Stacje bazowe telefonii komórkowej

Inżynier budowlany projektujący czy budujący tego typu obiekty ze względów oczywistych musi posiadać podstawową wiedzę związaną również z elementami telekomunikacji, jednak jedynie w zakresie niezbędnym do prawidłowego zaprojektowania lub zrealizowania obiektu. Mimo że w tytule wymienione są tylko stacje bazowe, to obecnie każda tego typu inwestycja dotyczy zarówno telefonii komórkowej, jak i bezprzewodowego internetu.

Każda stacja składa sięz następujących elementów: anten (radioliniowych i/lub sektorowych), przewodów łączących anteny z urządzeniami sterującymi (kabli falowodowych, potocznie nazywanych z angielskiego feederami, lub kabli światłowodowych wraz z niezbędnymi przewodami zasilającymi), urządzeń sterujących pracą stacji oraz konstrukcji wsporczych anten, przewodów i urządzeń sterujących.

Fot. 1. Montaż pionowy wieży typu Eltel

Od strony lokalizacyjnej pierwszy podział, który się nasuwa, dotyczy stacji bazowych budowanych na istniejących obiektach, najczęściej wysokich budynkach (w obszarach miejskich), kominach lub wieżach kościelnych, w odróżnieniu od stacji budowanych na ziemi, czyli wież i masztów telekomunikacyjnych wraz z niezbędnym wyposażeniem technicznym.

W zależności od możliwości lokalizacyjnych (wielkości miejsca, którym się dysponuje), rozwiązań technologicznych stosowanych przez poszczególnych operatorów oraz zapotrzebowania operatorów ilość i rodzaj wyposażenia może być bardzo różny.

Wieżowe stacje bazowerealizowane są najczęściej poza obszarami miejskimi. Ze względów ekonomicznych są to najczęściej wieże, nie maszty. W tym miejscu przypomnę, jaka jest różnica między wieżą a masztem: wieża to wspornik utwierdzony w fundamencie, a maszt to belka ciągła, której podpory pośrednie przegubowe lub sprężyste stanowią odciągi, a dół masztu jest zamocowany przegubowo. Potocznie często używa się nieprawidłowych nazw do obiektów telekomunikacyjnych. Jeżeli maszt nie jest przegubowo zamocowany u podstawy, to w zasadzie nie powinno używać się określenia „maszt”. Często spotyka się konstrukcje (szczególnie te realizowane na dachach), które nie są ani wieżami, ani masztami – są sztywno zamocowane u podstawy (jak wieże) i podparte zastrzałami lub stabilizowane odciągami (jak maszty). O takich konstrukcjach prawidłowo powinno się mówić, że są wieżo-masztami, choć w praktyce (nieprawidłowo) dla uproszczenia nazywa się je masztami.

Fot. 2. Stacja bazowa na dachu budynku w Warszawie

Wracając do stacji wieżowych, są to stalowe wieże kratowe, stalowe wieże rurowe (pełnościenne – trzon wieży stanowi rura stalowa; nie mylić z wieżą kratową wykonaną z profili rurowych) oraz żelbetowe lub strunobetonowe wieże rurowe. Raczej nie stosuje się masztów kratowych, gdyż choć są lżejsze w porównaniu z wieżami kratowymi, to wymagają więcej miejsca pod stację – odciągi muszą być mocowane pod odpowiednim kątem. Typowe i najczęściej spotykane wieże są o wysokościach 40–50 m, choć spotyka się wieże niższe (25, 30 m) oraz wyższe (do ok. 70 m). Wieże powyżej 70 m najczęściej pełnią funkcję stacji przekaźnikowych i zapotrzebowanie na tak wysokie obiekty jest zdecydowanie mniejsze niż na te 40–50 m.

W przypadku wież stalowych kratowych są to konstrukcje o przekroju trójkątnym, rzadziej kwadratowym, dół wieży zazwyczaj jest zbieżny (tworzy ostrosłup ścięty), a góra (ostatnie 10–15 m) jest niezbieżna i tworzy graniastosłup. Fundamenty w zależności od lokalnych warunków gruntowych są bądź stopowe (każdy krawężnik posiada niezależny fundament), bądź płytowe. W wyjątkowo niekorzystnych warunkach gruntowych lub z innych ekonomicznie uzasadnionych przyczyn projektuje się również niekiedy posadowienie na palach. Wieże rurowe pełnościenne (stalowe, żelbetowe, sprężone) posiadają jeden fundament płytowy, najlepiej kołowy (ze względów obliczeniowych), a w praktyce (ze względów wykonawczych) często jest to sześciokąt lub ośmiokąt opisany na kole. Każda wieża wyposażona jest w konstrukcje wsporcze anten i elementy towarzyszące (np. RF moduły), pomosty robocze do obsługi anten (z odpowiednimi zabezpieczeniami), drabinę włazową i drogę kablową, elementy odgromowe oraz bezwzględnie system bezpieczeństwa chroniący przed upadkiem. W przyziemiu u podnóża wieży instaluje się urządzenia sterujące pracą stacji, które znajdują się bądź w kontenerach teletechnicznych, bądź zespół urządzeń usytuowany jest na rusztach stalowych – wtedy wykorzystuje się urządzenia typu outdoor. Każda stacja jest ogrodzona i stale monitorowana (bywają oczywiście odstępstwa od tej reguły, np. wieża znajduje się na terenie zamkniętym, gdzie dostęp osób postronnych jest ograniczony).

Fot. 3. Wieża telekomunikacyjna na dachu hotelu Marriott w Warszawie

Konstrukcje instalowane na dachachsą bardzo różne. Od najprostszych elementów rurowych stabilizowanych zastrzałami, mocowanych do przestawnych obciążników betonowych stanowiących balast oraz zapewniających rozłożenie oddziaływania na większą powierzchnię, po dosyć wysokie wieżo-maszty czy maszty dochodzące nawet do wysokości ponad 20 m.
Budowanie tak wysokich obiektów na dachach budynków często wiąże się ze szczegółową analizą konstrukcji budynku, na którym realizuje się stację. W zasadzie określenie „stacja bazowa na dachu budynku” też jest swoistym uproszczeniem i określeniem kolokwialnym, gdyż często obiekt taki owszem znajduje się ponad dachem, ale zakotwiony jest nie w konstrukcji przekrycia (która najczęściej nie posiada odpowiedniej nośności), tylko w elementach nośnych budynku, a więc słupach czy ścianach, rzadziej belkach. Powszechne i chętne stosowanie zastrzałów w konstrukcjach budowanych na budynkach wynika najczęściej z dwóch zasadniczych powodów: po pierwsze zmniejsza się wychylenie konstrukcji, a po drugie siły od obciążenia (którym jest głównie działanie wiatru) rozkładają się na kilka punktów i zdecydowanie poprawiają statykę budowli oraz generują mniejsze siły skupione (w porównaniu z konstrukcją bez zastrzałów), które obciążają elementy budynku.

Stacje bazowe na dachach również wymagają urządzeń technicznych, które mogą być w postaci małych skrzynek mocowanych do tej samej konstrukcji wsporczej co anteny, tzw. mikro RBS-y, mogą być typu outdoor instalowane na specjalnie projektowanych rusztach, mogą znajdować się w kontenerach teletechnicznych posadowionych na dachach lub w pomieszczeniach budynku udostępnionych przez właścicieli obiektu na potrzeby stacji bazowej.

Fot. 4. Wieża strunobetonowa z oznakowaniem przeszkodowym

Wszystkie konstrukcje stalowe są zabezpieczone antykorozyjnie przez cynkowanie, co wymusza na projektancie odpowiednie projektowanie, np.:nie można spawać na budowie, wszystkie połączenia montażowe są śrubowe, elementy cynkowane muszą być odpowiednio przygotowane, nie może być elementów zamkniętych nieposiadających odpływu (trzeba takie otwory przewidzieć na etapie projektowania), spawane elementy powinny być podobnej grubości, aby zminimalizować nierównomierne odkształcenia podczas gorącej kąpieli, skład stali powinien być odpowiedni do cynku. Malowanie obiektów wykonuje się, tylko jeśli konieczne jest tzw. dzienne oznakowanie przeszkodowe, wymagane przepisami ruchu lotniczego. Decyzja lotnictwa wojskowego lub cywilnego, oprócz dziennego oznakowania przeszkodowego, może narzucić konieczność wykonania oznakowania przeszkodowego świetlnego (nocnego).

Obok konstrukcji stalowych oraz żelbetowych czy strunobetonowych obiekty do instalacji anten wykonuje się również z aluminium (z tym że w mniejszym zakresie).

Przy wyborze konkretnej lokalizacji pod budowę stacji bierze się pod uwagę kilka aspektów. Główny z nich to aspekt telekomunikacyjny – miejsce instalacji obiektu wybierane jest w celu uzyskania odpowiedniej jakości świadczonych usług telekomunikacyjnych, z tego względu zawsze w większych skupiskach ludzi musi być więcej, gęściej usytuowanych stacji bazowych i powinny być one jak najbliżej siebie, aby sieć pracowała jak najlepiej, z jak najmniejszymi mocami. Istotnym czynnikiem jest również aspekt konstrukcyjny, tzn. racjonalność usytuowania zamierzenia od strony najkorzystniejszego rozwiązania konstrukcyjnego, ale niekiedy o tym, czy dana stacja powstanie czy nie, decyduje aspekt społeczny. Tylko ci, którzy mieli z tym do czynienia od strony praktycznej, wiedzą, o czym tu mowa. Niestety, pomimo tego, iż w obecnych czasach coraz trudniej spotkać dorosłego człowieka (czy nawet coraz częściej małe dzieci), który nie posiada telefonu komórkowego, to ogólna niechęć społeczeństwa i ogólne przeświadczenie o szkodliwości bliskiego sąsiedztwa stacji bazowej są wciąż tak duże, że niejednokrotnie nie dochodzi do realizacji zamierzenia w najlepszym miejscu, z punktu widzenia konstrukcyjnego lub z punktu widzenia jakości czy racjonalności przesyłu sygnału. Nie będę się w tym miejscu wypowiadać, czy takie stacje są szkodliwe dla zdrowia, czy nie. Bezsporny natomiast i łatwy do udowodnienia pozostaje fakt, żejeśli z jakichś powodów na danym obszarze nie można zrealizować stacji bazowej, to wtedy lokalizuje się stacje poza tym zabronionym obszarem. Ponieważ każdy (nawet w tym zabronionym obszarze) chce mieć zasięg sieci komórkowej i dostęp do internetu, w obszarze pobliskim, w którym udaje się już zbudować stacje, instaluje się nadajniki o większej mocy, aby pokryć zasięgiem obszar, na którym nie można wybudować stacji. Oczywiście moce sygnałów emitowanych przez anteny zawsze muszą być w dopuszczalnym zakresie. W tym celu dla każdego zamierzenia wykonuje się część środowiskową dokumentacji projektowej, tzw. kwalifikację przedsięwzięcia, która zgodnie z przepisami wykazuje, czy w obszarze dostępnym dla ludzi moc oddziaływania jest niższa niż wskazana za graniczną w rozporządzeniu. Przykład części takiego opracowania pokazano na rysunku. Zgodnie z rozporządzeniem w zależności od deklarowanej przez operatora mocy sygnałów emitowanych przez anteny (antena tego samego typu może emitować sygnały zarówno większej mocy, jak i mniejszej, zależy to od możliwości zastosowania danej mocy w określonej lokalizacji oraz decyzji operatora) oraz nachylenia wiązki promieniowania (tzw. tiltu), które zazwyczaj zawiera się w granicach od zera stopni (wiązka pozioma) do 12 stopni, wyznacza się kierunki oraz minimalne odległości do miejsc, w których mogą przebywać ludzie bez konieczności wykonywania dokładniejszych analiz oddziaływania na nich pól elektromagnetycznych. Jeżeli zgodnie z wykonaną kwalifikacją istnieje możliwość przebywania ludzi bliżej pracujących anten niż zdefiniowano w rozporządzeniu, wykonywane są dokładniejsze obliczenia prognozowanego rozkładu pól elektromagnetycznych wokół obiektu, z uwzględnieniem charakterystyk kierunkowych anten oraz wzajemnego nakładania się pól emitowanych przez różne anteny i wykonuje się ocenę wpływu tego promieniowania na ludzi, środowisko oraz inne czynniki wymagane przez prawo ochrony środowiska.

Kwalifikacja przedsięwzięcia jest opracowaniem teoretycznym i bazuje na danych poszczególnych anten zgodnie z informacjami uzyskanymi od producenta anten oraz, jak już wcześniej wspomniano, na wytycznych operatora. W praktyce po uruchomieniu stacji oraz po każdej jej rekonfiguracji, mającej wpływ na wielkość emitowanego promieniowania, wykonuje się stosowne pomiary natężenia pól elektromagnetycznych w miejscach dostępnych dla ludzi, które potwierdzają deklarowane moce, a dokładniej ich nieprzekroczenie, gdyż moce niższe niż zadeklarowane wykazują zgodność pomiarów z założeniami projektowymi.

Sposób i zakres sporządzania części środowiskowej projektu budowlanego wydaje się być zagadnieniem na tyle ciekawym, że warto poświęcić temu oddzielny artykuł, głównie z tego powodu, iż ten punkt opracowania jest najczęściej podważany przez przeciwników budowy stacji bazowych, tzn. zgodnie z opracowaniem eksploatacja stacji bazowej nie jest uciążliwa dla otoczenia, a przeciwnicy budowy starają się udowodnić, że jest inaczej.

Rys. Fragment kwalifikacji przedsięwzięcia dla stacji wieżowej (oprac. Eltel Networks)

Warto w tym miejscu podkreślić jeszcze jeden interesujący od strony prawnej fakt. Pełen projekt budowlany stacji bazowej składa się w zasadzie z następujących czterech części:

– projekt budowlany (lub architektoniczno-budowlany), zgodnie z prawem firmowany przez dwie osoby z odpowiednimi uprawnieniami (do projektowania w specjalności konstrukcyjno-budowlanej);

– projekt zagospodarowania terenu, zgodnie z prawem firmowany przez jedną osobę z odpowiednimi uprawnieniami – bądź architekta, bądź konstruktora z prawem wykonywania projektów zagospodarowania terenu obiektów inżynierskich (choć raz na jakiś czas interpretacja urzędu jest taka, że i projekt zagospodarowania terenu powinien być firmowany przez dwie osoby, tzn. projektanta i sprawdzającego);

– projekt elektryczny (wewnątrz terenu stacji i/lub projektu przyłącza) firmowany przez osobę z uprawnieniami elektrycznymi (najczęściej jedną, choć znów uzależnione jest to czasem od interpretacji urzędu – chciałoby się powiedzieć nadinterpretacji urzędu);

– część środowiskowa, którą zgodnie z prawem może wykonać każdy (!); prawo nie określa, kto jest uprawniony do wykonania takiego opracowania, nie wymaga żadnych uprawnień – nie musi więc to być inżynier, technik, osoba posiadająca maturę, może to  być dosłownie każdy, kto się pod takim opracowaniem podpisze.

Również tzw. projekt technologiczny nie jest przez prawo wymagany. O tym, czy taki projekt ma być wykonany, decyduje jedynie inwestor i to on decyduje, czy chce, aby taki projekt był firmowany przez osobę z odpowiednimi uprawnieniami (do projektowania w branży telekomunikacyjnej) czy też nie.

Wracając do tematu przeciwników budowy stacji bazowych, bardzo często o protestach decyduje zwykła ludzka zawiść i zazdrość, a nie powody racjonalne, chęć ratowania środowiska czy zdrowia ludzkiego. Praktyka wśród inwestorów jest taka, że teren pod budowę stacji bazowej nie jest kupowany przez inwestora, tylko dzierżawiony na określoną w umowie liczbę lat. Za każdy miesiąc dzierżawy płacony jest odpowiedni czynsz ustalony z właścicielem działki. Niestety, sąsiedzi często protestują nie dlatego, że boją się zagrożenia, tylko dlatego, że sami woleliby taki teren wydzierżawić i ze zwykłej zawiści starają się nie doprowadzić do budowy. Taka jest przykra rzeczywistość, a presja społeczna i zastraszanie często są tak silne, że osoby (właściciele działek), które początkowo były chętne wydzierżawieniu terenu, wycofują się z umowy.

Fot. 5. Stalowa wieża kratowa typu Dawidowicz

Od strony prawnej w zależności od zakresu budowy czy też rozbudowy stacji bazowej projekt budowlany, a w zasadzie opracowanie może podlegać obowiązkowi pozwolenia na budowę, zgłoszenia lub też braku pozwolenia czy zgłoszenia. Kiedy budowany jest nowy obiekt w terenie (wieża lub maszt telekomunikacyjny na ziemi), zgodnie z obowiązującymi przepisami wymagane jest pozwolenie na budowę, a forma i zakres projektu muszą być zgodne z odpowiednim rozporządzeniem. Kiedy projektowany jest obiekt na dachu istniejącego budynku, o tym, czy projekt, a w zasadzie opracowanie, gdyż o projekcie budowlanym możemy mówić jedynie w przypadku konieczności uzyskania pozwolenia na budowę, podlega obowiązkowi zgłoszenia czy decyzji pozwolenia na budowę, często decyduje stanowisko konkretnego urzędnika. Zgodnie z prawem zgłoszenia właściwemu organowi NIE wymaga wykonywanie robót budowlanych polegających na instalowaniu urządzeń o wysokości PONIŻEJ 3 m na obiektach budowlanych. Wynika z tego, że stacje bazowe, które nie podlegają obowiązkowi uzyskania pozwolenia na budowę, w zasadzie nie muszą być ani sporządzane w formie projektu, ani przez osoby posiadające stosowne uprawnienia. Szczęśliwie jednak rozsądek inwestorów jest na tyle duży, że nawet wtedy, kiedy pozwolenie na budowę nie jest wymagane, inwestorzy dbają o to, aby projekt wykonała (firmowała) osoba z odpowiednimi uprawnieniami. Podobnie jest z częścią środowiskową opracowania – niezależnie od tego, czy stacja zgodnie z przepisami prawa wymaga pozwolenia na budowę, zgłoszenia lub nie wymaga zgłoszenia, inwestorzy dbają o to, aby dla każdej realizacji wykonać kwalifikację przedsięwzięcia i wykazać, że moce sygnałów emitowanych przez anteny nie przekraczają dopuszczalnych poziomów.

dr inż. Agnieszka Golubińska

Zdjęcia: Archiwum firmy Eltel Networks