基于高速公路場景下的微管微纜技術(shù)應(yīng)用研究

夏志朗，王 毅，寧志遠(yuǎn)，侯 揚(yáng)，李云霞

（中國移動通信集團(tuán)設(shè)計(jì)院有限公司 湖南分公司，湖南 長沙 410000）

0 引 言

2021年，5G高質(zhì)量發(fā)展，越來越多的5G應(yīng)用落地開花。5G的加速發(fā)展對我國光纖傳輸網(wǎng)絡(luò)的安全、承載能力以及光纜覆蓋深度等方面提出了更高的要求[1]。高速公路作為傳輸網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的重要一環(huán)，其光纜承載能力也變得越發(fā)重要。當(dāng)前環(huán)境下，高速公路管道及光纖建設(shè)面臨著兩個(gè)突出問題：一是近年來高速公路管道租賃費(fèi)用在大幅上漲，導(dǎo)致建設(shè)成本越來越高；二是面對爆發(fā)式增長的業(yè)務(wù)，高速公路上的纖芯資源格外緊張，有大量擴(kuò)容需求。如何讓有限的高速公路管孔資源發(fā)揮最大的效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)降本增效便成為了當(dāng)務(wù)之急[2]。

本文主要依托中國移動通信集團(tuán)有限公司相關(guān)重點(diǎn)項(xiàng)目，分析研究微管微纜在高速公路場景下的應(yīng)用，降低高速公路場景下相關(guān)工程的施工難度及建設(shè)成本，提升管道利用率，實(shí)現(xiàn)降本增效。

1 微管微纜場景下的結(jié)構(gòu)分析

通常，微管微纜敷設(shè)場景下的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)主要由母管、微管、微纜、敷設(shè)設(shè)備以及輔件幾類組件構(gòu)成[3,4]。

在微管微纜的敷設(shè)過程中，為了保護(hù)穿放有微纜的微管，通常將含有微纜的微管氣吹于HDPE硅芯管、波紋集束管以及PVC管等母管管材中[5]。微管就是利用HDPE材料制成的一種微型塑料管道，通常其作為微纜的載體應(yīng)用于微管微纜技術(shù)場景下。一般情況下，微管內(nèi)壁會模壓一層永久性固態(tài)潤滑劑作為內(nèi)襯層，以便減少微纜敷設(shè)過程中的摩擦力。相較于傳統(tǒng)光纜而言，微纜具有尺寸小、重量輕、纖裝密度高以及節(jié)省管道資源等特點(diǎn)，不用開挖路面，通過氣吹安裝工藝敷纜的特性充分滿足了當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的實(shí)時(shí)擴(kuò)容需求。在微管微纜施工過程中，常見的大型儀器有微管氣吹機(jī)、微纜氣吹機(jī)以及空氣壓縮機(jī)。氣吹機(jī)利用氣流效應(yīng)，讓高速氣流在管道內(nèi)產(chǎn)生的強(qiáng)大拖拽力實(shí)現(xiàn)微管與微纜的敷設(shè)。微管微纜施工過程中除了使用常見的大型器材外，還需要多種輔件的配合以實(shí)現(xiàn)微管的分歧、接續(xù)以及防水等系列操作。常見的相關(guān)輔件有直接頭、防水接頭、變徑接頭、堵頭、倒盤器、微纜接頭盒以及微纜盤留盒等。

2 微管微纜技術(shù)先進(jìn)性及效益性分析

2.1 微管微纜技術(shù)先進(jìn)性分析

微管微纜技術(shù)的采用，相較以往傳統(tǒng)管道及光纜的施工技術(shù)、建設(shè)周期、降本增效能力以及承載業(yè)務(wù)能力等多方面而言，具有極大的優(yōu)勢與先進(jìn)性，具體主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面[6,7]。

一是管道利用率高。采用傳統(tǒng)管道方式，一根管道僅容納一根光纜或者幾個(gè)子管。而采用集束微管及微纜技術(shù)，可在一個(gè)管道中氣吹布放多根微型光纜，管道利用率提高數(shù)倍。在同等數(shù)量的管孔條件下，微纜的敷設(shè)芯數(shù)較普通光纜而言擴(kuò)大了4～5倍。二是綜合造價(jià)低。由于微管微纜技術(shù)具有“一管多纜”的特性，使其具備較高的管道利用率，這些特性使得其整體綜合造價(jià)相較普通管道及光纜技術(shù)而言會大幅降低。測算結(jié)果表明，高速公路場景下，微管微纜技術(shù)比普通光纜每芯公里成本下降28.8%。三是建設(shè)周期短。由于微管和微纜的重量輕且彎曲性能好，采用氣吹技術(shù)布放微纜或微管時(shí)，速度可達(dá)60 m/min以上，其施工效率為普通光纜的9～10倍。

2.2 微管微纜技術(shù)效益性分析

為探究高速公路場景下微管微纜技術(shù)的效益性，接下來將針對高速公路場景下的微管微纜技術(shù)與普通管道及光纜技術(shù)在成本造價(jià)、投資效益及施工效益方面進(jìn)行對比分析。

2.2.1 成本造價(jià)對比分析

普通光纜采取1根硅芯管和1根144芯普通光纜的建設(shè)模式?？偝杀?管道建設(shè)費(fèi)+材料費(fèi)+施工費(fèi)=44 000+6 130+5 934=56 064（元）。總芯數(shù) = 管孔數(shù)×單根光纖芯數(shù)=1×144=144（芯）。每芯公里綜合成本=總成本/總芯數(shù)=56 064/144≈389（元/芯）。

微型光纜采取1根硅芯管(含4根微管）和4根96芯氣吹微纜的建設(shè)模式?？偝杀?管道建設(shè)費(fèi)+材料費(fèi)+施工費(fèi)=44 000+38 200+24 736=106 936（元）?？傂緮?shù)=管孔數(shù)×單根光纖芯數(shù)=4×96=384（芯）。每芯公里綜合成本=總成本/總芯數(shù)=106 936/384≈278（元/芯）。

普通光纜和微型光纜在高速公路場景下造價(jià)成本的詳細(xì)測算過程請參如表1所示。

表1 高速公路場景下方案造價(jià)成本對比

通過上述比較可以看出，在高速公路場景下，采用微管微纜技術(shù)的總投資較采用普通管道及光纜技術(shù)而言，每芯公里綜合成本將有效降低389-278=111（元/芯）。

2.2.2 投資效益對比分析

普通光纜的1孔φ40/33 mm硅管中一般可放置1根96芯或144芯普通光纜。微型光纜的1孔φ40/33 mm硅管中一般可以可放置4～5根10/8 mm微管，每根微管又可利用氣吹法相應(yīng)敷設(shè)1根96芯光纜，即1孔φ40/33 mm硅管中可氣吹4～5根96芯微纜。

通過上述比較可以看出，在同等數(shù)量的管孔條件下，微纜的敷設(shè)芯數(shù)較普通光纜而言擴(kuò)大了約4～5倍，光纖芯數(shù)的提升將為往后大批量業(yè)務(wù)的開通提供保證，并大幅提高后期的投資效益率。

2.2.3 施工效益對比分析

普通光纜施工過程中，平均每80 m需要建一個(gè)人/手井，平均每千米要建設(shè)12個(gè)人/手井。光纜牽引敷設(shè)1 km至少需要3 h，施工效率約為0.33 km/h。微型光纜施工過程中，平均每500 m建一個(gè)人/手井，平均每千米建設(shè)兩個(gè)人/手井。氣吹微纜方式施工1 km只需 20 min左右，施工效率為 3 km/h。

通過上述比較可以看出，微型光纜不僅在施工投資成本及施工復(fù)雜度上遠(yuǎn)小于普通光纜，而且在施工效率上，微型光纜的施工效率為普通光纜的9～10倍。因此，從成本造價(jià)、投資效益以及施工效益上看，采用微管微纜微技術(shù)的效益性遠(yuǎn)高于采用普通光纜的方案。

3 微管微纜技術(shù)推廣性研究

3.1 應(yīng)用場景推廣

由于微管微纜技術(shù)具有管道利用率高、施工方式簡單高效以及彈性擴(kuò)容能力高等一系列優(yōu)點(diǎn)，其不僅可以適用于高速公路場景，還能適用于骨干網(wǎng)、城域網(wǎng)、接入網(wǎng)等場景[8,9]。本文接下來將列舉幾個(gè)可將微管微纜技術(shù)進(jìn)行后續(xù)推廣的具體場景，供讀者參考。

一是無法新建普通管道的特殊場景，當(dāng)城區(qū)建設(shè)沒有管道且無法開挖建設(shè)時(shí)，可通過集束管采用路槽敷設(shè)氣吹光纜。二是隧道場景，沿隧道壁掛敷設(shè)一根4×12/10 mm的集束管，集束管內(nèi)每根微管可敷設(shè)1根144芯光纜，光纖芯數(shù)共576芯。隧道分歧點(diǎn)少，距離長，氣吹微纜一次性可氣吹1 km以上，提高了施工效率，降低了綜合成本。三是采用傳統(tǒng)PVC管道敷設(shè)微管微纜場景，郊區(qū)中心機(jī)房至干線段的線路分歧點(diǎn)少，平均每千米1～2個(gè)人/手井，而氣吹微纜一次性可氣吹1 km以上，一方面可提高施工效率，另一方面可節(jié)省建造成本。

3.2 施工經(jīng)驗(yàn)推廣

基于前期微管微纜相關(guān)項(xiàng)目的工程經(jīng)驗(yàn)積累，本文接下來將結(jié)合以往施工經(jīng)驗(yàn)，針對后續(xù)微管微纜施工過程給出以下幾點(diǎn)施工建議[10]。

一是由于微管管孔的利用率受現(xiàn)有管道管孔的形變狀態(tài)所影響，因此在施工過程中應(yīng)保證現(xiàn)有管道的建設(shè)質(zhì)量，減少現(xiàn)有管道管孔形變的產(chǎn)生。二是微纜直徑小、重量輕、機(jī)械強(qiáng)度低，容易因外部因素受損，需謹(jǐn)慎施工，且設(shè)置明顯標(biāo)識標(biāo)牌，避免微纜意外損傷。三是由于進(jìn)行氣吹微纜施工時(shí)對施工人員的專業(yè)性要求較高，因此在施工前必須對施工人員進(jìn)行專業(yè)化培訓(xùn)，了解施工規(guī)范，掌握施工技巧，學(xué)會氣吹設(shè)備等儀器的使用等。四是當(dāng)施工過程中沒有配套的微纜接頭盒時(shí)，必須要采用普通光纜接頭盒進(jìn)行接續(xù)。由于普通接頭盒進(jìn)線孔經(jīng)較微纜纜經(jīng)偏大，因此建議在接續(xù)過程中采用特定橡膠堵頭材料將微纜固定在接頭盒進(jìn)線孔中，增加接頭盒進(jìn)線孔與微纜之間的壓力，讓微纜在接頭盒內(nèi)能更好的固定。

4 結(jié) 論

本文通過對比分析微管微纜技術(shù)與普通管道光纜技術(shù)在高速公路場景下的先進(jìn)性和效益性，證明了微管微纜技術(shù)在高速公路場景下應(yīng)用的可能性和有效性，并針對后續(xù)其他應(yīng)用場景和施工經(jīng)驗(yàn)兩個(gè)方面進(jìn)行了推廣分析。相信未來光纖傳輸網(wǎng)絡(luò)在微管微纜的加持下，能更好地保證數(shù)據(jù)傳輸效率及客戶用網(wǎng)質(zhì)量，靈活滿足傳輸網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)擴(kuò)容需求，大幅促進(jìn)我國現(xiàn)代化通信事業(yè)的發(fā)展。