ERIES-BOLT 项目：雷暴风下电信桁架塔的行为

为何暴风风对日常通信至关重要

每次你拨打电话或视频流媒体时，信号常常通过遍布地景的高大钢塔传输。这些电信塔不仅要在平稳微风中稳固屹立，还必须抵御可能在数分钟内推倒结构的剧烈雷暴风。本文介绍来自大型风工程研究设施的一套丰富新数据集，该设施在实验室中重现这些凶猛的暴风并测量逼真塔模的行为，目标是使我们的通信网络更可靠、更安全。

像无形锤击般的暴风冲击

雷暴可产生强劲且持续时间短的风事件，称为下击暴流。与平缓的侧向流不同，一团冷空气从风暴云层迅速下坠，撞击地面并像破裂水管的水那样向各方向扩散。这类外流通常仅持续10到30分钟、覆盖几公里范围，在实际环境中难以测量。然而它们对低层和中层建筑、输电线路和电信塔造成严重损害。工程师已从现场调查和全尺寸监测中获得大量知识，但室外测得的情况与风洞中可可靠复制的条件之间仍存在差距。

在巨型风穹内重建真实风暴

ERIES-BOLT 项目利用加拿大的 WindEEE 穹顶应对这一挑战——该设施为独特的六边形舱室，环绕百余台风扇并在顶棚留有大开口。该装置既能产生大尺度的气象流场（例如开放地形上的典型边界层风），又能产生模拟下击暴流的强烈局地外流。在项目中，研究人员首先创建并测量了四类风况：传统的大气边界层流；纯粹的下击暴流射流；叠加在背景风上的下击暴流；以及一种新的“扰动”下击暴流配置，即在地面放置小型障碍物，将最强风推高到更接近真实风暴中观测到的位置。利用快速响应探针，他们在多个高度和径向距离处记录了三维风速和湍流，构建出这些人工风暴随时间和空间演化的详细图景。

微型电话塔的实测检验

随后，团队在穹顶内安装了精细制作的真实三角桁架塔模型——按比例缩小为50米和90米全尺度结构高度的百分之一。模型由不锈钢管和3D打印节点构成，安装在灵敏的六分量力传感器上，并在中高处安装了微型加速度计。通过谨慎选择长度、时间、质量和刚度的缩放关系，研究人员确保微型塔在稳态风和快速上升的下击暴流作用下的摇摆与振动忠实反映全尺度结构。他们将塔暴露于几十种风速、塔方位和距下击暴流中心的组合下，按高采样率记录基座受力、弯矩和加速度。

聚焦塔顶构件的细节

由于许多失效始于塔的上部——那里有平台、梯子、栏杆和天线增加质量并迎风受力——项目还对一段较大的一十分之一比例的50米塔顶进行了聚焦测试。该截面模型可配置为裸框架、带实心顶板的框架，或配备平台、栏杆和面板天线的完整版本。该模型安装在另一台精密力传感器上，并置于受控的边界层流中，绕多个攻角旋转并在若干风速下测试。这些测量揭示了每种附加构件如何增加阻力并改变升力与扭矩，并证实了这些结果在相关流况范围内具有稳健性。

从数据组织到对现实的信心

所有风场测量、气弹性试验和截面模型实验的数据都以一致的、机器可读格式组织存放在共享在线仓库中。每个文件保存风速时程、塔体运动和荷载的时间历史，并附有关于试验布置的详细元数据，便于其他研究者和设计人员重用这些数据。团队通过将测得的风廓线与公认的工程规范和解析公式比较，并关键地将一例在罗马尼亚监测塔上记录的真实下击暴流与在 WindEEE 穹顶中重现的缩放事件进行匹配，来验证其实验室风场。经尺度校正后，风时序和塔加速度均高度吻合，峰值响应差异不到约百分之十。

对更安全的塔和网络的意义

对非专业读者来说，核心结论是：工程师现在可以在细致的条件下研究逼真电话塔对真实雷暴风的响应，而无需等待罕见暴风的发生。ERIES-BOLT 数据集弥合了全尺寸监测与实验室试验之间的鸿沟，证实在先进风穹内经过精心缩放的模型能模拟真实塔所经历的剧烈冲击。这一基础将有助于完善设计规范、改进数值仿真，并最终促成更能抵御瞬时如锤击般下击暴流的塔，保护我们的日常通信。

引用: Calotescu, I., Coșoiu, CI., Hangan, H. et al. The ERIES-BOLT project: Behaviour of Telecommunication Lattice Towers under Thunderstorm Winds. Sci Data 13, 365 (2026). https://doi.org/10.1038/s41597-026-06727-0

关键词: 下击暴流风, 电信塔, 风洞试验, 结构响应, 雷暴危害