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Forestry Engineering
简介
是研究森林资源开发、利用和林产品加工的应用性学科。含森林工程、木材科学与技术、林产化学加工工程、林业与木工机械等分支学科。它与林学、生物学、机械工程、化学工程、土木工程、经济管理等学科有着密切的联系与交叉。
(一)发展历程 林业工程是人类最古老的工程技术之一。早在远古时代，我们的祖先就懂得如何利用森林资源来满足人类生存的需要，中国古代四大发明之一蔡伦的造纸技术、公输般 (鲁班) 精湛的木工技术都是古代林业工程对人类做出的重大贡献。但林业工程发展成为一门独立的学科则是近几十年的事。林业工程的前身为森林利用学，是林学学科中的一个分支。进入20世纪30年代，在西方工业发达国家，随着木材生产和林产品加工业的迅速发展和机械化程度的不断提高，森林利用学的内容日益扩展，工业体系日趋成熟，才逐步从林学中分离出来，组成林业工程学科。与发达国家相比，中国的林业工程学科发展较晚，大约可分为三个时期。
1.19世纪末至20世纪40年代为起步时期 1878年(清光绪四年)张子尚等人在上海董家渡开设锯木厂，引进外国一套锯木机器，开始了中国近代的制材业。1904年，俄国中东铁路公司在中国东北修建森林铁路，1912年杨光甫获准开发牙不力林场，曾修筑宽轨森林铁路74.4km，窄轨7.5km，为国人最早修筑的森林铁路。相近时期，西方的机器造纸、胶合板制造等技术也传入中国，林产加工业得到了发展。但从整体上看，中国的森林工业仍处于落后的手工业阶段。在学术上，从1916年起，林学家梁希开始在森林系讲授 “林产化学” 和 “木材学”课程，编写了《林产制造学讲义》，并在浙江大学和中央大学创建了森林化学实验室，开始进行科学研究。朱惠芳、唐耀也对中国主要树种的木材解剖学和物理力学性质进行了研究，1936年唐耀出版了中国第一部木材学著作《中国木材学》。
2.20世纪50至70年代中期为学科形成时期 这一时期森林采运逐步实现了机械化大生产，木材工业和林产化学工业蓬勃发展，逐步实现了机械化、连续化生产，林业与木工机械制造体系已初具规模，这就为学科的形成创造了条件。从1952年开始，新组建的北京、东北、南京三所林学院，按前苏联模式陆续设置了森林采伐运输、木材机械加工、林产化学加工、林业机械等专业，为林业工程各学科培养高层次人才;同时，1952年成立的中国林业科学研究所也设置了林业工程各学科的研究室，50年代末至60年代初又先后将上述研究室扩建为林业机械、林产化学、木材工业、森林采运四个研究所。至此，林业工程学科人才培养和科学研究体系已经形成，并初具规模。60年代初，三所林学院相继编写和出版了森林利用学、木材学、木材陆运、森林采伐学、贮木场、木制品生产工艺、树木提炼物工艺、木材热解工艺学等一批教材，为林业工程学科大致勾画出了一个轮廓。但这些教材的内容主要仍取材于前苏联的教科书。
3.70年代末至今为学科高速发展时期 中南、西南、西北、内蒙古、福建、吉林等林学院和广西农学院林学分院、华南农大林学系等又先后设置了林业工程类专业。1981年，北京、东北、南京三所林业大学和中国林科院开始培养林业工程类硕士和博士研究生，以后硕士生培养又扩大到中南、西南等林学院。林业部直属的森工科研机构增至5个，建立了6个设计院;黑龙江、四川、湖南、北京、上海等省市也设置了森工类研究所，大部分省级林科所都建立了森工类研究室，不少省市还建有林业勘察设计院。国家从 “六五”科技发展计划开始，围绕森工生产设置了国家和省部级的科研攻关课题，科学研究发展迅速。1979至1982年，中国林学会又先后成立了森林采运、林产化学化工、木材工业、林业机械4个分会，各分会每年都举办学术讨论会，并出版了各自的学术期刊，学术气氛大大增强。这些都有力地推动了林业工程学科的发展，使中国的森林工业不断跃上新台阶。
(二)主要研究方向与学术成就 中国林业工程的研究方向与国际上的发展趋势是一致的。随着森林资源的减少，全球环境问题日益严重。因此，如何高效利用有限的森林资源，如何走可持续发展的道路，就成为研究的重点，近20年来中国的研究工作也紧紧地抓住了这个重点。现将几个主要分支学科的发展情况简述如下：
1. 森林工程 主要研究森林资源的总体开发与利用，木材生产规划.森林采伐、木材运输和贮木场作业的工艺与技术，林区道路和桥梁工程的规划、勘察设计与施工，以及生产组织管理的理论与技术。近几十年来的主要学术成就有：
(1) 森林资源开发的指导思想和理论发生了深刻的变化，由对森林资源的掠夺式开采逐步向可持续发展转变 长期以来，森林资源的开发就是获取木材的指导思想，一直在森工企业占主导地位。1955年，林业部在组织70多位专家进行研究与试验的基础上，于1956年制定并颁布了中国第一个《国有林主伐试行规程》，对采伐后的更新等作了规定，使中国的森林开发开始走上了采育结合的道路。1980和1984年，林业部又陆续制定和颁布了东北、内蒙古林区和西南、西北林区的 《林业企业采伐、营林调查设计规程》。这两个 《规程》进一步贯彻了以营林为基础的方针，把木材生产与营林，合理采伐利用与培育森林资源，经济效益和社会效益有机地结合在一起。1991年，北京林业大学陈陆圻主编的学术专著《森林生态采运学》问世，该书首次提出了 “生态型森林采运” 的理论观点，探索了在森林采运全过程中使森林生态效益与经济效益密切结合的途径，以实现森林的永续利用。1995年，林业部组织高层次专家编写的《中国21世纪议程林业行动计划》，又明确提出了中国林业必须走可持续发展道路的战略思想，并确定了中国21世纪林业可持续发展的战略目标和重点发展领域，为今后森林资源的开发和利用指明了方向。
(2) 在生产技术上实现了由人畜力作业向机械化作业的转变，新技术、新理论不断涌现 20世纪50年代以前，除东北部分林区使用简易森林铁路运材外，基本上全靠人力、畜力，使用简易的工具进行作业。50年代初期，中国开始从前苏联和东欧引进木材生产机械，在部分林区试行机械化作业。50年代中、后期，在继续引进的同时，开始自己生产绞盘机、油锯等机械产品。60年代初又开始生产集材拖拉机、运材汽车。至60年代中期基本上已形成了自己制造木材生产机械的体系，从而加快了机械化作业的步伐。80年代中期，中国国有林区的木材生产机械化程度已达90%，基本上实现了机械化作业。进入90年代，又在提高机械化水平上不断取得新进展。在上述转变中，科研工作发挥了关键作用。一是在机械设备研制方面，比较快地完成了由引进、消化吸收、到自主开发的过渡。近30年来一共开发了300多种新产品，满足了机械化作业的需要，其中木材装载机、防振型高把油锯等产品已接近国际先进水平。二是在生产工艺上及时地完成了由手工向机械化作业工艺的转变，从60至80年代，莫若行的 《机械化采伐工艺类型的划分》、史济彦的《林区贮木场工艺布局的类型和分析》 等论文，以及 《森林采伐学》、《木材运输学》、《贮木场生产工艺与设备》等统编教材，均发挥了重要指导作用。三是在技术上不断创新，80至90年代研制成功的伐区枝丫木片生产技术、林区公路涎流冰治理技术、森林铁路改用预应力钢弦混凝土轨枕和菱镁混凝土轨枕技术、木材过坝技术、贮木场自动化选材技术等，都在生产上取得了比较好的效果，提高了资源利用率和经济效益。林区桥梁承载能力的检测技术与评价系统、平行木排排模静水阻力自动测试系统、微机控制链锯测试系统等的研制成功，则为科学研究提供了比较现代的测试手段。四是学术上涌现了一些新观点。80至90年代，熊超主编的《中国林道网研究》，提出了中国林区的路网密度指标和计算方法，对林区道路的规划设计具有重要参考价值; 单圣涤的 《悬索曲线理论及其应用》 为架空索道的设计提出了一条新思路; 周新年的 《架空索道理论与实践》 又在索道设计手段现代化上进行了新的探索，活跃了学术气氛，使架空索道的研究不断深化。
2. 木材科学与技术 主要研究木材构造，木材化学、物理、力学性质，木材保护、改性技术，制材、木材干燥、木制品加工工艺，人造板生产工艺及其深加工技术等。近几十年来的主要成就有：
(1) 木材基础理论研究日趋深入，成果显著 中国木材基础理论研究始于20世纪30年代，是林业工程中最先涉足的领域之一。当时偏重于木材构造、特征的描述，也进行了一些木材物理、力学性质的试验，1936年唐耀编写的 《中国木材学》在中国起到了启蒙作用。50年代以后，随着木材加工专业的设置和专门研究机构的建立，研究工作逐步有序开展。70年代后期开始，木材学的研究工作步入了快速发展阶段。1985年中国林科院成俊卿主编的 《木材学》 问世，这本书由全国13个教学科研单位的31位专家教授，花了5年时间集体编写而成，是反映50至80年代中期中国木材基础研究成果的权威性著作。内容除木材构造和木材化学、物理、力学性质外，还包括了与生产直接结合的木材缺陷、材质改进以及木材鉴别和用途等篇章，并附有278种中国主要树种的木材物理、力学性质表。1992年又出版了成俊卿主编的另一部专著《中国木材志》，这本专著对中国528个树种的木材特性、性质和用途进行了全面描述，基本上包括了我国使用的全部商品材。1994年，周崟等在木材细胞壁超微结构的研究中做出了贡献，出版了专著《中国裸子植物材木材解剖学及超微结构》。1995年鲍甫成等在中国木材渗透性及其可控制原理和途径的研究中取得了突破，为木材处理、改性等提供了重要的科学依据。
(2) 木材加工技术的研究获得了很大的发展 80年代以来是中国木材工业发展最快的时期。据不完全统计，目前全国已拥有1万m3以上的制材厂1 000余个，年产1万件以上的家具厂22000个，年产2万m3以上的地板厂10000个，人造板企业1 200个。虽然在这些企业中有不少是引进国外的技术和装备，但中国科技工作者在消化吸收国外技术的同时，也开发了不少新产品，形成了自己的技术特色。在制材方面，比较好地解决了国产带锯机锯木精度差的问题，研制出了数控全自动跑车带锯、数控双联带锯和数控自动进料台式带锯新产品; 同时改进制材工艺，创造了天然林区制材厂采用跑车带锯和台式小带锯组合使用、互相配合的加工工艺，提高了出材率。在木材干燥方面，新方法、新技术的研究相当活跃，南京、东北、北京三所林业大学在侧风机和端风机新式干燥窑、高温干燥、微波干燥、真空干燥、除湿干燥和太阳能除湿联合干燥技术的研究都取得了比较好的成果，在生产上已大面积推广; 中国林科院木材所、北京林业大学等研制的木材干燥自动控制系统能够精确调节干燥介质状态，保证干燥质量、缩短干燥周期、降低能源消耗，达到了比较高的水平。在人造板方面，中国已形成了大、中型刨花板、中密度纤维板、胶合板成套设备的制造能力，国产化率已达80%以上;南京林业大学的竹材胶合板生产技术和定向结构刨花板生产技术、北京林业大学的湿法两面光中密度纤维板生产技术、北京林机所的无卡轴旋切机、东北林业大学、林产设计院的低毒脲醛胶以及“九五”国家攻关项目速生材的综合利用技术等都是近期中国自主开发的新型技术和产品，达到了比较高的水平。在人造板表面装饰方面，近10年来做了大量的研究和试验工作，现已成功研制出微薄木、人造薄木、三聚氰胺浸渍纸、装饰纸、聚氯乙烯薄膜等表面装饰材料，国外流行的柔光塑料薄板、具有抗静电和阻燃等特殊功能的薄板也已开始自己生产，与国外装饰材料的差距正在缩小。
3. 林产化学加工工程 是以森林植物资源为原料，通过化学加工或生物技术来生产多种化学产品的学科，其研究范围包括制浆造纸工程，树木提取物化学，植物纤维原料水解和热解，森林植物生物化学工程，木材改性，林产化工装备等。近几十年来的主要成就有：
(1) 林化产品加工技术发展迅速，研究不断深化 松香生产在中国具有悠久历史，是世界上松杳生产和出口大国。但长期以来由于设备落后，产品质量不稳定，出口主要是初级产品。近20年来林化科技工作者从两个方面开展了大量研究工作： 一是对工厂进行技术改造，革新设备，使相当一部分工厂实现了松脂加工连续化; 二是大力开展松香深加工，中国林科院林化所、南京林业大学等单位开发的聚合松香、氢化松香、歧化松香、马来松香、松香酯和改性松香酯等大批深加工产品陆续问世，新产品达40多种，并已形成系列。在松节油的深加工中，林化所、南京林业大学、北京林业大学等研究的松节油分离技术，用松节油制高软化点萜烯树脂技术，用松节油合成樟脑、冰片、芳香醇以及各种香精的技术都获得了成功，并投入了生产。在栲胶、单宁、紫胶资源的开发利用、改进生产设备和加工工艺方面也取得了较好成绩。植物纤维水解技术也获得了一定发展，北京林业大学等通过对糠醛生产设备改造，使得率有较大提高。南京林业大学在酶水解研究方面也做出了成绩。活性炭生产在近20年发展很快，产品品种已发展到近60种，使用范围从脱色、除臭和有机合成扩大到黄金提炼、有机溶剂回收、血液净化和饮用水净化等领域; 在生产上已普遍使用回转式连续炭化活化炉取代传统平板炉，液态化活化炉、百叶式活化炉等新炉型不断出现。近10多年来还成功地开发了一批新型林化产品，如用马尾松针叶生产松针粉、用桉叶生产EF植物生长促进剂、桦树液生产饮料等都已投产。在加工技术迅速发展的同时，理论研究也不断深化。梁希是中国林产化学的奠基人，他于20世纪20～40年代在大学任教时所编《林产制造化学 (讲义)》 内容丰富精湛，是一部权威之作，至今仍有重要参考价值。1985年南京林学院主编的 《林产化学工业生产手册》，则是50～80年代中期中国林产化学工业科研成果和生产经验的总结。80年代中期以后，在树木提炼、天然树脂、木材热解、木材水解、新资源开发利用、合成胶粘剂等领域开展的化学性质、化学工艺、化学工程、生物技术及新产品应用等专题研究都取得了重要成果，发表了一批有影响的专著和论文。如《黑荆树及其利用》、《植物单宁化学》、活性炭吸附理论、中国松属树脂的化学特征与分类学关系、松香活化性质、单萜和倍半萜聚合反应机理研究等都产生了重要影响。
(2)“林纸结合”推动了造纸工业的发展造纸技术在中国具有悠久历史，是中国古代四大发明之一。但机械化造纸工业则是20世纪30～40年代由西方传入中国的。1939年高维祁出版的《木材与化学工业》一书，比较详细地介绍了欧美制造机械木浆、化学木浆和机器造纸技术。50～60年代中国开始在黑龙江、四川等林区建立了一批以木材为原料的制浆造纸厂，但规模比较小，80年代逐步扩大。1986年，中国林学会林产化学化工学会在黑龙江召开林业系统第二届 “纸和纸板学术讨论会”，会上重点讨论了 “林纸联合”问题。1987年，中国林学会和中国造纸学会共同在北京召开“林纸联合论证会”，并向国务院提出了 “林纸联合” 的建议。国务院确定，从 “林业办纸” 和 “纸办林业”两个方面走向林纸一体化，并决定在广东、黑龙江、吉林、福建等地建立一批大型 “林纸结合”造纸厂，“林纸结合”走向了快速发展的道路。与此同时，从80年代起，南京、北京、东北三所林业大学设置了制浆造纸工程专业，培养高级工程技术人才，并开展科学研究，取得了一批重要成果。南京林业大学、北京林业大学、中国林科院林化所等单位对以桉树、杨树等短周期工业材为原料进行造纸的理论和工艺研究获得成功，并开始投入生产。北京林业大学在爆破法制浆技术上取得进展，对减轻污染具有意义。
4. 林业与木工机械 主要研究林业生产和木材加工中的专业机械设备。近几十年来的主要成果有：
(1)在机械产品开发上实现了由引进、消化吸收到自主创新开发的转变 20世纪50年代中国的林业与木工机械以引进为主，60年代开始自主开发了少量新产品，70年代后期则逐步进入了以自主创新开发为主的新阶段。目前已经形成了比较强的新产品开发技术队伍： 有哈尔滨、北京两个林机所，中国林科院木材所，林业部林产设计院等中央科研、设计单位和一些地方科研机构;北京、东北、南京三所林业大学，中南、西南、内蒙古、福建、吉林等林学院; 以及一些大中型林业与木工机械制造企业的设计部门。近20多年来一共开发了近两千种型号新产品，其中营林与园林机械近300种，木材生产机械300余种，木材加工和人造板机械一千多种，基本上满足了中国林业生产机械化和木材加工现代化的需要。在这些开发的新机型中，如林木球果采集机、履带式森林消防车、悬挂式草坪打洞通气机、减振型高把油锯、木材装载机、木工多用机床、无卡轴旋切机、竹材胶合板生产线、太阳能热泵除湿干燥系统等均为创新型产品，其性能已达到或接近国际先进水平。
(2) 在制造水平上已经形成了主要设备都能自己生产的林业与木工机械制造体系中国从1952年组建成立东北林务总局车辆工厂、牡丹江木工机械厂起，才开始自己制造林业与木工机械，但当时工厂规模小，设备简陋，只能生产一些森铁台车、木工圆锯、木工刨床等简单产品和一些进口机械的配件。50年代后期至60年代中期，林业部直接筹建了一批部属林机厂，使林机制造业初具规模。70年代末期开始，则是林机制造业进入了大发展时期，现在已拥有大中型企业百余家，小型企业估计达上千家，基本上形成了比较配套的制造体系。一些技术要求比较高的产品，像年产5万m3的中密度纤维板和刨花板生产线的成套设备基本上已能自己制造，部分产品已进入国际市场。
(3)在理论研究上也取得了丰硕成果，推动了学科的不断发展 林业与木工机械的理论研究虽然起步较晚，但70年代末至今也已硕果累累。一是在机械系统的研究上，北京林业大学、哈尔滨林机所等单位提出了一整套林业机械系统的理论体系，出版了 《营林机械系统研究》等学术专著，并制定了包括7个子系统在内的中国第一个林业机械系统，为提高林业机械开发和使用水平提供了科学依据。二是在工作机理的研究上，南京林业大学等在挖坑机挖穴机理、链锯切削理论等研究方面也达到了较高水平。三是在人机工程研究方面也有了良好的开端，东北林业大学、北京林业大学等在制材厂噪声研究与分析，油锯、割灌机、集材拖拉机、运材汽车、木工刨床等设备的减振研究，以及便携式林业机械对操作者健康影响的研究等都取得了一定成果。四是在机械工作阻力的研究中，北京林业大学等单位在树木移植机的下铲阻力、草坪打洞通气机的打洞阻力、链锯切削阻力、木工机床切削阻力等方面，通过大量理论分析与测试，建立了这些阻力的计算式或数学模型，有些属首创，有些对国外的传统公式提出了修正，从而打破了原来教科书中主要采用国外数据的状况。所有这些都推动了学科不断向纵深发展。
(三)前景展望 20世纪，中国的林业工程学科取得了巨大成就，有力地推动了中国森林工业的发展。但中国是 一个少林国家，随着国民经济的发展和人民生活水平的提高，环境问题日趋严重; 木材和林产品的需求日益增加，供需矛盾将更加突出。因此，森林资源的高效利用和可持续发展、林产品多样化以及生产手段的进一步现代化必将继续成为21世纪林业工程学科研究的重点和发展目标。