上海市中心城区射频电磁辐射环境风险研究

刘寒，谢平展，李家伟，王海超

（1.广东智环创新环境科技有限公司，广东 广州 510045；2.中国移动通信集团上海有限公司，上海 200333）

0 引言

环境辐射水平是生态环境管理中的重要内容，因为其潜在风险高且又不易被直观觉察到，公众对于环境中的辐射水平一直存在认识不足或一定程度的误解[1]。近年来，随着5G 和各类通信技术的发展，各种频率下电磁辐射相关的设施设备被越来越多地应用于生产和生活的各个方面，这些设施设备在给人们带来了极大便利的同时，也影响着区域空间上的电磁辐射水平和分布情况，人们对这些电器设备产生的电磁辐射水平及其对人体健康影响的担心也越来越多[2-3]。

空间电磁能量平均每年增长7%～14%[4]，在空间和频谱资源都非常有限的情况下，电磁辐射设施设备的数量与日俱增，电磁环境的状况也比较复杂。国内外很多研究人员也陆续开展了一些对于基站电磁辐射影响的研究[5-7]，文献[8] 基于广东省的基站监测数据，分析了不同杆塔类型和共址情况等对于周围公众活动区电磁辐射水平的差异；文献[9] 基于湖南某区域2 km×2 km 网格划分，在新增基站建设完毕后开展区域辐射环境本底监测，发现随着基站建设，区域电场强度监测值由0.2～1.96 V/m 增长至0.3～2.75 V/m，随着基站增加，区域电磁辐射环境本底值变化显著；文献[10] 针对瑞士的巴塞尔和荷兰的阿姆斯特丹这两个城市中不同类型区域基站电磁辐射水平进行了监测比较。这些调查研究为当地电磁辐射监督管理提供了决策依据，但是这些研究更多的是评价基站周围电磁辐射水平的达标性，缺少对于潜在电磁环境风险，对周围人群的影响范围进一步的分析。因此，应尽早开展对于电磁辐射空间分布的研究，了解电磁辐射水平的空间差异，量化环境中的电磁辐射风险水平对于改善电磁辐射环境质量、提升环境承载力、增强环境管理水平、保障公众健康具有重要的意义[11-12]。本次研究希望通过选取基站建设密度较高的区域进行调查，评估大规模通信基站的建设对于区域电磁辐射环境的影响，找到可能存在电磁辐射环境风险的片区，与电磁辐射影响存在相关性的一些因子，及时采取防治措施，降低区域电磁环境的风险。

1 监测方法

1.1 监测对象

自2018 年以来，调查了上海市中心城区的8 个行政区合计2 414 个基站，对基站周围的电磁环境状况进行监测。在8 个行政区选取比例较为接近完成建设的站点，对选取的站点进行了全量的现场电磁辐射监测。将全量站点的监测结果按照行政区为单位进行分析，评估了8 个行政区相对的电磁辐射风险水平，其中黄浦区307 个，徐汇区414 个，长宁区217 个，静安区166 个，普陀区361 个，虹口区167 个，杨浦区181 个，闵行区601 个。各行政区监测站点数量分布图如图1 所示：

图1 各行政区监测站点数量分布图

监测站点的数量与所在区域的面积保持比较协调一致，其中因为闵行区的面积相较其他区的面积更大，监测的站点数量也比较多。各行政区监测站点密度分布图如图2 所示：

图2 各行政区监测站点密度分布图

1.2 监测布局和数据读取

依据《移动通信基站电磁辐射环境监测方法》（HJ 972-2018）[13]和《辐射环境保护管理导则-电磁辐射监测仪器和方法》（HJ/T 10.2-1996）[14]等相关标准的要求，监测点位布设在天线周围的电磁辐射环境敏感目标处，并优先选在公众居住、工作或学习距离天线最近处。监测时间为通信基站每日工作的高峰时段9:00～18:00，测量距地1.7 m 高处的电场强度，每个监测点连续测量5 次，每次测量时间不少于15 s，读取稳定状态的最大值，取5 个测量数据的平均值并进行修正作为该站点的监测结果。

1.3 监测仪器

现场监测采用的仪器为德国Narda 公司的NBM-550/EF-0691 和北京森馥公司的SEM-600/RF-06，NBM-550/EF-0691 探头的频率范围为100 kHz～6 GHz，测量范围为0.38～650 V/m，SEM-600/RF-06 探头的频率范围为100 kHz～6 GHz，测量范围为0.2～680 V/m。监测仪器经过计量部门校准合格，且每年参加与其他检测机构的仪器比对，比对结果满意。

1.4 评价标准

本次调查监测的通信基站工作频率范围为700 MHz～3 GHz，通信基站周围电磁环境监测点的电磁辐射水平测量值依据《电磁环境控制限值》（GB8702-2014）中频率范围为30～3 000 MHz 时的公众曝露控制限值，即12 V/m，根据《辐射环境保护管理导则-电磁辐射环境影响评价方法与标准》（HJ/T10.3-1996）中单个项目的电磁辐射影响取场强限值的，即5.4 V/m，对于监测的2 414 个基站，依次选取每个基站周围测到的最大值作为该站点电磁环境水平的评价值。

2 监测结果分析

2.1 所有监测站点电磁辐射水平的分布情况

本次调查监测的2 414 个基站周围环境中，测到电场强度最大值E≤1 V/m 的有450 个，约占总数的18.6%；测到电场强度最大值1 V/m ＜E≤2.7 V/m 的有1 381 个，约占总数的57.2%；测到电场强度最大值2.7 V/m ＜E≤5.4 V/m 的有446 个，约占总数的18.5%；测到电场强度最大值5.4 V/m ＜E≤12 V/m 的有137 个，约占总数的5.7%。不同电场强度区间对应的基站数量如图3 所示：

图3 不同电场强度区间对应的基站数量

2.2 各行政区电磁辐射水平的分布情况

各行政区在不同区间电磁辐射水平的分布并不均匀，比较显著的特点包括：黄浦区和徐汇区由于通信基站的建设密集，人口密度也比较高，有超过35%的基站周围电磁辐射水平超过了2.7 V/m，而在其他6 个区这一比例都在20%以内。开展电磁辐射水平监测的各区，电磁辐射水平最多的是集中在1～2.7 V/m 的区间内。长宁区和普陀区处在电磁辐射低值的比例最高，有约30%的站点电磁辐射水平小于或等于1 V/m，而黄浦区和徐汇区这一比例仅仅为10%。各行政区不同区间电磁辐射水平的分布情况如图4 所示：

图4 各行政区不同区间电磁辐射水平的分布情况

2.3 电磁环境风险分析

目前国内对于电磁辐射的风险评价的依据主要是《电磁环境控制限值》（GB8702-2014）和《辐射环境保护管理导则-电磁辐射环境影响评价方法与标准》（HJ/T10.3-1996）。2018 年国家生态环境部发布了《建设项目环境风险评价技术导则》（HJ 169-2018），但此导则并不适用于核与辐射的风险评价。《电磁环境控制限值》（GB8702-2014）中频率范围为30～3 000 MHz 时的公众曝露控制限值，即12 V/m；《辐射环境保护管理导则-电磁辐射环境影响评价方法与标准》（HJ/T10.3-1996）中单个项目的电磁辐射影响取场强限值的，即5.4 V/m；处理投诉纠纷站点时，公众普遍认知中是否受到基站电磁辐射影响的参考值为1 V/m。

国际非电离辐射防护委员会（ICNIRP）2020 年修订的《限制电磁场曝露导则》[15]分职业曝露和公众曝露给出了平均曝露时长30 分钟的全身曝露参考水平，其中职业曝露最保守限值为61 V/m，公众曝露最保守限值为27.7 V/m。该限值均高于《电磁环境控制限值》（GB8702-2014）中12 V/m 的要求。在我国实际基站辐射影响的管理上，对于在公众活动区测值超过12 V/m 的基站，也是须要采取降低发射功率，调整天线架设方式或方位角等降低基站对周围电磁环境的影响，因此超过12 V/m 的基站不会是通信基站的一个稳定或者最终状态。在本次的现场调查工作中，也有监测到个别测值超过了12 V/m 的基站，由于这些站点存在整改和调试的过程，整改完成后也仍然存在功率设定的不确定性，因此在统计分析的时候剔除了这部分站点的数据。

为实现各行政区的电磁辐射的风险水平的量化，设定监测结果电场强度E≤1 V/m 的站点作为安全站点；电场强度1 V/m ＜E≤2.7 V/m 的站点作为低风险站点，风险指数为25%；电场强度2.7 V/m ＜E≤5.4 V/m 的站点作为中风险站点，风险指数为50%；电场强度5.4 V/m ＜E≤12 V/m 的站点作为高风险站点，风险指数为75%。按照各种风险类型站点的比例，用不同等级的风险指数进行加权，得到了各区整体的电磁环境风险水平。

经过加权计算，黄浦区和徐汇区的风险指数相对较高，分别为35.91%和33.70%，处于电磁环境低风险水平；长宁区和普陀区的风险指数相对较低，分别为21.89%和24.24%，处于电磁环境安全水平；静安区、虹口区、杨浦区和闵行区的电磁环境风险水平相对平均，略高于25%，总体电磁环境风险水平仍然是比较低的。各行政区电磁辐射风险指数情况具体如表1 所示：

表1 各行政区电磁辐射风险指数情况表

上海市中心城区电磁环境风险分级分布图如图5 所示：

图5 上海市中心城区电磁环境风险分级分布图

依据《上海统计年鉴—2020》[16]获取的2019 年上海市各行政区的人口密度的统计数据，对开展监测的8 个行政区的电磁辐射风险水平与所在区域的人口密度进行相关性分析。

通过曲线的变化，可以比较明显地看到黄浦区、徐汇区、长宁区、静安区、普陀区和杨浦区等的电场强度与人口密度分布呈现出了显著的相关性。出现这种情况一方面表明了在人口相对密集的区域，往往电磁辐射的风险也是越大的，另一方面人口的聚集也间接地增加了该地区电磁环境的负荷。虹口区和闵行区的电磁环境风险与人口密度的相关性并不明显。虹口区的通信基站建设有比较大的比例使用了微站或者杆站的架设方式，相对传统的宏站，这类站点产生的电磁环境影响也比较小，这使得虹口区在人口密度较高的情况下电磁环境风险水平并不高；闵行区的人口密度远远小于其他各区，但是电磁环境风险水平仍然与其他区非常接近，这是由于闵行区内部的人口分布并不均匀，在人口密集的区域，人口密度与其他区也是比较接近的，在人口密集的区域，基站的分布密度也是比较密集的，这就导致了闵行区整体的电磁辐射环境风险水平与其他区基本在相近的水平上。各行政区电场辐射环境风险与区域人口密度的关系如图6 所示：

图6 各行政区电场辐射环境风险与区域人口密度的关系

3 对策与措施

3.1 技术手段降低电磁环境风险的方法

电磁辐射对人体的生物效应主要为致热效应，现在还没有足够的证据证明基站的辐射所导致的非热效应可以危害到人体的健康[17]。近年来有一些研究尝试通过更为准确地掌握天线电磁辐射的规律，找到降低电磁环境风险的方法。文献[18]通过在电波暗室中测试通信天线恒定发射规律，开发了仿生控制的建模程序，三维仿真展现通信基站电磁辐射空间分布曲线，实现电磁辐射环境影响可视化预测评价。目前比较普遍的预测模式是沿用了《辐射环境保护管理导则 电磁辐射监测仪器与方法》（HJ10.2-1996）中场强预测的计算公式。在基站的近场区内，辐射的水平较大，但由于基站发射频率普遍在700 MHz～5 GHz 的范围内，公众活动区基本都处于远场区的范围。在远场区内，电磁辐射会随着距离增加快速衰减；天线轴向方向是辐射最为集中的区域，会出现辐射的最大值。

不同制式的天线的辐射水平几乎处在同一辐射的功率密度值上，电场强度会随着距离的变大而迅速减少，在基站正常运行的情况下，50 m 以上的水平距离基本上可以满足环境管理限值的要求。对基站天线轴向和水平地面方向的实际值曲线分析可以获得基本规律，基站电磁辐射值实际衰减速率远大于理论衰减速率，天线轴向方向电磁辐射值随距离的增加迅速降低，在某个距离上低于环境管理限值，直至降低至背景辐射值，天线水平地面方向其值随着距离的增加会先降低，然后再逐渐增加，直至出现最大值后再逐渐降低[19]。

经过通信基站轴向和水平地面方向电磁辐射测值的分析，基站电磁辐射的实测值和基于公式预测值的变化规律是相对一致的。根据基站电磁辐射的分布和衰减规律，可以采取降低天线发射功率、适度调整天线的方位角、采用镀锌铁皮材料进行金属屏蔽防护等措施合理控制基站电磁辐射，使基站周围电磁环境能够满足环境管理限值的要求。

3.2 合理的规划布局

根据实际发展和应用的需要来规划及设计建设规模，在规划和设计阶段可积极收集站点周围或者所在片区的电磁环境风险状况，充分利用现有的通信基础设施，减少重复建设，降低建设运营成本。无线网络规划、建设、优化是个循环过程，通过不断的“规划-建设-优化-再规划建设”过程，使网络完善与电磁环境风险的防护统筹协调[20]。选择合理的技术手段如宏蜂窝基站、微蜂窝基站、直放站、光纤拉远站、室内分布系统等，丰富无线网络建设的类型。

对于通信基站业务需求的热点地区，宏基站已经有较多布设、电磁环境超标风险较大、电磁环境容量相对不足的地区，审慎直接通过增加天线的方式增加覆盖，多考虑采用一体化天线替换的方式进行更新改造，合理选择天线方位角和发射功率，确保天线周围50 m 范围内敏感区域电磁环境不超过公众曝露控制限值或通过微基站进行补充覆盖。

4 结束语

本文根据调查的上海市中心城区2 414 个移动基站周围区域电磁辐射情况，电场强度测得的最大值主要集中在大于1 V/m 且小于等于2.7 V/m 的范围内，整体处于电磁辐射低风险水平内，但不同区域的电磁辐射水平还是存在比较显著的差异。

（1）自2019 年以来，上海市在全国率先开展了大规模5G 移动通信基站的建设，监测过程中很多站点在调查时已经开通了5G 网络，本次调查基本反映了在具备5G 网络覆盖的基础上，上海市中心城区这8 个区的电磁辐射环境水平的分布情况。

（2）尽管已经开展了5G 基站大规模的建设和运维，可以看到上海市中心城区内电磁辐射水平仍然处在一个比较安全可控的水平内，本次监测所涉及的8 个区中有2 个处于低电磁辐射安全的等级内，其他6 个区风险水平也都远小于50%的中等风险水平线，即使是人流密度高、基站建设密集的黄浦区和徐汇区也是处于电磁辐射低风险水平内。

（3）各区的电磁辐射环境风险分布并不均匀，多个区域的电磁辐射风险水平与区域人口密度的相关性明显，未来随着人口密度进一步增大，5G 用户数的持续上升，上海市多个区有电磁辐射环境风险进一步增大的趋势和风险[21]。

（4）未来工作中应考虑开展和普及通信基站的建设规划，合理规划和布局通信基站及其他各类电磁发射设备，防止局部的电磁环境负荷过大，避免不必要的环境风险。在人口密集区域，采用对电磁环境影响较小的天线架设方式，通过增加微站或者杆站的应用比例等方式，减小单个基站电磁辐射影响的强度。