高健鑫

（福建省郵電規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司，福建 福州 350000）

0 引言

在通信基站的建設(shè)中，塔桅建設(shè)是其中最重要的部分之一。塔桅能否順利完工，往往會(huì)影響工程整體的部署和實(shí)施。且隨著城市發(fā)展速度的不斷加快，城市規(guī)劃的不斷完善，政府部門對(duì)通信基礎(chǔ)設(shè)施在集約美化、節(jié)能減排等方面提出了更高的建設(shè)要求。因此，對(duì)于通信基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)單位來說，不但要尋求降本增效、提高投資收益的途徑，更要高度重視項(xiàng)目建設(shè)所消耗的環(huán)境成本，提升企業(yè)社會(huì)效益。

在通信行業(yè)發(fā)展的幾十年里，鋼結(jié)構(gòu)塔一直占據(jù)著主力位置，但隨著社會(huì)環(huán)境的不斷改變，在近些年的工程實(shí)踐過程中，傳統(tǒng)鋼結(jié)構(gòu)塔的弊端，也逐漸顯現(xiàn)出來：

（1）鋼結(jié)構(gòu)塔質(zhì)量大，山地、林地等交通不便的地區(qū)難以運(yùn)輸；

（2）市區(qū)土地資源緊張、美化要求高，林區(qū)、農(nóng)田征地難，施工作業(yè)面小，施工難度大；

（3）鋼結(jié)構(gòu)塔易受環(huán)境影響發(fā)生銹蝕，從而縮短使用壽命，后期維護(hù)成本較高；

（4）鋼材價(jià)格逐年增長(zhǎng)，高昂的價(jià)格導(dǎo)致其經(jīng)常出現(xiàn)失竊現(xiàn)象；

（5）鋼材的生產(chǎn)需要消耗大量的礦產(chǎn)能源，同時(shí)造成環(huán)境污染問題。

因此，在通信塔桅的設(shè)計(jì)和建設(shè)中，迫切需要尋找到一種新型節(jié)能環(huán)保材料，作為對(duì)傳統(tǒng)鋼塔的補(bǔ)充，從而減少能耗和環(huán)境污染，提高生產(chǎn)建設(shè)效率。在這樣的背景下，高性能的復(fù)合材料逐漸受到人們的重視，而復(fù)合材料塔通過多年的研發(fā)，也開始逐漸應(yīng)用到工程建設(shè)之中。

1 聚氨酯纖維增強(qiáng)復(fù)合材料塔簡(jiǎn)介

聚氨酯纖維增強(qiáng)復(fù)合材料塔（以下簡(jiǎn)稱“聚氨酯復(fù)合材料塔”）是一種以聚氨酯樹脂、環(huán)氧樹脂等為基體，玻璃纖維、玄武巖纖維為增強(qiáng)材料，以層狀纖維纏繞或拉擠工藝成型的復(fù)合材料塔。其塔體結(jié)構(gòu)分為內(nèi)力學(xué)結(jié)構(gòu)層及外保護(hù)層兩層，內(nèi)結(jié)構(gòu)層為桿塔的主承力部分，外保護(hù)層為保護(hù)桿塔避免受到紫外線、碰撞及燃燒等外在因素使桿塔性能降低而設(shè)計(jì)的保護(hù)功能層。同時(shí)，為了提高復(fù)合材料的力學(xué)性能、耐候性、耐腐蝕性和絕緣性，在外保護(hù)層添加了外加劑，用于抵抗強(qiáng)紫外線、高溫、嚴(yán)寒等特殊環(huán)境因素對(duì)塔體造成的損傷。

聚氨酯復(fù)合材料塔常見的主要有整級(jí)錐形桿塔（錐度為1:75）、組合式插接錐形桿塔、組合式套接錐形桿塔和整級(jí)等徑桿塔四種類型，通過搭配爬梯、避雷針、平臺(tái)和天線抱桿等其他附件后，應(yīng)用到通信基站的建設(shè)之中。相比傳統(tǒng)鋼結(jié)構(gòu)塔而言，它具有運(yùn)輸易、安裝快、成本低等特點(diǎn)，同時(shí)由于其材料具有高防腐蝕性和耐候性，對(duì)于特殊環(huán)境地區(qū)，此類桿塔的建設(shè)優(yōu)勢(shì)更加明顯。

2 建設(shè)優(yōu)勢(shì)分析

目前聚氨酯復(fù)合材料塔在通信行業(yè)內(nèi)還沒有實(shí)現(xiàn)大規(guī)模應(yīng)用，但在部分地區(qū)的通信項(xiàng)目建設(shè)中已初見成效。本文是以其在某省通信項(xiàng)目中的實(shí)際建設(shè)效果為基礎(chǔ)，從運(yùn)輸、安裝、成本等方面，將聚氨酯復(fù)合材料塔與傳統(tǒng)鋼結(jié)構(gòu)塔相比較，通過將產(chǎn)品特征與工程建設(shè)中的制約因素相匹配，進(jìn)而對(duì)其建設(shè)優(yōu)勢(shì)進(jìn)行評(píng)價(jià)。

2.1 運(yùn)輸易

對(duì)于山路多、路況差的地區(qū)，塔材運(yùn)輸就是基站建設(shè)所面臨的第一大難關(guān)。傳統(tǒng)鋼塔由于質(zhì)量大，運(yùn)輸比較依賴車輛，而對(duì)于車輛無法到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)的區(qū)域，往往難以通過其他方式實(shí)現(xiàn)運(yùn)輸，或只能耗費(fèi)大量人力進(jìn)行人工搬運(yùn)，危險(xiǎn)系數(shù)也相對(duì)較高。而聚氨酯復(fù)合材料塔與同高度鋼管塔相比，質(zhì)量要小50%以上，且能夠?qū)崿F(xiàn)分段組合。像目前比較常用的9m、12m長(zhǎng)的塔段，質(zhì)量為200～300千克，每段塔材只需3～4人即可完成搬運(yùn)。

2.2 安裝快

工期緊、任務(wù)重，是通信工程建設(shè)的一大突出特點(diǎn)。而塔桅施工往往占據(jù)了整個(gè)基站施工時(shí)間的一半以上。建設(shè)傳統(tǒng)塔桅，若采用現(xiàn)澆基礎(chǔ)的方式，考慮到混凝土養(yǎng)護(hù)期，則從基坑開挖至組塔完成大致需要1個(gè)月左右時(shí)間。即使采用預(yù)制基礎(chǔ)等建設(shè)速度相對(duì)較快的方式，從施工進(jìn)場(chǎng)到組塔完成也需要4～5天時(shí)間，并且需要大型車輛運(yùn)輸預(yù)制基礎(chǔ)塊及塔材進(jìn)場(chǎng)。

采用聚氨酯復(fù)合材料塔，針對(duì)不同的建設(shè)環(huán)境，組塔的方式則更加靈活、快捷。對(duì)于施工空間充足的站點(diǎn)，可采用機(jī)械組塔的方式，利用人工與吊車配合安裝，從基坑開挖到組塔完成，一般只需2天時(shí)間。若現(xiàn)場(chǎng)施工作業(yè)面較小，大型機(jī)械無法進(jìn)場(chǎng)，則可改用人工組塔的方式，通過人力結(jié)合把桿、拉線等工具進(jìn)行塔桅安裝，按此方式一般4天內(nèi)即可完工。同建設(shè)傳統(tǒng)鋼結(jié)構(gòu)塔相比，聚氨酯復(fù)合材料塔的施工速度更快，對(duì)施工條件的要求更低，而且由于其塔基礎(chǔ)土方量較小，施工靈活性更強(qiáng)，1～2人即可實(shí)現(xiàn)快速開挖。

2.3 成本低

降本增效是通信行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)之一。目前各家運(yùn)營(yíng)商及鐵塔公司都在想盡辦法推進(jìn)低成本建設(shè)，不斷尋求降本增效途徑。而近兩年來，鋼材價(jià)格不斷上漲，導(dǎo)致塔桅供應(yīng)商利潤(rùn)率大幅降低，供貨積極性不高，基站建設(shè)外部條件趨于苛刻。而復(fù)合材料價(jià)格相對(duì)較低，其塔桅產(chǎn)品具備一定的價(jià)格優(yōu)勢(shì)，在某種程度上緩解了供應(yīng)鏈的緊張態(tài)勢(shì)。

本文以應(yīng)用聚氨酯復(fù)合材料塔的某項(xiàng)目實(shí)際建設(shè)成本為基礎(chǔ)，進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，得出不同高度塔桅的平均建設(shè)成本。而用作數(shù)據(jù)對(duì)比的是同年份同地區(qū)入圍供應(yīng)商的鋼結(jié)構(gòu)單管塔平均產(chǎn)品報(bào)價(jià)。通過在同等塔高（包括20 m、25m和27m三種類型）、同風(fēng)壓標(biāo)準(zhǔn)（0.65kN/m2）的基礎(chǔ)上進(jìn)行對(duì)比，聚氨酯復(fù)合材料塔的平均建設(shè)成本低約20%～25%。此項(xiàng)數(shù)據(jù)對(duì)比只考慮塔桅本身的建設(shè)成本，未包含由于塔型不同導(dǎo)致的其他費(fèi)用的變化，但采用聚氨酯復(fù)合材料塔的基站其余部分建設(shè)成本仍有所降低。

另外，由于其材質(zhì)具有良好的耐腐蝕性、耐老化、耐候性等特點(diǎn)，無需補(bǔ)漆鍍鋅等工作，且被盜可能性較小，可以明顯減輕后期維護(hù)壓力，降低維護(hù)費(fèi)用。

3 適用場(chǎng)景舉例

同傳統(tǒng)鋼結(jié)構(gòu)塔相比，聚氨酯復(fù)合材料塔除了用于一般場(chǎng)景的基站部署外，在一些特定場(chǎng)景或特定需求的通信項(xiàng)目中，更能發(fā)揮其性能優(yōu)勢(shì)。

3.1 高鐵沿線覆蓋

目前，我國(guó)高鐵建設(shè)發(fā)展迅速，高鐵沿線的網(wǎng)絡(luò)覆蓋自然也成了各家運(yùn)營(yíng)商的建設(shè)重點(diǎn)。為了讓乘客在享受交通便利的同時(shí)，又能感受到網(wǎng)絡(luò)覆蓋帶來的便捷，就必須實(shí)現(xiàn)鐵路沿線基站與鐵路同步或超前開通運(yùn)行。從內(nèi)部條件來看，為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)建設(shè)目標(biāo)就必須尋求基站的快速部署方式，其難點(diǎn)在于短時(shí)間內(nèi)完成大量的通信塔建設(shè)；從外部條件來看，鐵路沿線兩側(cè)多為農(nóng)田、林地，相關(guān)的用地手續(xù)審批周期長(zhǎng)，征地難度大，這些問題常見而又難以避免。由于建設(shè)傳統(tǒng)塔桅需要大型運(yùn)輸車輛及施工機(jī)械，施工作業(yè)面大，經(jīng)常面臨占用大量田地、需要協(xié)調(diào)多家農(nóng)戶的情況，或大量砍伐林區(qū)樹木等問題，既嚴(yán)重影響建設(shè)效率，又要付出額外的建設(shè)成本與環(huán)境成本。

采用聚氨酯復(fù)合材料塔進(jìn)行建設(shè)，利用其輕質(zhì)高強(qiáng)、安裝速度快、占地面積小等優(yōu)點(diǎn)，可以很好地解決此類建設(shè)難題。一方面，便捷的運(yùn)輸和快速的組塔為整體工期提供了有力保障；另一方面，將聚氨酯復(fù)合材料塔應(yīng)用到農(nóng)田、林區(qū)，可有效減小作業(yè)面，減少征地面積和林木砍伐數(shù)量，降低相關(guān)手續(xù)的審批難度，使得建設(shè)方案在經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益兩方面得到優(yōu)化。

3.2 市區(qū)存量站改造

在現(xiàn)網(wǎng)存量站改造方面，聚氨酯復(fù)合材料塔也有其獨(dú)特的建設(shè)優(yōu)勢(shì)。例如一些市區(qū)內(nèi)的方艙基站，由于液壓泵的銹蝕、老化，升降桿荷載增加變形，導(dǎo)致原來十幾、二十米的塔，降為了五、六米，完全失去了共享能力。隨著5G設(shè)施的大規(guī)模建設(shè)，這些地理位置極佳的基站，無法繼續(xù)發(fā)揮功能，必須進(jìn)行改造。但由于此類站點(diǎn)往往處于空間狹小的人行道、棚戶區(qū)等位置，采用傳統(tǒng)的快裝塔、一體化塔房等塔型，占地面積受限，大型機(jī)械也無法進(jìn)場(chǎng)施工，且容易造成施工阻撓等社會(huì)風(fēng)險(xiǎn)。而采用聚氨酯復(fù)合材料塔實(shí)施改造建設(shè)，施工作業(yè)面小、成本低、見效快，又在最大程度上減少了對(duì)周圍居民日常生活的影響，有效緩解建站糾紛。

4 不足之處

作為一種新型材料塔，聚氨酯復(fù)合材料塔在具備一定建設(shè)優(yōu)勢(shì)的同時(shí)，也在工程實(shí)踐中暴露出了很多問題，這些不足之處應(yīng)作為后期研發(fā)和改進(jìn)的重點(diǎn)。

4.1 承載能力較低

同傳統(tǒng)鋼結(jié)構(gòu)塔相比，聚氨酯復(fù)合材料塔的承載能力較低。在目前應(yīng)用最多的聚氨酯復(fù)合材料塔中，最多可配置容量為3*3（即三層平臺(tái)，每層三根抱桿），且平臺(tái)面積較小，共享能力十分有限。而傳統(tǒng)鋼制單管塔常見配置容量為3*6（即三層平臺(tái)，每層6根抱桿），承載能力遠(yuǎn)大于復(fù)合材料塔。目前通信行業(yè)大力推進(jìn)配套設(shè)施共建共享，塔上設(shè)備、天饋日益增加，承載能力的不足將會(huì)嚴(yán)重限制此類塔在工程項(xiàng)目中的應(yīng)用。

4.2 產(chǎn)品類型較少

目前應(yīng)用在通信項(xiàng)目上的聚氨酯復(fù)合材料塔產(chǎn)品，設(shè)計(jì)風(fēng)壓一般為0.65kN/m2及以下，塔高為30m及以下，對(duì)于高風(fēng)壓地區(qū)以及需求塔高較高的場(chǎng)景，還沒有比較符合要求的產(chǎn)品應(yīng)用范例。另外，高度≤27m的聚氨酯復(fù)合材料塔的價(jià)格優(yōu)勢(shì)較為明顯，但對(duì)于30m塔而言，由于其基礎(chǔ)埋深明顯增加，塔體套接結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，導(dǎo)致整體造價(jià)大幅上升，明顯超越同高度鋼結(jié)構(gòu)單管塔，不再具備價(jià)格優(yōu)勢(shì)。

4.3 缺乏設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

傳統(tǒng)鋼結(jié)構(gòu)塔在通信行業(yè)發(fā)展初期就開始投入使用，通過幾十年的工程實(shí)踐，相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范及質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)高度完善，無論是在設(shè)計(jì)還是實(shí)施階段，都有比較明確的參照依據(jù)。而聚氨酯復(fù)合材料塔作為一種新興塔桅，目前國(guó)內(nèi)尚沒有形成相對(duì)完善的設(shè)計(jì)規(guī)范或標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致在方案設(shè)計(jì)時(shí)無參照依據(jù)，在施工質(zhì)量驗(yàn)收時(shí)也缺乏測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，從而對(duì)通信項(xiàng)目建設(shè)的規(guī)范化和工程質(zhì)量造成了一定的影響。

5 發(fā)展前景

隨著樹脂和纖維材料性能的改進(jìn)和制造技術(shù)的進(jìn)步，復(fù)合材料具有的明顯優(yōu)勢(shì)逐步顯露出來，復(fù)合材料塔的應(yīng)用也受到世界各國(guó)的重視，特別是在電力行業(yè)上已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了較大規(guī)模的應(yīng)用。目前在通信行業(yè)中，聚氨酯復(fù)合材料塔的應(yīng)用還處于初級(jí)階段，僅在少數(shù)地區(qū)的通信項(xiàng)目上進(jìn)行了小規(guī)模的實(shí)踐，但其在工程項(xiàng)目上的建設(shè)優(yōu)勢(shì)，已經(jīng)初步顯現(xiàn)，為未來的大規(guī)模推廣奠定了良好基礎(chǔ)。

5.1 技術(shù)革新

一項(xiàng)技術(shù)或產(chǎn)品的特點(diǎn)決定了它所能適用的領(lǐng)域，聚氨酯復(fù)合材料塔之所以能夠在通信項(xiàng)目的建設(shè)中得到應(yīng)用，正是因?yàn)樗诓牧闲阅?、安裝方式等方面的優(yōu)勢(shì)，恰好與基站建設(shè)過程中的一些重點(diǎn)、難點(diǎn)相契合。

未來，應(yīng)繼續(xù)圍繞聚氨酯復(fù)合材料塔在輕質(zhì)高強(qiáng)、耐腐蝕、耐老化等方面的優(yōu)勢(shì)，結(jié)合工程實(shí)踐中暴露出的問題，進(jìn)行總結(jié)和分析。在諸如提升塔桅承載能力、實(shí)現(xiàn)塔型多樣化、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化等方面逐步完善，以提高通信基站在全壽命周期下的運(yùn)行效率和效益。

目前，由哈爾濱工業(yè)大學(xué)、北京明嘉匯科科技有限公司主編的《聚氨酯纖維增強(qiáng)復(fù)合材料桿塔》相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，已經(jīng)由中國(guó)工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)批準(zhǔn)發(fā)布，并于2022年5月1日起正式施行，這標(biāo)志著聚氨酯復(fù)合材料塔在標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化應(yīng)用的道路上邁出了堅(jiān)實(shí)的一步。

5.2 經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益

對(duì)于通信基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)單位而言，在基站建設(shè)中充分利用聚氨酯復(fù)合材料塔的優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)，可有效縮短建設(shè)周期，節(jié)約土地資源，降低基站建設(shè)成本。同時(shí)，通過利用復(fù)合材料優(yōu)異的耐腐蝕等特性，可有效降低沿海及重工業(yè)區(qū)通信塔桅的腐蝕程度，延長(zhǎng)塔桅使用壽命，減少后期維護(hù)工作，降低基站維護(hù)成本。

隨著聚氨酯復(fù)合材料塔在通信項(xiàng)目中的不斷推廣，各塔桅供應(yīng)商也必然向著標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)?；姆较虬l(fā)展，通過擴(kuò)大企業(yè)生產(chǎn)規(guī)模，降低固定成本占比，提高規(guī)模效益，從而有效降低單位產(chǎn)品成本，提高投資收益。同時(shí)，加快設(shè)計(jì)開發(fā)適合聚氨酯復(fù)合材料塔的附屬設(shè)施，如爬梯、平臺(tái)、天線抱桿等，豐富和完善構(gòu)件規(guī)格庫，拓展未來發(fā)展空間。

聚氨酯復(fù)合材料生產(chǎn)過程無毒無害，報(bào)廢后可回收利用，是一種低碳、節(jié)能、環(huán)保的新型材料。它的推廣和應(yīng)用，可有效減少冶煉鋼鐵過程中的污染物排放，減少環(huán)境污染，有利于維護(hù)生產(chǎn)和生態(tài)環(huán)境的平衡、協(xié)調(diào)發(fā)展，對(duì)促進(jìn)通信行業(yè)向資源節(jié)約型和環(huán)境友好型方向發(fā)展具有重大意義。

6 結(jié)論

聚氨酯復(fù)合材料塔的出現(xiàn)，為通信基站建設(shè)中的一些難點(diǎn)問題提供了解決思路，也為通信塔桅的多樣化發(fā)展開辟了一扇新的大門。隨著我國(guó)在復(fù)合材料方面的不斷深入研究以及對(duì)相應(yīng)成果的推廣與應(yīng)用，此類塔桅在工程建設(shè)中的優(yōu)勢(shì)將越發(fā)明顯。但就目前來看，聚氨酯復(fù)合材料塔在通信行業(yè)中的應(yīng)用還處于初級(jí)階段，在實(shí)際的工程實(shí)踐中仍然暴露出很多弊端，這些問題在很大程度上限制了產(chǎn)品的大規(guī)模推廣，還需要后期的不斷研究和完善。

短期來看，聚氨酯復(fù)合材料塔并不能作為鋼結(jié)構(gòu)塔的替代品，而更應(yīng)該被看成是對(duì)傳統(tǒng)塔桅的一種補(bǔ)充。在建設(shè)方案設(shè)計(jì)過程中，必須因地制宜、靈活選型，才能適應(yīng)復(fù)雜多變的建站環(huán)境。只有合理的應(yīng)用，才更有助于新型塔桅的推廣和進(jìn)步。如何將產(chǎn)品合理地應(yīng)用到工程之中，是設(shè)計(jì)單位、建設(shè)單位和塔桅供應(yīng)商共同面臨的問題。只有通過參建各方的共同努力，加深通信產(chǎn)業(yè)鏈上下游企業(yè)的協(xié)同合作，才能推動(dòng)整個(gè)通信行業(yè)的不斷進(jìn)步。