浅析一种新型通信基站方案介绍

　　 论文关键词:高速铁路　通信基站　共建共享　六管通信塔　防盗　环保节能
　　论文摘要:介绍一种包括铁塔和机房在内的新型通信基站方案，可满足我国目前大力发展的高速铁路通信信号传输要求，同时解决了各移动运营商在同一个基站上实现共建、共享的技术难题，有助于工信部提出的电信基础设施共建共享方针的贯彻实施。本通信基站还具有外形美观、防盗、占地小、环保节能等优点。
随着我国高速铁路事业的飞速发展，铁路沿线必然要建设大批的通信塔。通信塔从功能上可分为2类:第1类是为了满足铁路系统为列车运行情况监控与调度的要求而建设的铁路通信塔;第2类为普通移动通信塔，如移动、联通及中国电信等移动通信公司各自建设的移动通信塔。
　　2008年9月，国务院与工业和信息化部联合下发了《关于推进电信基础设施共建共享的紧急通知》。通知指出，共建、共享能有效降低网络建设工程对土地、电力资源的消耗，同时保护了资源和自然景观，节约大量资金，可解决基站选址难的问题，可以在一定程度上实现节能减排。如果能将上述2种沿铁路线的通信塔实现共享、共建，不仅便于统一管理，而且可以在事前统一规划、统一设计标准，最大限度地降低由于通信塔的设计标准及施工制造质量差异导致的倒塔事故风险，避免由此带来的对高速铁路安全运行造成的影响。
虽然共建、共享已提出一段时间，但实施仍处于起步阶段，目前常见的共享、共建方式仅仅是在已有塔型的基础上增加平台和天线支架。由于传统的移动通信塔在设计阶段并未考虑共建、共享需求，在安全性、经济性、适用性及美观性等方面都难以让各方满意。因此，专门针对共建、共享原则和需求，开发新型的通信基站设计方案是非常具有现实意义的课题，也是工信部共建、共享精神得到彻底贯彻实施的技术保障。
为此，提出一种新型的六边形通信塔及机房布置方案，不仅适用于三大移动通信运营商之间的基站共建，也适用于铁路通信信号塔与移动通信塔的共建、共享，尤其适用于布置在高速铁路沿线。
　　1设计原则
1.按照高速铁路沿线通信铁塔安全等级要求设计，在满足自然风荷载、裹冰荷载要求的同时，充分考虑高速列车驶过时，对铁塔产生的附加风压影响。
2.由于需要承受共建、共享各方的天线设备自重及产生的横向风荷载，结构需要采用具有更强承载力的形式，满足强度要求及使用工艺要求。
3.天线安装方便，为各使用方提供充分的天线安装位置选择。
4.多方设备集中于同一基站，对基站的安全性要求高，可有效防止盗窃和破坏。
5.通过合理设计，达到减小占地面积，节省材料用量，环保节能的效果。
　　2方案介绍
新型通信基站包括塔架、井架、机房、防护罩和基础5部分，如图1所示。各组成部分的合理设计和相互间的巧妙配合，与传统基站在设计上有很大区别，具有许多传统基站所不具备的优点。
塔架由若干个边宽相同的正六边形塔段组成，塔段采用钢管作主柱、角钢作副杆的组合结构，各塔段间通过法兰盘连接。底部塔段为便于工作人员进人塔架内部，采用“K”型斜杆布置;中间塔段为便于制造和安装，均采用交叉斜杆;顶部塔段由于受力较小，可适当减少斜杆层数。塔架边宽应综合考虑铁塔受力和天线安装间距而确定。塔架上还可根据需求安装若干环形平台。
井架位于塔架中心，由若于个边宽相同的正三边形节段组成。节段采用圆钢整体焊接结构，各节段间通过法兰盘连接，并通过横隔构件与塔架连接。井架顶部安装避雷针，并利用自身强度伸出塔架一定高度，从而增加了铁塔的有效高度和避雷针的防护范围。井架宽度和副杆布置根据爬塔和馈线的安装要求设计，使其兼作爬梯和馈线通道。
机房是由内、外墙组成的封闭环形结构，中间形成一个类似于天井的空间。塔架和井架即垂直安装于该空间内。机房可通过隔墙分割为若干区域，供不同企业使用。机房外墙设防盗门，内墙设防盗门和馈线窗。机房的屋顶面采用中心高、周围低的结构，利于屋顶散水，同时机房底部也设有排水管，以防止天井内积水。
为防止非工作人员从机房顶部进人，在此处围绕塔架设置防护罩。利用塔架的支撑作用，防护罩可保证足够的高度和强度。这样铁塔、馈线以及空调室外机等设备均被保护在一个封闭的空间内，从而有效地防止了盗窃、人为破坏和非工作人员私自攀爬现象的发生。
塔架、井架和机房共用同一整板基础，该基础在机房内、外墙下设环形加强梁，在塔架柱头与外墙构造柱间设径向加强梁，这样整板基础具有足够的刚度。一方面可避免各部分不均匀沉降的发生，另一方面可使机房的自重成为基础抗倾覆的有利荷载。另外，井架柱头周围的底板为镂空结构，在节省混凝土用量的同时，更便于井架与基础下的接地网连接。

　　3性能分析
　　3.1安全性
从结构承载力方面来看，采用的正六边形钢管组合结构，与传统的角钢塔、四管塔、三管塔和单管塔相比，抗弯惯性矩、抗扭转刚度都有大幅提高，整体承载能力明显加强，能够抵抗更大的风荷载及高速列车带来的附加风压。结构整体的安全边际增强，而且由于结构的刚性增大，在随机风荷载下的动力效应降低，结构构件产生疲劳破坏的可能性也随之降低。
在传统的通信铁塔设计中，爬梯、馈线支架以及避雷下引线等附属设备均悬挂于塔架上，是铁塔的附加荷载，且这些荷载不对称，对塔身的受力有不利影响。新方案通过设置自承重的中心井架，可以将这些荷载从塔身上转移到井架上去，而且中心井架还可以对与其相连的横隔构件起到竖向支撑作用。这些措施均进一步提高铁塔的安全性。
由于铁塔塔架在机房和防护网构成的屏障保护之内，因此避免了因盗窃、人为破坏等因素导致的结构构件受损或缺失而产生的不安全因素。同时，由于外来人员无法进人机房及机房所围成的天井，通信基站设备，包括空调室外机、馈线及一些附属设备都得到了有效地保护，保证通信基站平稳、安全的工作。
　　3.2适用性
塔架的正六边形截面与通信天线的平面分布一致，塔柱之间的距离充分考虑了天线水平间距要求，而且每一根塔柱均垂直于地面，因此在塔架任意高度处均可直接将天线固定在塔柱上，十分方便天线的安装。
当同一高度各方天线相对集中时，可增设层环状平台，这样在同一高度就具有塔架、平台以及平台外伸天线支架三重天线安装位置，可以满足安装多副天线的需求。
由于铁塔具有更好的承载力和稳定性，还可以满足微波天线的安装需求，使基站在发生地震等破坏性灾害造成地下光缆断裂的情况下，可通过微波进行应急通信。
天线数量的增加势必造成馈线数量的增加，传统的沿塔梯两侧设置的馈线横担，由于挑出长度和承载能力的限制，其安装馈线的数量有限。而自承重井架的设计，承载能力和馈线安装位置远大于传统的馈线横担，工作人员还可通过井架内部爬塔，较传统的直爬梯更为安全可靠。
　　3.3经济性
由于采用全塔统一边宽、不设变坡的外形，其用钢量理论上较抛物线形或折线形塔略高，但如综合考虑平台、天线支架等附属构件的用钢量，则总用钢量反而略低于传统塔型。
全塔上下边宽相同，塔柱节段长度相同，斜杆角度与长度也都相同，这种设计十分方便生产企业的备料、制造、运输和安装。同时也便于铁塔设计的标准化和系列化。
铁塔和机房共用同一基础，且机房的自重为基础抗倾覆提供了有利帮助，可大量节省混凝土用量和占地面积。例如，环形机房内径4m，进深4m，则外径为12m，即在12mx12m的占地面积下，可得到近100m的使用面积。
环形机房与独立机房相比，具有更好的保温性能。机房上的防护罩可采用密闭遮光材料，并适当增加高度，配合机房内外墙开设的通风口，可实现机房内热空气自然上升的烟囱效应，从而大大节省空调的用电量。
　　3.4外观
美观性较为主观，可谓仁者见仁，智者见智，难以进行量化的比较，下面仅将新方案的视觉特点加以分析描述。
1.铁塔设计高宽比较大，塔柱竖直，因此外形简洁、挺拔。
2.塔身形状为正六边形，较三边形和四边形铁塔塔面更多，且所有斜杆的角度和长度均相同，使铁塔结构显得更为规律化，有很强的节奏感。
3.天线尽量沿塔柱安装，馈线集中于中心井架，最大限度地减少了安装天馈线给塔架带来的凌乱感。
4.机房和铁塔成为有机的整体，可充分发挥机房的建筑造型，使其达到传统基站所不能实现的美学效果。如将机房及防护网按其所在地区代表性的建筑风格设计，铁塔配色亦可与之相适应。旅客通过基站的造型与风格，就知道自己所在的地区。
　　4结论
通过对新基站方案概念性设计的分析，解决了共建、共享中的技术问题，并提供了许多传统通信塔所不具备的优点，比如防盗、节约占地、环保节能等。另外，其在建筑美学等方面还有着很大的潜力可供挖掘。