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2011/07/25
作者:张万春
一、引言
自1970年美国康宁公司率先制造出短波长光纤至今历经短短的40年,由于其具有衰减小频带宽等诸多独特优点,迄今为止,全球敷设的光纤总量已超过13亿km,我国的光纤敷设总量也已超过了2.6亿km。无论在全球还是我国,光纤均已成为各类介质中最主要的传输媒介,遍布世界各地的互联网、CATV网、公用信息网、各类专用网、用户网等90%以上的信息量都是通过光纤光缆传送的。 由于铜铝资源日渐稀缺和信息宽带化的需要,我国通信线路光进铜退的步伐越来越快,而且这一趋势不可逆转;为了在宽带化过程中节约能源,在光传输的基础上,将进而实现光交换,逐步完成传输和交换全部在光域内进行。实现这一目标虽然艰巨,但其绝不仅仅是通信领域的变革,将对未来的社会发展和民众生活的变革产生不可估量的影响。
作为我国光纤光缆产业发展三十余年来的参与者和见证人,在任何情况下都非常关注和希望这一行业的持续健康发展和不断进步。鉴于此情,正确评估我国光纤光缆技术和产业发展状况及对市场应用的影响,对今后光通信的可持续健康发展会产生积极的促进作用。
二、三十年来,我国光纤光缆产业发展取得了巨大进步
这些年来,我国光纤光缆产业的发展经历了各种曲折和风雨,已由上世纪八十年代初期的光纤和其它主要原材料全进口、主要生产设备全进口、线路工程用光缆成品也有很大比例的进口发展到今天除光纤预制棒还须大部分进口外,其它均实现了国产化,而且无论材料还是生产设备,其性能和质量都有了很大进步和提高。形成了以长飞为代表的从制棒、拉丝、制缆完整产业链的几个大型企业集团,这些企业无论从技术水平、光纤和光缆品种、产业规模都跻身世界前列。同时也形成了几十个买棒拉丝加制缆或者仅买纤制缆的规模大小不等的光纤光缆企业群体。同时也造就了一批光纤光缆用的原材料企业群体和生产设备企业群体,这两大类企业群的产品,基本替代了国外进口,成为供应光纤和光缆生产用材料和设备的主力军。上述光纤、光缆、材料、设备产业群体为我国日益增长的光缆市场和信息网络建设作出了巨大贡献。试想,按照前年和去年的每年八、九千万芯公里的光缆需求如果仅依靠从国外进口的话,真不可想象是否能够实现。如果没有中国光纤光缆技术的日渐成熟和产业群体的贡献,势必将会影响和推迟我国信息化的实现,进而影响到我国经济和社会发展进程以及民众的日常工作和生活模式。
三、光纤预制棒的发展和预期
1、我国光纤预制棒产业的基本态势
石英光纤制造技术的进步集中体现在光纤预制棒折射率结构设计和以沉积技术为核心的制棒技术的不断提高。四十年来,光纤的品种由用于单一波长的G.651多模光纤和G.652单模光纤发展到现在可开通达十几个至几百个波道的CWDM、DWDM网络多种用途波分复用的G.651(A1a.1和A1a.2)、A1b等多模光纤和G.652(A、B、C、D),G.653(A、B),G.654(B、C),G.655(A、B、C、D、E),G.656、G.657(A1、A2、B2、B3)等规格和性能各异的单模光纤,这些品种和性能的差异基本都是由光纤预制棒决定的。制棒的尺寸由光纤发展初期的直径10mm、长1m(约可拉制光纤6km)到目前达直径150mm~200mm、长2m~3m(约可拉制光纤3000km~7000km),单根棒的体积和可拉光纤长度增长了几百倍甚至上千倍;制棒沉积的速度也递增了数十倍;制棒方法也由最初的单一采用MCVD法,逐步实现了MCVD、OVD、VAD、PCVD等多种方法并存、互补优劣的态势,后期又产生了“两步法”的混合制棒技术,为以后制造大尺寸的棒、进一步提高制造效率、降低生产成本奠定了基础;光纤的几何尺寸、传输性能、机械强度、单盘长度、寿命指标等参数有了大幅度的提升。上述令人瞩目的成就和预制棒制造技术的进步密切相关,这些进步和成就为光纤产能的大幅提高和光纤市场高速增长发挥了极其重要的作用,也为全球互联网、信息化的需要和发展作出了无法估量的贡献。
我国制棒的领军企业长飞公司开发了PCVD+RIC技术和制造设备,富通公司引进和开发了VAD+OVD的技术和设备,这些将芯棒和包层分别优选不同方法的“两步法”混合技术可用来制造大尺寸光棒和实现高效率产能。制造大尺寸光棒已成为提高制棒和拉丝的效率、进一步降低光纤制造成本的有效方法,这种大棒可以减少和避免多根预制棒拉丝过程中的头尾两端损耗,减少工艺准备和多次停机安装等非必要生产工时,增加连续生产时间,同时也提高了原材料的利用率。预计在今后3~5年内长飞公司预制棒产量将会达到年产1 000~2 000吨的产业规模,上述企业高举“中国制造,中国创造,中国品牌”的旗帜,为建立和扩展我国自立自强的光纤预制棒产业起到了示范和榜样的作用。此外,武汉烽火、江苏法尔胜、江苏亨通等公司近年来也相继涉足制棒产业,并分别形成年产几百万公里光纤的制棒产能,成为中国规模化制棒产业的新成员。
但是,和光纤拉丝、光缆制缆产业相比,制棒产业仍显稚嫩,难以和光纤拉丝、制缆产业相匹配;预制棒70~80%仍依赖进口,制棒的核心技术依然被美日等发达国家的企业所控制,设计和研发人员比例过少,多数企业品种单一,制棒所需的高纯度四氯化硅、四氯化锗、氦气等原料的成规模国产化仍需时日……。凡此种种,说明我国的制棒业仍处于技术和量产的成长期,和国外的差距需要业界同仁共同发力,加速赶超。
2009年武汉烽火和日本藤仓公司合资,引进了VAD+OVD技术,预计规划产能可达年产300~600 吨。今年年初,日本信越公司、江苏法尔胜泓昇集团有限公司和荷兰TKH公司三家合资在无锡江阴组建的年产光纤预制棒250吨(可拉光纤800万km)的“信越(江苏)光棒有限公司”已开工建设,预计年内可望竣工投产。亨通光电2008年和美国OFS公司合作、引进了VAD设备,近期又自行开发了VAD+RIC技术,预计产能可达年产300~600 吨。2010年中天科技和日本日立公司合资建厂,预计年产约达300吨。据悉印度的Sterlite公司也正在和我国的相关企业酝酿在中国合资建厂生产光棒的可能性。上述动向显示了中国光纤光缆产品有巨大市场和发展前景,使中外具有光棒制造能力的企业看好中国巨大的市场潜力;中国本土的光棒产能远不够需求,加之3月11日的日本地震更使日本为代表的企业加快了在中国建厂生产光棒的步伐。这些动态对中国光纤预制棒的技术进步和产业发展将起到有益的促进作用,光棒产业将会迎来产量快速发展期和技术加速进步期,将会有效改变我国所需光棒主要依赖进口的态势。经过大约五年的时间,到“十二五”末期,有望实现光棒基本国产化、品牌中国化、光纤品种多元化、光棒制造技术达到世界先进水平。
2、预制棒产业目前的差距
(1)外包层技术的差距
光纤预制棒成本控制的绝大部分因素是外包层技术。通常,单模光纤外包层的重量约占总重量的90%以上,外包层的成本约占预制棒制造总成本的60%~80%之间,因此外包层是预制棒成本控制的决定性因素,这也是外包层技术成为当前研究热点的最主要原因。但是,长飞公司PCVD+RIC技术需要大量进口德国Heraeus公司的高纯度石英玻璃套管,相当比例的产品利润转移给了国外玻璃套管厂家,增加了采用套管法技术的国产预制棒制造成本。
(2)大棒技术的差距
制造大尺寸的预制棒是降低预制棒和拉丝成本最有效的途径。研究表明当预制棒外径由80 mm增加到150 mm时,单位成本可下降25%~35%左右。因此,预制棒降低成本的必然趋势是大棒化。目前国内只有长飞公司实现了直径150~200 mm和长度3 m的大棒,其他公司基本处于直径为80~120 mm的水平,还需要解决制造大棒的若干技术难点。
(3)制棒用原材料的差距
目前光棒用的原材料SiCl4、GeCl4、高纯氦气和部分工艺用的合成石英管等还主要依赖进口,国产原材料供应链尚未完全形成。在环保治理、综合利用和降低产品成本等方面和国际水平还有很大差距。
(4)特种光纤制棒技术的差距
特种光纤预制棒产业是一个新兴领域,其应用领域广泛且前景看好。目前最适宜生产特种光纤预制棒的方法主要是用MCVD或PCVD技术,但国内的研究和生产刚刚起步,研究和设计人员欠缺,工艺还不够成熟,产品质量仍不够稳定;实现扩展产品品种、进一步提高性能、稳定质量和规模化生产尚须作大量工作。
(5)产品的研究开发投入经费过少
我国的多数研究部门和生产企业对基础研究、技术储备和人才培养重视不够,过于看重短期回报,因此相关的基础性研究经费投入比例过少,掌握关键和核心技术的能力不足,较习惯于采取模仿手段组织生产和扩展产能规模,这种状况也反映在光棒制造领域。在这些企业中,长飞公司比较重视研究和开发,因此制棒技术处于我国乃至世界的领先水平,光纤品种和产量均居国内领先。
3、今后的展望
中国光棒产业正处于加速发展的良好机遇期。2006年5月,中央发布了《2006—2020年国家信息化发展战略》的国策,提出“大力推进信息化发展,已成为我国经济社会发展新阶段重要而紧迫的战略任务”,吹响了我国向信息化社会迈进的号角。2010年10月国务院发布了“关于加快培育和发展战略性新兴产业的决定”,2010年3月工信部、发改委等七部委联合发布了“关于推进光纤宽带网络建设的意见”,为我国光纤光缆及相关联的光纤预制棒的发展提供了前所未有的政策导向和良好环境。在国内外信息化处于快速发展的大环境下,以宽带化为目标的3G、三网融合、FTTX等网络建设如火如荼,使得近几年来光纤光缆市场急速增长,从2006年的两、三千万芯公里增长到目前的八、九千万芯公里。光纤市场的快速增长间接形成了光棒供求缺口加大,须进口近2000吨的光棒才能满足需要,中国光棒和光纤市场已占到全世界的一半以上。因此国内外的光棒和光纤制造企业都看到在中国扩产或建厂的商机,一扫过去美日欧企业来中国建厂或合资办厂举棋不定的态度,纷纷来中国建厂生产光棒以从中国市场上分得一杯羹。这些国外企业在获得收益的同时也会将其制棒技术带到中国,既可弥补中国光棒产业的供求短板,又可提升我国光棒制造技术的水平,对我国光纤预制棒产业的发展将会起到很好的促进作用。若照此势头发展下去,预计到“十二五”末的2015年,我国本土的光棒产业将会达到规模上全球最大、技术上世界领先的程度,以实现光纤光缆产业界甚至光通信业界同仁过去几十年来企望国产光棒能满足拉丝和光缆需求的夙愿。
四、光纤和光缆的技术发展
1、光纤技术的发展
随着光纤制造技术的不断进步,我国的光纤厂家目前可以全部或大部生产出G.652A、B、C、D四类中性能最优越的G.652D型光纤,而且这四类光纤的价格已无明显差别。上述四类光纤的折射率分布结构和制造工艺没有本质的区别,C型和D型是在1383nm波长附近采取去除氢氧根离子的措施而消除了导致衰减增大的水峰从而可实现全波段的波分复用来传送信息;B型和D型是控制工艺使光纤的几何尺寸更园整且使光纤内部各个部位应力更均匀,使其偏振模色散值更小,从而可进一步增大单频道传输信息的容量和中继距离;由此可知,G.652A、B、C、D四类中A的要求最低,D的综合性能最佳。由于我国网络信息宽带化日趋迫切的需要,目前我国新敷设的室外光缆越来越青睐于这种在1383nm波长处去除了衰减水峰从而可实现全波段传输、而且偏振模色散性能优良的G.652D型单模光纤。例如今年中国联通集团公司光缆集采招标采用的G.652光纤品种就由去年采用B型和D型两种改为今年只用D型一种。为了读者对G.652A、B、C、D四类光纤性能的异同之处及技术变迁状况更明晰了解和比较,下面特列出表1对其作一对比以供参考。
G.655型单模光纤虽然在1550nm波长附近的衰减系数和波长色散均比较小,1550nm波长是用于长中继高速率传输线路最理想的传输窗口。但这类光纤不宜在1310nm等较短波长范围使用,即全波长的波分复用不及G.652D理想,加之由于其折射率分布曲线比G.652型光纤复杂的多,棒芯沉积的控制技术相对G.652型较难,制棒速度较慢,致使制棒产量比G.652型低,从而比G.652型光纤制造成本和价格高。因此G.655型光纤的应用规模比G.652型光纤小得多,而且在短时间内这种应用状况不会明显改变。A1a(ITU-T G.651型)和A1b型多模光纤虽然因纤芯截面大容易接头、接头损耗小、所匹配的光源等器件价格便宜,从而在一些用户网和专用网中有一定规模的应用,但其衰减系数大、传输容量小的技术性缺陷加上制棒速度慢、产量低、价格高的因素使多模光纤的市场需求难以得到大幅提升。综上所述,各类通信网络采用的室外光缆中的光纤在今后一段时间将以G.652D型光纤为主要品种。
G.657A型单模光纤的折射率分布结构和G.652型光纤基本相同或相近,制造工艺相对简单,而耐弯曲性能较好,成本和价格也比G.657B型光纤低,因此成为现阶段光设备组件连线和室内光缆主要使用的光纤品种。为了便于读者更详细了解近几年刚刚问世而在室内等敷设环境颇受人们欢迎的耐弯曲光纤,下面列出表2作相应性能介绍。该类光纤是主要为了满足接入网和用户网线路的需要于近年来开发应用的对弯曲损耗不敏感的单模光纤。ITU-T于2006年12月发布了第1版,2009年11月发布了修订后的第2版。现对这两个版本的主要技术要求进行比较。
由上表可以看出,该类光纤从2006年版(第1版)的A、B两种分级改变为2009年版(第2版)的A1、A2和B2、B3两大类别而每一大类再细分为两种小项共四个小项的分级类别。从这种分级的变化来看,可更加适应于接入网和用户网线路型式多样、复杂多变的环境和不同的要求,可为这类通信市场和用户提供更多更具体的使用光纤的选择方案。2009年版(第2版)对光纤的宏弯损耗要求予以大幅度提高,弯曲半径也趋向于更小,B类的最小弯曲半径达到5mm的程度。这些变化反映了用户对耐弯曲光纤的弯曲性能要求越来越严格,同时也体现了近两三年来国际上光纤制造商已实现了这类光纤产品的抗弯曲性能有了非常明显的改进和提高。由于G.657A型光纤的模场直径和G.652光纤相近,其预制棒的设计结构和制造工艺也比G.657B型光纤更简单,而且光纤的弯曲半径已可达到7.5mm~15mm的程度,基本满足光设备组件和室内安装的弯曲要求,同时和G.652D型光纤一样具有在1310nm~1625nm宽波长范围实现波分复用传输的功能,价格也比G.657B型光纤低,因此今后一段时间对弯曲性能有特定要求的室内缆、设备跳纤、皮线缆以及部分兼用于室内外的耐弯曲光缆等将会主要采用G.657A型光纤。
我国的光纤拉丝无论从制造技术还是生产规模均已达到世界领先水平。通过设备及技术引进和多年来的研发和生产实践,光纤拉丝企业现已完全掌握了拉丝生产技术,尤其最近三年来我国拉丝产业的快速发展,无论产量和质量均居世界前列,所拉制的主要光纤品种、质量参数也已达到世界领先水平,例如光纤衰减、几何尺寸、PMD、机械强度等性能和五年前相比有了大幅度提高。除大量供应国内市场外,并有小批量光纤出口到海外。国产光纤已普遍得到国内外用户的认可和赞许。
时至今日,已引进和自制共达到233条光纤拉丝生产线,产能达到11 300万公里规模,与目前的光纤市场容量相比,已略显供大于求,而仍有一些厂家还在继续新建和扩充产能,增加生产能力。虽然拉丝设备的产能已有富余,但前些年的拉丝塔大多只能拉制直径60mm及以下的较小尺寸的预制棒,拉丝速度也相对较低,只有1200m/min以下的程度;如果要拉大尺寸的棒和增加拉丝速度,必须对棒体的加热炉、夹持装置、压力涂覆、收纤盘等进行全面改造或更新,才能进一步提高效率降低拉丝成本。加之作为主要原材料的预制棒大量需要由国外供应,除价格波动因素外,遇到如今年3月日本地震等情况就会形成棒的货源短缺,拉丝塔开工不足的矛盾就会突显出来而影响了产能的发挥。我国光纤拉丝存在的上述诸多矛盾还需要光纤业界着力处置和解决。
目前,以长飞、烽火为代表的光纤厂家除了生产上述常规使用的通信用光纤之外,近年来相继投入一定规模的人力和资金进行各类特种光纤的开发和规模化生产,诸如色散补偿光纤、保偏光纤、掺稀土光纤、塑料光纤、耐高温光纤、抗幅射光纤、光子晶体光纤等,在线路色散补偿、传感器、物联网、光纤陀螺、传能、航天、军事、核电及核设施、风电、医疗、采矿、车船等多种领域的应用中发挥越来越重要的作用,具有令人瞩目的应用前景和市场潜力。特种光纤和光缆市场是通信之外应用范围更广、涉及领域更多的新型市场,虽然目前在我国这类光纤的产业化开发尚在初期阶段,但如能在光纤预制棒产业化发展进程中更多企业也能同步研发特种光纤制造技术,将对企业自身发展和我国的经济和社会进步作出新的贡献。
此外,数年前IEC提出了80μm石英包层细直径光纤的标准,由于这类光纤直径更细、重量更轻,具有理想的耐弯曲潜质,并且可以明显降低光纤和光缆以及线路敷设安装的制造成本。如能在光纤、光缆、敷设、应用的产业和应用链特别是用户网扩展使用这类光纤,对降低产品和线路安装成本、促进技术进步的作用不可小觑。现阶段有个别研究所和部门已在作一些探索性研究和试验,可望在相关条件具备之日得到规模化应用和推广。
2、光缆技术的发展
我国的光缆产业从上个世纪的七十年代起步至今已有三十多年的历史,但前期的生产厂家少、生产规模小、生产品种单一,所需光纤及其它材料几乎全部进口,生产光缆用的生产线和检测仪表也几乎全部依靠进口。生产初期也无国家或行业制定的产品标准,而是由设计部门或用户与生产厂协商确定技术要求来生产和供货。当时国产光缆所占国内市场的比例很小,用户所需光缆绝大部分由国外购买。我国光缆产业起步阶段的经验和技术积累为以后的发展奠定了基础,近十年来,光缆生产所需的原材料(芳纶还需进口)和生产设备已实现了国产化,测试仪表除波长色散和部分衰减测量的仪表外,也基本实现了国产化。室外光缆和室内光缆的各类品种全部可以自行设计自己生产。分立光纤结构的层绞式、中心管式光缆和光纤带结构的层绞式、中心管式、骨架式光缆成为市场用量最大的结构型式;从市场应用情况来看,前者层绞式最大芯数为144芯,也有用双层绞合方式的216芯,中心管式曾有12芯分束方式的最多96芯的应用记录,但近期已不再用这种结构;后者层绞式最大芯数达1000芯,中心管式最大芯数为432芯。
气吹光缆上世纪80年代初美国开始应用,随后欧洲的NKF、Prysmian等公司大量安装和使用。这种提高施工效率和管道资源的光缆和敷设方式于2002年在我国开始使用。从广义上来说气吹分两类:一类是将不同缆径的普通光缆用气吹的敷设方式吹入大约为40mm直径的塑料管中,即普通光缆的结构不变,只是施工部门对施工方式进行了气吹的革新,提高了施工效率,但管道资源没有充分利用,这种方式近年来已在各类干线和地区线路施工中大量应用;另一类是采用微缆微管的方式,即制造出细径光缆或光纤单元,将这种光缆或光纤单元用气吹方式吹入内径约为3.5mm~10mm的细径管道中,若干根微型管道置入一根粗管道内,不仅大大节省了管道资源,提高了光纤容纳密度,还能根据需要,可分期分批将光缆或光纤单元吹入不同的微管中,可有效节省建设投资。采用微缆敷设我国最典型的就是2005~2006年从江苏仪征至湖南长岭全长1018km与输油管道同沟敷设的长距离微缆气吹工程。由于种种原因,这种微缆微管方式在我国并未大量推广开来,只停留于一些局部试验工程。随着FTTH和用户网建设的推进,在通向住户家里或办公楼如采用微管内吹入光纤单元或微缆的技术应是值得推荐的方式。还有一些最初由国外开发应用的诸如路面微槽、下水管道等品种的光缆虽然结构和制造工艺并不复杂,也制定了对应的行业标准,但在市场上未能大量推广应用。究其原因,除国情不同之外,新的产品还应解决施工安装等一系列应用链上的难题并获得设计、施工、用户认可,才有可能推广应用。
普通光缆自不待言,就是生产难度较大的OPGW、OPPC等高压输电线上用的含有光纤的复合地线、复合相线和近海的海底光缆不光实现了国产化,产品性能、质量、品种、光纤芯数、单根缆的长度、生产规模、成本等均达到世界领先水平。电力部门近期进行多个城市FTTH的建设试点,采用低压电和光纤同缆入户的光电混合缆(OPLC)实现供电和信息同步传送方式,这类混合缆近期颇受市场青睐,成为一些光缆或光电缆厂的热销产品。
远洋敷设使用的跨洋远程海底光缆的制造和船载跨洋敷设目前在我国还是空白,和美国、日本、法国等国家的技术和设施尚有明显的差距。期待已具备近海光缆制造能力的企业和欲涉足这一产业的投资者填补其空白,在不久的将来开发和生产出高水平的跨洋远程海缆,使这一产品赶上并超过发达国家的水平。
五、光纤和光缆产业已建立完善的标准体系
为满足和适应全球光通信发展的需要,IEC和ITU-T已建立了完善的光纤光缆标准制修订组织和机制,制定了各类型光纤和光缆的标准和文件。我国的光纤和光缆国家标准和相关行业标准经过近三十年的持续运作,已制定和不断修订了体系完善、种类齐全的光纤、光缆及所用材料的国家级和行业级标准。现将我国现阶段主要使用的各类光纤和光缆的国家标准和行业标准列表如下所示,光纤和光缆所用材料的标准在此省略。
六、光纤光缆的应用市场状况
在国内外信息化处于快速发展的大环境下,以宽带化为目标的3G、三网融合、FTTX等网络建设如火如荼,使得近几年来光纤光缆市场急速增长,从2006年的两、三千万芯公里增长到目前的八、九千万芯公里。鉴于我国目前的用户网带宽仅约为发达国家十分之一的现状,三大电信运营商根据自身发展的需求分别制定了“十二五”发展规划,对宽带基础网络建设和FTTH的覆盖率、带宽升级分别提出了具体目标和实施方案。此外,广电总局、国家电网、铁道部等部门均加大了光纤网建设力度。三大电信运营商根据自身发展的需要,近期分别制定了“十二五”规划,对宽带基础网络建设目标和FTTH的覆盖率和带宽升级分别提出了具体目标。例如中国电信计划“2011年新增FTTH用户3000万户,是“十一五”期间的三倍;2013年FTTH用户要达到8000万户,让南方城市的家庭用户均达到带宽20M接入;到“十二五”末,使FTTH用户超过一亿,南方城市的所有政府、企业和家庭实现光网全覆盖”。广电总局正在发力加快CATV网络的数字化和双向化的升级改造,以尽快实现全国范围的广电基础网络的双向多功能互动;同时为应对三网融合试点,在全国范围加速实现12M带宽的光纤到户建设,这些举措使广电系统光缆的需求量大幅增加。广电总局和电信运营商们均欲在三网融合和光纤到户网中占据更大地盘,以期争得更多长远和潜在的商机。到去年年底,我国铁道运营里程已达9.1万km,居世界第二,其中高铁里程达8358km,居世界第一。根据铁道部规划,到2020年铁道运营里程将达到12万km以上,其中高铁将达到1.6万km以上。按照上述规划,仅2011年的铁道建设投资就达8500亿元的规模,其中配套的铁路通信建设投资规模将有超过400亿元的程度,今后几年铁道通信用光缆的市场需求量也会处于高速增长期。电力系统在全国范围内开展的智能电网的改造和升级以及高压电网的加速建设促进了光缆的应用,特别是OPGW、ADSS、混合光电缆等适用于输电网和电力系统通信的特种光缆的需求。在这样的既有和潜在市场大背景下,在“十二五”期间的未来五年内,我国的光纤光缆市场将出现一个稳定发展的前景,其中,用户缆、室内缆将会有较大增长。近两年来,电信运营商的光缆集中采购除普通的室外缆之外,又将蝶形引入光缆、即皮线缆纳入集采的范围大批量采购用于FTTH和其它用户缆的工程建设中。
虽然前两年光纤光缆市场需求增长很快,但这两年众多光纤光缆厂家都不同程度扩大了产能,也有部分原来不生产光缆的厂家涉足光缆产业,因此供大于求的局面仍将持续下去,而且市场份额更加趋向于集中到制棒、拉丝、制缆产业链完整的少数大型企业集团手中。这样的格局使只有制缆能力的较小规模的企业市场运作维艰,利润小甚至无利润,不同规模企业的竞争能力更趋悬殊。这种市场态势促使一部分厂家在加速开发多种用途的特种光缆、寻求专用缆用户、开拓国外市场等举措中以差异化经营模式,在拓展新的商机中另觅捷径。
国外的光电缆产品供应商通常除了提供光电缆产品外,还提供工程所需的其它配套产品和附属配件,用户要求时还可提供建议的工程方案和咨询服务,为客户使用这些产品提供了很多便利。我国的运营商及其它光缆用户在建设FTTH等工程中面对复杂的施工环境也希望光缆厂商能提供更多配套器具,协助解决施工中的难题。光电缆厂家面临改变单一提供产品的经营理念,应向国外的同行学习借鉴其提供主产品外还提供配套产品和咨询服务,这种经营理念和经营方式的转型既可为客户提供了便利和服务,又可提升市场竞争能力,可实现供求双赢的良好经济效益及和谐的社会环境。
供求失衡造成光缆企业的微利或无利经营状况也进而波及到为光缆提供材料厂家的市场经营中,衍生出再生护套材料、钢丝的弹性模量低、钢铝带厚度偏薄等影响产品质量的显性或潜在性问题;虽然这类现象属个别和局部,但对质量的负面影响问题不可忽视。电信运营商和其它一些用户往往处于强势地位,在集采招标和采购应用中以价格高低作为成交的主要依据,评标中不断提高价格的权重比例,多次出现成交价低于成本的现象,导致本应“质量第一”的目标往往得不到有效实施。用户采用各种类型的检测、罚款、取消供货资格等措施以期封堵质量漏洞,虽然看似有效,但在抽检和线路使用过程中常常出现多起和供货成本相关联的质量问题。这些长期存在的问题如果不能得到有效解决的话,伴随而来的影响质量的隐性和表观性问题就难以从根本上消除。
因此,笔者建议运营商和其它用户在招标时不宜把价格压得过低,如果价格低于成本或无利润,产品必然会影响到质量。各级政府、行业管理部门和行业协会在设法规范市场秩序的前提下,似可制定有关政策和措施,督促市场相关的供求各方遵循市场法则和规律,横下一条心不断解决和改变光缆价格长期低价扭曲的状况,使我国光纤光缆行业沿着健康而可持续发展之路迈向信息化社会的明天。
自1970年美国康宁公司率先制造出短波长光纤至今历经短短的40年,由于其具有衰减小频带宽等诸多独特优点,迄今为止,全球敷设的光纤总量已超过13亿km,我国的光纤敷设总量也已超过了2.6亿km。无论在全球还是我国,光纤均已成为各类介质中最主要的传输媒介,遍布世界各地的互联网、CATV网、公用信息网、各类专用网、用户网等90%以上的信息量都是通过光纤光缆传送的。 由于铜铝资源日渐稀缺和信息宽带化的需要,我国通信线路光进铜退的步伐越来越快,而且这一趋势不可逆转;为了在宽带化过程中节约能源,在光传输的基础上,将进而实现光交换,逐步完成传输和交换全部在光域内进行。实现这一目标虽然艰巨,但其绝不仅仅是通信领域的变革,将对未来的社会发展和民众生活的变革产生不可估量的影响。
作为我国光纤光缆产业发展三十余年来的参与者和见证人,在任何情况下都非常关注和希望这一行业的持续健康发展和不断进步。鉴于此情,正确评估我国光纤光缆技术和产业发展状况及对市场应用的影响,对今后光通信的可持续健康发展会产生积极的促进作用。
二、三十年来,我国光纤光缆产业发展取得了巨大进步
这些年来,我国光纤光缆产业的发展经历了各种曲折和风雨,已由上世纪八十年代初期的光纤和其它主要原材料全进口、主要生产设备全进口、线路工程用光缆成品也有很大比例的进口发展到今天除光纤预制棒还须大部分进口外,其它均实现了国产化,而且无论材料还是生产设备,其性能和质量都有了很大进步和提高。形成了以长飞为代表的从制棒、拉丝、制缆完整产业链的几个大型企业集团,这些企业无论从技术水平、光纤和光缆品种、产业规模都跻身世界前列。同时也形成了几十个买棒拉丝加制缆或者仅买纤制缆的规模大小不等的光纤光缆企业群体。同时也造就了一批光纤光缆用的原材料企业群体和生产设备企业群体,这两大类企业群的产品,基本替代了国外进口,成为供应光纤和光缆生产用材料和设备的主力军。上述光纤、光缆、材料、设备产业群体为我国日益增长的光缆市场和信息网络建设作出了巨大贡献。试想,按照前年和去年的每年八、九千万芯公里的光缆需求如果仅依靠从国外进口的话,真不可想象是否能够实现。如果没有中国光纤光缆技术的日渐成熟和产业群体的贡献,势必将会影响和推迟我国信息化的实现,进而影响到我国经济和社会发展进程以及民众的日常工作和生活模式。
三、光纤预制棒的发展和预期
1、我国光纤预制棒产业的基本态势
石英光纤制造技术的进步集中体现在光纤预制棒折射率结构设计和以沉积技术为核心的制棒技术的不断提高。四十年来,光纤的品种由用于单一波长的G.651多模光纤和G.652单模光纤发展到现在可开通达十几个至几百个波道的CWDM、DWDM网络多种用途波分复用的G.651(A1a.1和A1a.2)、A1b等多模光纤和G.652(A、B、C、D),G.653(A、B),G.654(B、C),G.655(A、B、C、D、E),G.656、G.657(A1、A2、B2、B3)等规格和性能各异的单模光纤,这些品种和性能的差异基本都是由光纤预制棒决定的。制棒的尺寸由光纤发展初期的直径10mm、长1m(约可拉制光纤6km)到目前达直径150mm~200mm、长2m~3m(约可拉制光纤3000km~7000km),单根棒的体积和可拉光纤长度增长了几百倍甚至上千倍;制棒沉积的速度也递增了数十倍;制棒方法也由最初的单一采用MCVD法,逐步实现了MCVD、OVD、VAD、PCVD等多种方法并存、互补优劣的态势,后期又产生了“两步法”的混合制棒技术,为以后制造大尺寸的棒、进一步提高制造效率、降低生产成本奠定了基础;光纤的几何尺寸、传输性能、机械强度、单盘长度、寿命指标等参数有了大幅度的提升。上述令人瞩目的成就和预制棒制造技术的进步密切相关,这些进步和成就为光纤产能的大幅提高和光纤市场高速增长发挥了极其重要的作用,也为全球互联网、信息化的需要和发展作出了无法估量的贡献。
我国制棒的领军企业长飞公司开发了PCVD+RIC技术和制造设备,富通公司引进和开发了VAD+OVD的技术和设备,这些将芯棒和包层分别优选不同方法的“两步法”混合技术可用来制造大尺寸光棒和实现高效率产能。制造大尺寸光棒已成为提高制棒和拉丝的效率、进一步降低光纤制造成本的有效方法,这种大棒可以减少和避免多根预制棒拉丝过程中的头尾两端损耗,减少工艺准备和多次停机安装等非必要生产工时,增加连续生产时间,同时也提高了原材料的利用率。预计在今后3~5年内长飞公司预制棒产量将会达到年产1 000~2 000吨的产业规模,上述企业高举“中国制造,中国创造,中国品牌”的旗帜,为建立和扩展我国自立自强的光纤预制棒产业起到了示范和榜样的作用。此外,武汉烽火、江苏法尔胜、江苏亨通等公司近年来也相继涉足制棒产业,并分别形成年产几百万公里光纤的制棒产能,成为中国规模化制棒产业的新成员。
但是,和光纤拉丝、光缆制缆产业相比,制棒产业仍显稚嫩,难以和光纤拉丝、制缆产业相匹配;预制棒70~80%仍依赖进口,制棒的核心技术依然被美日等发达国家的企业所控制,设计和研发人员比例过少,多数企业品种单一,制棒所需的高纯度四氯化硅、四氯化锗、氦气等原料的成规模国产化仍需时日……。凡此种种,说明我国的制棒业仍处于技术和量产的成长期,和国外的差距需要业界同仁共同发力,加速赶超。
2009年武汉烽火和日本藤仓公司合资,引进了VAD+OVD技术,预计规划产能可达年产300~600 吨。今年年初,日本信越公司、江苏法尔胜泓昇集团有限公司和荷兰TKH公司三家合资在无锡江阴组建的年产光纤预制棒250吨(可拉光纤800万km)的“信越(江苏)光棒有限公司”已开工建设,预计年内可望竣工投产。亨通光电2008年和美国OFS公司合作、引进了VAD设备,近期又自行开发了VAD+RIC技术,预计产能可达年产300~600 吨。2010年中天科技和日本日立公司合资建厂,预计年产约达300吨。据悉印度的Sterlite公司也正在和我国的相关企业酝酿在中国合资建厂生产光棒的可能性。上述动向显示了中国光纤光缆产品有巨大市场和发展前景,使中外具有光棒制造能力的企业看好中国巨大的市场潜力;中国本土的光棒产能远不够需求,加之3月11日的日本地震更使日本为代表的企业加快了在中国建厂生产光棒的步伐。这些动态对中国光纤预制棒的技术进步和产业发展将起到有益的促进作用,光棒产业将会迎来产量快速发展期和技术加速进步期,将会有效改变我国所需光棒主要依赖进口的态势。经过大约五年的时间,到“十二五”末期,有望实现光棒基本国产化、品牌中国化、光纤品种多元化、光棒制造技术达到世界先进水平。
2、预制棒产业目前的差距
(1)外包层技术的差距
光纤预制棒成本控制的绝大部分因素是外包层技术。通常,单模光纤外包层的重量约占总重量的90%以上,外包层的成本约占预制棒制造总成本的60%~80%之间,因此外包层是预制棒成本控制的决定性因素,这也是外包层技术成为当前研究热点的最主要原因。但是,长飞公司PCVD+RIC技术需要大量进口德国Heraeus公司的高纯度石英玻璃套管,相当比例的产品利润转移给了国外玻璃套管厂家,增加了采用套管法技术的国产预制棒制造成本。
(2)大棒技术的差距
制造大尺寸的预制棒是降低预制棒和拉丝成本最有效的途径。研究表明当预制棒外径由80 mm增加到150 mm时,单位成本可下降25%~35%左右。因此,预制棒降低成本的必然趋势是大棒化。目前国内只有长飞公司实现了直径150~200 mm和长度3 m的大棒,其他公司基本处于直径为80~120 mm的水平,还需要解决制造大棒的若干技术难点。
(3)制棒用原材料的差距
目前光棒用的原材料SiCl4、GeCl4、高纯氦气和部分工艺用的合成石英管等还主要依赖进口,国产原材料供应链尚未完全形成。在环保治理、综合利用和降低产品成本等方面和国际水平还有很大差距。
(4)特种光纤制棒技术的差距
特种光纤预制棒产业是一个新兴领域,其应用领域广泛且前景看好。目前最适宜生产特种光纤预制棒的方法主要是用MCVD或PCVD技术,但国内的研究和生产刚刚起步,研究和设计人员欠缺,工艺还不够成熟,产品质量仍不够稳定;实现扩展产品品种、进一步提高性能、稳定质量和规模化生产尚须作大量工作。
(5)产品的研究开发投入经费过少
我国的多数研究部门和生产企业对基础研究、技术储备和人才培养重视不够,过于看重短期回报,因此相关的基础性研究经费投入比例过少,掌握关键和核心技术的能力不足,较习惯于采取模仿手段组织生产和扩展产能规模,这种状况也反映在光棒制造领域。在这些企业中,长飞公司比较重视研究和开发,因此制棒技术处于我国乃至世界的领先水平,光纤品种和产量均居国内领先。
3、今后的展望
中国光棒产业正处于加速发展的良好机遇期。2006年5月,中央发布了《2006—2020年国家信息化发展战略》的国策,提出“大力推进信息化发展,已成为我国经济社会发展新阶段重要而紧迫的战略任务”,吹响了我国向信息化社会迈进的号角。2010年10月国务院发布了“关于加快培育和发展战略性新兴产业的决定”,2010年3月工信部、发改委等七部委联合发布了“关于推进光纤宽带网络建设的意见”,为我国光纤光缆及相关联的光纤预制棒的发展提供了前所未有的政策导向和良好环境。在国内外信息化处于快速发展的大环境下,以宽带化为目标的3G、三网融合、FTTX等网络建设如火如荼,使得近几年来光纤光缆市场急速增长,从2006年的两、三千万芯公里增长到目前的八、九千万芯公里。光纤市场的快速增长间接形成了光棒供求缺口加大,须进口近2000吨的光棒才能满足需要,中国光棒和光纤市场已占到全世界的一半以上。因此国内外的光棒和光纤制造企业都看到在中国扩产或建厂的商机,一扫过去美日欧企业来中国建厂或合资办厂举棋不定的态度,纷纷来中国建厂生产光棒以从中国市场上分得一杯羹。这些国外企业在获得收益的同时也会将其制棒技术带到中国,既可弥补中国光棒产业的供求短板,又可提升我国光棒制造技术的水平,对我国光纤预制棒产业的发展将会起到很好的促进作用。若照此势头发展下去,预计到“十二五”末的2015年,我国本土的光棒产业将会达到规模上全球最大、技术上世界领先的程度,以实现光纤光缆产业界甚至光通信业界同仁过去几十年来企望国产光棒能满足拉丝和光缆需求的夙愿。
四、光纤和光缆的技术发展
1、光纤技术的发展
随着光纤制造技术的不断进步,我国的光纤厂家目前可以全部或大部生产出G.652A、B、C、D四类中性能最优越的G.652D型光纤,而且这四类光纤的价格已无明显差别。上述四类光纤的折射率分布结构和制造工艺没有本质的区别,C型和D型是在1383nm波长附近采取去除氢氧根离子的措施而消除了导致衰减增大的水峰从而可实现全波段的波分复用来传送信息;B型和D型是控制工艺使光纤的几何尺寸更园整且使光纤内部各个部位应力更均匀,使其偏振模色散值更小,从而可进一步增大单频道传输信息的容量和中继距离;由此可知,G.652A、B、C、D四类中A的要求最低,D的综合性能最佳。由于我国网络信息宽带化日趋迫切的需要,目前我国新敷设的室外光缆越来越青睐于这种在1383nm波长处去除了衰减水峰从而可实现全波段传输、而且偏振模色散性能优良的G.652D型单模光纤。例如今年中国联通集团公司光缆集采招标采用的G.652光纤品种就由去年采用B型和D型两种改为今年只用D型一种。为了读者对G.652A、B、C、D四类光纤性能的异同之处及技术变迁状况更明晰了解和比较,下面特列出表1对其作一对比以供参考。
表1 2000年~2009年ITU-T G.652光纤四个版本标准中技术性能的对比
| 技术性能 | 2000年(第5版) | 2003年(第6版) | 2005年(第7版) | 2009年(第8版) | ||||||||||||||
| G.652分级 | A | B | C | A | B | C | D | A | B | C | D | A | B | C | D | |||
| 尺寸参数: | ||||||||||||||||||
| 模场直径(1 310 nm)/μm | (8.6~9.5)±0.7 | (8.6~9.5)±0.6 | ||||||||||||||||
| 包层直径/μm | 125.0±1.0 | |||||||||||||||||
| 芯/包层同心度误差/μm | ≤0.8 | ≤0.6 | ||||||||||||||||
| 包层不圆度/% | ≤2.0 | ≤1.0 | ||||||||||||||||
| 光缆截止波长λcc/nm | ≤1 260 | |||||||||||||||||
| 衰减系数/(dB·km-1): | ||||||||||||||||||
| 1 310 nm | ≤0.5 | ≤0.4 | ≤0.5 | ≤0.4 | ≤0.5 | ≤0.4 | ≤0.5 | ≤0.4 | ||||||||||
| 1 310~1 625 nm | ≤0.4 | ≤0.4 | ≤0.4 | |||||||||||||||
| (1383±3)nm | ≤0.4 | ≤0.4 | ≤0.4 | ≤0.4 | ||||||||||||||
| 1 550 nm | ≤0.4 | ≤0.35 | ≤0.4 | ≤0.35 | ≤0.3 | ≤0.4 | ≤0.35 | ≤0.3 | ≤0.4 | ≤0.35 | ≤0.3 | |||||||
| 1 625 nm | ≤0.4 | ≤0.4 | ≤0.4 | ≤0.4 | ||||||||||||||
| 宏弯损耗: | ||||||||||||||||||
| 半径/mm | 37.5 | 30 | 30 | 30 | ||||||||||||||
| 圈数 | 100 | 100 | 100 | 100 | ||||||||||||||
| 测试波长/nm | 1 550 | 1 625 | 1 550 | 1 625 | 1 550 | 1 625 | 1 550 | 1 625 | ||||||||||
| 损耗/dB | ≤0.50 | ≤0.50 | ≤0.10 | ≤0.10 | ||||||||||||||
| 波长色散特性: | ||||||||||||||||||
| 零色散波长/nm | 1 300~1 324 | |||||||||||||||||
| 零色散斜率/(ps·nm-2·km-1) | 0.093 | 0.092 | ||||||||||||||||
| 链路光缆PMDQ(光缆20段概率Q=0.01%)/(ps·km-1/2) | ≤0.5 | ≤0.5 | ≤0.2 | ≤0.5 | ≤0.2 | ≤0.5 | ≤0.2 | ≤0.5 | ≤0.2 | ≤0.5 | ≤0.2 | ≤0.5 | ≤0.2 | |||||
| 筛选应力/GPa | ≥0.69 | |||||||||||||||||
G.657A型单模光纤的折射率分布结构和G.652型光纤基本相同或相近,制造工艺相对简单,而耐弯曲性能较好,成本和价格也比G.657B型光纤低,因此成为现阶段光设备组件连线和室内光缆主要使用的光纤品种。为了便于读者更详细了解近几年刚刚问世而在室内等敷设环境颇受人们欢迎的耐弯曲光纤,下面列出表2作相应性能介绍。该类光纤是主要为了满足接入网和用户网线路的需要于近年来开发应用的对弯曲损耗不敏感的单模光纤。ITU-T于2006年12月发布了第1版,2009年11月发布了修订后的第2版。现对这两个版本的主要技术要求进行比较。
表2 ITU-T G.657 2006年和2009年两个标准版本技术性能对比
|
年份版本
技术性能 |
2006年(第1版) | 2009年(第2版) | |||||||||||||
| G.657分级 | 单位 | A | B | A1 | A2 | B2 | B3 | ||||||||
| 尺寸参数 | 1310nm模场直径 | μm | (8.6~9.5)±0.4 | (6.3~9.5)±0.4 | (8.6~9.5)±0.4 | (6.3~9.5)±0.4 | |||||||||
| 包层直径 | μm | 125.0±0.7 | 125.0±0.7 | ||||||||||||
| 芯/包层同心度误差 | μm | ≤0.5 | ≤0.5 | ||||||||||||
| 包层不圆度 | % | ≤1.0 | ≤1.0 | ||||||||||||
| 光缆截止波长λcc | nm | ≤1260 | ≤1260 | ||||||||||||
| 衰减系数 | 1310nm | dB/km | ≤0.5 | ≤0.5 | |||||||||||
| 1310nm~1625nm | ≤0.4 | ≤0.4 | |||||||||||||
| (1383±3)nm | ≤0.4 | ≤0.4 | |||||||||||||
| 1550nm | ≤0.3 | ≤0.3 | ≤0.3 | ≤0.3 | |||||||||||
| 1625nm | ≤0.4 | ≤0.4 | |||||||||||||
| 宏弯损耗 | 半径 | mm | 15 | 10 | 15 | 10 | 7.5 | 15 | 10 | 7.5 | 10 | 7.5 | 5 | ||
| 圈数 | 10 | 1 | 10 | 1 | 1 | 10 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | ||||
| 损耗(dB) | 1550nm | ≤0.25 | ≤0.75 | ≤0.03 | ≤0.1 | ≤0.5 | 0.03 | 0.1 | 0.5 | 0.03 | 0.08 | 0.15 | |||
| 1625nm | ≤1.0 | ≤1.5 | ≤0.1 | ≤0.2 | ≤1.0 | 0.1 | 0.2 | 1.0 | 0.1 | 0.25 | 0.45 | ||||
| 波长色散特性 | 零色散波长 | nm | 1300~1324 | 考虑中(暂定:1300~1420) | 1300~1324 | 考虑中 | |||||||||
| 零色散斜率 | Ps/nm2.km | ≤0.092 | 考虑中(暂定为≤0.10) | ≤0.092 | |||||||||||
| 链路光缆PMDQ(光缆20段,概率Q=0.01%) | Ps/√km | ≤0.20 | 考虑中 | ≤0.20 | 考虑中 | ||||||||||
| 筛选应力 | GPa | ≥0.69 | ≥0.69 | ≥0.69 | ≥0.69 | ||||||||||
我国的光纤拉丝无论从制造技术还是生产规模均已达到世界领先水平。通过设备及技术引进和多年来的研发和生产实践,光纤拉丝企业现已完全掌握了拉丝生产技术,尤其最近三年来我国拉丝产业的快速发展,无论产量和质量均居世界前列,所拉制的主要光纤品种、质量参数也已达到世界领先水平,例如光纤衰减、几何尺寸、PMD、机械强度等性能和五年前相比有了大幅度提高。除大量供应国内市场外,并有小批量光纤出口到海外。国产光纤已普遍得到国内外用户的认可和赞许。
时至今日,已引进和自制共达到233条光纤拉丝生产线,产能达到11 300万公里规模,与目前的光纤市场容量相比,已略显供大于求,而仍有一些厂家还在继续新建和扩充产能,增加生产能力。虽然拉丝设备的产能已有富余,但前些年的拉丝塔大多只能拉制直径60mm及以下的较小尺寸的预制棒,拉丝速度也相对较低,只有1200m/min以下的程度;如果要拉大尺寸的棒和增加拉丝速度,必须对棒体的加热炉、夹持装置、压力涂覆、收纤盘等进行全面改造或更新,才能进一步提高效率降低拉丝成本。加之作为主要原材料的预制棒大量需要由国外供应,除价格波动因素外,遇到如今年3月日本地震等情况就会形成棒的货源短缺,拉丝塔开工不足的矛盾就会突显出来而影响了产能的发挥。我国光纤拉丝存在的上述诸多矛盾还需要光纤业界着力处置和解决。
目前,以长飞、烽火为代表的光纤厂家除了生产上述常规使用的通信用光纤之外,近年来相继投入一定规模的人力和资金进行各类特种光纤的开发和规模化生产,诸如色散补偿光纤、保偏光纤、掺稀土光纤、塑料光纤、耐高温光纤、抗幅射光纤、光子晶体光纤等,在线路色散补偿、传感器、物联网、光纤陀螺、传能、航天、军事、核电及核设施、风电、医疗、采矿、车船等多种领域的应用中发挥越来越重要的作用,具有令人瞩目的应用前景和市场潜力。特种光纤和光缆市场是通信之外应用范围更广、涉及领域更多的新型市场,虽然目前在我国这类光纤的产业化开发尚在初期阶段,但如能在光纤预制棒产业化发展进程中更多企业也能同步研发特种光纤制造技术,将对企业自身发展和我国的经济和社会进步作出新的贡献。
此外,数年前IEC提出了80μm石英包层细直径光纤的标准,由于这类光纤直径更细、重量更轻,具有理想的耐弯曲潜质,并且可以明显降低光纤和光缆以及线路敷设安装的制造成本。如能在光纤、光缆、敷设、应用的产业和应用链特别是用户网扩展使用这类光纤,对降低产品和线路安装成本、促进技术进步的作用不可小觑。现阶段有个别研究所和部门已在作一些探索性研究和试验,可望在相关条件具备之日得到规模化应用和推广。
2、光缆技术的发展
我国的光缆产业从上个世纪的七十年代起步至今已有三十多年的历史,但前期的生产厂家少、生产规模小、生产品种单一,所需光纤及其它材料几乎全部进口,生产光缆用的生产线和检测仪表也几乎全部依靠进口。生产初期也无国家或行业制定的产品标准,而是由设计部门或用户与生产厂协商确定技术要求来生产和供货。当时国产光缆所占国内市场的比例很小,用户所需光缆绝大部分由国外购买。我国光缆产业起步阶段的经验和技术积累为以后的发展奠定了基础,近十年来,光缆生产所需的原材料(芳纶还需进口)和生产设备已实现了国产化,测试仪表除波长色散和部分衰减测量的仪表外,也基本实现了国产化。室外光缆和室内光缆的各类品种全部可以自行设计自己生产。分立光纤结构的层绞式、中心管式光缆和光纤带结构的层绞式、中心管式、骨架式光缆成为市场用量最大的结构型式;从市场应用情况来看,前者层绞式最大芯数为144芯,也有用双层绞合方式的216芯,中心管式曾有12芯分束方式的最多96芯的应用记录,但近期已不再用这种结构;后者层绞式最大芯数达1000芯,中心管式最大芯数为432芯。
气吹光缆上世纪80年代初美国开始应用,随后欧洲的NKF、Prysmian等公司大量安装和使用。这种提高施工效率和管道资源的光缆和敷设方式于2002年在我国开始使用。从广义上来说气吹分两类:一类是将不同缆径的普通光缆用气吹的敷设方式吹入大约为40mm直径的塑料管中,即普通光缆的结构不变,只是施工部门对施工方式进行了气吹的革新,提高了施工效率,但管道资源没有充分利用,这种方式近年来已在各类干线和地区线路施工中大量应用;另一类是采用微缆微管的方式,即制造出细径光缆或光纤单元,将这种光缆或光纤单元用气吹方式吹入内径约为3.5mm~10mm的细径管道中,若干根微型管道置入一根粗管道内,不仅大大节省了管道资源,提高了光纤容纳密度,还能根据需要,可分期分批将光缆或光纤单元吹入不同的微管中,可有效节省建设投资。采用微缆敷设我国最典型的就是2005~2006年从江苏仪征至湖南长岭全长1018km与输油管道同沟敷设的长距离微缆气吹工程。由于种种原因,这种微缆微管方式在我国并未大量推广开来,只停留于一些局部试验工程。随着FTTH和用户网建设的推进,在通向住户家里或办公楼如采用微管内吹入光纤单元或微缆的技术应是值得推荐的方式。还有一些最初由国外开发应用的诸如路面微槽、下水管道等品种的光缆虽然结构和制造工艺并不复杂,也制定了对应的行业标准,但在市场上未能大量推广应用。究其原因,除国情不同之外,新的产品还应解决施工安装等一系列应用链上的难题并获得设计、施工、用户认可,才有可能推广应用。
普通光缆自不待言,就是生产难度较大的OPGW、OPPC等高压输电线上用的含有光纤的复合地线、复合相线和近海的海底光缆不光实现了国产化,产品性能、质量、品种、光纤芯数、单根缆的长度、生产规模、成本等均达到世界领先水平。电力部门近期进行多个城市FTTH的建设试点,采用低压电和光纤同缆入户的光电混合缆(OPLC)实现供电和信息同步传送方式,这类混合缆近期颇受市场青睐,成为一些光缆或光电缆厂的热销产品。
远洋敷设使用的跨洋远程海底光缆的制造和船载跨洋敷设目前在我国还是空白,和美国、日本、法国等国家的技术和设施尚有明显的差距。期待已具备近海光缆制造能力的企业和欲涉足这一产业的投资者填补其空白,在不久的将来开发和生产出高水平的跨洋远程海缆,使这一产品赶上并超过发达国家的水平。
五、光纤和光缆产业已建立完善的标准体系
为满足和适应全球光通信发展的需要,IEC和ITU-T已建立了完善的光纤光缆标准制修订组织和机制,制定了各类型光纤和光缆的标准和文件。我国的光纤和光缆国家标准和相关行业标准经过近三十年的持续运作,已制定和不断修订了体系完善、种类齐全的光纤、光缆及所用材料的国家级和行业级标准。现将我国现阶段主要使用的各类光纤和光缆的国家标准和行业标准列表如下所示,光纤和光缆所用材料的标准在此省略。
表3 我国现阶段主要采用的光纤光缆国家标准和行业标准
| 分类 | 标准号 | 标准名称 |
| 单模光纤国家标准 | GB/T9771.1-2008 | 通信用单模光纤 第1部分:非色散位移单模光纤特性(G.652 A、B) |
| GB/T9771.3-2008 | 通信用单模光纤 第3部分:波长段扩展的非色散位移单模光纤特性(G.652 C、D) | |
| GB/T9771.5-2008 | 通信用单模光纤 第5部分:非零色散位移单模光纤特性(G.655) | |
| 单模光纤行标 | YD/T 1954-2009 | 接入网用弯曲损耗不敏感单模光纤特性(G.657) |
| 多模光纤国标 | GB/T12357.1-2004 | 通信用多模光纤 第1部分:A1类多模光纤特性 |
| 光纤带行标 | YD/T 979-2009 | 光纤带技术要求和检验方法 |
| 光纤试验标准 | GB/T 15972-2008 | 光纤试验方法规范 |
| 光缆国家标准 | GB/T7424.1-2003 | 光缆总规范 第1部分:总则 |
| GB/T7424.2-2008 | 光缆总规范 第2部分:光缆基本试验方法 | |
| 通信行业室外光缆标准 | YD/T 901-2009 | 层绞式通信用室外光缆 |
| YD/T 769-2010 | 中心管式通信用室外光缆 | |
| YD/T 981.1-2009 | 接入网用光纤带光缆 第1部分:骨架式 | |
| YD/T 981.2-2009 | 接入网用光纤带光缆 第2部分:中心管式 | |
| YD/T 981.3-2009 | 接入网用光纤带光缆 第3部分:松套层绞式 | |
| YD/T 1460.4-2006 | 通信用气吹微型光缆及光纤单元 第4部分:微型光缆 | |
| YD/T 1460.5-2006 | 通信用气吹微型光缆及光纤单元 第5部分:高性能光纤单元 | |
| YD/T 1461-2006 | 通信用路面微槽敷设光缆 | |
| YD/T 1632.1-2007 | 通信用排水管道光缆 第1部分:自承吊挂式 | |
| YD/T 1155-2001 | 通信用“8”字形自承式室外光缆(正在修订) | |
| YD/T 1999-2009 | 微型自承式通信用室外光缆 | |
| 通信、电力、广电行业室外光缆标准 | YD/T 1114-2001 | 无卤阻燃光缆 |
| YD/T 982-1998 | 应急光缆(正在修订) | |
| GB/T 18899-2002 | 全介质自承式光缆(ADSS光缆) | |
| DL/T 788-2001 | 全介质自承式光缆(ADSS光缆) | |
| GY/T 130-2010 | 有线电视系统用室外光缆技术要求和测量方法 | |
| YD/T 2159-2010 | 接入网用光电混合缆 | |
| 室内外用光缆标准 | YD/T 1770-2008 | 接入网用室内外光缆 |
| YD/T 1997-2009 | 接入网用蝶形引入光缆(俗称皮线缆) | |
| 通信行业室内光缆标准 | YD/T 1258.1-2003 | 室内光缆系列 第1部分:总则 |
| YD/T 1258.2-2009 | 室内光缆系列 第2部分:终端光缆组件用单芯和双芯光缆 | |
| YD/T 1258.3-2009 | 室内光缆系列 第3部分:房屋布线用单芯和双芯光缆 | |
| YD/T 1258.4-2005 | 室内光缆系列 第4部分:多芯光缆 | |
| YD/T 1258.5-2005 | 室内光缆系列 第5部分:光纤带光缆 | |
| YD/T 1258.6-2006 | 室内光缆系列 第6部分:塑料光缆 | |
| 国军标 | GJB 1428A-1999 | 光缆总规范(正在修订) |
| SJ51428/2-1996 | 核试验防泄漏光缆详细规范 | |
| SJ51428/5-1999 | 一、二、四、六纤多模野战光缆详细规范 | |
| SJ51428/6-1999 | 鱼雷线导光缆详细规范 | |
| SJ51428/9-2002 | 层绞式光缆详细规范 |
六、光纤光缆的应用市场状况
在国内外信息化处于快速发展的大环境下,以宽带化为目标的3G、三网融合、FTTX等网络建设如火如荼,使得近几年来光纤光缆市场急速增长,从2006年的两、三千万芯公里增长到目前的八、九千万芯公里。鉴于我国目前的用户网带宽仅约为发达国家十分之一的现状,三大电信运营商根据自身发展的需求分别制定了“十二五”发展规划,对宽带基础网络建设和FTTH的覆盖率、带宽升级分别提出了具体目标和实施方案。此外,广电总局、国家电网、铁道部等部门均加大了光纤网建设力度。三大电信运营商根据自身发展的需要,近期分别制定了“十二五”规划,对宽带基础网络建设目标和FTTH的覆盖率和带宽升级分别提出了具体目标。例如中国电信计划“2011年新增FTTH用户3000万户,是“十一五”期间的三倍;2013年FTTH用户要达到8000万户,让南方城市的家庭用户均达到带宽20M接入;到“十二五”末,使FTTH用户超过一亿,南方城市的所有政府、企业和家庭实现光网全覆盖”。广电总局正在发力加快CATV网络的数字化和双向化的升级改造,以尽快实现全国范围的广电基础网络的双向多功能互动;同时为应对三网融合试点,在全国范围加速实现12M带宽的光纤到户建设,这些举措使广电系统光缆的需求量大幅增加。广电总局和电信运营商们均欲在三网融合和光纤到户网中占据更大地盘,以期争得更多长远和潜在的商机。到去年年底,我国铁道运营里程已达9.1万km,居世界第二,其中高铁里程达8358km,居世界第一。根据铁道部规划,到2020年铁道运营里程将达到12万km以上,其中高铁将达到1.6万km以上。按照上述规划,仅2011年的铁道建设投资就达8500亿元的规模,其中配套的铁路通信建设投资规模将有超过400亿元的程度,今后几年铁道通信用光缆的市场需求量也会处于高速增长期。电力系统在全国范围内开展的智能电网的改造和升级以及高压电网的加速建设促进了光缆的应用,特别是OPGW、ADSS、混合光电缆等适用于输电网和电力系统通信的特种光缆的需求。在这样的既有和潜在市场大背景下,在“十二五”期间的未来五年内,我国的光纤光缆市场将出现一个稳定发展的前景,其中,用户缆、室内缆将会有较大增长。近两年来,电信运营商的光缆集中采购除普通的室外缆之外,又将蝶形引入光缆、即皮线缆纳入集采的范围大批量采购用于FTTH和其它用户缆的工程建设中。
虽然前两年光纤光缆市场需求增长很快,但这两年众多光纤光缆厂家都不同程度扩大了产能,也有部分原来不生产光缆的厂家涉足光缆产业,因此供大于求的局面仍将持续下去,而且市场份额更加趋向于集中到制棒、拉丝、制缆产业链完整的少数大型企业集团手中。这样的格局使只有制缆能力的较小规模的企业市场运作维艰,利润小甚至无利润,不同规模企业的竞争能力更趋悬殊。这种市场态势促使一部分厂家在加速开发多种用途的特种光缆、寻求专用缆用户、开拓国外市场等举措中以差异化经营模式,在拓展新的商机中另觅捷径。
国外的光电缆产品供应商通常除了提供光电缆产品外,还提供工程所需的其它配套产品和附属配件,用户要求时还可提供建议的工程方案和咨询服务,为客户使用这些产品提供了很多便利。我国的运营商及其它光缆用户在建设FTTH等工程中面对复杂的施工环境也希望光缆厂商能提供更多配套器具,协助解决施工中的难题。光电缆厂家面临改变单一提供产品的经营理念,应向国外的同行学习借鉴其提供主产品外还提供配套产品和咨询服务,这种经营理念和经营方式的转型既可为客户提供了便利和服务,又可提升市场竞争能力,可实现供求双赢的良好经济效益及和谐的社会环境。
供求失衡造成光缆企业的微利或无利经营状况也进而波及到为光缆提供材料厂家的市场经营中,衍生出再生护套材料、钢丝的弹性模量低、钢铝带厚度偏薄等影响产品质量的显性或潜在性问题;虽然这类现象属个别和局部,但对质量的负面影响问题不可忽视。电信运营商和其它一些用户往往处于强势地位,在集采招标和采购应用中以价格高低作为成交的主要依据,评标中不断提高价格的权重比例,多次出现成交价低于成本的现象,导致本应“质量第一”的目标往往得不到有效实施。用户采用各种类型的检测、罚款、取消供货资格等措施以期封堵质量漏洞,虽然看似有效,但在抽检和线路使用过程中常常出现多起和供货成本相关联的质量问题。这些长期存在的问题如果不能得到有效解决的话,伴随而来的影响质量的隐性和表观性问题就难以从根本上消除。
因此,笔者建议运营商和其它用户在招标时不宜把价格压得过低,如果价格低于成本或无利润,产品必然会影响到质量。各级政府、行业管理部门和行业协会在设法规范市场秩序的前提下,似可制定有关政策和措施,督促市场相关的供求各方遵循市场法则和规律,横下一条心不断解决和改变光缆价格长期低价扭曲的状况,使我国光纤光缆行业沿着健康而可持续发展之路迈向信息化社会的明天。
