隨著我國高速鐵路事業(yè)的飛速發(fā)展，鐵路沿線必然要建設(shè)大批的通信塔。通信塔從功能上可分為2類:第1類是為了滿足鐵路系統(tǒng)為列車運(yùn)行情況監(jiān)控與調(diào)度的要求而建設(shè)的鐵路通信塔;第2類為普通移動通信塔，如移動、聯(lián)通及中國電信等移動通信公司各自建設(shè)的移動通信塔。

　　摘要:介紹一種包括鐵塔和機(jī)房在內(nèi)的新型通信基站方案，可滿足我國目前大力發(fā)展的高速鐵路通信信號傳輸要求，同時解決了各移動運(yùn)營商在同一個基站上實現(xiàn)共建、共享的技術(shù)難題，有助于工信部提出的電信基礎(chǔ)設(shè)施共建共享方針的貫徹實施。本通信基站還具有外形美觀、防盜、占地小、環(huán)保節(jié)能等優(yōu)點(diǎn)。

　　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(jié)能

　　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(chǔ)設(shè)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(shè)工程對土地、電力資源的消耗，同時保護(hù)了資源和自然景觀，節(jié)約大量資金，可解決基站選址難的問題，可以在一定程度上實現(xiàn)節(jié)能減排。如果能將上述2種沿鐵路線的通信塔實現(xiàn)共享、共建，不僅便于統(tǒng)一管理，而且可以在事前統(tǒng)一規(guī)劃、統(tǒng)一設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，最大限度地降低由于通信塔的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)及施工制造質(zhì)量差異導(dǎo)致的倒塔事故風(fēng)險，避免由此帶來的對高速鐵路安全運(yùn)行造成的影響。

　　雖然共建、共享已提出一段時間，但實施仍處于起步階段，目前常見的共享、共建方式僅僅是在已有塔型的基礎(chǔ)上增加平臺和天線支架。由于傳統(tǒng)的移動通信塔在設(shè)計階段并未考慮共建、共享需求，在安全性、經(jīng)濟(jì)性、適用性及美觀性等方面都難以讓各方滿意。因此，專門針對共建、共享原則和需求，開發(fā)新型的通信基站設(shè)計方案是非常具有現(xiàn)實意義的課題，也是工信部共建、共享精神得到徹底貫徹實施的技術(shù)保障。

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

　　1設(shè)計原則

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

　　2.由于需要承受共建、共享各方的天線設(shè)備自重及產(chǎn)生的橫向風(fēng)荷載，結(jié)構(gòu)需要采用具有更強(qiáng)承載力的形式，滿足強(qiáng)度要求及使用工藝要求。

　　3.天線安裝方便，為各使用方提供充分的天線安裝位置選擇。

　　4.多方設(shè)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.通過合理設(shè)計，達(dá)到減小占地面積，節(jié)省材料用量，環(huán)保節(jié)能的效果。

　　2方案介紹

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

　　塔架由若干個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(jié)構(gòu)，各塔段間通過法蘭盤連接。底部塔段為便于工作人員進(jìn)人塔架內(nèi)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(dāng)減少斜桿層數(shù)。塔架邊寬應(yīng)綜合考慮鐵塔受力和天線安裝間距而確定。塔架上還可根據(jù)需求安裝若干環(huán)形平臺。

　　井架位于塔架中心，由若于個邊寬相同的正三邊形節(jié)段組成。節(jié)段采用圓鋼整體焊接結(jié)構(gòu)，各節(jié)段間通過法蘭盤連接，并通過橫隔構(gòu)件與塔架連接。井架頂部安裝避雷針，并利用自身強(qiáng)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(hù)范圍。井架寬度和副桿布置根據(jù)爬塔和饋線的安裝要求設(shè)計，使其兼作爬梯和饋線通道。

　　機(jī)房是由內(nèi)、外墻組成的封閉環(huán)形結(jié)構(gòu)，中間形成一個類似于天井的空間。塔架和井架即垂直安裝于該空間內(nèi)。機(jī)房可通過隔墻分割為若干區(qū)域，供不同企業(yè)使用。機(jī)房外墻設(shè)防盜門，內(nèi)墻設(shè)防盜門和饋線窗。機(jī)房的屋頂面采用中心高、周圍低的結(jié)構(gòu)，利于屋頂散水，同時機(jī)房底部也設(shè)有排水管，以防止天井內(nèi)積水。

　　為防止非工作人員從機(jī)房頂部進(jìn)人，在此處圍繞塔架設(shè)置防護(hù)罩。利用塔架的支撐作用，防護(hù)罩可保證足夠的高度和強(qiáng)度。這樣鐵塔、饋線以及空調(diào)室外機(jī)等設(shè)備均被保護(hù)在一個封閉的空間內(nèi)，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(xiàn)象的發(fā)生。

　　塔架、井架和機(jī)房共用同一整板基礎(chǔ)，該基礎(chǔ)在機(jī)房內(nèi)、外墻下設(shè)環(huán)形加強(qiáng)梁，在塔架柱頭與外墻構(gòu)造柱間設(shè)徑向加強(qiáng)梁，這樣整板基礎(chǔ)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(jī)房的自重成為基礎(chǔ)抗傾覆的有利荷載。另外，井架柱頭周圍的底板為鏤空結(jié)構(gòu)，在節(jié)省混凝土用量的同時，更便于井架與基礎(chǔ)下的接地網(wǎng)連接。

　　3性能分析

　　3.1安全性

　　從結(jié)構(gòu)承載力方面來看，采用的正六邊形鋼管組合結(jié)構(gòu)，與傳統(tǒng)的角鋼塔、四管塔、三管塔和單管塔相比，抗彎慣性矩、抗扭轉(zhuǎn)剛度都有大幅提高，整體承載能力明顯加強(qiáng)，能夠抵抗更大的風(fēng)荷載及高速列車帶來的附加風(fēng)壓。結(jié)構(gòu)整體的安全邊際增強(qiáng)，而且由于結(jié)構(gòu)的剛性增大，在隨機(jī)風(fēng)荷載下的動力效應(yīng)降低，結(jié)構(gòu)構(gòu)件產(chǎn)生疲勞破壞的可能性也隨之降低。

　　在傳統(tǒng)的通信鐵塔設(shè)計中，爬梯、饋線支架以及避雷下引線等附屬設(shè)備均懸掛于塔架上，是鐵塔的附加荷載，且這些荷載不對稱，對塔身的受力有不利影響。新方案通過設(shè)置自承重的中心井架，可以將這些荷載從塔身上轉(zhuǎn)移到井架上去，而且中心井架還可以對與其相連的橫隔構(gòu)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(jī)房和防護(hù)網(wǎng)構(gòu)成的屏障保護(hù)之內(nèi)，因此避免了因盜竊、人為破壞等因素導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)構(gòu)件受損或缺失而產(chǎn)生的不安全因素。同時，由于外來人員無法進(jìn)人機(jī)房及機(jī)房所圍成的天井，通信基站設(shè)備，包括空調(diào)室外機(jī)、饋線及一些附屬設(shè)備都得到了有效地保護(hù)，保證通信基站平穩(wěn)、安全的工作。

　　3.2適用性

　　塔架的正六邊形截面與通信天線的平面分布一致，塔柱之間的距離充分考慮了天線水平間距要求，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固定在塔柱上，十分方便天線的安裝。

　　當(dāng)同一高度各方天線相對集中時，可增設(shè)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支架三重天線安裝位置，可以滿足安裝多副天線的需求。

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

　　天線數(shù)量的增加勢必造成饋線數(shù)量的增加，傳統(tǒng)的沿塔梯兩側(cè)設(shè)置的饋線橫擔(dān)，由于挑出長度和承載能力的限制，其安裝饋線的數(shù)量有限。而自承重井架的設(shè)計，承載能力和饋線安裝位置遠(yuǎn)大于傳統(tǒng)的饋線橫擔(dān)，工作人員還可通過井架內(nèi)部爬塔，較傳統(tǒng)的直爬梯更為安全可靠。

　　3.3經(jīng)濟(jì)性

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

　　全塔上下邊寬相同，塔柱節(jié)段長度相同，斜桿角度與長度也都相同，這種設(shè)計十分方便生產(chǎn)企業(yè)的備料、制造、運(yùn)輸和安裝。同時也便于鐵塔設(shè)計的標(biāo)準(zhǔn)化和系列化。

　　鐵塔和機(jī)房共用同一基礎(chǔ)，且機(jī)房的自重為基礎(chǔ)抗傾覆提供了有利幫助，可大量節(jié)省混凝土用量和占地面積。例如，環(huán)形機(jī)房內(nèi)徑4m，進(jìn)深4m，則外徑為12m，即在12mx12m的占地面積下，可得到近100m的使用面積。

　　環(huán)形機(jī)房與獨(dú)立機(jī)房相比，具有更好的保溫性能。機(jī)房上的防護(hù)罩可采用密閉遮光材料，并適當(dāng)增加高度，配合機(jī)房內(nèi)外墻開設(shè)的通風(fēng)口，可實現(xiàn)機(jī)房內(nèi)熱空氣自然上升的煙囪效應(yīng)，從而大大節(jié)省空調(diào)的用電量。

　　3.4外觀

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

　　1.鐵塔設(shè)計高寬比較大，塔柱豎直，因此外形簡潔、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度均相同，使鐵塔結(jié)構(gòu)顯得更為規(guī)律化，有很強(qiáng)的節(jié)奏感。

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

　　4.機(jī)房和鐵塔成為有機(jī)的整體，可充分發(fā)揮機(jī)房的建筑造型，使其達(dá)到傳統(tǒng)基站所不能實現(xiàn)的美學(xué)效果。如將機(jī)房及防護(hù)網(wǎng)按其所在地區(qū)代表性的建筑風(fēng)格設(shè)計，鐵塔配色亦可與之相適應(yīng)。旅客通過基站的造型與風(fēng)格，就知道自己所在的地區(qū)。

　　4結(jié)論

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

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