竹材下山集运是竹产业机械化生产中的关键环节，其技术装备水平影响着竹材资源的综合利用水平。文章综述了竹材下山集运技术与装备现状，提出了今后的发展趋势。目前已在无人机、架空索道、轨道运输、履带和轮式运输机、绳索集运及竹材管道多种运输方式上取得了一定的研究成果，为竹材下山集运提供了多样化的技术路径。但由于山地地形复杂、装备适应性不足及技术体系不完善等问题，竹材下山集运仍受到一定的制约。针对这些问题，提出了未来发展将侧重于集运模式的立体化与空地协同化、道路与林间基础设施完善与装备的灵活化和多功能化，并推动智能化与信息化的融合，以期为竹材下山高效集运提供参考。
竹子作为一种重要的森林资源，主要分布在亚洲、南美洲和非洲，全球竹林面积约3 700万hm2。我国是竹林资源大国，有竹林面积756.27万hm2，其中毛竹林面积占527.76万hm2。自2018年以来，我国竹材年产量基本稳定在30亿根以上。其中，2023年竹材产量达到34.18亿根，2024年产量进一步增长至35.67亿根左右。竹产业从竹林培育、林下经济、竹产品加工、竹笋食品加工等，到竹林生态旅游、竹材文化传播，横跨第一、二、三产业，在环境保护和经济发展中发挥着重大作用。竹子作为可再生资源，具有生长周期短、强度高、韧性好等特点，在建筑、家具和工艺品等领域具有广泛的应用前景。
随着国家对绿色发展的高度重视，在“以竹代塑”倡议的带动下，竹产业迎来了新的发展机遇。《国家发展改革委等部门关于加快“以竹代塑”发展三年行动计划》文件明确：要加快研发先进制造装备，提高竹林采伐、运输环节机械化水平。我国竹林主要分布在南方地区，如浙江、福建、湖南、江西等省份，这些丘陵山地地形复杂、山高沟深，其竹产业经营面积相对分散。复杂的地理环境严重制约了竹材集运机械的作业，现有的集运机械在技术与装备方面仍面临挑战。常规的人工运输手段不仅效率低下，还存在较大的安全隐患，导致大量成熟竹材难以及时下山，严重影响了竹林资源的有效利用。因此，研发适用于竹材下山运输的高效设备尤为重要。本文将综述国内外竹材下山集运技术与装备的研究现状，提出未来发展趋势，以期为提高我国竹材下山集运的机械化水平提供参考。
1 竹材下山集运面临的挑战
1.1 技术挑战
我国竹林资源多分布于南方丘陵山区，该区域地形复杂多样，坡度变化大，同时还存在大量沟壑、岩石等自然障碍物。竹材具有中空节段的特殊物理结构，环刚度为80~180 kN/m²。这种结构特点使得竹材在夹持、提升等机械化操作过程中需要对设备的夹持力进行控制，防止因加持力过大对竹材造成破裂损坏。单根竹材长度变化范围大，梢径与根径差异显著，弯曲度和直线度参差不齐，难以实现标准化处理。竹材采伐具有明显的季节性特征，一般在秋冬季毛竹休眠期进行集中采伐和集中运输作业。这些特性给机械化集运装备的设计和操作带来了技术挑战。竹材下山集运技术创新能力缺乏，自主研发能力弱，整体技术水平明显落后于其他农林机械领域，影响了竹产业技术进步和产业化发展进程。
1.2 装备挑战
林区基础设施建设普遍滞后，林间道路密度不足，且多为简易土路，无路区域和陡坡地形普遍存在，无法满足现代化集运装备的通行要求。我国竹材集运专用装备相对缺乏，现有装备多为木材集材设备的改装，缺乏针对竹材特性的专门设计，设备适应性差、通用性不强。目前竹材集运的机械化程度极低，仍以人工畜力为主，装备的自动化、智能化水平不足。随着城镇化进程加速，农村青壮年劳动力大量外流，人力等要素缺乏。这些因素对竹材下山集运方面带来了巨大的挑战，制约了竹产业的规模化发展和产业升级。
2 竹材下山集运技术与装备发展现状
世界上主要竹资源集中分布在亚洲的中国、印度、东南亚等发展中国家，而欧美等发达国家竹资源相对匮乏。由于全球竹资源分布的这种地理特点，使得国外发达国家并未对竹材专用集运技术装备进行深入研究与开发。目前国外竹材集运作业仍主要停留在传统作业阶段，即采伐后主要依靠人工搬运、背运和简单收集等方式。国内研究虽处于初级探索阶段，早期多借鉴木材集材装备如索道、输送机等，存在运行不稳定、安全难保障等问题。但近年来已针对竹材特性和复杂地形涌现出无人机集运、架空索道集运、履带式运输机、轮式运输机、轨道运输、绳索运输、管道运输等多种专用技术模式，并取得了一定进展。从发展格局来说，国内竹材下山集运可以分为空中、道路、林间3个方面。
2.1 空中集运技术与装备
2.1.1 无人机集运
随着“低空经济”的兴起和技术的不断成熟，无人机在竹材集运领域的应用持续上升，利用无人驾驶飞行器实现竹材从采伐点到集材点的空中运输（图1），该技术通过空中吊绳挂竹，飞下山脱钩再返回运竹。当前，无人机集运在竹材集运中的应用尚处于起步阶段，但在南方竹产区如福建、湖南、云南等地已展现出巨大潜力，在湖南洪江市深渡苗族乡，村民利用无人机在竹林上方精准悬停，通过吊具抓取竹材，通过沿预设航线空运至山下集运点。单架无人机单次可运输约80 kg竹材，单趟作业仅需约2 min，效率较传统人力提升超过10倍，竹材运输成本节省约150元/t，目前年运量达2 000 t，累计节约成本约30万元。在江西省安福县浒坑镇完成竹材的无人机集运试点，运输成本比传统人力降低了近60%，在阴雨天气仍能正常起降，表明无人机对南方多雨气候具有良好的适应性。张伟等提出一种无人机采伐运输系统，该系统通过机场和现场2个控制终端协同控制无人机，分别负责远程运输和近距离的捆扎、吊装作业。无人机搭载了集成的吊装、捆扎与锁紧装置，并通过拉力及扭矩传感器实时监控负载状态。
2.1.2 架空索道集运
架空索道是一种林业机械化集运技术，尤其适用于地形陡峭、地面交通不便的山地与丘陵林区。它通过在支柱或塔架间架设承载索和牵引索，构成一个空中的运输通道。作业时，利用卷扬机动力，控制吊具沿索道移动，将采伐点的木材或竹材吊离地面并输送至集材场。索道集材技术起源于19世纪末的欧洲林业，主要用于木材运输。我国于20世纪50年代中期引入国外索道系统，并逐步国产化。例如，早期研制出BTY-1.5型索道和ST-2型索道集材系统，用于林业集材。随着林业机械化推进，索道系统在竹林中得到应用，主要分布于南方竹林地如福建、湖南等。我国科研人员在改进竹材集材索道系统方面进行了多方面的探索。傅万四等提出了一种竹材索道集材运输方法及系统（图2a），通过塔架、移动主机与运输跑车等的组合，实现了林间集材与索道运输的一体化，有效降低人工劳动强度，具备拆装便捷和适应复杂地形的优势。雷永杰等对卷扬动力机构进行了结构优化分析，提出了具备自充电功能的电动化跑车系统（图2b），延长了续航时间，适用于竹材运输长周期需求。针对传统林业索道支架选点困难，吴传宇等设计了一种由绷索固定的可移动分段式支架（图2c），采用索鞍托索可将支架主要受力由弯矩转为压力，并通过增设绷索将临界载荷提高3倍以上。
2.2 道路集运技术与装备
2.2.1 履带式运输机
履带式运输机主要是由发动机、变速箱、履带、驱动轮、承重轮、导向轮、操纵装置、液压装置等组成，能够满足泥泞路况、田间和丘陵陡坡等复杂地形的转运和搬运。采用履带式行走机构，抓地力强、爬坡性能好、防滑效果好，具有良好的行驶机通过性能。在广东和平县上陵镇利用“爬山虎”履带式运输车可以载重1.5 t 的重物，在45°的崎岖山路上依然能够稳定通行，提升了竹林作业的生产力和收益水平。此外，当履带式运输机选用液压机械传动时，其可加装吊机、货箱、打药机、毛竹转盘、铲斗机构等多种功能机构，对于大功率履带运输机提高作业效率、降低燃油消耗有非常重要的作用。浙江畅鹏农林机械有限公司设计的履带式运输机（图3），整机以履带行走装置为基础，采用液压伸缩臂与吊装机构相结合的结构形式，能够实现竹材的定点抓取、堆叠与装卸。李浩瑜设计了一种履带式电动竹木去梢切断运输一体机，该机集去梢、定长切断与运输功能于一体，采用履带式电动行走系统与电动推杆压紧运输机构，能够负载80 kg在坡度25°~40°下行驶，实现竹材定长切断后的自动装载与短距离林间运输。战丽等针对间伐林集材作业中地形复杂、空间受限的问题，设计了小型履带式集材拖拉机，优化了履带运输结构，提高了行驶稳定性。王慧等提出了自适应调节重心的履带式林间运输车设计方案，通过可变重心机构改善坡地行驶稳定性，提高了履带式结构在复杂林地运输中的通过性能。
2.2.2 轮式运输机
轮式运输机是一种介于汽车和拖拉机之间的运输机械，在竹材和林木集运作业中应用较为普遍。轮式运输机有着机动灵活、结构相对简单等优点，但是轮式运输机存在轮间距受限、越障能力差、路面通过性能受场地影响大等问题，不适合在路况较差的大坡度丘陵山地中使用。丘陵山地轮式运输机械（图4）主要为四轮式农用运输机和蟒式四轮全地形搬运机。其中四轮农用运输机行走适合缓坡竹笋、竹材枝丫条等运输。蟒式四轮全地形搬运机采用独特的双节车体铰接式结构，机动性强，能够灵活地适应各种复杂路况，爬坡性能好，具有较好的牵引力。针对林地和山地复杂地形的轮式运输装备，已有较多研究成果。侯捷建等针对集材装置设计的多功能轮式集材拖拉机搭载板装置，其折叠式搭载板提高了车辆在林地中的通过性。陈明等采用连续减震控制系统（CDC）减振器的半主动悬架系统解决了山地果园轮式运输机的振动问题。吴伟斌等对山地果园轮式运输机车架进行轻量化优化设计，提出了改变横梁布置与降低构件板厚的方案，为竹材运输车辆的轻量化设计提供了参考。
2.3 林间集运技术与装备
2.3.1 轨道式运输机
轨道式运输机（图5）主要由动力装置、货箱及轨道等组成，通过在丘陵山地中铺设单轨或双轨，利用机动车沿固定线路运输竹材。相比轮式或履带式运输装备，轨道运输机受地形影响小，适用于坡度较大、道路狭窄的林地条件，但是其运输效率相对受限，铺设成本较高。在林业领域，早期研究多集中于小型森林轨道集运车的设计与性能改进。战廷文等引入并研究了森林多功能单轨运输系统的关键技术，提出了模块化设计和多用途运行思路，为后续山地单轨运输装备提供了技术借鉴。高锐等总结了丘陵山地林业轨道运输机的研究与应用进展，指出轨道运输机具有较强的坡地适应性和应用前景，适合在林区复杂地形条件下解决运输难题。在竹材集运领域，兰仲桐等研发了一种高效的轨道式运输设备。该设备由一台小型汽油发动机驱动的牵引主机、用于承载长竹材的主副运输平台、可拆卸的连接装置和齿条式自动变轨装置组成，可实现多对一运输。该运输设备单次可运300 kg以上毛竹，效率为人工运输的6倍多。严积淼等提出一款丘陵山地竹林单轨运输机。该设备由汽油机驱动，可在坡度50°以下的山地运行。其工作效率是传统人力的8倍以上，且设备操作简便、安全可靠，为竹材、竹笋及农资的运输提供了一种低成本、高效率的解决方案。
2.3.2 绳索集运系统
林间架设的绳索集运系统，主要通过在山地竹林之间架设一条、多条钢丝绳或铁链，利用钢丝绳或铁链作为环形闭合循环，形成一个低空索道，把竹材挂在链条或钢丝绳上的吊具上，靠牵引动力实现循环搬运。该技术可快速布设、快速拆卸、灵活移动，竹材运输效率高，降低了劳动强度。相较于高空索道系统，林间架设的承载索高度一般离地高度较低，便于挂载竹材，低空减少了竹材晃动与坠落风险。绳索集运系统通常是封闭环形，一边上行空载，另一边下行负载，实现连续运输，可根据地形和运输距离灵活布设。例如，浙江集英智能农机装备有限公司研制的铁链低空循环搬运机（图6a），采用在山地竹林中沿坡地架设环形闭合铁链路径，通过架设拖链滑轮组稳定铁链运行（图6b），链轮吊具挂载竹材（图6c）通过牵引力实现循环搬运，可以在最高坡度达40°的山地运行。其主要是由传动机构、涨紧装置、滑轮组、铁链等组成，实现了竹材点集材作业和机械化林间运输。林间架设的绳索集运系统不受任何地形限制，不需要作业道，可以在林间自由穿梭循环运行，也可机动作业。未来可以进一步从吊具结构优化、铁链（钢丝绳）寿命与安全控制、动力牵引系统匹配等方面展开研究。
2.3.3 竹材管道集运
竹材管道集运技术是一种利用重力或地形优势的地面运输方式，通过建造滑道或管道系统，将竹材从山顶采伐点快速下滑至山脚集材点。在竹材管道集运技术研究方面，赵勋等对捆扎毛竹的运输滑道，提出了一种牵引杆导向和牵引绳固定毛竹的运输滑道方案（图7a）。周一帆等提出了一种通过系统性安装减速器来控制竹材管道运输速度的方法，该方法采用的管道装置由管节、连接头和内置于连接头内的螺纹减速器构成（图7b），可以实现竹材速度可控、保证竹材安全下山运输的目的。陆美珍等提出了一种无动力管道运输技术，其沿山坡铺设可移动的开放型管道，利用竹材自身重力使其沿管道自行滑至山下的集材点。为控制下滑速度，在管道末端设置微弯或加装圆台体减速装置（图7c）以实现缓冲。竹材管道集运技术结构简单、成本低，但受地形和气候条件影响，需进一步提升运输的可控性与安全性。
3 发展趋势
1）集运模式的立体化与空地协同化。传统地面运输方式在复杂地形中会存在局限性，使得集运模式向立体化、多方式协同的方向发展。索道集运具有跨越地形障碍、运输量大、对林地生态影响小等优势，未来将朝着移动化、网络化和智能化技术应用的方向发展，以提升索道系统的灵活性、覆盖率和自动化水平。无人机作为一种集运新势力，其吊运模式突破了地面机械的通行限制，实现了对散落竹材的快速归集。未来，空地协同作业可以成为解决陡峭山地竹材运输难题的高效方案。
2）道路与林间基础设施完善与装备灵活化、多功能化。面对复杂的丘陵山地条件和不同规模的经营需求，竹材集运装备朝着灵活、适应性强的方向发展。通过完善山地林区的道路与作业基础设施，设计优化绳索集运、履带式的底盘和铰接式的车身，提升道路、林间运输装备地形通过性与机动性，适应狭窄林道与复杂地形。未来集运装备可以通过功能集成，加装抓斗、货厢等不同属具，用于竹材的抓取和装载，实现一机多功能化。
3）智能化与信息化融合。随着人工智能技术、物联网、大数据等新一代信息技术的快速发展，竹材下山集运正朝着智能化方向发展。在竹材下山集运领域，通过新一代信息技术，根据地形条件、天气状况、竹材特性等多维度数据，构建可实时预测最佳路径、自动调度任务、监测运输过程的智能控制平台，开发路径规划和多机协同算法，优化协同作业，使集运作业模式从单机单点到多级协同，全面提高运输安全性、效率与节能性。
竹材下山集运作为连接竹林生产与加工利用的关键环节，其技术装备水平直接影响产业链整体效益，随着竹材加工产业的不断发展壮大，以及各类竹加工企业对竹材原料需求的日益增加，研发适用于竹材下山运输的高效设备势在必行。从发展现状来看，竹材集运装备方面的研究尚处于起步阶段，许多成果仍停留在试验样机或小规模应用层面，尚未形成大规模产业化、标准化的技术体系。这不仅限制了装备在林区的推广应用，也在一定程度上影响了竹产业现代化的整体进程。未来发展，应充分考虑竹材特性和山地林区复杂的地形条件，研发竹材专用装备。优化集运模式，促使集运模式立体化与空地协同化。设计完善道路和林间装备，使其灵活化与多功能化。引入人工智能、物联网、大数据等新一代信息技术，实现运输智能化。