基于高速公路场景下的微管微缆技术应用研究

夏志朗，王 毅，宁志远，侯 扬，李云霞

（中国移动通信集团设计院有限公司 湖南分公司，湖南 长沙 410000）

0 引 言

2021年，5G高质量发展，越来越多的5G应用落地开花。5G的加速发展对我国光纤传输网络的安全、承载能力以及光缆覆盖深度等方面提出了更高的要求[1]。高速公路作为传输网络建设的重要一环，其光缆承载能力也变得越发重要。当前环境下，高速公路管道及光纤建设面临着两个突出问题：一是近年来高速公路管道租赁费用在大幅上涨，导致建设成本越来越高；二是面对爆发式增长的业务，高速公路上的纤芯资源格外紧张，有大量扩容需求。如何让有限的高速公路管孔资源发挥最大的效应，实现降本增效便成为了当务之急[2]。

本文主要依托中国移动通信集团有限公司相关重点项目，分析研究微管微缆在高速公路场景下的应用，降低高速公路场景下相关工程的施工难度及建设成本，提升管道利用率，实现降本增效。

1 微管微缆场景下的结构分析

通常，微管微缆敷设场景下的系统结构主要由母管、微管、微缆、敷设设备以及辅件几类组件构成[3,4]。

在微管微缆的敷设过程中，为了保护穿放有微缆的微管，通常将含有微缆的微管气吹于HDPE硅芯管、波纹集束管以及PVC管等母管管材中[5]。微管就是利用HDPE材料制成的一种微型塑料管道，通常其作为微缆的载体应用于微管微缆技术场景下。一般情况下，微管内壁会模压一层永久性固态润滑剂作为内衬层，以便减少微缆敷设过程中的摩擦力。相较于传统光缆而言，微缆具有尺寸小、重量轻、纤装密度高以及节省管道资源等特点，不用开挖路面，通过气吹安装工艺敷缆的特性充分满足了当前网络环境下的实时扩容需求。在微管微缆施工过程中，常见的大型仪器有微管气吹机、微缆气吹机以及空气压缩机。气吹机利用气流效应，让高速气流在管道内产生的强大拖拽力实现微管与微缆的敷设。微管微缆施工过程中除了使用常见的大型器材外，还需要多种辅件的配合以实现微管的分歧、接续以及防水等系列操作。常见的相关辅件有直接头、防水接头、变径接头、堵头、倒盘器、微缆接头盒以及微缆盘留盒等。

2 微管微缆技术先进性及效益性分析

2.1 微管微缆技术先进性分析

微管微缆技术的采用，相较以往传统管道及光缆的施工技术、建设周期、降本增效能力以及承载业务能力等多方面而言，具有极大的优势与先进性，具体主要体现在以下几个方面[6,7]。

一是管道利用率高。采用传统管道方式，一根管道仅容纳一根光缆或者几个子管。而采用集束微管及微缆技术，可在一个管道中气吹布放多根微型光缆，管道利用率提高数倍。在同等数量的管孔条件下，微缆的敷设芯数较普通光缆而言扩大了4～5倍。二是综合造价低。由于微管微缆技术具有“一管多缆”的特性，使其具备较高的管道利用率，这些特性使得其整体综合造价相较普通管道及光缆技术而言会大幅降低。测算结果表明，高速公路场景下，微管微缆技术比普通光缆每芯公里成本下降28.8%。三是建设周期短。由于微管和微缆的重量轻且弯曲性能好，采用气吹技术布放微缆或微管时，速度可达60 m/min以上，其施工效率为普通光缆的9～10倍。

2.2 微管微缆技术效益性分析

为探究高速公路场景下微管微缆技术的效益性，接下来将针对高速公路场景下的微管微缆技术与普通管道及光缆技术在成本造价、投资效益及施工效益方面进行对比分析。

2.2.1 成本造价对比分析

普通光缆采取1根硅芯管和1根144芯普通光缆的建设模式。总成本=管道建设费+材料费+施工费=44 000+6 130+5 934=56 064（元）。总芯数 = 管孔数×单根光纤芯数=1×144=144（芯）。每芯公里综合成本=总成本/总芯数=56 064/144≈389（元/芯）。

微型光缆采取1根硅芯管(含4根微管）和4根96芯气吹微缆的建设模式。总成本=管道建设费+材料费+施工费=44 000+38 200+24 736=106 936（元）。总芯数=管孔数×单根光纤芯数=4×96=384（芯）。每芯公里综合成本=总成本/总芯数=106 936/384≈278（元/芯）。

普通光缆和微型光缆在高速公路场景下造价成本的详细测算过程请参如表1所示。

表1 高速公路场景下方案造价成本对比

通过上述比较可以看出，在高速公路场景下，采用微管微缆技术的总投资较采用普通管道及光缆技术而言，每芯公里综合成本将有效降低389-278=111（元/芯）。

2.2.2 投资效益对比分析

普通光缆的1孔φ40/33 mm硅管中一般可放置1根96芯或144芯普通光缆。微型光缆的1孔φ40/33 mm硅管中一般可以可放置4～5根10/8 mm微管，每根微管又可利用气吹法相应敷设1根96芯光缆，即1孔φ40/33 mm硅管中可气吹4～5根96芯微缆。

通过上述比较可以看出，在同等数量的管孔条件下，微缆的敷设芯数较普通光缆而言扩大了约4～5倍，光纤芯数的提升将为往后大批量业务的开通提供保证，并大幅提高后期的投资效益率。

2.2.3 施工效益对比分析

普通光缆施工过程中，平均每80 m需要建一个人/手井，平均每千米要建设12个人/手井。光缆牵引敷设1 km至少需要3 h，施工效率约为0.33 km/h。微型光缆施工过程中，平均每500 m建一个人/手井，平均每千米建设两个人/手井。气吹微缆方式施工1 km只需 20 min左右，施工效率为 3 km/h。

通过上述比较可以看出，微型光缆不仅在施工投资成本及施工复杂度上远小于普通光缆，而且在施工效率上，微型光缆的施工效率为普通光缆的9～10倍。因此，从成本造价、投资效益以及施工效益上看，采用微管微缆微技术的效益性远高于采用普通光缆的方案。

3 微管微缆技术推广性研究

3.1 应用场景推广

由于微管微缆技术具有管道利用率高、施工方式简单高效以及弹性扩容能力高等一系列优点，其不仅可以适用于高速公路场景，还能适用于骨干网、城域网、接入网等场景[8,9]。本文接下来将列举几个可将微管微缆技术进行后续推广的具体场景，供读者参考。

一是无法新建普通管道的特殊场景，当城区建设没有管道且无法开挖建设时，可通过集束管采用路槽敷设气吹光缆。二是隧道场景，沿隧道壁挂敷设一根4×12/10 mm的集束管，集束管内每根微管可敷设1根144芯光缆，光纤芯数共576芯。隧道分歧点少，距离长，气吹微缆一次性可气吹1 km以上，提高了施工效率，降低了综合成本。三是采用传统PVC管道敷设微管微缆场景，郊区中心机房至干线段的线路分歧点少，平均每千米1～2个人/手井，而气吹微缆一次性可气吹1 km以上，一方面可提高施工效率，另一方面可节省建造成本。

3.2 施工经验推广

基于前期微管微缆相关项目的工程经验积累，本文接下来将结合以往施工经验，针对后续微管微缆施工过程给出以下几点施工建议[10]。

一是由于微管管孔的利用率受现有管道管孔的形变状态所影响，因此在施工过程中应保证现有管道的建设质量，减少现有管道管孔形变的产生。二是微缆直径小、重量轻、机械强度低，容易因外部因素受损，需谨慎施工，且设置明显标识标牌，避免微缆意外损伤。三是由于进行气吹微缆施工时对施工人员的专业性要求较高，因此在施工前必须对施工人员进行专业化培训，了解施工规范，掌握施工技巧，学会气吹设备等仪器的使用等。四是当施工过程中没有配套的微缆接头盒时，必须要采用普通光缆接头盒进行接续。由于普通接头盒进线孔经较微缆缆经偏大，因此建议在接续过程中采用特定橡胶堵头材料将微缆固定在接头盒进线孔中，增加接头盒进线孔与微缆之间的压力，让微缆在接头盒内能更好的固定。

4 结 论

本文通过对比分析微管微缆技术与普通管道光缆技术在高速公路场景下的先进性和效益性，证明了微管微缆技术在高速公路场景下应用的可能性和有效性，并针对后续其他应用场景和施工经验两个方面进行了推广分析。相信未来光纤传输网络在微管微缆的加持下，能更好地保证数据传输效率及客户用网质量，灵活满足传输网络实时扩容需求，大幅促进我国现代化通信事业的发展。