上海市中心城區(qū)射頻電磁輻射環(huán)境風險研究

劉寒，謝平展，李家偉，王海超

（1.廣東智環(huán)創(chuàng)新環(huán)境科技有限公司，廣東 廣州 510045；2.中國移動通信集團上海有限公司，上海 200333）

0 引言

環(huán)境輻射水平是生態(tài)環(huán)境管理中的重要內容，因為其潛在風險高且又不易被直觀覺察到，公眾對于環(huán)境中的輻射水平一直存在認識不足或一定程度的誤解[1]。近年來，隨著5G 和各類通信技術的發(fā)展，各種頻率下電磁輻射相關的設施設備被越來越多地應用于生產(chǎn)和生活的各個方面，這些設施設備在給人們帶來了極大便利的同時，也影響著區(qū)域空間上的電磁輻射水平和分布情況，人們對這些電器設備產(chǎn)生的電磁輻射水平及其對人體健康影響的擔心也越來越多[2-3]。

空間電磁能量平均每年增長7%～14%[4]，在空間和頻譜資源都非常有限的情況下，電磁輻射設施設備的數(shù)量與日俱增，電磁環(huán)境的狀況也比較復雜。國內外很多研究人員也陸續(xù)開展了一些對于基站電磁輻射影響的研究[5-7]，文獻[8] 基于廣東省的基站監(jiān)測數(shù)據(jù)，分析了不同桿塔類型和共址情況等對于周圍公眾活動區(qū)電磁輻射水平的差異；文獻[9] 基于湖南某區(qū)域2 km×2 km 網(wǎng)格劃分，在新增基站建設完畢后開展區(qū)域輻射環(huán)境本底監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)隨著基站建設，區(qū)域電場強度監(jiān)測值由0.2～1.96 V/m 增長至0.3～2.75 V/m，隨著基站增加，區(qū)域電磁輻射環(huán)境本底值變化顯著；文獻[10] 針對瑞士的巴塞爾和荷蘭的阿姆斯特丹這兩個城市中不同類型區(qū)域基站電磁輻射水平進行了監(jiān)測比較。這些調查研究為當?shù)仉姶泡椛浔O(jiān)督管理提供了決策依據(jù)，但是這些研究更多的是評價基站周圍電磁輻射水平的達標性，缺少對于潛在電磁環(huán)境風險，對周圍人群的影響范圍進一步的分析。因此，應盡早開展對于電磁輻射空間分布的研究，了解電磁輻射水平的空間差異，量化環(huán)境中的電磁輻射風險水平對于改善電磁輻射環(huán)境質量、提升環(huán)境承載力、增強環(huán)境管理水平、保障公眾健康具有重要的意義[11-12]。本次研究希望通過選取基站建設密度較高的區(qū)域進行調查，評估大規(guī)模通信基站的建設對于區(qū)域電磁輻射環(huán)境的影響，找到可能存在電磁輻射環(huán)境風險的片區(qū)，與電磁輻射影響存在相關性的一些因子，及時采取防治措施，降低區(qū)域電磁環(huán)境的風險。

1 監(jiān)測方法

1.1 監(jiān)測對象

自2018 年以來，調查了上海市中心城區(qū)的8 個行政區(qū)合計2 414 個基站，對基站周圍的電磁環(huán)境狀況進行監(jiān)測。在8 個行政區(qū)選取比例較為接近完成建設的站點，對選取的站點進行了全量的現(xiàn)場電磁輻射監(jiān)測。將全量站點的監(jiān)測結果按照行政區(qū)為單位進行分析，評估了8 個行政區(qū)相對的電磁輻射風險水平，其中黃浦區(qū)307 個，徐匯區(qū)414 個，長寧區(qū)217 個，靜安區(qū)166 個，普陀區(qū)361 個，虹口區(qū)167 個，楊浦區(qū)181 個，閔行區(qū)601 個。各行政區(qū)監(jiān)測站點數(shù)量分布圖如圖1 所示：

圖1 各行政區(qū)監(jiān)測站點數(shù)量分布圖

監(jiān)測站點的數(shù)量與所在區(qū)域的面積保持比較協(xié)調一致，其中因為閔行區(qū)的面積相較其他區(qū)的面積更大，監(jiān)測的站點數(shù)量也比較多。各行政區(qū)監(jiān)測站點密度分布圖如圖2 所示：

圖2 各行政區(qū)監(jiān)測站點密度分布圖

1.2 監(jiān)測布局和數(shù)據(jù)讀取

依據(jù)《移動通信基站電磁輻射環(huán)境監(jiān)測方法》（HJ 972-2018）[13]和《輻射環(huán)境保護管理導則-電磁輻射監(jiān)測儀器和方法》（HJ/T 10.2-1996）[14]等相關標準的要求，監(jiān)測點位布設在天線周圍的電磁輻射環(huán)境敏感目標處，并優(yōu)先選在公眾居住、工作或學習距離天線最近處。監(jiān)測時間為通信基站每日工作的高峰時段9:00～18:00，測量距地1.7 m 高處的電場強度，每個監(jiān)測點連續(xù)測量5 次，每次測量時間不少于15 s，讀取穩(wěn)定狀態(tài)的最大值，取5 個測量數(shù)據(jù)的平均值并進行修正作為該站點的監(jiān)測結果。

1.3 監(jiān)測儀器

現(xiàn)場監(jiān)測采用的儀器為德國Narda 公司的NBM-550/EF-0691 和北京森馥公司的SEM-600/RF-06，NBM-550/EF-0691 探頭的頻率范圍為100 kHz～6 GHz，測量范圍為0.38～650 V/m，SEM-600/RF-06 探頭的頻率范圍為100 kHz～6 GHz，測量范圍為0.2～680 V/m。監(jiān)測儀器經(jīng)過計量部門校準合格，且每年參加與其他檢測機構的儀器比對，比對結果滿意。

1.4 評價標準

本次調查監(jiān)測的通信基站工作頻率范圍為700 MHz～3 GHz，通信基站周圍電磁環(huán)境監(jiān)測點的電磁輻射水平測量值依據(jù)《電磁環(huán)境控制限值》（GB8702-2014）中頻率范圍為30～3 000 MHz 時的公眾曝露控制限值，即12 V/m，根據(jù)《輻射環(huán)境保護管理導則-電磁輻射環(huán)境影響評價方法與標準》（HJ/T10.3-1996）中單個項目的電磁輻射影響取場強限值的，即5.4 V/m，對于監(jiān)測的2 414 個基站，依次選取每個基站周圍測到的最大值作為該站點電磁環(huán)境水平的評價值。

2 監(jiān)測結果分析

2.1 所有監(jiān)測站點電磁輻射水平的分布情況

本次調查監(jiān)測的2 414 個基站周圍環(huán)境中，測到電場強度最大值E≤1 V/m 的有450 個，約占總數(shù)的18.6%；測到電場強度最大值1 V/m ＜E≤2.7 V/m 的有1 381 個，約占總數(shù)的57.2%；測到電場強度最大值2.7 V/m ＜E≤5.4 V/m 的有446 個，約占總數(shù)的18.5%；測到電場強度最大值5.4 V/m ＜E≤12 V/m 的有137 個，約占總數(shù)的5.7%。不同電場強度區(qū)間對應的基站數(shù)量如圖3 所示：

圖3 不同電場強度區(qū)間對應的基站數(shù)量

2.2 各行政區(qū)電磁輻射水平的分布情況

各行政區(qū)在不同區(qū)間電磁輻射水平的分布并不均勻，比較顯著的特點包括：黃浦區(qū)和徐匯區(qū)由于通信基站的建設密集，人口密度也比較高，有超過35%的基站周圍電磁輻射水平超過了2.7 V/m，而在其他6 個區(qū)這一比例都在20%以內。開展電磁輻射水平監(jiān)測的各區(qū)，電磁輻射水平最多的是集中在1～2.7 V/m 的區(qū)間內。長寧區(qū)和普陀區(qū)處在電磁輻射低值的比例最高，有約30%的站點電磁輻射水平小于或等于1 V/m，而黃浦區(qū)和徐匯區(qū)這一比例僅僅為10%。各行政區(qū)不同區(qū)間電磁輻射水平的分布情況如圖4 所示：

圖4 各行政區(qū)不同區(qū)間電磁輻射水平的分布情況

2.3 電磁環(huán)境風險分析

目前國內對于電磁輻射的風險評價的依據(jù)主要是《電磁環(huán)境控制限值》（GB8702-2014）和《輻射環(huán)境保護管理導則-電磁輻射環(huán)境影響評價方法與標準》（HJ/T10.3-1996）。2018 年國家生態(tài)環(huán)境部發(fā)布了《建設項目環(huán)境風險評價技術導則》（HJ 169-2018），但此導則并不適用于核與輻射的風險評價?！峨姶怒h(huán)境控制限值》（GB8702-2014）中頻率范圍為30～3 000 MHz 時的公眾曝露控制限值，即12 V/m；《輻射環(huán)境保護管理導則-電磁輻射環(huán)境影響評價方法與標準》（HJ/T10.3-1996）中單個項目的電磁輻射影響取場強限值的，即5.4 V/m；處理投訴糾紛站點時，公眾普遍認知中是否受到基站電磁輻射影響的參考值為1 V/m。

國際非電離輻射防護委員會（ICNIRP）2020 年修訂的《限制電磁場曝露導則》[15]分職業(yè)曝露和公眾曝露給出了平均曝露時長30 分鐘的全身曝露參考水平，其中職業(yè)曝露最保守限值為61 V/m，公眾曝露最保守限值為27.7 V/m。該限值均高于《電磁環(huán)境控制限值》（GB8702-2014）中12 V/m 的要求。在我國實際基站輻射影響的管理上，對于在公眾活動區(qū)測值超過12 V/m 的基站，也是須要采取降低發(fā)射功率，調整天線架設方式或方位角等降低基站對周圍電磁環(huán)境的影響，因此超過12 V/m 的基站不會是通信基站的一個穩(wěn)定或者最終狀態(tài)。在本次的現(xiàn)場調查工作中，也有監(jiān)測到個別測值超過了12 V/m 的基站，由于這些站點存在整改和調試的過程，整改完成后也仍然存在功率設定的不確定性，因此在統(tǒng)計分析的時候剔除了這部分站點的數(shù)據(jù)。

為實現(xiàn)各行政區(qū)的電磁輻射的風險水平的量化，設定監(jiān)測結果電場強度E≤1 V/m 的站點作為安全站點；電場強度1 V/m ＜E≤2.7 V/m 的站點作為低風險站點，風險指數(shù)為25%；電場強度2.7 V/m ＜E≤5.4 V/m 的站點作為中風險站點，風險指數(shù)為50%；電場強度5.4 V/m ＜E≤12 V/m 的站點作為高風險站點，風險指數(shù)為75%。按照各種風險類型站點的比例，用不同等級的風險指數(shù)進行加權，得到了各區(qū)整體的電磁環(huán)境風險水平。

經(jīng)過加權計算，黃浦區(qū)和徐匯區(qū)的風險指數(shù)相對較高，分別為35.91%和33.70%，處于電磁環(huán)境低風險水平；長寧區(qū)和普陀區(qū)的風險指數(shù)相對較低，分別為21.89%和24.24%，處于電磁環(huán)境安全水平；靜安區(qū)、虹口區(qū)、楊浦區(qū)和閔行區(qū)的電磁環(huán)境風險水平相對平均，略高于25%，總體電磁環(huán)境風險水平仍然是比較低的。各行政區(qū)電磁輻射風險指數(shù)情況具體如表1 所示：

表1 各行政區(qū)電磁輻射風險指數(shù)情況表

上海市中心城區(qū)電磁環(huán)境風險分級分布圖如圖5 所示：

圖5 上海市中心城區(qū)電磁環(huán)境風險分級分布圖

依據(jù)《上海統(tǒng)計年鑒—2020》[16]獲取的2019 年上海市各行政區(qū)的人口密度的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，對開展監(jiān)測的8 個行政區(qū)的電磁輻射風險水平與所在區(qū)域的人口密度進行相關性分析。

通過曲線的變化，可以比較明顯地看到黃浦區(qū)、徐匯區(qū)、長寧區(qū)、靜安區(qū)、普陀區(qū)和楊浦區(qū)等的電場強度與人口密度分布呈現(xiàn)出了顯著的相關性。出現(xiàn)這種情況一方面表明了在人口相對密集的區(qū)域，往往電磁輻射的風險也是越大的，另一方面人口的聚集也間接地增加了該地區(qū)電磁環(huán)境的負荷。虹口區(qū)和閔行區(qū)的電磁環(huán)境風險與人口密度的相關性并不明顯。虹口區(qū)的通信基站建設有比較大的比例使用了微站或者桿站的架設方式，相對傳統(tǒng)的宏站，這類站點產(chǎn)生的電磁環(huán)境影響也比較小，這使得虹口區(qū)在人口密度較高的情況下電磁環(huán)境風險水平并不高；閔行區(qū)的人口密度遠遠小于其他各區(qū)，但是電磁環(huán)境風險水平仍然與其他區(qū)非常接近，這是由于閔行區(qū)內部的人口分布并不均勻，在人口密集的區(qū)域，人口密度與其他區(qū)也是比較接近的，在人口密集的區(qū)域，基站的分布密度也是比較密集的，這就導致了閔行區(qū)整體的電磁輻射環(huán)境風險水平與其他區(qū)基本在相近的水平上。各行政區(qū)電場輻射環(huán)境風險與區(qū)域人口密度的關系如圖6 所示：

圖6 各行政區(qū)電場輻射環(huán)境風險與區(qū)域人口密度的關系

3 對策與措施

3.1 技術手段降低電磁環(huán)境風險的方法

電磁輻射對人體的生物效應主要為致熱效應，現(xiàn)在還沒有足夠的證據(jù)證明基站的輻射所導致的非熱效應可以危害到人體的健康[17]。近年來有一些研究嘗試通過更為準確地掌握天線電磁輻射的規(guī)律，找到降低電磁環(huán)境風險的方法。文獻[18]通過在電波暗室中測試通信天線恒定發(fā)射規(guī)律，開發(fā)了仿生控制的建模程序，三維仿真展現(xiàn)通信基站電磁輻射空間分布曲線，實現(xiàn)電磁輻射環(huán)境影響可視化預測評價。目前比較普遍的預測模式是沿用了《輻射環(huán)境保護管理導則 電磁輻射監(jiān)測儀器與方法》（HJ10.2-1996）中場強預測的計算公式。在基站的近場區(qū)內，輻射的水平較大，但由于基站發(fā)射頻率普遍在700 MHz～5 GHz 的范圍內，公眾活動區(qū)基本都處于遠場區(qū)的范圍。在遠場區(qū)內，電磁輻射會隨著距離增加快速衰減；天線軸向方向是輻射最為集中的區(qū)域，會出現(xiàn)輻射的最大值。

不同制式的天線的輻射水平幾乎處在同一輻射的功率密度值上，電場強度會隨著距離的變大而迅速減少，在基站正常運行的情況下，50 m 以上的水平距離基本上可以滿足環(huán)境管理限值的要求。對基站天線軸向和水平地面方向的實際值曲線分析可以獲得基本規(guī)律，基站電磁輻射值實際衰減速率遠大于理論衰減速率，天線軸向方向電磁輻射值隨距離的增加迅速降低，在某個距離上低于環(huán)境管理限值，直至降低至背景輻射值，天線水平地面方向其值隨著距離的增加會先降低，然后再逐漸增加，直至出現(xiàn)最大值后再逐漸降低[19]。

經(jīng)過通信基站軸向和水平地面方向電磁輻射測值的分析，基站電磁輻射的實測值和基于公式預測值的變化規(guī)律是相對一致的。根據(jù)基站電磁輻射的分布和衰減規(guī)律，可以采取降低天線發(fā)射功率、適度調整天線的方位角、采用鍍鋅鐵皮材料進行金屬屏蔽防護等措施合理控制基站電磁輻射，使基站周圍電磁環(huán)境能夠滿足環(huán)境管理限值的要求。

3.2 合理的規(guī)劃布局

根據(jù)實際發(fā)展和應用的需要來規(guī)劃及設計建設規(guī)模，在規(guī)劃和設計階段可積極收集站點周圍或者所在片區(qū)的電磁環(huán)境風險狀況，充分利用現(xiàn)有的通信基礎設施，減少重復建設，降低建設運營成本。無線網(wǎng)絡規(guī)劃、建設、優(yōu)化是個循環(huán)過程，通過不斷的“規(guī)劃-建設-優(yōu)化-再規(guī)劃建設”過程，使網(wǎng)絡完善與電磁環(huán)境風險的防護統(tǒng)籌協(xié)調[20]。選擇合理的技術手段如宏蜂窩基站、微蜂窩基站、直放站、光纖拉遠站、室內分布系統(tǒng)等，豐富無線網(wǎng)絡建設的類型。

對于通信基站業(yè)務需求的熱點地區(qū)，宏基站已經(jīng)有較多布設、電磁環(huán)境超標風險較大、電磁環(huán)境容量相對不足的地區(qū)，審慎直接通過增加天線的方式增加覆蓋，多考慮采用一體化天線替換的方式進行更新改造，合理選擇天線方位角和發(fā)射功率，確保天線周圍50 m 范圍內敏感區(qū)域電磁環(huán)境不超過公眾曝露控制限值或通過微基站進行補充覆蓋。

4 結束語

本文根據(jù)調查的上海市中心城區(qū)2 414 個移動基站周圍區(qū)域電磁輻射情況，電場強度測得的最大值主要集中在大于1 V/m 且小于等于2.7 V/m 的范圍內，整體處于電磁輻射低風險水平內，但不同區(qū)域的電磁輻射水平還是存在比較顯著的差異。

（1）自2019 年以來，上海市在全國率先開展了大規(guī)模5G 移動通信基站的建設，監(jiān)測過程中很多站點在調查時已經(jīng)開通了5G 網(wǎng)絡，本次調查基本反映了在具備5G 網(wǎng)絡覆蓋的基礎上，上海市中心城區(qū)這8 個區(qū)的電磁輻射環(huán)境水平的分布情況。

（2）盡管已經(jīng)開展了5G 基站大規(guī)模的建設和運維，可以看到上海市中心城區(qū)內電磁輻射水平仍然處在一個比較安全可控的水平內，本次監(jiān)測所涉及的8 個區(qū)中有2 個處于低電磁輻射安全的等級內，其他6 個區(qū)風險水平也都遠小于50%的中等風險水平線，即使是人流密度高、基站建設密集的黃浦區(qū)和徐匯區(qū)也是處于電磁輻射低風險水平內。

（3）各區(qū)的電磁輻射環(huán)境風險分布并不均勻，多個區(qū)域的電磁輻射風險水平與區(qū)域人口密度的相關性明顯，未來隨著人口密度進一步增大，5G 用戶數(shù)的持續(xù)上升，上海市多個區(qū)有電磁輻射環(huán)境風險進一步增大的趨勢和風險[21]。

（4）未來工作中應考慮開展和普及通信基站的建設規(guī)劃，合理規(guī)劃和布局通信基站及其他各類電磁發(fā)射設備，防止局部的電磁環(huán)境負荷過大，避免不必要的環(huán)境風險。在人口密集區(qū)域，采用對電磁環(huán)境影響較小的天線架設方式，通過增加微站或者桿站的應用比例等方式，減小單個基站電磁輻射影響的強度。