能力角度，對行走凈寬建議值擬定

按照規(guī)范選取的三級服務(wù)水平，并根據(jù)《交通工程手冊》中的公式計(jì)算一條步行帶的設(shè)計(jì)通行能力，具體公式如下：

式中：

Ni——一定服務(wù)水平下一條步行帶的設(shè)計(jì)通行能力，單位為人/(h·m)；

Vp——人行道行人步行速度，單位為m/s；

Sp——行人行走縱向間距，單位為m；

bp——每個(gè)行人(一條步行帶)占用的橫向?qū)挾龋瑔挝粸閙；

k1——可能通行能力折減系數(shù)，按《交通工程手冊》中規(guī)定本次折減系數(shù)取0.5；

k2——設(shè)計(jì)通行能力折減系數(shù)，按《交通工程手冊》[4]中行人設(shè)施所處的地位和不同服務(wù)水平要求，三級服務(wù)水平下的折減系數(shù)采用0.5。

根據(jù)《城市道路工程設(shè)計(jì)規(guī)范》(CJJ37-2012)，三級服務(wù)水平單條步行帶占用的橫向?qū)挾热?.75 m，縱向間距為1.8 m，步行為1 m/s，可算得一條步行帶的設(shè)計(jì)通行能力為625人/(h.m)。

根據(jù)《交通工程手冊》中的公式，可計(jì)算出步行交通需要的寬度值，具體公式如下：

式中：

B——步道寬度，單位為m

N——單側(cè)人行道高峰小時(shí)人流量

Ni——一定服務(wù)水平下單條步行帶的設(shè)計(jì)通行能力

b——一條步行帶的寬度，取0.75 m

綜合上述分析，從步道通行能力角度出發(fā)，亦可得出步道寬度選取參考值，具體如表2所示。

小結(jié)：在項(xiàng)目建設(shè)初期，若有實(shí)際人流預(yù)測或景區(qū)人流控制的前提下，可采用以步道通行能力為主設(shè)置斷面行走凈寬，再輔以行人隊(duì)列舒適度進(jìn)行合理決斷。若無，則可采用以行人隊(duì)列舒適度為主的斷面設(shè)置依據(jù)。

(3)路緣帶寬度擬定

一般城市人行道路緣帶取值0.1 m。該取值方式，建議可運(yùn)用于城市山林步道中的路基段且無護(hù)欄段。而城市山林步道中難免存在高架段或因高填方而需增設(shè)護(hù)欄，由于現(xiàn)有護(hù)欄設(shè)置多樣化，為進(jìn)一步分析調(diào)查路緣帶寬度與護(hù)欄型式(直立式、內(nèi)傾式、外傾式三種類型)之間的關(guān)聯(lián)，開展了如下現(xiàn)場調(diào)查分析：

步長：一般成年人裸腳寬為6～8 cm,穿運(yùn)動鞋后寬10 cm～20 cm，因此取步長為20 cm。

計(jì)數(shù)規(guī)則：計(jì)數(shù)時(shí)以行人正?？坑倚凶吡?xí)慣時(shí)的右腳鞋中心位置位于該段落范圍則計(jì)入，如圖1所示。實(shí)際調(diào)查中，在自由流的前提下，按不同類型的護(hù)欄，在不考慮路緣帶寬度預(yù)留的前提下，對行人行走的習(xí)慣范圍進(jìn)行調(diào)查，統(tǒng)計(jì)總量為正向150人次和反向150人次。

圖1 斷面步長劃分及計(jì)數(shù)規(guī)則示意圖

①直立式護(hù)欄：以龍巖蓮花山步道為調(diào)查對象，該標(biāo)準(zhǔn)斷面凈寬為3.0 m，護(hù)欄為直立式，如圖2所示。其行人行走于同一斷面不同區(qū)域的分布統(tǒng)計(jì)結(jié)果如圖3所示 。

圖2 直立式護(hù)欄(龍巖蓮花山步道)

圖3 行人行走斷面區(qū)域分布圖(直立式護(hù)欄)

②外傾式護(hù)欄：以福州福道為調(diào)查對象，該標(biāo)準(zhǔn)斷面凈寬為2.4 m，護(hù)欄為外傾式，如圖4所示。其行人行走于同一斷面不同區(qū)域的分布統(tǒng)計(jì)結(jié)果如圖5所示。

圖4 外傾式護(hù)欄(福州福道)

圖5 行人行走斷面區(qū)域分布圖(外傾式護(hù)欄)

③內(nèi)傾性護(hù)欄，以廈門健康步道為調(diào)查對象，該標(biāo)準(zhǔn)斷面凈寬為2.4 m，護(hù)欄為內(nèi)傾式，如圖6所示。其行人行走于同一斷面不同區(qū)域的分布統(tǒng)計(jì)結(jié)果如圖7所示。

圖6 內(nèi)傾式護(hù)欄(廈門健康步道)

圖7 行人行走斷面區(qū)域分布圖(內(nèi)傾式護(hù)欄)

由統(tǒng)計(jì)結(jié)果可知，由于國人靠右行走的習(xí)慣，較大的人流區(qū)域?yàn)橹虚g偏右，但較少靠邊行走。再從三種護(hù)欄類型的行人分布統(tǒng)計(jì)結(jié)果可發(fā)現(xiàn)，行人在外傾式護(hù)欄行走時(shí)，離護(hù)欄最近的區(qū)域(1.0 m～1.2 m)行走的頻率最低；而在內(nèi)傾式護(hù)欄情況下，該區(qū)域的行走頻率最高，斷面利用更為充分。經(jīng)與各類行人交流分析可進(jìn)一步得知，發(fā)生該種變化，主要由于人行心理行為決定。在外傾式護(hù)攔中，由于于臂可觸及的扶手從視覺角度較遠(yuǎn)，行人心理安全感較低，因?yàn)橐话闱闆r下不會靠側(cè)邊行進(jìn)。而內(nèi)傾式護(hù)欄則相反，從視角角度來說，行走過程不用擔(dān)心腳會踢到護(hù)欄下端，只需關(guān)心手臂的位置，而其支撐離手更近更直接，因?yàn)闀菀卓窟呅凶摺?/p>

綜上所述，對于外傾式護(hù)欄，從人實(shí)際感受上，無形中降低了實(shí)際步道的使用范圍。因此建議該類型護(hù)欄兩側(cè)設(shè)置0.15 m以上的路緣帶，以保證實(shí)際行走凈寬的要求。而對于內(nèi)傾式護(hù)欄，橋面寬度隨著寬度內(nèi)傾角度的加大而變寬，當(dāng)橋面寬度單側(cè)增加至0.1 m時(shí)，行人心理安全感較高，行走過程可以緊靠著護(hù)欄內(nèi)側(cè)邊行走，該類型的護(hù)欄設(shè)計(jì)時(shí)可以不用考慮增加路緣帶寬度。對于直立式護(hù)欄，建議采用規(guī)范值，兩側(cè)設(shè)置0.1 m路緣帶寬度。

(4)關(guān)于應(yīng)急救援的初步思考

由于山林步道建設(shè)具有一定的封閉性，而步道建設(shè)是鼓勵(lì)市民積極參與戶外健身。因此，在方案設(shè)計(jì)初期，應(yīng)當(dāng)充分重視應(yīng)急救援的保證。從驛站功能配備是一方面，而在步道寬度選擇、面層形式選擇也應(yīng)有一定的考量。如在保證緊急救援通道，步道自身寬度、縱坡、面層平整度應(yīng)保證急救床的通行。而急救床寬度為0.34 m～0.98 m，考慮兩側(cè)推行人員的空間為0.7 m，因此步道寬度不宜小于0.7×2+0.4=1.8 m。

(5)基于上述的分析，城市山林步道建設(shè)斷面凈寬一般為2.0 m～3.0 m，其性價(jià)比已通過較大量的工程實(shí)際案例得以驗(yàn)證。合理的寬度取值主要取決于經(jīng)濟(jì)性、人群服務(wù)水平，在2.0 m～3.0 m范圍內(nèi)的造價(jià)差異變化不大。

2 橋梁主材

常見的采用的高架橋材料主要為鋼筋混凝土和鋼結(jié)構(gòu)兩種形式。

從造價(jià)角度而言，鋼結(jié)構(gòu)的初期建設(shè)費(fèi)用要高于鋼筋混凝土；后期養(yǎng)護(hù)上鋼結(jié)構(gòu)的成本也高于鋼筋混凝土。但采用鋼結(jié)構(gòu)，可增大跨徑可減少林中立墩，且從施工過程而言，鋼結(jié)構(gòu)于山林中具備可模塊化，可輕量化拼裝施工，對便道、施工區(qū)域要求低，對現(xiàn)狀山體的影響較小，社會效益較好。從近年來倡導(dǎo)的輕量化施工要求以及鋼結(jié)構(gòu)使用成本的降低看，墩柱和梁體采用鋼結(jié)構(gòu)具備一定的優(yōu)勢。

在實(shí)際運(yùn)用過程中，應(yīng)從經(jīng)濟(jì)性和社會效益綜合評判采用鋼筋混凝土或鋼結(jié)構(gòu)，不應(yīng)盲目追求“熱點(diǎn)”而給社會帶來負(fù)面影響。

3 面層形式

高架橋梁的面層形式，可分為鏤空式橋面和封閉式橋面。封閉式橋面更為常見，多用于混凝土結(jié)構(gòu)或鋼箱梁結(jié)構(gòu)，而桁架結(jié)構(gòu)或拼接式可采用鏤空橋面。

由于高架步道在山林中建設(shè)，為更好地解決橋下空間的養(yǎng)護(hù)和透光問題，減少管養(yǎng)死角，建議采用鏤空形式。鏤空的橋面目前常用的方式的鋼格柵、戶外竹材、木塑等材料，如表1所示。一般情況下，從實(shí)際管養(yǎng)角度，在此類型高架結(jié)構(gòu)中，不建議采用防腐木。

表3 鏤空橋面常見形式對比表

4 結(jié)語

城市山林步道是為了給市民提供一個(gè)登高望遠(yuǎn)、放松心情、緩解壓力、回歸和體驗(yàn)自然的理想場所，它具備了休閑和健康的特性，在設(shè)計(jì)中應(yīng)從便捷性、舒適性、景觀性、生態(tài)性等各方面進(jìn)行綜合考慮。本文從高架專用步道斷面的適用寬度分析、橋梁選材、面層形式的適宜性角度出發(fā)，論證分析了各種需求的特點(diǎn)，旨在從經(jīng)濟(jì)性、合理性、舒適性為此類型步道建設(shè)提供一些參考。