关于综合杆的设计思考

2022-11-04周靓闫君吴徐华

科技与创新 2022年21期

周靓，闫君，吴徐华

（中国电建集团中南勘测设计研究院有限公司，湖南长沙 410014）

随着新型智慧城市建设的不断推进、5G 商用步伐的加快以及超密组网的要求，综合杆作为新型基础设施的重要组成部分和5G 微基站的天然搭载基础，迎来了重要发展机遇期，近年来各地掀起建设高潮。从概念化产品通过传统的市政设计逐步走向落地实施，由于设计规范的缺乏以及设计经验的不足等问题，给传统设计带来较大挑战。

1 概念辨析

各地方标准对多功能综合杆定义的术语不一，主要分为2 种流派：以上海为代表的综合杆和以广东为代表的智慧灯杆。两者虽相区别但又相关联，综合杆是智慧灯杆的初级形态，智慧灯杆是在综合杆基础上的进一步发展。

综合杆是道路上可搭载照明、交通、监控、通信等多类设施的杆件，其内涵是以灯杆为载体，各种市政设施杆件的集合；智慧灯杆作为综合灯杆的一种类型，具备网络通讯和信息化服务的灯杆，可搭载采集、通信基站、智能应用、信息交互等多类设施的道路杆件，可理解为其在综合杆的基础上，加载了多种城市感知终端及具备终端后台的数据处理大脑。

由于智慧灯杆投资大，费用一次性出口难度大，后期运营模式的不确定，导致从最初的推广注重“智慧”到现在更侧重“合杆”，目前全国已落地的项目中多以综合杆为主，本文主要以综合杆为例探讨设计层面问题。

2 设计思考

综合杆权属复杂，涉及路灯所、电力公司、市政管理局、公安、交警、城管、铁塔公司等多部门，前期对接协调工作量巨大，且经常遇到即使多次对接，但因各权属部门无法达成一致意见，功能设计难以明确的情况。

就专业维度而言，综合杆设计是个系统工程，目前综合杆多以照明杆件为搭载本底，整合交通信号杆、交通标志杆和安全监控杆件，这就意味着综合杆不仅在路灯杆件的结构功能上需要对各类其他搭载设施进行荷载考虑，还需从供电拓展为供电配网，涵盖强弱电专业、交通专业以及结构专业。除本专业的技术融合，同时也涉及到与电力工程、网络工程、景观工程等传统设计专业的协同问题，对设计人员要求更高。

2.1 专业划分及设计流程

根据相关规范对市政道路工程专业的划分[1-2]，道路的交通工程和照明工程为2 个平行专业，设计出图通常以2 册独立出图。目前综合杆常见的专业划分主要有以下2 种。

将综合杆设计直接纳入到照明工程中，交通工程专业作为综合杆的前置专业。这种专业划分的设计流程主要是依托道路照明设计，根据道路等级及主要的照明技术标准布置好道路照明平面图和横断面图后，再考虑前置专业交通标志牌、智能交通设备平面位置，进行合杆处理，生成综合杆平面设计图，根据实际合杆设备类型及荷载进行综合杆杆件、基础设计及埋管设计。

这种划分方式的优点是各专业相对独立，基本遵从原各专业设计流程，相互交叉较少。缺点是由于合杆平面是基于照明平面进行布设，道路照明设计时一般由路段到交叉口进行平面布置，而智能交通设备及交通标志牌较为集中在交叉口位置，且部分设备有严格的点位要求，导致在交叉口位置部分设备没有合适的合杆位置，或者为了追求合杆而牺牲掉部分设备的功能；并且交通工程专业虽为前置专业，但综合杆平面图与智能交通设备、标志标牌平面图会有部分重复，容易导致重复计量，所以在设计之前应划分好明确的计量边界。

将综合杆设计、交通工程专业中的智能交通专业、照明工程整合为照明与综合杆工程，交通工程专业中交通标志标线仍作为前置专业。这种专业划分需要结合功能需求对道路照明、智能交通及综合杆进行协同设计，在保证交叉口智能交通设备点位的基础上，进行路段照明平面布设，生成综合杆平面设计图，再进行后续设计。

这种划分方式的优点如下：协同设计可做到市政设施杆件的能合则合，可以满足智能交通设备的点位要求，合杆率将达到最大；可以统筹考虑照明与智能交通设备的供电配网；各专业融合设计后，不容易重复计量。缺点是由于协同设计对设计人员要求更高，可能会导致工作效率降低。

综上分析，笔者更推荐采用第二种专业划分方式。

2.2 设计依据的选取

本次主要从平面布置、上部结构及下部结构对综合杆设计依据方面进行梳理，具体如表1 所示。

表1 设计依据汇总表

与交通标志标牌进行合杆设计的综合杆的荷载组合与计算、极限状态设计、地基基础设计还应符合CJJ 11—2011《城市桥梁设计规范》和JTG 3363—2019《公路桥涵地基与基础设计规范》的规定。

全国各地陆续出台的综合杆设计导则对综合杆从平面布置到上下部结构设计均有较为详细的要求，设计时还应结合各专业的国家标准进行，如项目所在地区尚未出台相应导则，经论证后可参照上海、成都等地导则进行。

2.3 设计要点

2.3.1 平面布置

综合杆平面布置按照“点位控制、整体布局”的原则进行，以交通信号灯、电子警察作为主要的设施控制点，统筹兼顾照明、交通标志以及其余设施功能，建议遵循从路口向路中的布置方式，平面布置如图1所示。

图1 平面布置示意图

根据交叉口车行信号灯安装要求，建议以距离交叉口进口道停车线约50 m 处定义为0 号位，0 号位合杆设施主要为机动车车行信号灯、视频监测器、人行信号灯、限速牌、机非指示牌等；将交叉口进口道人行横道线处定义为1 号位，1 号位合杆设施主要为视频监测器、人行信号灯、小路名指示牌，如交叉口需要设计组合车行信号灯，1 号位也可以对进口道右侧车行信号灯进行合杆处理；根据电子警察安装位置要求，将距离进口道停车线18～28 m 处定义为2 号位，2 号位主要的合杆设备为电子警察；当交叉口进口道车道数大于等于4 条时，将导向车道变化起点位置定义为3号位，3 号位主要的合杆设施为车辆行驶方向标志；根据指路标志位置要求，将距离进口道停车线100 m 处定义为4 号位，4 号位主要的合杆设施为指路标志牌。交叉口主要合杆设施及综合杆分类如表2 所示。

表2 交叉口主要合杆设施及类型

路段依据不同道路等级的照明需求进行平面布设，一般路段杆件之间间距约30 m。

2.3.2 杆体与基础设计

2.3.2.1 杆体结构

综合杆杆体结构使用寿命按50 年，结构安全等级一级考虑。综合杆杆体一般由主杆、副杆、悬臂杆3部分组成。主杆作为主要的承重构件，为减小杆体截面面积，应采用Q355B 及以上高强度钢，副杆可采用高强度铝合金型材，悬臂及连接法兰宜采用Q355B 及以上高强度钢。杆体应采用滑槽设计，以便后期设施设备的挂载。各部件之间的连接均采用法兰连接方式，连接采用8.8 级强度螺栓。

杆体设计时除考虑结构自重外，还需要考虑风荷载和地震荷载对结构的作用。结构自重主要包含杆体自重、现有集成设施设备自重及预留设备自重，预留荷载可按照现有荷载的15%～20%进行考虑，施工和检修荷载应按实际情况进行验算。

杆体、设备仓、悬臂等在风压组合值作用下，最大应力应小于材料强度设计值，当搭载设备对偏转角有要求时，应进行最大偏转角验算；应核定悬臂、杆体等结构的危险截面在满载情况下的安全性和稳定性。

2.3.2.2 基础设计

基础设计应以基础达到极限倾覆力矩（抗倾覆力矩）时，基础侧向静止土压力达到极限平衡状态为总体设计原则；针对不同类型的综合杆，应遵循“一杆型一设计”原则，特殊情况下需要一杆一设计。

由于道路红线范围内，地下空间受限，综合杆基础形式建议采用条形扩大基础，在地质条件较差或地下管网复杂路段可考虑采用桩基础形式。

2.3.3 供配电设计

供电系统应统筹考虑综合杆上挂载设备及预留设备，对各供电设施进行统一规划设计。综合杆的照明供电仍采用独立回路供电，可考虑采用一回路+单灯控制器方式实现不同时段调光需求。

综合机箱采用一路进线供电，再通过综合机箱给智能交通控制设备、视频监控等智慧城市设施供电，综合机箱供电负荷建议进行一定的冗余考虑，以保证后期更多智慧城市设备的接入[5-8]。

5G 基站多为预留功能，建议将预留的5G 基站计算负荷纳入到总负荷考虑，采用独立进线供电。

供电负荷等级应满足杆体挂载设备的最高负荷等级要求。表3 给出了常见挂载设备参考功率，以供配电设计参考。

表3 常见挂载设备功率汇总表

2.3.4 综合管道设计

综合管道设计应以综合杆功能设计和供配电设计为依据，同时考虑电力和通信管道的共沟敷设要求。

电力电缆主要涉及照明供电、综合机箱供电和5G微基站供电，通信线缆涉及智能交通控制设备、公安视频监控设备等其他智能设备信息传输线缆。建议主次干道强弱电管道容量应不少于8 根（其中4 根Φ110 mm 强电管+4 根Φ110 mm 弱电管），支路强弱电管道容量不少于6 根（其中2 根Φ110 mm 强电管+4 根Φ110 mm 弱电管）。

综合管道的埋设在机动车道下时，管顶上覆土厚度按0.7 m 控制；其他地方按照上覆土厚度0.5 m 控制。如侧分带、人行道地下空间充足，强弱电间距建议留足0.5 m；如果空间不足，强弱电间距应进行专家论证后确定，最低不应低于0.25 m，实在困难时，可采用混凝土包封或钢管保护等措施。

3 施工图编制深度要求

基于推荐专业划分方式，综合杆施工图阶段设计主要包含如下内容：①设计依据、设计要求，主要技术和经济指标；②建设环境说明；③当前以及未来的综合杆设施搭载需求分析；④综合杆实施总体布设方案设计；⑤综合杆设施平面布置设计；⑥综合杆、综合机箱的搭载设施的布置设计、配置设计和基础设计；⑦综合管道设计；⑧电气设计；⑨搭载设施设计；⑩搭载设施配套设计；⑪工程项目组织设计；⑫环保、绿色与节能设计；⑬方案设计中应包含的其他设计内容。

施工图阶段设计深度如表4 所示，初步设计阶段设计深度可相应简化。