聚氨酯纤维增强复合材料塔在通信基站上的应用分析

高健鑫

（福建省邮电规划设计院有限公司，福建 福州 350000）

0 引言

在通信基站的建设中，塔桅建设是其中最重要的部分之一。塔桅能否顺利完工，往往会影响工程整体的部署和实施。且随着城市发展速度的不断加快，城市规划的不断完善，政府部门对通信基础设施在集约美化、节能减排等方面提出了更高的建设要求。因此，对于通信基础设施的建设单位来说，不但要寻求降本增效、提高投资收益的途径，更要高度重视项目建设所消耗的环境成本，提升企业社会效益。

在通信行业发展的几十年里，钢结构塔一直占据着主力位置，但随着社会环境的不断改变，在近些年的工程实践过程中，传统钢结构塔的弊端，也逐渐显现出来：

（1）钢结构塔质量大，山地、林地等交通不便的地区难以运输；

（2）市区土地资源紧张、美化要求高，林区、农田征地难，施工作业面小，施工难度大；

（3）钢结构塔易受环境影响发生锈蚀，从而缩短使用寿命，后期维护成本较高；

（4）钢材价格逐年增长，高昂的价格导致其经常出现失窃现象；

（5）钢材的生产需要消耗大量的矿产能源，同时造成环境污染问题。

因此，在通信塔桅的设计和建设中，迫切需要寻找到一种新型节能环保材料，作为对传统钢塔的补充，从而减少能耗和环境污染，提高生产建设效率。在这样的背景下，高性能的复合材料逐渐受到人们的重视，而复合材料塔通过多年的研发，也开始逐渐应用到工程建设之中。

1 聚氨酯纤维增强复合材料塔简介

聚氨酯纤维增强复合材料塔（以下简称“聚氨酯复合材料塔”）是一种以聚氨酯树脂、环氧树脂等为基体，玻璃纤维、玄武岩纤维为增强材料，以层状纤维缠绕或拉挤工艺成型的复合材料塔。其塔体结构分为内力学结构层及外保护层两层，内结构层为杆塔的主承力部分，外保护层为保护杆塔避免受到紫外线、碰撞及燃烧等外在因素使杆塔性能降低而设计的保护功能层。同时，为了提高复合材料的力学性能、耐候性、耐腐蚀性和绝缘性，在外保护层添加了外加剂，用于抵抗强紫外线、高温、严寒等特殊环境因素对塔体造成的损伤。

聚氨酯复合材料塔常见的主要有整级锥形杆塔（锥度为1:75）、组合式插接锥形杆塔、组合式套接锥形杆塔和整级等径杆塔四种类型，通过搭配爬梯、避雷针、平台和天线抱杆等其他附件后，应用到通信基站的建设之中。相比传统钢结构塔而言，它具有运输易、安装快、成本低等特点，同时由于其材料具有高防腐蚀性和耐候性，对于特殊环境地区，此类杆塔的建设优势更加明显。

2 建设优势分析

目前聚氨酯复合材料塔在通信行业内还没有实现大规模应用，但在部分地区的通信项目建设中已初见成效。本文是以其在某省通信项目中的实际建设效果为基础，从运输、安装、成本等方面，将聚氨酯复合材料塔与传统钢结构塔相比较，通过将产品特征与工程建设中的制约因素相匹配，进而对其建设优势进行评价。

2.1 运输易

对于山路多、路况差的地区，塔材运输就是基站建设所面临的第一大难关。传统钢塔由于质量大，运输比较依赖车辆，而对于车辆无法到达现场的区域，往往难以通过其他方式实现运输，或只能耗费大量人力进行人工搬运，危险系数也相对较高。而聚氨酯复合材料塔与同高度钢管塔相比，质量要小50%以上，且能够实现分段组合。像目前比较常用的9m、12m长的塔段，质量为200～300千克，每段塔材只需3～4人即可完成搬运。

2.2 安装快

工期紧、任务重，是通信工程建设的一大突出特点。而塔桅施工往往占据了整个基站施工时间的一半以上。建设传统塔桅，若采用现浇基础的方式，考虑到混凝土养护期，则从基坑开挖至组塔完成大致需要1个月左右时间。即使采用预制基础等建设速度相对较快的方式，从施工进场到组塔完成也需要4～5天时间，并且需要大型车辆运输预制基础块及塔材进场。

采用聚氨酯复合材料塔，针对不同的建设环境，组塔的方式则更加灵活、快捷。对于施工空间充足的站点，可采用机械组塔的方式，利用人工与吊车配合安装，从基坑开挖到组塔完成，一般只需2天时间。若现场施工作业面较小，大型机械无法进场，则可改用人工组塔的方式，通过人力结合把杆、拉线等工具进行塔桅安装，按此方式一般4天内即可完工。同建设传统钢结构塔相比，聚氨酯复合材料塔的施工速度更快，对施工条件的要求更低，而且由于其塔基础土方量较小，施工灵活性更强，1～2人即可实现快速开挖。

2.3 成本低

降本增效是通信行业的发展趋势之一。目前各家运营商及铁塔公司都在想尽办法推进低成本建设，不断寻求降本增效途径。而近两年来，钢材价格不断上涨，导致塔桅供应商利润率大幅降低，供货积极性不高，基站建设外部条件趋于苛刻。而复合材料价格相对较低，其塔桅产品具备一定的价格优势，在某种程度上缓解了供应链的紧张态势。

本文以应用聚氨酯复合材料塔的某项目实际建设成本为基础，进行统计分析，得出不同高度塔桅的平均建设成本。而用作数据对比的是同年份同地区入围供应商的钢结构单管塔平均产品报价。通过在同等塔高（包括20 m、25m和27m三种类型）、同风压标准（0.65kN/m2）的基础上进行对比，聚氨酯复合材料塔的平均建设成本低约20%～25%。此项数据对比只考虑塔桅本身的建设成本，未包含由于塔型不同导致的其他费用的变化，但采用聚氨酯复合材料塔的基站其余部分建设成本仍有所降低。

另外，由于其材质具有良好的耐腐蚀性、耐老化、耐候性等特点，无需补漆镀锌等工作，且被盗可能性较小，可以明显减轻后期维护压力，降低维护费用。

3 适用场景举例

同传统钢结构塔相比，聚氨酯复合材料塔除了用于一般场景的基站部署外，在一些特定场景或特定需求的通信项目中，更能发挥其性能优势。

3.1 高铁沿线覆盖

目前，我国高铁建设发展迅速，高铁沿线的网络覆盖自然也成了各家运营商的建设重点。为了让乘客在享受交通便利的同时，又能感受到网络覆盖带来的便捷，就必须实现铁路沿线基站与铁路同步或超前开通运行。从内部条件来看，为了实现这个建设目标就必须寻求基站的快速部署方式，其难点在于短时间内完成大量的通信塔建设；从外部条件来看，铁路沿线两侧多为农田、林地，相关的用地手续审批周期长，征地难度大，这些问题常见而又难以避免。由于建设传统塔桅需要大型运输车辆及施工机械，施工作业面大，经常面临占用大量田地、需要协调多家农户的情况，或大量砍伐林区树木等问题，既严重影响建设效率，又要付出额外的建设成本与环境成本。

采用聚氨酯复合材料塔进行建设，利用其轻质高强、安装速度快、占地面积小等优点，可以很好地解决此类建设难题。一方面，便捷的运输和快速的组塔为整体工期提供了有力保障；另一方面，将聚氨酯复合材料塔应用到农田、林区，可有效减小作业面，减少征地面积和林木砍伐数量，降低相关手续的审批难度，使得建设方案在经济效益和环境效益两方面得到优化。

3.2 市区存量站改造

在现网存量站改造方面，聚氨酯复合材料塔也有其独特的建设优势。例如一些市区内的方舱基站，由于液压泵的锈蚀、老化，升降杆荷载增加变形，导致原来十几、二十米的塔，降为了五、六米，完全失去了共享能力。随着5G设施的大规模建设，这些地理位置极佳的基站，无法继续发挥功能，必须进行改造。但由于此类站点往往处于空间狭小的人行道、棚户区等位置，采用传统的快装塔、一体化塔房等塔型，占地面积受限，大型机械也无法进场施工，且容易造成施工阻挠等社会风险。而采用聚氨酯复合材料塔实施改造建设，施工作业面小、成本低、见效快，又在最大程度上减少了对周围居民日常生活的影响，有效缓解建站纠纷。

4 不足之处

作为一种新型材料塔，聚氨酯复合材料塔在具备一定建设优势的同时，也在工程实践中暴露出了很多问题，这些不足之处应作为后期研发和改进的重点。

4.1 承载能力较低

同传统钢结构塔相比，聚氨酯复合材料塔的承载能力较低。在目前应用最多的聚氨酯复合材料塔中，最多可配置容量为3*3（即三层平台，每层三根抱杆），且平台面积较小，共享能力十分有限。而传统钢制单管塔常见配置容量为3*6（即三层平台，每层6根抱杆），承载能力远大于复合材料塔。目前通信行业大力推进配套设施共建共享，塔上设备、天馈日益增加，承载能力的不足将会严重限制此类塔在工程项目中的应用。

4.2 产品类型较少

目前应用在通信项目上的聚氨酯复合材料塔产品，设计风压一般为0.65kN/m2及以下，塔高为30m及以下，对于高风压地区以及需求塔高较高的场景，还没有比较符合要求的产品应用范例。另外，高度≤27m的聚氨酯复合材料塔的价格优势较为明显，但对于30m塔而言，由于其基础埋深明显增加，塔体套接结构发生改变，导致整体造价大幅上升，明显超越同高度钢结构单管塔，不再具备价格优势。

4.3 缺乏设计标准

传统钢结构塔在通信行业发展初期就开始投入使用，通过几十年的工程实践，相关设计规范及质量标准已经高度完善，无论是在设计还是实施阶段，都有比较明确的参照依据。而聚氨酯复合材料塔作为一种新兴塔桅，目前国内尚没有形成相对完善的设计规范或标准，导致在方案设计时无参照依据，在施工质量验收时也缺乏测试标准，从而对通信项目建设的规范化和工程质量造成了一定的影响。

5 发展前景

随着树脂和纤维材料性能的改进和制造技术的进步，复合材料具有的明显优势逐步显露出来，复合材料塔的应用也受到世界各国的重视，特别是在电力行业上已经实现了较大规模的应用。目前在通信行业中，聚氨酯复合材料塔的应用还处于初级阶段，仅在少数地区的通信项目上进行了小规模的实践，但其在工程项目上的建设优势，已经初步显现，为未来的大规模推广奠定了良好基础。

5.1 技术革新

一项技术或产品的特点决定了它所能适用的领域，聚氨酯复合材料塔之所以能够在通信项目的建设中得到应用，正是因为它在材料性能、安装方式等方面的优势，恰好与基站建设过程中的一些重点、难点相契合。

未来，应继续围绕聚氨酯复合材料塔在轻质高强、耐腐蚀、耐老化等方面的优势，结合工程实践中暴露出的问题，进行总结和分析。在诸如提升塔桅承载能力、实现塔型多样化、技术标准化等方面逐步完善，以提高通信基站在全寿命周期下的运行效率和效益。

目前，由哈尔滨工业大学、北京明嘉汇科科技有限公司主编的《聚氨酯纤维增强复合材料杆塔》相关标准，已经由中国工程建设标准化协会批准发布，并于2022年5月1日起正式施行，这标志着聚氨酯复合材料塔在标准化、规范化应用的道路上迈出了坚实的一步。

5.2 经济和环境效益

对于通信基础设施的建设单位而言，在基站建设中充分利用聚氨酯复合材料塔的优势特点，可有效缩短建设周期，节约土地资源，降低基站建设成本。同时，通过利用复合材料优异的耐腐蚀等特性，可有效降低沿海及重工业区通信塔桅的腐蚀程度，延长塔桅使用寿命，减少后期维护工作，降低基站维护成本。

随着聚氨酯复合材料塔在通信项目中的不断推广，各塔桅供应商也必然向着标准化、规模化的方向发展，通过扩大企业生产规模，降低固定成本占比，提高规模效益，从而有效降低单位产品成本，提高投资收益。同时，加快设计开发适合聚氨酯复合材料塔的附属设施，如爬梯、平台、天线抱杆等，丰富和完善构件规格库，拓展未来发展空间。

聚氨酯复合材料生产过程无毒无害，报废后可回收利用，是一种低碳、节能、环保的新型材料。它的推广和应用，可有效减少冶炼钢铁过程中的污染物排放，减少环境污染，有利于维护生产和生态环境的平衡、协调发展，对促进通信行业向资源节约型和环境友好型方向发展具有重大意义。

6 结论

聚氨酯复合材料塔的出现，为通信基站建设中的一些难点问题提供了解决思路，也为通信塔桅的多样化发展开辟了一扇新的大门。随着我国在复合材料方面的不断深入研究以及对相应成果的推广与应用，此类塔桅在工程建设中的优势将越发明显。但就目前来看，聚氨酯复合材料塔在通信行业中的应用还处于初级阶段，在实际的工程实践中仍然暴露出很多弊端，这些问题在很大程度上限制了产品的大规模推广，还需要后期的不断研究和完善。

短期来看，聚氨酯复合材料塔并不能作为钢结构塔的替代品，而更应该被看成是对传统塔桅的一种补充。在建设方案设计过程中，必须因地制宜、灵活选型，才能适应复杂多变的建站环境。只有合理的应用，才更有助于新型塔桅的推广和进步。如何将产品合理地应用到工程之中，是设计单位、建设单位和塔桅供应商共同面临的问题。只有通过参建各方的共同努力，加深通信产业链上下游企业的协同合作，才能推动整个通信行业的不断进步。