毛晨曦 李帆

摘要：2021年云南漾濞MS6.4地震发生后，对震区通信系统开展调查，梳理通信系统抗震的薄弱环节。首先介绍了此次地震的概况和震区通信系统的总体灾害情况，然后给出机房、通信基站（机房和设备）、通信铁塔、通信光缆线路的震后损伤状况和特征损伤现象，以及地震后通信系統的应急恢复情况，最后基于灾区通信系统震害情况，给出了提升通信系统抗震性能的建议：①对核心机房内的通信设备安装进行抗震加固;②重视通信光缆和线杆抗震设计;③对县城区内光缆和电线进行统一规划设计;④楼面基站建设前要综合考虑居民楼的楼面附加荷载;⑤重视非结构破坏，防止对设备造成损伤。

关键词：漾濞MS6.4地震;通信系统;震害特征;影响因素;震后应急恢复

中图分类号：P315.9   文献标识码：A   文章编号：1000-0666（2021）03-0461-11

0 引言

在过去的20年间，以互联网和移动通信为代表的通信系统以惊人的速度发展起来并极大地改变了国人的生活方式：今天的中国，网购、外卖、移动支付、共享单车、直播遍地开花;与此同时，通信服务业创造的产值在GDP中所占的比重迅速攀升：互联网和移动通信服务已经渗透到能源、矿业、农业、物流、安保和社会管理等众多行业和领域，据不完全统计，截至2017年底，基础电信服务业对经济增长的全部贡献率为5.8%（杨宇，2019）。2020年，随着国家发改委对“新基建”涵盖内容的明确，在可以看得见的未来，以5G、物联网为代表的通信服务业将跃升为国家经济发展的头部增长点。通信系统已经成为生命线系统的重要组成部分（李波等，2018;陆鸣等，2008）。然而，需要指出的是，繁花似锦的通信服务业背后的运行基础是庞大、复杂的通信系统基础设施，因而通信系统基础设施的灾害安全对确保国家经济持续、稳定发展至关重要。

与通信系统飞速发展极其不相符的是，目前我国对于通信系统的地震灾害还远做不到科学预测和管理，主要依靠地震后不计人力物力的应急抢修来恢复通信，相应地，通信系统地震灾害估计与模拟、通信系统抗震韧性等相关研究目前也少有研究者关注。在实际地震发生后对通信系统的灾害情况进行详细调查，了解和掌握通信系统的实际抗震能力和状况，为相关研究积累基础数据至关重要（刘金龙等，2013;刘爱文等，2012;朱晓炜等，2019）。

2021年5月21日漾濞县发生MS6.4地震，为了解当地通信系统的实际震害状况，笔者第一时间进入震区开展详细调查。本文介绍了震区通信系统的总体灾害情况，并详细介绍了汇聚机房、通信基站、通信铁塔、通信光缆线路的典型震害及震后通信系统的应急恢复情况，最后基于灾区通信系统震害情况，给出了提升通信系统抗震性能的建议。

1 漾濞MS6.4地震及其震害影响

2021年5月21日21时48分，云南大理州漾濞县（25.67°N，99.87°E）发生MS6.4地震，震源深度8 km，震中距漾濞县城9 km，距大理市区37 km，距永平县城40 km、距洱源县城50 km，距昆明市区294 km。震中20 km内的乡镇有太平乡、苍山西镇、河西乡、漾江镇、脉地乡、富恒乡、平坡镇、北斗彝族乡。此次地震造成大理、保山、楚雄等地震感强烈，昆明和攀枝花等地亦有明显震感。5月21日20时至5月22日7时，漾濞县连续发生多次地震，其中4.0级以上13次，最大震级MS6.4。据地震信息播报，此次地震共造成3人死亡，32人受伤。

2 漾濞县辖区通信系统震害概况

漾濞县辖区内通信系统主要由中国移动、中国电信和中国联通3家通信运营商经营。其中，中国移动公司所占市场份额最大，拥有的基站数量最多;中国电信的市场份额和基站数量排第二;中国联通所占市场份额约为5%～10%，且其基站大多位于漾濞县城区内。此次震害调查的主要对象是3家通信运营商的漾濞县核心机房、光缆线路以及通信基站。依据震害调查中收集到的数据，漾濞县共有中国移动基站288个，此次地震造成中国移动漾濞分公司21个基站退服，25个基站停电，多处光缆中断，漾濞县移动超级基站运行正常;中国电信漾濞分公司基站16个退服（其中漾濞县10个、永平县4个、洱源县2个），线杆和光缆多处受损，部分机房有墙体脱落、墙面开裂等受损情况，少数设备有移位掉落;中国联通漾濞分公司的基站、光缆也有不同程度的损坏，很多乡镇因停电导致多个基站退服。图1给出此次调研的部分受损通信基站的位置分布。

总体而言，此次地震造成的漾濞县通信系统震害可以从以下4个方面概述：①3家运营商的核心机房所在建筑结构发生了不同程度的损伤，均在震后被鉴定为“限制使用”，但由于机房内的通信设备完好，因此各个核心机房均未出现功能中断;②由于山体滑坡造成3家运营商的一些通信杆倾倒或砸断，部分光缆线路被砸断，导致这些光缆连接的基站掉站（中国移动漾濞分公司21个基站掉站，中国电信漾濞分公司16个基站掉站）;③3家运营商均有部分基站退服，但退服的原因都是由于外部供电中断所致，虽然一些机房出现了建筑结构轻微损伤、设备移位、倾倒，但并未导致基站停运;④通信铁塔的震害较轻，并未发现有铁塔严重破坏或倒塌，塔身部分未见明显损伤，仅少数铁塔天线弯曲或发生方位改变，或者铁塔底部连接件损伤，但铁塔能够保持基本的信号收发功能。

3 漾濞县通信系统的典型震害

3.1 通信系统的基本组成架构

为便于理解通信系统各组成部分的震害对系统整体功能可能造成的影响，本文首先介绍通信系统的基本组成架构。通信系统按传输媒介划分，可分为有线通信系统（主要提供互联网、固定电话服务）和无线通信系统（主要提供手机通信服务）。图2为一个城市/地区通信网络系统的架构示意图。这一架构的核心层主要包括有线通信和无线通信的交换中心、汇聚机房、主干光缆网络;从核心主干网向外延展的配线光缆网络则分别通向了每个互联网/固话入户端和各无线通信基站。手机用户通过与通信基站间的无线信号传输接收无线通信服务，互联网/固话用户则通过入户端设备接收服务。因此，通信系统实际上是一个以交换中心、汇聚机房、通信基站、互联网/固话入户端为节点，通过光缆网络依照一定的拓扑规则连接的庞大、复杂的网络体系。

3.2 汇聚机房震害

中国电信、中国移动和中国联通在漾濞县均只设置了汇聚机房，当地通信系统的核心机房设置在大理市区，因而3家通信运营商在漾濞县的汇聚机房就相当于漾濞县及其下辖各村镇通信网络的核心节点，若汇聚机房发生功能中断，则漾濞县下辖各村镇将全部发生通信中断。地震后，3个汇聚机房均未发生功能中断，机房内的设备维持了正常运行，但3个汇聚机房所在的建筑结构均发生了不同程度的损伤，在震后均被鉴定为“限制使用”。

中国电信漾濞分公司汇聚机房设置在一栋7层（局部8层）的钢筋混凝土框架结构建筑内，该建筑的设计用途为通信专用机房（图3a）。地震后该框架结构的主体（钢筋混凝土梁、柱）未出现任何损伤，填充墙出现轻微裂缝（主要发生在填充墙上侧与梁连接处），如图3b、c所示。地震后机房内的供电、交换、传输设备均未出现损伤和功能故障。需要指出的是，在2021年3月曾对该机房所有的设备进行了安装加固，即所有设备机柜不仅与地面连接，机柜顶部也与上部走线桥架连接成为整体，极大地提升了机柜的抗震能力，从而对设备在地震后仍能维持功能起到了重要作用（图4）。

中国移动漾濞分公司的汇聚机房位于一栋4层钢筋混凝土框架结构内（5a）。该结构主体框架的梁、柱未见明显损伤，但墙体开裂较為严重。结构从底层到顶层破坏依次加重，第四层最为严重。经过调查发现，该层由于功能需要，部分房间设计成了设备间，存在错层（图5b），导致结构不规则。错层部位产生地震水平力，该水平力对竖向构件产生集中荷载效应，对竖向结构造成较大的作用。该层墙体破坏也较为严重，墙体洞口处开裂较为明显，梁上出现有细微裂缝，楼面也存在渗水现象（图5c）。另外该结构楼梯间未设置构造柱，由墙体承重，破坏较为严重（图5d）。底层机房设备未见有明显损坏。该机房内设备安装也采取了抗震支架，因而虽然机房墙体发生开裂，但其中的设备功能一切正常，抗震加固措施也发挥了重要作用（图6）。

中国联通漾濞分公司的汇聚机房设置在一栋建于20世纪80年代的4层砖砌体结构的一层，为租用民房后改造的机房。在震后的应急房屋鉴定中，这栋砖砌体结构被鉴定为“暂停使用（黄色标签）”，但根据笔者的观察，该结构由于设有圈梁、构造柱，且房间小、间隔墙多，因而各层墙体均未见损伤，应为基本完好水平。地震发生后，该机房外部供电中断了72 h（漾濞县大部分城区发生了暂时的停电），但依靠机房的蓄电池和发电机供电，机房未发生功能中断。为提升中国联通公司在漾濞县通信服务的安全性，即使上述汇聚机房所在的建筑结构未出现明显损伤，在震后恢复期，该机房将重新选址迁移。图7为上述机房及其内部设备在地震后的状况。

3.3 通信基站震害

通信基站依据设置的位置可分为两类，一是设置在建筑物楼顶的基站;二是设置在地面的基站。第一类基站在城镇的城区占比较大，这主要是由于城区建筑物密集，用地紧张，拨出大量用地建设通信基站难以实现;而基站通信塔的架设又需要有一定的高度，因此因地制宜地将通信基站设置在建筑物的楼顶是一种经济、适用的解决方案。这类基站通常将铁塔（多为抱杆、增高架、拉线塔等）布置在建筑物楼顶，基站的供电、空调和通信设备则依据实际情况布置在楼内或者楼顶。第二类基站则主要分布在城郊、乡村等空地多的地区，通常有独立的设备机房放置供电、空调、通信设备，并且基站的铁塔主要选择单管塔、角钢塔、三管塔等高度较高的通信塔。

（1）通信基站的机房和设备震害

震后3家通信运营商均有基站退服，退服的主要原因是供电中断和通信光缆线路遭到破坏，但也有一些基站的退服是因为基站机房和其内部设备的损坏。

在漾濞县城区内，通信基站多数设置在建筑物的楼顶，图8a为城区内典型的楼顶基站，租用住宅楼，该住宅为3层砖混结构，主体结构未见明显损伤，墙体出现裂缝，大门墙体开裂严重，基站设备下方的楼面板存在可见裂缝，如图8b所示，楼面板开裂渗水，该住宅为居民自建，并未考虑附加的楼面荷载。楼面上的信号发射塔支座翘起，蓄电池发生掉落，机柜内设备移位，考虑到基站安全和居民楼后期的整修，目前该基站计划整体搬迁重建。

地震后还发现部分基站的通信设备发生倾倒或移位以及电源柜内的蓄电池被甩出的现象（图9a、b），柜体底部固定在混凝土基础上，柜体本身未见明显损坏，底部锚固正常，柜门被撑开，柜体内的蓄电池组、通信设备被甩出，掉落。另外，调查中发现，有些机柜由于底部缺乏锚固措施，仅简单立于地面，地震发生时造成很多机柜倾倒、移位（图9c、d）。从铁塔公司运维人员处得知，此次地震中也存在上述现象，由于这些柜体倾倒造成柜体内设备失效，造成了所在基站的通信功能失效。柜体倾倒、设备甩出等现象在通信系统抗震中，也是比较值得关注的一个问题。

（2）基站铁塔的震害

此次地震中，基站铁塔的整体表现较好，震后未发现铁塔严重破坏或倒塌的情况，铁塔均能保持收发无线信号的功能。调查中所发现的一些铁塔的轻微损伤主要表现为：少数天线方位发生改变或弯曲、塔脚底板翘起、塔底锚固螺栓松动、塔脚和基础的连接件变形、连接塔身和基础的钢绞线被拉伸出现松动等。

调查中出现轻微损伤的楼面塔，损伤多发生在塔底连接处。铁塔支座被抬升，缝隙约8 mm，并且连接的螺栓存在松动、歪曲（图10a）。塔身支撑和底座的连接钢片部分被拉屈曲（图10b）。另外，现场损坏较为明显的是固定钢绞线的连接件，多处被拉升抬高，存在10 mm左右缝隙，螺栓也发生歪曲（图10c）。另外，此次调查的多个楼面铁塔塔身均采用了多条拉线固定，连接塔身和底座的钢绞线被拉伸，出现明显松动，用手可轻轻晃动，但塔身并未见明显损坏（图10d）。

漾濞县城区之外，大多数通信基站都建在高山之上，多为三管塔。此次震害调查中山上基站本身未发生严重破坏，多为供电和通信光缆中断造成的基站退服，受山体滑坡影响较重。图11为一座典型的基站三管塔，基础采用桩基，桩深6 m，塔脚用混凝土进行包封，底部锚固牢固（图11b），本身无明显损坏，抗震性能良好，但是该铁塔位于边坡附近，边坡土石出现了松动，存在滑坡的风险（图11c）（郭晓涵，2017），为防止影响基站通信功能，该基站目前计划整体搬迁。

3.4 通信光缆线路震害

通信光缆线路承担了连接各通信节点（交换中心、汇聚机房、基站、互联网/固话用户端）的作用，其布设形式分为两种：埋地布设和架空布设。通常，在城市的城区内多采用埋地布设;城区之外地域开阔，多采用架空布设;但连接城市间的干线光缆需用埋地布设;但具体到不同的城市和地区，还需要依据当地的地形、周围环境等因素综合考虑确定合适的布设方式。

漾濞彝族自治县位于云南省西部、大理白族自治州中部、点苍山之西，辖地主体为漾濞江右岸的层峦山区，地势北高南低，地形高差大，最高点海拔4 122 m，最低点海拔1 174 m，山体土质松散，极易形成泥石流和山体滑坡（龙丹，2012）。在漾濞MS6.4地震中，多地发生山体滑坡、崩塌和滚石等地质灾害，造成通信光缆破坏中断，光缆所连接的基站掉站。进入漾濞县区的通道只有一条，且大多在山脚下，通信光缆只能沿公路两旁铺设，这也是多处通信光缆线路由于地质灾害被损坏的原因。图12为地震后由于山体滑坡、崩塌和滚石而损坏的通信光缆照片。图12a、b为山体滑坡造成的通信杆倾倒。图12c是由于落石砸坏路基连带损坏了的通信光缆。需要特别指出的是，这是一条省级通信干线光缆，由于地质灾害的影响中断了4 h，虽然是自然灾害导致的，但也被定性为一次较为严重的事件。

在漾濞县城区内，主干光缆采用埋地铺设，但一些配线光缆采用了架空布设。这些架空布设的光缆往往施工比较随意，缺乏相关规范的约束，因而是地震后维持通信系统功能的薄弱环节。图13a是城区内某处的架空光缆，这样的随意布设不仅在漾濞县城，在我国其他城市也比较普遍。还有一些配线光缆是直接挂在建筑物外墙上，地震后由于墙体破坏而被砸断。图13b即为城区某处架设在居民楼外围墙上的光缆线路，围墙由空心砌块砌成，地震后围墙倒塌，导致光缆被拉断。图13c也是城区内布设在房屋外墙上由于墙体破坏而被损坏的光缆。

从漾濞县震后被损坏的光缆线路看，总体而言，架空布设的光缆线路是通信网络中比较薄弱的环节，有必要针对架空光缆的布设施工出台一些相关操作规范，并对通信杆的埋设施工提出更严格的要求。

4 震后通信系统应急恢复情况

地震发生后，中国电信、中国移动、中国联通和中国铁塔等企业迅速行动，立刻启动二级应急响应，第一时间了解震区情况并启动应急预案，组织各地分公司开展应急通信保障，做好通信保障工作。

云南电信出动保障人员70人次、应急车辆10台、应急油机30台、携带14台天通卫星电话。两辆应急通信车分别部署在漾濞县政府院内指挥部、苍山西镇秀岭村前线指挥部。5月22日16时10分（地震发生后19 h），云南电信在大理漾濞地震灾区的通信全部抢通，因地震断网的基站全部恢复。另外，中国电信云南公司向电信手机、宽带、固话、天翼高清电视用户提供为期一周的“免停机”服务，以确保用户通信不中断。

云南移动紧急出动78人、应急抢险车15辆、应急油机28台、应急通信车3辆、熔接机11台以及光缆6 400 m开展通信保障，并对大量余震造成的隐患进行逐一排查，同时组织了231人、55辆车、22圈光缆、146台油机、5个卫星电话作为第二梯队待命。震后2 h内抢通震中5 km基站，到5月22日19时5分（地震发生后22 h），中国移动在大理漾濞因灾中断的基站基本全部恢复，中断的两处光缆也已全部抢通。

云南联通累计投入保障人员118人、应急车辆24辆，调配通信设备2套、卫星电话2部、油机42台、熔接机及OTDR工具6套。震区通信于22日17时41分（地震发生后25 h）全部抢通，累计恢复基站10个、OLT设备2台。

云南铁塔大理州分公司立即启动二级应急预案，截至22日15时10分（地震发生后18 h），云南大理漾濞县因地震停电中断的16个基站均已恢复。共投入应急保通人员105人、抢修车辆35辆、油机140台。漾濞、古城、弥渡、永平、祥云、南涧县的11支保障队伍到达漾濞县进行支援。

5 通信系统抗震能力提升建议

漾濞震区通信系统各通信建筑未发生主体结构的严重破坏，损伤多为填充墙开裂、装饰层掉落等;通信光缆中断、电力系统停电是此次地震中造成基站掉站和退服的主要原因。通过对此次通信系统震害的调查总结，给出以下建议：

（1）建议对核心机房内的通信设备安装进行抗震加固。此次地震中，中国电信漾濞分公司核心机房内，前期对所有设备的安装进行了抗震加固，所有设备不仅与地面连接，设备顶部也与走线桥架连接成为整体，极大地提升了设备的抗震能力，对设备在地震后维持功能起到了重要作用。基于这个机房的经验，建议在地震设防的高烈度区（Ⅷ度及以上），应普遍推广这种加固措施，价格低廉却成效显著。

（2）重视通信光缆和线杆抗震设计。此次震害调查中发现光缆线路是通信系统在地震后维持通信功能的薄弱环节。通信线杆、架空光缆等易受滚石、滑坡等地质灾害的影响而破坏，在选址和修建时要综合考虑这些不利因素的影响，光缆的布设应尽量避让地质灾害易发地段，对于确实无法避开的地段应采取合适的防范措施：对于埋地光缆应适当增加埋设深度并采取一定的保护措施;对通信線杆架设，应选取均匀密实的土层，并注意加固地基，增强其自身的稳定性。

（3）建议对县城区内光缆和电线进行统一规划设计。漾濞县城内光缆和电线布设混乱，缺乏统一规划，县城电网自身的抗震能力较弱，地震发生时很多区域断电，也造成很多基站供电中断。要进一步考虑极端自然灾害的电网规划，提高城市电网防震减灾能力，从输变电设施以及电网结构两方面着手，从整体上提高城市电网的综合性能，提高城市电网灾后供电恢复能力，保障基站供电安全。建议由相关部门进行统一规划设计，经由管道统一埋地走线，保障电力系统的正常运行。

（4）楼面基站建设前要综合考虑居民楼的楼面附加荷载。基站租用的住宅大都为居民自建房，先前并未考虑基站所附加的荷载，部分楼面开裂渗水，后期维修困难，基站安全存在一定的隐患。建议建设前要确定楼面板现有荷载及分布情况，做好评估工作。

（5）重視非结构破坏，防止对设备造成损伤。对机房内装饰能采用变性能力更强的饰面。机房内部以填充墙开裂，装饰层掉落等非结构损伤为主。建议采用变形能力更强一些的饰面，避免砂浆面层坠落，对通信设备造成损伤。

6 结论

通过对2021年5月21日云南大理漾濞MS6.4地震后灾区通信系统的震害状况进行详细的调查分析。主要得到以下结论：

（1）对于中小城市而言，汇聚机房即相当于该地区的核心机房，其抗震性能对于确保整个地区震后通信功能的维持至关重要，因而汇聚机房不建议租赁抗震性能不佳的既有民房，应尽量单独建设并严格按照抗震规范的要求设计和施工。机房内的供电、空冷、通信设备应妥善安装，各设备除了与地面有效连接外，还应与上部走线桥架连接成为整体以提高设备的抗震性能。

（2）与汇聚机房内供电、空冷、通信设备的安装要求相同，通信基站内的各类设备也应被妥善安装。此次地震后发现，少数基站的通信设备没有与地面有效连接，采用了浮放的方式，应及时纠正。

（3）此次地震后，大部分掉站的基站是由于光缆线路破坏或者外部供电中断造成的，因而光缆线路的抗震性能需要进一步加以重视。通信线杆、架空光缆在选址布设时应尽量避让地质灾害易发地段，对于确实无法避开的地段应采取合适的防范措施：对于埋地光缆应适当增加埋设深度并采取一定的保护措施;对通信线杆架设，应选取均匀密实的土层，并注意加固地基，增强其自身的稳定性。

参考文献：

刘爱文，夏珊，吕红山，等.2012.汶川地震极重灾区通信基站典型震及原因分析[J].电信工程技术与标准化，25（2）：82-86.

郭晓涵.2017.通信三管塔安全可靠性研究[D].北京：北京邮电大学.

李波，毛晨曦，郭恩栋.2018.基于性能的移动通信铁塔地震易损性分析[J].自然灾害学报，27（3）：21-28.

刘金龙，林均岐，刘如山，等.2013.芦山7.0级地震通讯系统震害调查分析[J].自然灾害学报，22（5）：91-97.

龙丹.2012.漾濞县地质灾害特征、成因及防治区划研究[D].昆明：昆明理工大学.

陆鸣，李鸿晶，温增平，等.2008.都江堰市移动通信系统及其建筑物震害特征[J].北京工业大学学报，（11）：1160-1165.

杨宇.2019.中国基础电信服务业与经济增长的关系研究[D].北京：北京邮电大学.

朱晓炜，肖遥，张艳国，等.2019.通信系统震害与减灾对策[J].防灾减灾学报，35（4）：71-75.

Seismic Damage Survey and Analysis of Communication Systemin the 2021 Yangbi，Yunnan MS6.4 Earthquake Event

MAO Chenxi，LI Fan

（Key Laboratory of Earthquake Engineering and Engineering Vibration，Institute of Engineering Mechanics，China Earthquake Administration，Harbin 150080，Heilongjiang，China）

Abstract

At 21：00 on May 21，2021，an MS6.4 earthquake occurred in Yangbi County，Dali Prefecture，Yunnan Province.A detailed survey was carried out right after the earthquake aiming at investigating the disaster of the communication system in the earthquake-stricken area.In this study，the general situation of the earthquake and the overall disaster situation of the communication system in the disaster area were firstly introduced.Then the characteristic damage phenomena of the base station controllers，base transceiver stations，communication tower and communication optical cable lines were reported in detail.Also，the emergency recovery of the communication system after the earthquake was introduced.Finally，some suggestions based on the disaster survey were provided to improve the aseismic performance of the communication system.These suggestions include：①Aseismic reinforcement should be carried out for the communication equipment without reliable installation;②Aseismic design should be considered for the communication cable lines and the poles;③Unified planning should be made for the construction of the communication cable lines and the electric wires in county areas;④When the base transceiver stations are placed on the roof of the residential buildings，the carrying capacity of the roof panels should be carefully checked.⑤The damage of the nonstructural components should be paid attention to.

Keywords：the Yangbi MS6.4 earthquake;communication system;seismic-damage characteristics;influencing factors;post-earthquake emergency recovery