杨占飞 刘菲
中通服咨询设计研究院有限公司 江苏南京 210000
摘要：2019年6月6日，工信部正式向中国电信、中国移动、中国联通、中国广电发放5G商用牌照。我国正式进入5G商用元年。5G已经成为体现国家科技和经济竞争力的国家战略，全球主要科技强国都在抢跑。为了加快5G建设，江苏省人民政府办公厅印发关于《加快推进第五代移动通信网络建设发展若干政策措施》，提出了“在不断挖掘存量站点潜力，加大社会资源共享，力争不改造、少改造即可满足5G建设需求。本精细化设计研究从塔桅精细化设计方面来解决低成本、高效快速建设5G网络为宗旨，探索5G建设精细化建设化模式，力争不改造少改造满足5G新建需求。
关键词：5G； 铁塔； 精细化
1、铁塔精细化设计的必要性
对存量站点铁塔传统设计复核方法偏于保守，许多铁塔无法新增挂载，无法满足5G建站要求。采用精细化设计复核方法，大大提升存量铁塔挂载能力，满足了客户需要。
2、铁塔精细化设计的总体要求
安全性：确保新增负载后，新增负载及原有设备长期稳定运行，在塔桅挂载施工、验收、运行全过程中人员和挂载设施、设备的安全。
经济性：精准核实塔桅实际挂载情况，充分挖掘存量站点资源的潜力。力争不加固不改造不投资满足新增5G建设需求，提升投资效益比，合理降低改造成本。
普适性：做到“方案合理、可推广、便于维护”，具有良好的操作性，满足通信网络覆盖的需求。
3、铁塔精细化设计的意义
统一复核标准：通过研究精细化方法实现存量塔桅及外电配套复核标准的统一，解决了各设计单位复核同一座铁塔、同一外电及配套因标准不统一结论时有不同的问题。
提升共享水平：通过采用精细化复核方法提高存量铁塔复核通过率，实现铁塔共享水平的提升。
实现降本增效：通过提升存量铁塔挂载能力、减少新建塔桅数量提高共享效率、增加效益，实现降本增效。
4、铁塔精细化设计方法
4.1 铁塔精细化设计的依据
《建筑结构可靠度设计统一标准》（GB 50068-2018）
《建筑结构荷载规范》（GB 50009-2012）
《钢结构设计标准》（GB 50017-2017）
《移动通信工程钢塔桅结构设计规范》（YD/T 5131-2019）
《钢结构单管通信塔技术规程》（CECS 236-2008）
《高耸结构设计规范》(GB 50135-2019)
4.2 铁塔精细化设计的七种方法
为提高存量塔挂载能力，推动共享水平的进一步提升，实现降本增效，通过有关单位的风荷载实验研究（风洞实验）数据基础上，结合了国家、行业标准修订情况及工程经验，提出了塔桅精细化设计的七种方法，如下：
(1) 天线迎风面积精细化；
(2) 天线、平台荷载折减精细化；
(3) 单管塔位移限值精细化；
(4) 格构式塔阻尼比调整；
(5) 设计使用年限调整；
(6) 基本风压取值精细化；
(7) 地面粗糙度类别精细化；
4.2.1天线迎风面积精细化
传统的铁塔复核计算中，天线及RRU设备迎风面积一般参照设计图纸规定值或者经验值。实际安装的天线及RRU设备和设计的规定值存在一定的差异。当存量塔桅承载能力无法满足新增5G通信网络建设需求时，应对存量天线面积、RRU设备面积进行实测，根据实测面积参数进行塔桅设计复核，进一步挖掘存量铁塔承载能力。
该方法的重点在于精准测量天线、RRU的实际面积和挂载高度。测量时应避开雨雪、正午等不利天气或气候，认真准确的测量和记录相关数据，并存留测量记录、照片等原始资料。
4.2.2天线、平台荷载折减精细化
铁塔设计及安全复核计算风荷载时采用的挡风面积计算方式一般是天线、塔身、平台分别计算并进行叠加，未考虑天线、塔身、平台之间相互遮挡的影响，计算值比实际情况偏大。风荷载的计算应考虑塔桅构件、平台、天线及爬梯、馈线和其他附属物的挡风面积，其中天线挡风面积可按如下规定计算：
a.平台式塔型荷载取值
三副及以上天线均匀安装于钢塔桅的同一外挑平台时，天线总的挡风面积可按天线数量乘天线正面面积，并乘以的折减系数K1。折减系数K1取值如下所示：
表1 折减系数K1取值表
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b.支架式塔型荷载取值
三副及以上天线均匀安装于同一高度的单管塔塔身且该处塔身直径与天线宽度的比值不小于1.1时，天线总的挡风面积可按天线数量乘天线正面面积，并乘以折减系数K2。
表2 折减系数K2取值表
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c.平台荷载取值
平台做法与标准化塔型一致时，平台挡风面积可在原标准规定（镂空率0.5，体形系数1.9）的基础上打7折；平台做法与标准化塔型不一致时，应按实际计算挡风率和体型系数。对于通信天线数量少于3副、方位不明确、朝向不确定等特殊场景，应按实际情况确定挡风面积。
4.2.3单管塔位移限值精细化
根据《移动通信工程钢塔桅结构设计规范》（YD/T 5131-2019）规定要求，单管塔塔顶侧移限值由1/40降低为1/33（插接式塔在焊缝质量和洞口加强措施得到保障的工艺条件下，塔身应力比较小时，可取1/30）
4.2.4格构式铁塔阻尼比优化
根据《《移动通信工程钢塔桅结构设计规范》（YD/T 5131-2019）规定，格构式塔（三管塔、四管塔、角钢塔）的阻尼比指标由0.01优化为0.02。经试算，阻尼比调整后，三管塔塔柱应力比下降约5%，这是一项经济效益可观的精细化措施。在应用过程中也应注意其适用范围，对于单管塔、单管式一体化塔房等实腹式悬臂结构的阻尼比，仍然取0.01。
4.2.5设计使用年限精细化
设计单位在新建铁塔设计时，普遍采用重现期50年基本风压为基准进行核算。对应5G网络建设，存量铁塔核算时不能简单采用50年重现期进行核算。设计单位应根据存量铁塔目标使用年限，确定存量铁塔风压重现期根据《高耸结构设计规范》（GB50135-2019），建于既有建筑物或构筑物上的通信塔，其设计使用年限宜与既有结构的后续设计使用年限相匹配。《移动通信工程钢塔桅结构设计标准》（YD-T5131-2019）中规定，建于既有建筑物或构筑物上的钢塔桅结构，其设计使用年限宜与既有结构的后续设计使用年限相匹配，且不低于25年。有特殊使用要求的钢塔桅结构，可根据使用要求及现行相关国家标准另行确定。
4.2.6基本风压取值精细化
存量铁塔设计风压多为0.35、0.45、0.55、0.65等级别。在存量铁塔复核时，应根据站点实际所在站点经纬度确定塔桅实际风压，图纸风压应作为塔桅负荷的重要参考依据。塔桅复核时风压取值应从如下几方面进行核算：
a、对基本风压等值线的细分插值计算。
b、根据经纬度在Google Earth上精确标定取值。
4.2.7地面粗糙度类别精细化
存量铁塔通常按照地面粗糙度类别为B类设计，5G通信网络建设时，应按照塔桅所处实际地形地貌进行核算。如铁塔确实处在C类环境，风荷载可按C类粗糙度进行计算。
5、结语
研究成果可以优化传统的存量铁塔新增挂载的复核方式，可以大大提高铁塔的承载能力，可提升存量资源30~40%的挂扩容能力,可满足新增1~2家客户5G需求！通过提升存量铁塔挂载能力，降低利旧成本、减少新建塔桅数量、提高共享效率、实现降本增效。
参考文献：
[1]高山，李晓明，韩华杰. 标准通信三管塔的倒塌安全性分析[J].邮电设计技术， 2015 （11）
[2]王圣，贾斌. 现有通信铁塔加固技术研究[J].四川建筑科学研究， 2019（45）