淺析一種新型通信基站方案介紹

論文關(guān)鍵詞:高速鐵路通信基站共建共享六管通信塔防盜環(huán)保節能

論文摘要:介紹一種包括鐵塔和機房在內的新型通信基站方案，可滿(mǎn)足我國目前大力發(fā)展的高速鐵路通信信號傳輸要求，同時(shí)解決了各移動(dòng)運營(yíng)商在同一個(gè)基站上實(shí)現共建、共享的技術(shù)難題，有助于工信部提出的電信基礎設施共建共享方針的貫徹實(shí)施。本通信基站還具有外形美觀(guān)、防盜、占地小、環(huán)保節能等優(yōu)點(diǎn)。

隨著(zhù)我國高速鐵路事業(yè)的飛速發(fā)展，鐵路沿線(xiàn)必然要建設大批的通信塔。通信塔從功能上可分為2類(lèi):第1類(lèi)是為了滿(mǎn)足鐵路系統為列車(chē)運行情況監控與調度的要求而建設的鐵路通信塔;第2類(lèi)為普通移動(dòng)通信塔，如移動(dòng)、聯(lián)通及中國電信等移動(dòng)通信公司各自建設的移動(dòng)通信塔。

2008年9月，國務(wù)院與工業(yè)和信息化部聯(lián)合下發(fā)了《關(guān)于推進(jìn)電信基礎設施共建共享的緊急通知》。通知指出，共建、共享能有效降低網(wǎng)絡(luò )建設工程對土地、電力資源的消耗，同時(shí)保護了資源和自然景觀(guān)，節約大量資金，可解決基站選址難的問(wèn)題，可以在一定程度上實(shí)現節能減排。如果能將上述2種沿鐵路線(xiàn)的通信塔實(shí)現共享、共建，不僅便于統一管理，而且可以在事前統一規劃、統一設計標準，最大限度地降低由于通信塔的設計標準及施工制造質(zhì)量差異導致的倒塔事故風(fēng)險，避免由此帶來(lái)的對高速鐵路安全運行造成的影響。

雖然共建、共享已提出一段時(shí)間，但實(shí)施仍處于起步階段，目前常見(jiàn)的共享、共建方式僅僅是在已有塔型的基礎上增加平臺和天線(xiàn)支架。由于傳統的移動(dòng)通信塔在設計階段并未考慮共建、共享需求，在安全性、經(jīng)濟性、適用性及美觀(guān)性等方面都難以讓各方滿(mǎn)意。因此，專(zhuān)門(mén)針對共建、共享原則和需求，開(kāi)發(fā)新型的通信基站設計方案是非常具有現實(shí)意義的課題，也是工信部共建、共享精神得到徹底貫徹實(shí)施的技術(shù)保障。

為此，提出一種新型的六邊形通信塔及機房布置方案，不僅適用于三大移動(dòng)通信運營(yíng)商之間的基站共建，也適用于鐵路通信信號塔與移動(dòng)通信塔的共建、共享，尤其適用于布置在高速鐵路沿線(xiàn)。

1設計原則

1.按照高速鐵路沿線(xiàn)通信鐵塔安全等級要求設計，在滿(mǎn)足自然風(fēng)荷載、裹冰荷載要求的同時(shí)，充分考慮高速列車(chē)駛過(guò)時(shí)，對鐵塔產(chǎn)生的附加風(fēng)壓影響。

2.由于需要承受共建、共享各方的天線(xiàn)設備自重及產(chǎn)生的橫向風(fēng)荷載，結構需要采用具有更強承載力的形式，滿(mǎn)足強度要求及使用工藝要求。

3.天線(xiàn)安裝方便，為各使用方提供充分的天線(xiàn)安裝位置選擇。

4.多方設備集中于同一基站，對基站的安全性要求高，可有效防止盜竊和破壞。

5.通過(guò)合理設計，達到減小占地面積，節省材料用量，環(huán)保節能的效果。

2方案介紹

新型通信基站包括塔架、井架、機房、防護罩和基礎5部分，如圖1所示。各組成部分的合理設計和相互間的巧妙配合，與傳統基站在設計上有很大區別，具有許多傳統基站所不具備的優(yōu)點(diǎn)。

塔架由若干個(gè)邊寬相同的正六邊形塔段組成，塔段采用鋼管作主柱、角鋼作副桿的組合結構，各塔段間通過(guò)法蘭盤(pán)連接。底部塔段為便于工作人員進(jìn)人塔架內部，采用“K”型斜桿布置;中間塔段為便于制造和安裝，均采用交叉斜桿;頂部塔段由于受力較小，可適當減少斜桿層數。塔架邊寬應綜合考慮鐵塔受力和天線(xiàn)安裝間距而確定。塔架上還可根據需求安裝若干環(huán)形平臺。

井架位于塔架中心，由若于個(gè)邊寬相同的正三邊形節段組成。節段采用圓鋼整體焊接結構，各節段間通過(guò)法蘭盤(pán)連接，并通過(guò)橫隔構件與塔架連接。井架頂部安裝避雷針，并利用自身強度伸出塔架一定高度，從而增加了鐵塔的有效高度和避雷針的防護范圍。井架寬度和副桿布置根據爬塔和饋線(xiàn)的安裝要求設計，使其兼作爬梯和饋線(xiàn)通道。

機房是由內、外墻組成的封閉環(huán)形結構，中間形成一個(gè)類(lèi)似于天井的空間。塔架和井架即垂直安裝于該空間內。機房可通過(guò)隔墻分割為若干區域，供不同企業(yè)使用。機房外墻設防盜門(mén)，內墻設防盜門(mén)和饋線(xiàn)窗。機房的屋頂面采用中心高、周?chē)偷慕Y構，利于屋頂散水，同時(shí)機房底部也設有排水管，以防止天井內積水。

為防止非工作人員從機房頂部進(jìn)人，在此處圍繞塔架設置防護罩。利用塔架的支撐作用，防護罩可保證足夠的高度和強度。這樣鐵塔、饋線(xiàn)以及空調室外機等設備均被保護在一個(gè)封閉的空間內，從而有效地防止了盜竊、人為破壞和非工作人員私自攀爬現象的發(fā)生。

塔架、井架和機房共用同一整板基礎，該基礎在機房?jì)?、外墻下設環(huán)形加強梁，在塔架柱頭與外墻構造柱間設徑向加強梁，這樣整板基礎具有足夠的剛度。一方面可避免各部分不均勻沉降的發(fā)生，另一方面可使機房的自重成為基礎抗傾覆的有利荷載。另外，井架柱頭周?chē)牡装鍨殓U空結構，在節省混凝土用量的同時(shí)，更便于井架與基礎下的接地網(wǎng)連接。

3性能分析

3.1安全性

從結構承載力方面來(lái)看，采用的正六邊形鋼管組合結構，與傳統的角鋼塔、四管塔、三管塔和單管塔相比，抗彎慣性矩、抗扭轉剛度都有大幅提高，整體承載能力明顯加強，能夠抵抗更大的風(fēng)荷載及高速列車(chē)帶來(lái)的附加風(fēng)壓。結構整體的安全邊際增強，而且由于結構的剛性增大，在隨機風(fēng)荷載下的動(dòng)力效應降低，結構構件產(chǎn)生疲勞破壞的可能性也隨之降低。 在傳統的通信鐵塔設計中，爬梯、饋線(xiàn)支架以及避雷下引線(xiàn)等附屬設備均懸掛于塔架上，是鐵塔的附加荷載，且這些荷載不對稱(chēng)，對塔身的受力有不利影響。新方案通過(guò)設置自承重的中心井架，可以將這些荷載從塔身上轉移到井架上去，而且中心井架還可以對與其相連的橫隔構件起到豎向支撐作用。這些措施均進(jìn)一步提高鐵塔的安全性。

由于鐵塔塔架在機房和防護網(wǎng)構成的屏障保護之內，因此避免了因盜竊、人為破壞等因素導致的結構構件受損或缺失而產(chǎn)生的不安全因素。同時(shí)，由于外來(lái)人員無(wú)法進(jìn)人機房及機房所圍成的天井，通信基站設備，包括空調室外機、饋線(xiàn)及一些附屬設備都得到了有效地保護，保證通信基站平穩、安全的工作。

3. 2適用性

塔架的正六邊形截面與通信天線(xiàn)的平面分布一致，塔柱之間的距離充分考慮了天線(xiàn)水平間距要求，而且每一根塔柱均垂直于地面，因此在塔架任意高度處均可直接將天線(xiàn)固定在塔柱上，十分方便天線(xiàn)的安裝。

當同一高度各方天線(xiàn)相對集中時(shí)，可增設層環(huán)狀平臺，這樣在同一高度就具有塔架、平臺以及平臺外伸天線(xiàn)支架三重天線(xiàn)安裝位置，可以滿(mǎn)足安裝多副天線(xiàn)的需求。

由于鐵塔具有更好的承載力和穩定性，還可以滿(mǎn)足微波天線(xiàn)的安裝需求，使基站在發(fā)生地震等破壞性災害造成地下光纜斷裂的情況下，可通過(guò)微波進(jìn)行應急通信。

天線(xiàn)數量的增加勢必造成饋線(xiàn)數量的增加，傳統的沿塔梯兩側設置的饋線(xiàn)橫擔，由于挑出長(cháng)度和承載能力的限制，其安裝饋線(xiàn)的數量有限。而自承重井架的設計，承載能力和饋線(xiàn)安裝位置遠大于傳統的饋線(xiàn)橫擔，工作人員還可通過(guò)井架內部爬塔，較傳統的直爬梯更為安全可靠。

3. 3經(jīng)濟性

由于采用全塔統一邊寬、不設變坡的外形，其用鋼量理論上較拋物線(xiàn)形或折線(xiàn)形塔略高，但如綜合考慮平臺、天線(xiàn)支架等附屬構件的用鋼量，則總用鋼量反而略低于傳統塔型。

全塔上下邊寬相同，塔柱節段長(cháng)度相同，斜桿角度與長(cháng)度也都相同，這種設計十分方便生產(chǎn)企業(yè)的備料、制造、運輸和安裝。同時(shí)也便于鐵塔設計的標準化和系列化。

鐵塔和機房共用同一基礎，且機房的自重為基礎抗傾覆提供了有利幫助，可大量節省混凝土用量和占地面積。例如，環(huán)形機房?jì)葟?m，進(jìn)深4 m，則外徑為12 m，即在12 m x 12 m的占地面積下，可得到近100m的使用面積。

環(huán)形機房與獨立機房相比，具有更好的保溫性能。機房上的防護罩可采用密閉遮光材料，并適當增加高度，配合機房?jì)韧鈮﹂_(kāi)設的通風(fēng)口，可實(shí)現機房?jì)葻峥諝庾匀簧仙臒焽栊?，從而大大節省空調的用電量。

3. 4外觀(guān)

美觀(guān)性較為主觀(guān)，可謂仁者見(jiàn)仁，智者見(jiàn)智，難以進(jìn)行量化的比較，下面僅將新方案的視覺(jué)特點(diǎn)加以分析描述。

1.鐵塔設計高寬比較大，塔柱豎直，因此外形簡(jiǎn)潔、挺拔。

2.塔身形狀為正六邊形，較三邊形和四邊形鐵塔塔面更多，且所有斜桿的角度和長(cháng)度均相同，使鐵塔結構顯得更為規律化，有很強的節奏感。

3.天線(xiàn)盡量沿塔柱安裝，饋線(xiàn)集中于中心井架，最大限度地減少了安裝天饋線(xiàn)給塔架帶來(lái)的凌亂感。

4.機房和鐵塔成為有機的整體，可充分發(fā)揮機房的建筑造型，使其達到傳統基站所不能實(shí)現的美學(xué)效果。如將機房及防護網(wǎng)按其所在地區代表性的建筑風(fēng)格設計，鐵塔配色亦可與之相適應。旅客通過(guò)基站的造型與風(fēng)格，就知道自己所在的地區。

4結論

通過(guò)對新基站方案概念性設計的分析，解決了共建、共享中的技術(shù)問(wèn)題，并提供了許多傳統通信塔所不具備的優(yōu)點(diǎn)，比如防盜、節約占地、環(huán)保節能等。另外，其在建筑美學(xué)等方面還有著(zhù)很大的潛力可供挖掘。