王青青

【摘 要】随着我国邮电通信事业的蓬勃发展，通信铁塔正得到越来越广泛的应用，确保越来越多的通信铁塔的安全运行具有重要的意义。从技术角度出发，介绍了如何利用Microsoft Visual Studio 2010开发工具编写一款基于.NET平台的操作简单、可视化程度高的软件，该软件可以帮助铁塔公司对现存的铁塔进行快速准确的安全评估，以解决手工计算和力学软件计算中的难题。

【关键词】通信铁塔 安全评估 .NET平台

doi：10.3969/j.issn.1006-1010.2016.20.016 中图分类号：TP311.1 文献标志码：A 文章编号：1006-1010（2016）20-0084-04

1 引言

通信铁塔是通信信号发射和接收的主要载体，主要用于微波、超短波、无线网络信号的传输与发射等。它是移动通信网完成信号覆盖的重要基础设施[1]，是移动通信网络中一个必不可少的组成部分。随着通信技术的飞速发展，通信铁塔目前已经遍布城乡，随处可见。大到山区的大型角钢塔，小到城市小区里的单管塔。它们通过各种通讯信号联系在一起，为全世界的用户提供可靠的信息传递服务，保障了全球24小时信息不间断共享，使得人类社会得到了迅速的发展。

如今，通信行业高速发展，通信铁塔的结构安全已与人们的生活息息相关。通信铁塔属于高耸结构，据不完全统计，在高耸结构构件破坏的现象中，风力引起的结构构件破坏占80%～90%左右。在使用期间塔架整体结构可能会发生危及安全的分离、倒塌或者整体失稳破坏的情况[2]。因此，应该对通信铁塔初始质量状况，尤其是对抗震防风等性能进行分析、校验，进而有针对性地对有安全隐患的通信铁塔进行修复、改造、甚至拆除重建等，从而保障通信铁塔安全、通畅地运行，为规避事故及安全隐患提供了可靠的保障[1]。

2 铁塔安全快速评估软件的提出

传统的通信铁塔计算方法是手工计算，采用结构力学对其进行力学性能分析[3]。当对数据的精确度要求不高时，有时采用近似值法，这要求计算人员具有丰富的铁塔计算经验。在铁塔的结构强度研究计算方面，有较为完善的理论基础及相应的设计规范[3]。但手工计算中大量的铁塔参数，繁琐的计算过程，而且对于同种塔型，即使只是尺寸有变化，也要进行一次全新的计算才能得到想要的数据，这将导致其计算周期长、成本高、效率低。

随着现代计算力学的发展，越来越多的科研人员采用有限单元法来研究力学方面的问题[4]。在对通信铁塔刚度、强度的仿真研究方面，国内外有很多分析人员都在进行着通信铁塔的有限元分析仿真，但是他们在有限元分析中所用时间的40%～50%用于模型的建立和数据输入，即前处理；50%～55%用于分析结果的判读和评定，即后处理；而计算的时间仅占5%左右[5]。

其实对于同种类型的通信铁塔，它们的结构具有相似性和继承性，计算的公式和依照的规范是相同的，这为进行参数化分析的应用提供了必要的基础条件。

可以利用铁塔公司所掌握的一切铁塔的详细数据，借助计算机快速计算的能力，编写一个简单易操作的可视化软件来帮助铁塔公司对现存的铁塔进行快速准确的安全评估。进而有针对性地对有安全隐患的通信铁塔进行修复、改造、甚至拆除重建等。

3 具体技术方案

通信铁塔安全快速评估软件的关键点在于程序底层逻辑需要在程序中完成人工难以完成的公式计算、迭代计算等，并利用开发软件中灵活的控件及可视化图形组件来实现结果的输出。

铁塔的种类较多，各种通信铁塔的性能指标的要求也各不相同。针对不同通信铁塔所要评估的方面也会略有不同。因此，需要根据通信铁塔安全评估标准对各类通信铁塔进行分析，总结各类通信铁塔的评估方法，然后在程序中分别实现。

3.1 技术方案

通信铁塔快速安全评估软件实现的整体流程如图1所示。首先，用户登录系统，选择想要评估的铁塔类型，系统根据塔型的不同跳转到不同的模块，用户根据提示输入铁塔的结构、材料信息以及外加的荷载信息。后台程序根据不同的塔型，编写计算迎风面积、应力、挠度等的算法。最后利用计算出的挠度、应力等参数，按照强度理论的强度条件、依据移动通信工程钢塔桅结构的水平位移极限值等进行校核，从而得到铁塔的安全评估结果。

（1）步骤1：用户输入数据

用户输入的数据分为两个方面。一个是铁塔自身的结构、材料等参数值，对于不同类型的铁塔，需要输入的参数种类是不同的，用户在选择了塔型后，就会进入相对应的参数采集界面。另一个是外加荷载数据，包括风荷载、地震荷载和冰雪荷载。用户需要选择荷载的类型，然后输入荷载的值。

（2）步骤2：荷载下铁塔应力、挠度的计算

在此次软件设计过程中，角钢塔和三管塔采用杨更新教授提出的空间桁架法[6]来计算塔架静力。

（3）步骤3：后台安全评估

通信铁塔安全快速评估系统将步骤2中计算得到的铁塔应力、水平位移等数据与《移动通信工程钢塔桅结构设计规范》中的标准值做比较，由此判断铁塔是否在正常的使用状态。在后台安全评估中通过以下两个关键参数来评判铁塔的安全性能：

1）水平位移

在所受荷载为风荷载的情况下，钢塔栀结构任一点的水平位移应满足[7]表1中所示的规定：

2）塔架应力

塔架的强度理论条件要满足的条件如式（1）所示：

<材料的许用应力 （1）

（4）步骤4：报告呈现

在经过步骤3实际值和规范值的对比之后[7]，对比的结果以及相关的图形结果会被映射在报告呈现界面中，方便用户及时对存在安全隐患的铁塔进行有针对性的维护 [7]。

3.2 软件系统开发

在以上技术方案的基础上，完成通信铁塔安全快速评估软件的设计与实现。其层次架构分为3层。用户层接收用户输入的各种操作信息，然后向业务逻辑层发出各种操作命令。业务逻辑层接收来自用户层的数据或命令请求，按照相应的算法计算出通信铁塔的应力、挠度、抗风等级、迎风面积等数值，把数值进行相应的处理，然后将处理后的结果显示在报告呈现界面上[10]。数据层具体为业务逻辑层和表示层提供数据服务。系统层次架构设计图如图2所示。用户层模块结构图、业务逻辑层模块结构图分别如图3、图4所示。开发功能模块包括登录模块、数据采集模块、数据处理模块、报告显示模块。

表2显示了各功能模块的主要功能。

4 结束语

本文提出一种通信铁塔安全快速评估系统，利用用户输入的铁塔结构数据及荷载数据，根据写入系统的铁塔计算及评估的算法，快速得到准确的安全评估结果。运维人员根据最后得出的检查评估报告，对在役通信铁塔进行有针对性的维护，保证其能够正常使用。该系统的安全评估模式改变了原有的手工和力学软件进行安全评估的模式，提高了安全评估的效率，降低了安全评估的成本。

参考文献：

[1] 李晓亮，孙国良，黄维学，等. 浅析通信铁塔的安全性及其安全性评估方法[J]. 数据通信， 2013（5）： 32-34.

[2] 周新华. 高压输电铁塔结构强度分析[D]. 保定： 华北电力大学， 2002.

[3] 蔡铭. 高耸异型铁塔风荷载作用下结构的分析计算[J]. 钢结构， 2005（5）： 32-34.

[4] 刘朋科. 高压输电线路数值模拟中的参数化有限元法[D]. 重庆： 重庆大学， 2007.

[5] 黄菊花，黎雪芬，饶进军，等. 材料成型计算机模拟中的参数化有限元法[J]. 中国机械工程， 2003（2）： 145-147.

[6] 杨更新. 高耸塔架静力计算的空间桁架法[J]. 土木工程学报， 1966（1）： 31-47.

[7] 李军. 一种基于物联网技术的移动通信铁塔性能预警系统[J]. 移动通信， 2010（15）： 35-39.

[8] 中华人民共和国通信行业标准. YD/T5131-2005 移动通信工程钢塔桅结构设计规范[S]. 北京： 北京邮电大学出版社， 2006.

[9] 高扬明. 移动通信基站单管塔水平位移的设计[J]. 电信技术， 2015（12）： 59-66.

[10] 郑飞，李逢玲. 一类基于C/S模式的服装企业物料管理系统的设计研究[J]. 价值工程， 2014（26）： 166-168.