5G建設(shè)與城市風(fēng)貌融合的流程與方法

1 概述

繼2019 年6 月6 日5G 牌照頒發(fā)后，2019 年10 月31 日我國5G 開始商用。據(jù)統(tǒng)計，2019 年我國新開通5G 基站超12 萬座，5G 終端的出貨量將達1 000 萬臺。2019 年9 月9 日，中國聯(lián)通和中國電信發(fā)布公告，2 家將在全國范圍內(nèi)共建一張5G 接入網(wǎng)絡(luò)。而中國移動已經(jīng)充分利用2.6 GHz 的頻段優(yōu)勢，緊鑼密鼓地在全國重點城市大規(guī)模建設(shè)5G 基站。新晉運營商中國廣電，目前初步確定以700 MHz 頻段打底，4.9 GHz 頻段吸熱，已加入3GPP國際組織，牽頭制定700 MHz 5G 大頻寬國際標準。

2019 年10 月22 日，工業(yè)和信息化部介紹2019 年前3 季度工業(yè)通信業(yè)發(fā)展情況。對于5G 商用是否會加速2G、3G 退網(wǎng)問題，信息通信發(fā)展司司長、新聞發(fā)言人聞庫表示，我國移動通信的網(wǎng)絡(luò)面臨著2G、3G 退網(wǎng)的條件逐漸成熟，鼓勵運營企業(yè)積極引導(dǎo)用戶遷移轉(zhuǎn)網(wǎng)。未來我國將實現(xiàn)4G 和5G 協(xié)同組網(wǎng)，2G、3G 將退出歷史舞臺。但是用戶完全的遷移轉(zhuǎn)網(wǎng)必將是一個漫長的過程，這和經(jīng)濟發(fā)展，人們生活水平提高，通信需求的培養(yǎng)都分不開?？梢灶A(yù)見在未來的2～3 年，我國將面臨四大運營商共舞、4 代通信網(wǎng)絡(luò)共存、多制式頻段混用的局面。部分站點天面隨著運營商共建共享以及各制式的疊加，已經(jīng)變得混亂不堪，難以為繼（見圖1）。

圖1 當(dāng)前多制式多運營商基站站址普遍天面情況

十九大報告指出，中國特色社會主義進入新時代，我國社會主要矛盾已經(jīng)轉(zhuǎn)化為人民日益增長的美好生活需要和不平衡不充分的發(fā)展之間的矛盾。當(dāng)前基站建設(shè)不再能像以往2G、3G 時代那么粗放。政府對于站點的美觀性有越來越高的要求，站點建設(shè)必須和城市市容市貌和諧統(tǒng)一越來越多地被寫進了指導(dǎo)意見中。而民眾各種“通信鬧”事件也屢屢發(fā)生。5G 時代，基站數(shù)量相比以往制式將成倍增長，面對超密集站址布局需求，必須全面推行美化建站的思路。

2 傳統(tǒng)美化方式

傳統(tǒng)的基站美化方式出發(fā)點是基站本身，考量的主要是隱蔽性。在2G、3G、4G 時代，射頻拉遠單元和天線分設(shè)，之間以饋線相連。所以傳統(tǒng)的美化方式更多的是指天線以及承載桿塔的美化。以下是幾種典型的傳統(tǒng)美化方式。

2.1 排氣管型美化

將天線偽裝成排氣管的形狀（見圖2），具有一定的隱蔽性。根據(jù)天線振子排列不同，有細高型和粗矮型，一般直徑在200～300 mm，天線掛高在2～4 m。隨著制式的疊加，多頻多端口天線使用的需求增加，排氣管天線直徑越來越粗，甚至有直徑接近500 mm的產(chǎn)品，隱蔽效果大打折扣。而且排氣管天線依靠底部法蘭盤使用膨脹螺栓與樓面固定，缺乏斜撐，隨著高度增加，在惡劣工況中，排氣管天線發(fā)生中部彎折以及倒塌的風(fēng)險加大。與排氣管型類似的，還有排水管型、樓面集束型等。

圖2 排氣管型

在5G 時代，射頻拉遠單元和天線已經(jīng)集成為一體，成為5G AAU（5G 有源天線處理單元）。為了達到Massive MIMO 的效果，目前5G AAU 基本都是立方體的形態(tài)。未來設(shè)備廠家可能會對5G AAU 的振子排列方式進一步優(yōu)化，推出排氣管型的美化AAU，但是這種AAU 會犧牲一定的MIMO 性能。目前排氣管型的5G AAU設(shè)備仍不成熟。

2.2 外罩型美化

利用方柱型、圓柱形、空調(diào)型、水塔型、柵格型等各種形狀的美化外罩（見圖3），將天線進行遮蔽，實現(xiàn)一定程度的美化效果。這種類型的美化，實際相當(dāng)于在原抱桿和天線的外面，增加一層外罩，所以外觀體積往往比較大。

到了5G 時代，由于AAU 端口數(shù)增加，體積和重量比部分傳統(tǒng)天線都要大，同時考慮散熱要求，5G 美化外罩尺寸甚至達到800 mm×800 mm×2 000 mm（寬×深×高）。如此巨大的外罩，在建筑物天面出現(xiàn)是非常突兀的，難以實現(xiàn)隱蔽美化效果。

圖3 外罩型美化天線

2.3 美化桿塔

排氣管型和美化外罩型美化基站主要應(yīng)用于樓面基站。而對于路邊落地建設(shè)的基站，為了增加天線掛高，保障信號質(zhì)量，必須建設(shè)十幾米到幾十米高的桿塔。對于這種基站的美化，需要考慮桿身以及塔頂天線平臺的美化。對于塔身，不再使用角鋼塔、鋼管塔等形式，而采用單管塔；對于塔頂平臺，往往使用外罩、柵格等進行圍蔽。為了更好地美化，部分桿塔頂部則增加燈罩，偽裝成路燈桿。在公路、橋梁兩側(cè)或者公園、廣場、小區(qū)等綠化較多場景，還可以采用美化樹、指示牌、景觀燈等進行偽裝（見圖4）。

雖然部分傳統(tǒng)美化方式已經(jīng)能夠做到以假亂真，讓人無法分辨出天線。但是其最大的局限在于將基站和城市建筑設(shè)施割裂開來考慮，從基站單方面出發(fā)去設(shè)計如何美化才能夠更好地符合隱蔽性要求。因為城市建筑和基站往往是2 個設(shè)計和建設(shè)主體，難以協(xié)同，所以傳統(tǒng)美化方式無法實現(xiàn)基站建設(shè)和城市風(fēng)貌的真正融合。

3 5G建設(shè)與城市風(fēng)貌相融合的流程

圖4 美化桿塔方案

要實現(xiàn)5G建設(shè)與城市風(fēng)貌相融合，關(guān)鍵在城市的規(guī)劃設(shè)計中，提前納入通信建設(shè)的需求，統(tǒng)籌考慮融合美化要求。在城市建設(shè)中，提前為通信基礎(chǔ)配套設(shè)施進行建設(shè)或者預(yù)留，城市建筑和通信建設(shè)同時施工，同時驗收。因為是同時統(tǒng)籌考慮，并將通信基礎(chǔ)配套設(shè)施納入城市建設(shè)主體中共同建設(shè)，所以能夠?qū)崿F(xiàn)通信建設(shè)和城市建設(shè)完美整體融合。圖5 為5G 建設(shè)與城市風(fēng)貌相融合的流程。

a）5G 建設(shè)與城市風(fēng)貌相融合關(guān)鍵在于實現(xiàn)通信建設(shè)和城市建設(shè)“四同步”：同步規(guī)劃設(shè)計、同步進場實施、同步竣工驗收、同步投入使用。

b）提前做好5G通信規(guī)劃，基礎(chǔ)電信企業(yè)編制《5G通信網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃》，聯(lián)合鐵塔公司編制《5G通信基站站址規(guī)劃》，提出5G 通信基礎(chǔ)配套設(shè)施在城市建設(shè)中的需求。5G 通信基礎(chǔ)配套設(shè)施包含天面、管道、機房、電力等。

圖5 5G建設(shè)與城市風(fēng)貌融合流程圖

c）通信領(lǐng)域和城市建設(shè)領(lǐng)域協(xié)同編制《5G 通信基站站址專項規(guī)劃》，將通信需求納入城鄉(xiāng)規(guī)劃體系。同時編制5G 通信配套設(shè)施在城市建設(shè)中納入的《5G風(fēng)貌融合標準圖集》，便于城市建設(shè)過程中按圖建設(shè)，協(xié)同預(yù)留。

d）在城市規(guī)劃環(huán)節(jié)，特別是控規(guī)制定中，應(yīng)將5G通信需求納入，將5G通信在城市建設(shè)中的預(yù)留要求賦予法定地位，并在土地規(guī)劃設(shè)計條件中明確。

e）在城市建筑建設(shè)過程中，應(yīng)將5G 通信要求作為設(shè)計、驗收的重要標準，整體考慮風(fēng)貌融合。在施工過程中，根據(jù)工期安排，及時協(xié)同通信建設(shè)單位進場，同步完成相關(guān)建設(shè)，避免后期反復(fù)實施對建筑風(fēng)貌造成破壞。

f）在驗收環(huán)節(jié)，城市建筑建設(shè)和5G 通信建設(shè)2 個部分內(nèi)容應(yīng)同時進行驗收，并將是否滿足5G通信需求作為城市建筑建設(shè)能否通過驗收的重要標準。保障城市建筑和5G通信同步投入使用，及時滿足人民通信需求。

4 5G建設(shè)與城市風(fēng)貌融合的幾種可行方法

4.1 方法1：預(yù)留室外天面平臺法

該方法主要針對5G天面的預(yù)留，在建筑設(shè)計階段提前預(yù)留5G需求的天面以及相應(yīng)管道資源，并提前做好天面的美化外罩。比如在女兒墻預(yù)留開口，或者在建筑物外墻合適位置預(yù)留平臺，供5G天線倉安裝。預(yù)留天面大小必須滿足各基礎(chǔ)電信企業(yè)的共建共享要求（見圖6）。

圖6 預(yù)留室外天面平臺效果示意圖

這種方法能夠在建筑設(shè)計施工時提前考慮5G 建設(shè)需要的天面，并將美化外罩的設(shè)計和建筑設(shè)計一同優(yōu)化，實現(xiàn)5G 天面與建筑整體美觀，達到良好的融合效果，基本不影響建筑室內(nèi)空間布局設(shè)計。其局限是女兒墻預(yù)留開口時，為了和5G 天線倉高度統(tǒng)一，女兒墻需要設(shè)計得比較高，對于某些屋面可能不適用；而外墻預(yù)留天面平臺時，輻射方向受限于建筑四面朝向，信號發(fā)射效果可能會受建筑自身突出墻體以及相鄰建筑影響。

4.2 方法2：預(yù)留室內(nèi)安裝空間法

預(yù)留室內(nèi)安裝空間即在建筑設(shè)計時，在室內(nèi)合適的各個方向靠近外墻提前預(yù)留5G建設(shè)需要的空間，方便5G安裝天饋設(shè)備、建設(shè)機房等（見圖7）。

圖7 預(yù)留室內(nèi)安裝空間法效果示意圖

這種方法的好處是不會對建筑外觀造成影響，最大限度保持建筑的整體協(xié)調(diào)。缺點是需要在室內(nèi)額外預(yù)留空間，甚至是預(yù)留夾層，對室內(nèi)空間的規(guī)劃使用有一定的影響。而且相對于方法1，方法2受到建筑自身突出墻體影響的可能性要更大一些。

4.3 方法3：天面景觀遮蔽法

方法1 和方法2 均受限于建筑物的墻面方向以及高度，難以發(fā)揮站址的最佳覆蓋效果。天面景觀遮蔽法是在建筑物的天面按需建設(shè)5G天饋系統(tǒng)，在外圍建設(shè)遮擋物進行遮蔽及美化（見圖8）。

此方法的優(yōu)點是能夠在天面按需建設(shè)5G 天饋系統(tǒng)，同時天線掛高能夠按需在一定范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。因為能夠和建筑一同設(shè)計施工，所以能最大限度保障景觀遮蔽與建筑風(fēng)貌融合。但是這個方法的前提是建筑天面資源能夠不受限地應(yīng)用在通信建設(shè)上，部分建筑可能無法滿足。

圖8 天面景觀遮蔽法效果示意圖

4.4 方法4：落地多功能智慧桿法

方法1～方法3 均是附著于建筑的融合方法。在5G 時代，因為頻段較高，僅僅利用建筑物天面的宏基站無法滿足全覆蓋的需求，室外將存在眾多信號盲區(qū)，這些盲區(qū)將需要利用微基站進行覆蓋補充。目前最佳的承載微基站的美化模式就是多功能智慧桿。多功能智慧桿將是5G 時代獲得重大發(fā)展的城市公共基礎(chǔ)設(shè)施，它可以集成智能照明設(shè)備、視頻采集設(shè)備、移動通信設(shè)備（5G 基站）、公共Wi-Fi 設(shè)備、公共廣播設(shè)備、氣象環(huán)境檢測設(shè)備、一鍵呼叫設(shè)備、信息發(fā)布屏、充電設(shè)備等，進而能夠在一根桿體上實現(xiàn)照明、安防、市政、環(huán)保、通信等領(lǐng)域需求的融合，實現(xiàn)城市的自動化與智能化（見圖9）。

圖9 多功能智慧桿效果示意圖

多功能智慧桿不僅能夠取代原來傳統(tǒng)的路燈桿、視頻桿、信息牌、基站桿塔，而且經(jīng)過景觀化設(shè)計，對于城市容貌有美化的作用，是實現(xiàn)智慧城市的新型基礎(chǔ)設(shè)施。沿路邊分布的多功能智慧桿，同時是實現(xiàn)道路無縫覆蓋的最佳方式，可以為我國智能網(wǎng)聯(lián)汽車的發(fā)展提供最優(yōu)的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)保障，有助于實現(xiàn)我國智能網(wǎng)聯(lián)汽車發(fā)展戰(zhàn)略。

5 結(jié)束語

5G 建設(shè)面臨著站點密度大、選址難、建設(shè)難的特點，5G 基站的美化成為了5G 能否快速落地建設(shè)的關(guān)鍵。本文分析了排氣管型、外罩型、美化桿塔等幾種具有代表性的傳統(tǒng)美化方式，這些美化方式最大的局限是僅從基站自身出發(fā)去進行改造，和城市建設(shè)脫節(jié)，不能夠最有效達到隱蔽美化的效果。在此基礎(chǔ)上，提出了5G 建設(shè)和城市建設(shè)風(fēng)貌融合的要求以及“同步規(guī)劃設(shè)計、同步進場實施、同步竣工驗收、同步投入使用”的思路；給出了5G 建設(shè)與城市風(fēng)貌融合的流程。通信建設(shè)需求納入城鄉(xiāng)規(guī)劃，落實到控規(guī)，并在城市建筑設(shè)計施工中予以強制落實。最后提出了預(yù)留室外天面平臺法、預(yù)留室內(nèi)安裝空間法、天面景觀遮蔽法、多功能智慧桿法等4 種風(fēng)貌融合方案。風(fēng)貌融合方案中，遮蔽材料的透波性能研究；多功能智慧燈桿方案中，如何統(tǒng)籌通信以及照明、市政、公安、交通等各部門的需求，進行科學(xué)選址，可以作為下一步研究的方向。