聚氨酯纖維增強復合材料塔在通信基站上的應用分析

高健鑫

（福建省郵電規劃設計院有限公司，福建 福州 350000）

0 引言

在通信基站的建設中，塔桅建設是其中最重要的部分之一。塔桅能否順利完工，往往會影響工程整體的部署和實施。且隨著城市發展速度的不斷加快，城市規劃的不斷完善，政府部門對通信基礎設施在集約美化、節能減排等方面提出了更高的建設要求。因此，對于通信基礎設施的建設單位來說，不但要尋求降本增效、提高投資收益的途徑，更要高度重視項目建設所消耗的環境成本，提升企業社會效益。

在通信行業發展的幾十年里，鋼結構塔一直占據著主力位置，但隨著社會環境的不斷改變，在近些年的工程實踐過程中，傳統鋼結構塔的弊端，也逐漸顯現出來：

（1）鋼結構塔質量大，山地、林地等交通不便的地區難以運輸；

（2）市區土地資源緊張、美化要求高，林區、農田征地難，施工作業面小，施工難度大；

（3）鋼結構塔易受環境影響發生銹蝕，從而縮短使用壽命，后期維護成本較高；

（4）鋼材價格逐年增長，高昂的價格導致其經常出現失竊現象；

（5）鋼材的生產需要消耗大量的礦產能源，同時造成環境污染問題。

因此，在通信塔桅的設計和建設中，迫切需要尋找到一種新型節能環保材料，作為對傳統鋼塔的補充，從而減少能耗和環境污染，提高生產建設效率。在這樣的背景下，高性能的復合材料逐漸受到人們的重視，而復合材料塔通過多年的研發，也開始逐漸應用到工程建設之中。

1 聚氨酯纖維增強復合材料塔簡介

聚氨酯纖維增強復合材料塔（以下簡稱“聚氨酯復合材料塔”）是一種以聚氨酯樹脂、環氧樹脂等為基體，玻璃纖維、玄武巖纖維為增強材料，以層狀纖維纏繞或拉擠工藝成型的復合材料塔。其塔體結構分為內力學結構層及外保護層兩層，內結構層為桿塔的主承力部分，外保護層為保護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計的保護功能層。同時，為了提高復合材料的力學性能、耐候性、耐腐蝕性和絕緣性，在外保護層添加了外加劑，用于抵抗強紫外線、高溫、嚴寒等特殊環境因素對塔體造成的損傷。

聚氨酯復合材料塔常見的主要有整級錐形桿塔（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等徑桿塔四種類型，通過搭配爬梯、避雷針、平臺和天線抱桿等其他附件后，應用到通信基站的建設之中。相比傳統鋼結構塔而言，它具有運輸易、安裝快、成本低等特點，同時由于其材料具有高防腐蝕性和耐候性，對于特殊環境地區，此類桿塔的建設優勢更加明顯。

2 建設優勢分析

目前聚氨酯復合材料塔在通信行業內還沒有實現大規模應用，但在部分地區的通信項目建設中已初見成效。本文是以其在某省通信項目中的實際建設效果為基礎，從運輸、安裝、成本等方面，將聚氨酯復合材料塔與傳統鋼結構塔相比較，通過將產品特征與工程建設中的制約因素相匹配，進而對其建設優勢進行評價。

2.1 運輸易

對于山路多、路況差的地區，塔材運輸就是基站建設所面臨的第一大難關。傳統鋼塔由于質量大，運輸比較依賴車輛，而對于車輛無法到達現場的區域，往往難以通過其他方式實現運輸，或只能耗費大量人力進行人工搬運，危險系數也相對較高。而聚氨酯復合材料塔與同高度鋼管塔相比，質量要小50%以上，且能夠實現分段組合。像目前比較常用的9m、12m長的塔段，質量為200～300千克，每段塔材只需3～4人即可完成搬運。

2.2 安裝快

工期緊、任務重，是通信工程建設的一大突出特點。而塔桅施工往往占據了整個基站施工時間的一半以上。建設傳統塔桅，若采用現澆基礎的方式，考慮到混凝土養護期，則從基坑開挖至組塔完成大致需要1個月左右時間。即使采用預制基礎等建設速度相對較快的方式，從施工進場到組塔完成也需要4～5天時間，并且需要大型車輛運輸預制基礎塊及塔材進場。

采用聚氨酯復合材料塔，針對不同的建設環境，組塔的方式則更加靈活、快捷。對于施工空間充足的站點，可采用機械組塔的方式，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天時間。若現場施工作業面較小，大型機械無法進場，則可改用人工組塔的方式，通過人力結合把桿、拉線等工具進行塔桅安裝，按此方式一般4天內即可完工。同建設傳統鋼結構塔相比，聚氨酯復合材料塔的施工速度更快，對施工條件的要求更低，而且由于其塔基礎土方量較小，施工靈活性更強，1～2人即可實現快速開挖。

2.3 成本低

降本增效是通信行業的發展趨勢之一。目前各家運營商及鐵塔公司都在想盡辦法推進低成本建設，不斷尋求降本增效途徑。而近兩年來，鋼材價格不斷上漲，導致塔桅供應商利潤率大幅降低，供貨積極性不高，基站建設外部條件趨于苛刻。而復合材料價格相對較低，其塔桅產品具備一定的價格優勢，在某種程度上緩解了供應鏈的緊張態勢。

本文以應用聚氨酯復合材料塔的某項目實際建設成本為基礎，進行統計分析，得出不同高度塔桅的平均建設成本。而用作數據對比的是同年份同地區入圍供應商的鋼結構單管塔平均產品報價。通過在同等塔高（包括20 m、25m和27m三種類型）、同風壓標準（0.65kN/m2）的基礎上進行對比，聚氨酯復合材料塔的平均建設成本低約20%～25%。此項數據對比只考慮塔桅本身的建設成本，未包含由于塔型不同導致的其他費用的變化，但采用聚氨酯復合材料塔的基站其余部分建設成本仍有所降低。

另外，由于其材質具有良好的耐腐蝕性、耐老化、耐候性等特點，無需補漆鍍鋅等工作，且被盜可能性較小，可以明顯減輕后期維護壓力，降低維護費用。

3 適用場景舉例

同傳統鋼結構塔相比，聚氨酯復合材料塔除了用于一般場景的基站部署外，在一些特定場景或特定需求的通信項目中，更能發揮其性能優勢。

3.1 高鐵沿線覆蓋

目前，我國高鐵建設發展迅速，高鐵沿線的網絡覆蓋自然也成了各家運營商的建設重點。為了讓乘客在享受交通便利的同時，又能感受到網絡覆蓋帶來的便捷，就必須實現鐵路沿線基站與鐵路同步或超前開通運行。從內部條件來看，為了實現這個建設目標就必須尋求基站的快速部署方式，其難點在于短時間內完成大量的通信塔建設；從外部條件來看，鐵路沿線兩側多為農田、林地，相關的用地手續審批周期長，征地難度大，這些問題常見而又難以避免。由于建設傳統塔桅需要大型運輸車輛及施工機械，施工作業面大，經常面臨占用大量田地、需要協調多家農戶的情況，或大量砍伐林區樹木等問題，既嚴重影響建設效率，又要付出額外的建設成本與環境成本。

采用聚氨酯復合材料塔進行建設，利用其輕質高強、安裝速度快、占地面積小等優點，可以很好地解決此類建設難題。一方面，便捷的運輸和快速的組塔為整體工期提供了有力保障；另一方面，將聚氨酯復合材料塔應用到農田、林區，可有效減小作業面，減少征地面積和林木砍伐數量，降低相關手續的審批難度，使得建設方案在經濟效益和環境效益兩方面得到優化。

3.2 市區存量站改造

在現網存量站改造方面，聚氨酯復合材料塔也有其獨特的建設優勢。例如一些市區內的方艙基站，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設施的大規模建設，這些地理位置極佳的基站，無法繼續發揮功能，必須進行改造。但由于此類站點往往處于空間狹小的人行道、棚戶區等位置，采用傳統的快裝塔、一體化塔房等塔型，占地面積受限，大型機械也無法進場施工，且容易造成施工阻撓等社會風險。而采用聚氨酯復合材料塔實施改造建設，施工作業面小、成本低、見效快，又在最大程度上減少了對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，聚氨酯復合材料塔在具備一定建設優勢的同時，也在工程實踐中暴露出了很多問題，這些不足之處應作為后期研發和改進的重點。

4.1 承載能力較低

同傳統鋼結構塔相比，聚氨酯復合材料塔的承載能力較低。在目前應用最多的聚氨酯復合材料塔中，最多可配置容量為3*3（即三層平臺，每層三根抱桿），且平臺面積較小，共享能力十分有限。而傳統鋼制單管塔常見配置容量為3*6（即三層平臺，每層6根抱桿），承載能力遠大于復合材料塔。目前通信行業大力推進配套設施共建共享，塔上設備、天饋日益增加，承載能力的不足將會嚴重限制此類塔在工程項目中的應用。

4.2 產品類型較少

目前應用在通信項目上的聚氨酯復合材料塔產品，設計風壓一般為0.65kN/m2及以下，塔高為30m及以下，對于高風壓地區以及需求塔高較高的場景，還沒有比較符合要求的產品應用范例。另外，高度≤27m的聚氨酯復合材料塔的價格優勢較為明顯，但對于30m塔而言，由于其基礎埋深明顯增加，塔體套接結構發生改變，導致整體造價大幅上升，明顯超越同高度鋼結構單管塔，不再具備價格優勢。

4.3 缺乏設計標準

傳統鋼結構塔在通信行業發展初期就開始投入使用，通過幾十年的工程實踐，相關設計規范及質量標準已經高度完善，無論是在設計還是實施階段，都有比較明確的參照依據。而聚氨酯復合材料塔作為一種新興塔桅，目前國內尚沒有形成相對完善的設計規范或標準，導致在方案設計時無參照依據，在施工質量驗收時也缺乏測試標準，從而對通信項目建設的規范化和工程質量造成了一定的影響。

5 發展前景

隨著樹脂和纖維材料性能的改進和制造技術的進步，復合材料具有的明顯優勢逐步顯露出來，復合材料塔的應用也受到世界各國的重視，特別是在電力行業上已經實現了較大規模的應用。目前在通信行業中，聚氨酯復合材料塔的應用還處于初級階段，僅在少數地區的通信項目上進行了小規模的實踐，但其在工程項目上的建設優勢，已經初步顯現，為未來的大規模推廣奠定了良好基礎。

5.1 技術革新

一項技術或產品的特點決定了它所能適用的領域，聚氨酯復合材料塔之所以能夠在通信項目的建設中得到應用，正是因為它在材料性能、安裝方式等方面的優勢，恰好與基站建設過程中的一些重點、難點相契合。

未來，應繼續圍繞聚氨酯復合材料塔在輕質高強、耐腐蝕、耐老化等方面的優勢，結合工程實踐中暴露出的問題，進行總結和分析。在諸如提升塔桅承載能力、實現塔型多樣化、技術標準化等方面逐步完善，以提高通信基站在全壽命周期下的運行效率和效益。

目前，由哈爾濱工業大學、北京明嘉匯科科技有限公司主編的《聚氨酯纖維增強復合材料桿塔》相關標準，已經由中國工程建設標準化協會批準發布，并于2022年5月1日起正式施行，這標志著聚氨酯復合材料塔在標準化、規范化應用的道路上邁出了堅實的一步。

5.2 經濟和環境效益

對于通信基礎設施的建設單位而言，在基站建設中充分利用聚氨酯復合材料塔的優勢特點，可有效縮短建設周期，節約土地資源，降低基站建設成本。同時，通過利用復合材料優異的耐腐蝕等特性，可有效降低沿海及重工業區通信塔桅的腐蝕程度，延長塔桅使用壽命，減少后期維護工作，降低基站維護成本。

隨著聚氨酯復合材料塔在通信項目中的不斷推廣，各塔桅供應商也必然向著標準化、規模化的方向發展，通過擴大企業生產規模，降低固定成本占比，提高規模效益，從而有效降低單位產品成本，提高投資收益。同時，加快設計開發適合聚氨酯復合材料塔的附屬設施，如爬梯、平臺、天線抱桿等，豐富和完善構件規格庫，拓展未來發展空間。

聚氨酯復合材料生產過程無毒無害，報廢后可回收利用，是一種低碳、節能、環保的新型材料。它的推廣和應用，可有效減少冶煉鋼鐵過程中的污染物排放，減少環境污染，有利于維護生產和生態環境的平衡、協調發展，對促進通信行業向資源節約型和環境友好型方向發展具有重大意義。

6 結論

聚氨酯復合材料塔的出現，為通信基站建設中的一些難點問題提供了解決思路，也為通信塔桅的多樣化發展開辟了一扇新的大門。隨著我國在復合材料方面的不斷深入研究以及對相應成果的推廣與應用，此類塔桅在工程建設中的優勢將越發明顯。但就目前來看，聚氨酯復合材料塔在通信行業中的應用還處于初級階段，在實際的工程實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品的大規模推廣，還需要后期的不斷研究和完善。

短期來看，聚氨酯復合材料塔并不能作為鋼結構塔的替代品，而更應該被看成是對傳統塔桅的一種補充。在建設方案設計過程中，必須因地制宜、靈活選型，才能適應復雜多變的建站環境。只有合理的應用，才更有助于新型塔桅的推廣和進步。如何將產品合理地應用到工程之中，是設計單位、建設單位和塔桅供應商共同面臨的問題。只有通過參建各方的共同努力，加深通信產業鏈上下游企業的協同合作，才能推動整個通信行業的不斷進步。