伐木與集材作業

陳文濤,玉山林區之木材生產,《臺灣林業季刊》 ,1966年

── 感謝國立台灣圖書館提供林業文獻資料 ──

 

一、伐木造材

伐木造材乃砍伐作業之第一步工作,經營伐木之基礎 ,其技術及管理之優劣,關係利用率、木材品等等,故當勰別注意, 以發揮最最高效能。

伐木照每木調查所烙之印跡行之。每木調查依預定砍伐之種類,分為皆伐、擇伐、間伐三種。

1、皆伐:係在砍伐而積內 ,不論大小立木,均行砍光,以備人工造林,其材積測定,英依每木調查之方法辦理,但闊葉樹之面積超過3公頃者,及處分薪炭材而認為必要時,得用標準地調查材積法,而實際上用標準地法者居多,即於準備砍伐之林班,測定其面積,繼在測定面積內,選擇林相中庸適宜之標準地一或數處(視而積之大小及立木生長狀態決定之,以平均材積作推算全面積立木總材積之根據,是以選擇標準地, 必須慎重,以免影響總材積。一般標準地之面積,至少須佔處分全面積百分之五以上,且一處標準地之面積,不得少於0.1公頃為原則,經選定之標準地,先測其面積,而後在標準地內每木調查,即逐株測其胸高直徑與高度,依編定之材積表,立定其材積,然後根據標準地之面積與材積,對處分面積,依比例求得全處分林班之總材積。近年來,多採用圓面積標準地法測定之。此外,處分區域內之林木,須一一在其幹腳打查印為記號,每木之材積,依下式計算:

2、擇伐:係在預定林班內砍伐許可之林木,擇其老熟及利用價值較大者砍伐之, 以期跡地之幼齡木及新生樹,經天然更新恢復林相。其於調查時,照預定面積所應砍伐之樹木,施行每木調查,須在每木之幹腳打印為號。每木材積之計算,與皆伐同,但胸高直徑在30公分以下之幼樹則不得砍伐。

3、間伐:係在人工造林地之林木,已達相當年齡與密度,為免影響林木生長及增進收穫量,必須擇生育較劣者,砍去一部汾,惟須以保持林相,不破塽之一定間隔距離 為原則,故調查前,須先決定間伐度,以免過度砍伐,致破壞林相,不能達到增進收穫 縣量之主旨。日據時代,以樹冠投影去除缺頂材病蟲害木為原則,近年來採用胸高斷面積法,每公頃保留胸高斷而積36平方公尺為度,優勢木及經濟價值高者,均可予間伐之,調查材積用每木測算法。

此外,因施行砍伐作業,必須在山場預備相當設施,如工人住宿之工寮、 集運木材 之索道、木馬道、或卡車道、軌道及木材堆置場等,其中因有林木之障礙,必須砍伐者,亦應調查測定之。

各伐區砍伐之先,對於立木情形及地勢 ,應派員調查測量,勘定伐木次序, 集材線路、工寮地點、及給水設備等,然後開闢道路,建築工寮,除去樹木周圍之灌木、 雜草,注意樹形地勢與鄰接地面關係,決定伐倒方向,並視幹高與良好狀況,以選定伐採點,即離地面最低者,普通在0.3公尺處,早前有高達1·5公尺以上,或竟至3公尺者。此或係地勢過急,或錯節盤根,不易施工,須架設伐木台架,以在良好點砍伐之。伐木賴人力砍伐之,其方法為使樹木倒下之方向易於控制,而保存木材品質計,時有改進, 最先為斧砍,即以斧頭字伐倒方向之伐採點上砍出受口, 線及過半,然後於受口之背面稍高處,砍以追口,使樹木倒下如圖1,後為斧鋸併用法,於伐倒方向之伐採點上,砍出受口,而以鋸於受口背面之稍高處之追口鋸之,使樹木倒下如圖2。

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伐木鋸口

最後為改良扭付法,即斧鋸鑽法,即在其預定倒方之伐採點上,以斧先砍一楔口,於其楔口反面樹身身上,離皮約15公分處,用螺旋鑽鑽孔1至3孔(或孔之離皮距離約為離楔口距離之1/5至1/4),先以光尾小鋸(俗稱落頭鋸)向楔口方向鋸通穿孔,至相當寬度之鋸道後,即在此鋸道換大鋸,(俗稱五齒鋸)。繼續向樹身橫鋸,鋸過樹心後,以至接近前而楔口時為止,於是大鋸反向自鑚孔向離皮之15公分處橫切,斯時樹幹開始搖動,而沿楔口方而倒下,如岡圖3。此等鑽孔伐木,可避免橫一切未達楔口時已因樹身自動往楔口方向突然倒下,以致破裂幹材或抽身空拔,有損材積。

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落頭鋸

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木鑚

伐木應注意之事項:

凡砍伐之立木,皆先加記號,或不適於作素材之原木,然為除去不良蓄積或除去伐 木時之障礙起見,應先行伐倒。

伐木時,樹木倒下之方向,原則上是向上方、側方、或斜的側方,而避免向下方。

在砍伐前,先要看清立木之生長狀態、周圍之有礙樹木、地形狀態,而後決定一最安全、木材損傷最少及集材最為容易之伐倒方向。

伐木時須妥為決定樹身上之伐採點,如傾斜地之上方,選取靠近地面處,將其周圍之根完全除去,務使造林時所造之材,其品等不至低落,砍伐時鋸口須保待水平,並使用硬質木材製作之木楔,此一面可使樹木倒下時,保持預定之確實方向,同侍可調節倒下之速度,使徐徐倒下,見照片(1)(普通亦有用繩拉法,即在與倒下方向之相反處,以繩拉之,使徐向地面倒落)。

在砍伐之樹木行將倒下時,對於在倒方附近區域之人,先要放出信號,或引吭高叫,使其退避,同時對於本人之退避處所,亦須先行勘定,而後使砍伐之樹木倒下。

將樹木伐倒後,為進行造材起見,於走近伐倒之樹木時,須先看清有無成為障礙之樹木,經確實看清並無危險後,方可走近。

伐木之時期,隨樹種而異,在伐取闊葉樹,或可能有病蟲害之樹木時,最好選擇停止生長之時期。

近年來為提高工作效率,減低生產成本,故獎勵試用鏈鋸,伐木工人體能差,缺少機械知識,加之山地陡峻坡度大,處理直徑很大之樹木,用鏈鋸亦頗多困難,故一時未能普遍應用。

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樹木伐倒後,必須經過截造,方可集運搬出利用。惟造材時,應考慮木材之利用價值,適合市場需要,及顧全集運製作之便利等,故樹木於伐倒後,隨之截去枝葉及樹梢,詳察樹幹之大小、長短、曲直、瑕疵、分段鋸截。台灣之天然生林木,一般皆甚巨大 ,砍伐對象,大抵為樹齡3300~800之大樹,紅檜與扁柏之直徑多達2公尺左右。自經濟觀點看,希望儘量搬出長材,因之伐木造材,應遵守此一原則。運出之木材,以長8公尺者為最多,受運輸限制,最長不超過11公尺,普通以3.6~4公尺,或3.6公尺之倍數者為度,並為保持其標準長度,長4公尺之木材,多加20公分,長3公尺之木材,多加30公分,即日延寸(光復後不久,即予取消,不再增加,造林木盡量造為電桿材)。如此分段之木材,稱為原木,大都為去皮之圓材,惟有為便於人力集材,將兩端尖削,使無阻滯,稱為化粧(去皮)或頭巾(尖削)造材。直徑過大之木材,因集運能力之限制,用鋸縱剖為2、4部,稱為胴割。人工集材之直徑,每每不過114公分,機械集材之直徑,可達132公分,惟隨木材之比重大小,在材積方面,往往加以限制,如曾經規定紅檜為5.4立方公尺,扁柏7.2立方公尺。又原木之性質不良,或腐蝕、或藕朽等,如以原材搬出,則運費過高,故多在當地用人工將原材解開,削製成角材或盤木等加工品後,方行運出,謂之山地手工製品。闊葉樹材有造成角材,分杣角(粗角)、正角兩種。所謂杣角,即6公分以上,而寬未滿厚度三倍之角材也。故造材可分為針闊葉樹各級木普通圓材造材、化粧或頭巾造材、胴割、山地手工製品等,造材之後,於原木兩端,經現場檢尺人員檢測後,以小曲刀於原木兩端斷面上,刻劃造材年度、編號、伐區、樹種、直徑、長度、空洞腐朽部份之徑及長等,以便依號入帳。

造材應注意之事項:

造材時,先應詳細檢視樹木之大小、性質及是否腐蝕(蓮根空洞)等,並注意集約之利用,力求其能獲取最大之價值。

去枝用斧,從伐倒樹木之基部到幹部,務使平滑,並注意木材表面有無損傷,樹枝過組時,可用鋸截斷,但截斷後,仍當以斧將斷面創平。

截造時,應詳細檢查樹材之大小、長短、曲直、及其他可以影響素材品質之缺點, 而後根據伐木造材尺寸表,進行造材。

造材成段時,應經負責人員之檢定,用折尺正確測定後,向樹心作直角之鋸截,並注意不可鋸斜,伐木時所砍之受口,應予切去,切段時,須用枕木或支柱,以防止木材 形成縱割裂。

以剝皮造材為原則之樹種,應完全剝皮。

特別規格之貴重木材,截斷時,按照規定長度以外,增加適當之長度,以保濩規定 之長度,使勿受損傷,惟增加多少,隨集運方法而異,但應力求不增加過長,以避免浪費。

在造成之木材上,應刻記造材者之符號。

檢尺人員在檢尺時,檢出造材不完全時,應立命改正,如不能完全滿意,則不承認其通過檢查。

監查者根據用材規格之規定,正確測定木材直徑長度,再檢視造材者,是否叢格遵 守規定及造材尺寸表,並檢視伐採之高度,有無損傷、碎裂等及測尺之是否適當,分別予以指示。

伐木完畢,須施行跡地檢查,在檢查報告上,記明林區砍伐人姓名、樹種、株數、 材積等。

伐木造材之工作量,視樹種、材種、地形、處所、立木疏密、天氣睛雨等因素而異,普通每人每日約2~5立方公尺,亦有達5~7立方公尺者,胴割平均2~5立方公尺,山地手工製品0.2立方公尺。

圖5為伐木造材工具之一部。

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二、集材

樹木砍倒造材後,散亂山地各處,利用各種工具或機械,將其聚集於一適當之場所 ,以便搬運與利用,此聚集原木之工作,謂之集材(skidding)因所用工具之不同,分為人力集材與機器集材二種。所謂人力集材,又稱「滾木」,乃古老之方法,利用極簡單之器具和原始設備,有鶴嘴或鳶鉤木扛等,全依人力使木材滾轉(如照片2)或拖 拉,或隨地勢自上滑下,集中於一定地點。惟本省山地頗多險峻,如欲拖滾長大之木材 ,人力甚為困難,必須利用人力,則勢需較多人數,尚因地形地勢之影響,若干地方簡直無法進行工作。又因要應用滑走,雖在木材兩端用鐵圈保護,而在滑走中,木材不免衝撞,發生損傷,致使木材之品質降低。故由經濟觀點言,人力集材並非良法。

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台灣之木材,尤其是紅檜扁柏等利用價值高之木材,其樹齡高,直徑大,為適應 人力集材,以之截成5公尺以下之木材,則材積減少,在搬運上,雖屬較為方便,但木材易生裂縫及磨損,除不值得用機械集村之小部份區域或地勢特殊者外,大部作業地區,多用機械集材。

開發阿里山森林時,原設計者河合博士,深感於人力集材法之缺失,力主仿照美國之森林砍伐事業,敷設鐵道,直至森林深處,並決定採用美國之機械集材法(Lidgerwood system)。

機械集材之方式,依據原動機之構造,可大別為蒸汽機式與內燃機式,二者各有特 長,當時情形,內燃機尚未進步,而伐木集材所產生之破損材、枝梢材,則可利用為燃 料為動能,故以用蒸汽機為便,於是在民國2年,從美國購進Ligerwood CO.出品之集材機,裝置在林地與鐵道相接之要衝處,一方面將放在林地上之造好圓材蒐集一處,一方面亦就以之依次裝載於運材車中,俾便運出,如此發展為Lidgerwood skidder with loader,並由嘉義修理工廠仿造。嗣後,台灣之集材機,皆採襲此型。

Overhead cableway skidder即屬Ligerwood skidder,利用廢材為燃料,煮水成汽,發出動力,以捲取鋼索曳引木材。阿里山工作站右前方留存之post,乃最早使用集材機器之“head spar",為台灣開始使用之第一架集材機,當運用時,其集材範圍,祗及於300公尺左右,其後幾經研究,始將距離逐漸擴大,故現在之集材範圍,並不僅限於主柱(head spar)與尾柱(tail spar)之單徑問,如採用息木集材決或中繼集材法,已將集材之範圍,顯然擴大,而將散在1,000公尺以上之長距離中之已造就圓木,巧妙蒐集於一處,其距離最長之紀錄,用單徑間集材之直接集材法為727公尺,用息木集材決,可達1,576公尺。其集材方式,可別為以下之數種,而在實際集材時,此種方式多可棍合進行,有如下圖。

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1、直接集材:皂即集材機與集材支柱之距離為半徑,在此範圍內集材,換言之, 於集材場之兩端,設立立木(head spar tree)與尾木(tail tree)兩支柱,搜集散置其間之木材,最大距離約600公尺。

2、息木集材:直接集材不能達到之區域,設置息木支柱(relay tree),分別架線,以二段或三段延伸轉集,謂之息木集材。其集材半徑,可以倍增,換言之,即以直接集材之尾木,改為息木;另立第2尾木,乃成二段集材,其集材距離為二倍;如設立 第3尾木,集材距離即為三倍,但距離過長,集材能率將見低下,故從未延伸至三段以上者。

3、中繼集材:因地形限制或距離過遠,非一部集材機之能力所可及,則在集材線中途,增設1或2部集材機,分成數段,以聯接集材之。

4、中繼息木集材:同一集材線上,安置兩部集材機,其間設一息木支柱,當前一部集材機,集材至息木支柱時放下,再由後一部集材機繼續之。

5、二段中繼息木集材:同一集材線上,安置集材機兩部,而以二段息木集材聯接之。

以上各集材方式需要考慮之條件,乃屬有無多餘之機器,機器之移轉是否容易,集材地區之地形地勢如何等,須將各項條件,綜合考慮後,方可決定採擇之。

集材機架線方式如圖7所示,在主柱與尾柱之間,架設一條固定之主索(main cable),即所謂standing skyline system,而使木材吊上吊下之運搬器,在期間運行,運搬器之運行和木材之上落,乃由操縱連結在集材機之三個軸體上之拉上線(skiddingline)、控外線(outhaul line)和拉索線(sluck pulling line)等三條線。

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其操縱方決如下:

1、將空的運搬器送至木材之所在地時,先轉動控外軸,將連結在其線端上之運搬器,送向尾柱。此時拉上線及拉索線因運搬器之運行,其捲在軸體上之鋼索,逐漸鬆解而追隨著運搬器。

2、運搬器到達目的地點時,停止控外軸之旋轉。俟運搬器靜止後,即旋轉拉索軸,使拉上線鬆弛,將鐵鉤(tong)垂下。在其到達地上時,停止旋轉,以待鐵鉤將木材咬緊或鋼索縛緊,如圖8。

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3、在鐵鉤已將木材咬緊之信號發出後,先放開拉索線,其次再旋轉拉上軸,使與控外線之制止保持均衡。此時鐵鉤即咬著木材徐徐上升,終於吊起至運搬器下。

4、此時拉上軸正式旋轉,俟因其旋轉而迫使控外線軸鬆解時,運搬器乃開始向主柱方向進行。惟旋轉時,勿使拉索線與拉上線絞結。

5、俟運搬器到達主柱附近之集材處時,將各軸之旋轉全部停止,然後徐徐解放拉上軸時,木材即徐徐下垂,俟其到達地上後,將鐵鉤解開。

6、俟鐵鉤與木材完全離開後,徐徐旋轉拉上軸。迨鐵鉤到達運搬器下時,將使保 持等候a之步驟姿勢,即在一次集材順序完了後,再等待第二次之a,b,c.....的轉動。

大小各型蒸汽集材機,其構造皆可分開而獨立負擔集材或裝載之工作,其各重要項目的數字如表所示;

各型蒸氣集材機之主要性能
項目 單位 大型機 中型機 小型機
可能集材之徑間 公尺 750 500 350
轉動1次可能蒐集之材積 立方公尺 7 5 4
集材1次所需時間 mm 25 20 l8
集材用引擎馬力 HP 120 80 40
集材用汽缸徑X行程 mm 305X305 254X254 200X250
集材拉上軸軸體上可容納之鋼索量 公尺 800 600 400
可能裝載之木材材積 立方公尺 7 5 4
裝載用引擎馬力 HP 80 35 30
裝載用汽缸徑X行程 mm 254X305 228X257 180X250
裝載用軸體上可容之的鋼索量 m 120 100 80
汽鍋之傳熱面積 立方公尺 70.0 60.0 48.0
機器總重量 t 33 28 12

蒸汽集材機鍋爐(boiler)所需之薪柴,其計算單位為棚。所謂1棚,乃直徑5寸左右之木材,截作1.5尺長後,堆成6尺X6尺的一堆,設其間空隙為35%,則其容積為6尺x6尺x1.5尺/0.35= 35.1立方尺,即約為1立方公尺。放置1棚之薪材,約當於1立方公尺的原料材。1個汽鍋於1日約用薪材7~8棚,設1年之工作日數為320日,則用作薪材之原料材,應為(7~8)X320=2,240~2,560立方公尺,平均為2,400立方公尺。

蒸汽集材機構造簡單,保養容易,能力大,可集較大、較遠之木材,但需要薪材多,移動需時費力,而安置地點亦頗費周章,必須水源充裕,交通便利,故光復後或因業務需要,況內燃汽油機之馬力,自50匹增至150匹,以美國Barker Co.之出品,最為合用。台灣機械公司仿造之120匹馬力大型機,性能亦佳,所需補充設備者,皆為此各型之汽油集材機(照片3)。

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民國42年曾由美援購入瑞士製萬能集材機(universal rope crane),或譯天索集材機(Sky line crane),曾在阿里山一帶使用,馬力25匹,汽油弓擎4缸,集材距離900公尺,每次集材量1立方公尺左右,與上述集材機性能比較,機械構造不同,其滑行機構造精細複雜,運用保養上,均需精巧技術,工人操作未熟練,常發生故障,且所需配件,台灣不易購置,臨時添製整修,更是影響工作。由於馬力小,其使用之鋼索直徑為主索22公厘,引索9.5公厘,均較小,未能引集天然生大原木,只適宜於造林間伐木,主索架線須有一定最小斜度(20%)如圖9,因此在較平坦山地,不適於使用,但本身重量小,機械移動容易,且直接集材面積較廣,運送距離可達2,000公尺之範圍內,無需設置息木集材,是其優點。

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上述各種集材機集材所需人數如表所示:

集材人工比較
集材機 蒸汽引擎 內燃引擎 萬能機
主索長度 500m 500m 2,000m
工作人員職別 人數 人數 人數
司機 1 1 1
助理司機 2 1 1
集材手 5 4 2
製材手 4 2 2
信號手 2 2 1
監工 1 1 1
合計 15 11 8
每天集材量(立方公尺) 30~50 20~40 20~30
每(立方公尺)材積所需人工 0.3~0.3 0.28~0.55 0.27~0.4

木材生產,為提高利用價值,由粗放而集約,除大原木外,尚有造林間伐木及將過去留下之殘株樹頭(日據時代伐採點以下之根株高達2~3公尺,均棄之不顧)加以整理,手工鋸製而成之圓木或角材,大多材短而徑小,且零星分散各地,往往利用簡單之木製機關―木絞盤,又名轆轤(如圖及照片4),予以引集,其操作由2或4人,順同一方向合推,旋捲鋼索,將木材吊起,聚集於一處,或裝載於車上,宛若起重機,構造簡單,且可分解而利搬運。

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三、木馬運材

木馬路係在山坡上開一適當坡度之路面,每隔0.4~0.6公尺距離,以小圓木一根,橫置路面,宛如枕木,此謂之盤木,通常為長1.0~1.5公尺,直裡6~9公分之圓材,兩端打入小杙以固定之,木馬裝載木材運行其上,木馬路最適當之坡度為6~10%,若急坡度達18%或緩坡度至4%,在10公尺以內之距離,尚無大礙,過長則不適於運輸,蓋斜度超過12%,則於雨濕時,因滑降力過大,於拖曳時,易生危險,反之,斜度在4%以下,滑降力隨之減少,拖曳需大力,以致易於疲勞。木馬路之築造,必須極力避免鑿山,但有時因地勢關係,須進行鑿山架橋等龐大工事,約可分為路面工、半橋工、橋樑工者,利用山坡原形以架橋也,一端架於山坡,他端豎立橋腳,其上架以橋桁,再以盤木橫置山坡與橋桁之間而成。

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木馬之構造,隨積載量裝貨方式,與使用地點而稍異,惟大體上成同一形態,如圖11,即以二支硬木之滑走板為主骨,上置楞木4~5支,再為裝積木材方便起見,加裝兩塊台木,以一端作成船底形,俾便於滑走,在拖拉時,用帶狀之「袈裟」,結在楞木上,而木馬工人,以手和肩拖引其一端,主骨之硬木,長2.0~2.7m,厚4cm,寬12~18cm,大抵均用櫧樹木材充作之,惟要光滑,二根主骨間之距離,前端較後端為狹,木馬路之坡度不大者,前端之距離,較後端狹3cm,路之坡度急大,前端之距離愈縮小,坡度高至16%時,前端距離較後端狹小14cm。惟前端多較後端狹6~9m,二主骨之後端距離,大抵為36~40cm,搬運距離如在10公里以上,則積載量減少,因木馬工人將木馬背負至土場, 故木馬之重量須減輕,主骨之長度減至2·0m,寬度減為12cm,主骨間之距離,改成為30cm,使其全部重量減至30kg以下,俾便搬運,主骨與盤木接觸處,務求平滑,要以油或蠟浸透。木馬工人將裝載木材,以繩索緊繫於木馬上,然後曳引沿木馬道運行,路面之盤木,與木馬主骨底面,須充份塗油,使易滑行,嗣後僅在搬木上於木馬通過部份塗油少許即可,如此在適當坡度之路面,無需多大牽力,僅可巧妙地操縱,即能順利前進(如照片6)。木馬每台裝載量約0·5~1·6公尺,但因路而狀況運輸距離而大不同,木馬裝積功程,如以3人或4人為一組,每台裝載1立方公尺,平均每小時可裝5~6台,每日可裝40台,其每日運材量,則視距離而定。其例如下表:

木馬之運材量
運材距離 (公尺) 裝載量(立方公尺) 一日搬運次數 一日運輸量(立方公尺)
400 0.5 8 4.0
730 0.5 6 3.0
1,000 0.5 4 2.0
1,600 0.5 3 1.5
2,000 0.5 2 1.0
4,000 0.5 1 0.5

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《台灣林業季刊,第二卷第二號,1955年》封面


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藝術家 陳東元為台灣水彩黃金時期領頭羊 ‧ 後專司雄偉遼闊油畫創作 ‧ 晚年全心重建童年經歷的林業史

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