賀州學(xué)院綜合防雷系統(tǒng)

李 韜，盧 崴，鄧寧文

1.賀州市氣象局，廣西 賀州 542800

2.玉林市氣象局，廣西 玉林 537000

3.廣西壯族自治區(qū)防雷中心，廣西 南寧 530022

0 引言

雷電是一種美麗又迷人的大氣放電現(xiàn)象，有著超長而耀眼的放電軌跡。當(dāng)雷暴云積累了足夠強(qiáng)的正（負(fù)）電荷，使得空間或者地面某處的電場達(dá)到了擊穿大氣的數(shù)值時，就產(chǎn)生了雷電。雖然雷擊過程只有幾十微秒，但雷電電流高達(dá)幾萬至幾十萬安培，電弧溫度也可達(dá)幾千攝氏度以上，對建筑群中高聳的建筑物及尖形物、空曠地區(qū)內(nèi)孤立物體以及特別潮濕的建筑物、屋頂內(nèi)金屬結(jié)構(gòu)的建筑物及露天放置的金屬設(shè)備等有很大威脅，可能引起坍塌、火災(zāi)等事故。全球每秒鐘約有46次雷電發(fā)生，而我國每一分鐘發(fā)生70余次雷電，頻繁的雷擊造成生命和財產(chǎn)的巨大損失。依法防雷、科學(xué)防雷，建立防雷安全保障體系，減少雷災(zāi)危害，已成為社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的要求。

雷電災(zāi)害屬于非確定性突發(fā)災(zāi)害，世界各國處理和解決非確定性突發(fā)災(zāi)害的實(shí)踐表明，采取預(yù)警技術(shù)對災(zāi)害實(shí)行分級防御是一種有效的減災(zāi)方法。近年來，預(yù)警的思想和模式已在我國各種突發(fā)社會事件、自然災(zāi)害、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行等社會公共安全領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。

1 賀州學(xué)院概況概況

賀州學(xué)院（英文：Hezhou University）是具有60多年辦學(xué)歷史經(jīng)國家教育部批準(zhǔn)設(shè)立的一所全日制公辦本科院校。校園占地總面積781畝，校舍建筑總面積22萬余平方米，在校師生超過12000人。

2 校園防雷現(xiàn)狀及分析

近年來，隨著教育事業(yè)的迅速發(fā)展，學(xué)校建筑規(guī)模不斷擴(kuò)大，信息技術(shù)的應(yīng)用也日益普及。但校內(nèi)存在的隱患卻眾多，許多建筑物和電子電器設(shè)備未及時按國家有關(guān)法律法規(guī)和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定采取適當(dāng)防雷措施，致使隱患日益顯著。導(dǎo)致隱患存在的如下原因：

1）防雷意識不足，甚至存在誤區(qū)；學(xué)校的經(jīng)費(fèi)有限，系統(tǒng)的防雷往往需要較大的資金；

2）新建建筑物許多后續(xù)電源系統(tǒng)和信息系統(tǒng)未進(jìn)過防雷驗(yàn)收，其防雷措施往往不到位；舊建筑物防雷隱患無系統(tǒng)、經(jīng)濟(jì)的整改方案；

3）雷電預(yù)警信息發(fā)布不暢，師生對預(yù)警信息接收途徑較少，且對預(yù)警信息的含義和如何避險不夠了解。

3 校園防雷風(fēng)險等級劃分與預(yù)警聯(lián)動機(jī)制方案的提出

3.1 雷擊風(fēng)險評估與雷電監(jiān)測預(yù)警

3.1.1 雷擊風(fēng)險評估

雷擊風(fēng)險評估是根據(jù)項(xiàng)目所在地雷電活動時空分布特征及其災(zāi)害特征，結(jié)合現(xiàn)場情況進(jìn)行分析，對雷電可能導(dǎo)致的人員傷亡、財產(chǎn)損失程度與危害范圍等方面的綜合風(fēng)險計算，從而為項(xiàng)目選址、功能分區(qū)布局、防雷類別（等級）與防雷措施確定、雷災(zāi)事故應(yīng)急方案等提出建設(shè)性意見的一種評價方法。這里主要采取IEC62305進(jìn)行雷擊風(fēng)險評估。

3.1.2 雷電監(jiān)測預(yù)警

雷電的預(yù)報和預(yù)警現(xiàn)今主要依托于雷電定位系統(tǒng)，氣象多普勒雷達(dá)，大氣電場探測儀三種觀測監(jiān)測技術(shù)。雷電災(zāi)害的發(fā)生和影響范圍屬于中、小尺度的天氣系統(tǒng)，多普勒雷達(dá)能夠有效地反映對流云的強(qiáng)度、高度和風(fēng)場結(jié)構(gòu)等信息，而大氣電場儀則可以有效地檢測雷暴云中電荷的分布，指示和預(yù)警閃電的發(fā)生。大氣電場結(jié)合閃電定位檢測數(shù)據(jù)和雷達(dá)回波綜合分析，能夠有效探測局地對流云在發(fā)生、發(fā)展、成熟、減弱不同階段特征，以及判斷和識別強(qiáng)雷暴云影響區(qū)域及未來發(fā)展趨勢。

3.1.3 綜合防雷體系

無論是雷擊風(fēng)險評估或者雷電監(jiān)測預(yù)警都是氣象科技服務(wù)的一部分。前者主要是依托歷史氣象觀測資料，總結(jié)分析項(xiàng)目所在地歷史雷電活動時空分布特征及其災(zāi)害特征，結(jié)合項(xiàng)目具體情況進(jìn)行風(fēng)險分析；后者偏重于利用實(shí)時的氣象觀測數(shù)據(jù)，發(fā)布預(yù)警信號。作為防雷體系兩個重要部分，但二者之間卻未能有效的結(jié)合在一起，以下就賀州市的一所學(xué)院作為示范點(diǎn)，探討包括雷擊風(fēng)險評估和雷電監(jiān)測預(yù)警在內(nèi)的綜合防雷體系實(shí)際應(yīng)用。

3.2 模式的提出

圖1 校園防雷風(fēng)險等級劃分與預(yù)警聯(lián)動機(jī)制方案的示意圖

對校園的雷擊風(fēng)險評估主要是對已有建筑物和場所的現(xiàn)狀評估，就是對校內(nèi)待評估區(qū)域、評估單體現(xiàn)有的雷電防護(hù)措施進(jìn)行雷電災(zāi)害風(fēng)險量的計算分析，給出現(xiàn)有雷電防護(hù)措施是否能將雷電災(zāi)害的風(fēng)險量控制在國家要求的范圍內(nèi)，給出科學(xué)、經(jīng)濟(jì)和安全的整改措施，提供風(fēng)險管理、雷災(zāi)事故應(yīng)急方案。評估所得出的風(fēng)險值利用數(shù)據(jù)庫、GIS等技術(shù)繪制出校園雷電災(zāi)害風(fēng)險區(qū)劃，建立起雷電監(jiān)測預(yù)警機(jī)制，組織起校園防雷應(yīng)急小組，有效地使雷擊風(fēng)險最大化的降低。具體模式示意圖如下所示：

4 綜合防雷體系

4.1 各區(qū)域風(fēng)險評估流程

賀州學(xué)院的雷擊風(fēng)險評估都是針對建筑單體進(jìn)行的，先確定各個可能存在的損失類型，確定并計算各分風(fēng)險R，根據(jù)超標(biāo)分量R類型提出合適的整改方案。

4.2 各個子單體的數(shù)據(jù)處理

雷擊風(fēng)險評估都是針對建筑單體進(jìn)行的，IEC62305方法中雷擊風(fēng)險的基本關(guān)系：R=N·P`L，全部雷擊風(fēng)險分量和來源扼要地歸納為一個4x8矩陣，利用這一基本計算原理，并利用EXCEL和WordPipe等設(shè)計出雷評專用軟件，它不僅可以將各個單體的風(fēng)險值計算簡化，同時能對風(fēng)險超標(biāo)的項(xiàng)目最佳的弱化手段。為學(xué)校雷電災(zāi)害防護(hù)提供了更加科學(xué)、有效、經(jīng)濟(jì)的預(yù)防手段，使學(xué)校防雷更加明細(xì)和防護(hù)措施有的放矢。

4.3 建立動態(tài)校園區(qū)域風(fēng)險動態(tài)信息庫，利用gis繪制校園雷擊風(fēng)險圖

通過計算分析形成賀州學(xué)院校園內(nèi)的各區(qū)域風(fēng)險值信息庫，信息庫不僅有建筑物的現(xiàn)有風(fēng)險值，同時還包括不達(dá)標(biāo)區(qū)域的最佳整改方案，以及臨時應(yīng)急方案。利用數(shù)據(jù)庫和GIS技術(shù)，實(shí)現(xiàn)校園雷擊災(zāi)害風(fēng)險的可視化區(qū)劃，并實(shí)現(xiàn)風(fēng)險圖與各區(qū)域風(fēng)險值數(shù)據(jù)庫的超級鏈接。賦予每個單體不同風(fēng)險等級：●（綠）風(fēng)險值達(dá)標(biāo)區(qū)域，●（藍(lán)）不達(dá)標(biāo)區(qū)域，●（黃）室外場所，●（紅）高危場所。

4.4 預(yù)警模式建立

4.4.1 校園防雷應(yīng)急小組

校園防雷風(fēng)向等級區(qū)劃為在校園內(nèi)實(shí)現(xiàn)實(shí)時的雷電監(jiān)測預(yù)警聯(lián)動機(jī)制提供了良好的條件。為了使預(yù)警模式有效的實(shí)施，賀州學(xué)院成立防雷安全應(yīng)急小組，應(yīng)急小組應(yīng)定期接受防雷知識和技術(shù)培訓(xùn)，特別是對區(qū)域風(fēng)險圖和風(fēng)險值數(shù)據(jù)庫使用的培訓(xùn)，并負(fù)責(zé)校內(nèi)以下主要任務(wù)為：

1）定期請有資質(zhì)的專業(yè)防雷檢測機(jī)構(gòu)檢測防雷設(shè)施，評估防雷設(shè)施是否符合國家規(guī)范要求，落實(shí)整改項(xiàng)目，消除隱患；

2）充分利用校內(nèi)廣播，短信等信息平臺，保證預(yù)警根據(jù)預(yù)警信號的暢通廣泛發(fā)布，并啟動相應(yīng)級別的應(yīng)急預(yù)案，檢查、落實(shí)預(yù)案的執(zhí)行情況，發(fā)布躲避通知，必要時組織避災(zāi)疏散；

3）配合有關(guān)部門開展災(zāi)情監(jiān)測工作；

4.4.2 應(yīng)急處置

雷電監(jiān)測預(yù)警信號分三級，分別以黃色、橙色、紅色表示。

表2 雷電監(jiān)測預(yù)警及應(yīng)急措施

雷電黃色預(yù)警信號6小時內(nèi)可能發(fā)生雷電活動，可能會造成雷電災(zāi)害事故。●（綠）●（藍(lán)）更高等級預(yù)警發(fā)布時做好臨時應(yīng)急預(yù)案●（黃）更高等級預(yù)警發(fā)布時停止活動●（紅）及時遠(yuǎn)離這次場所*略雷電橙色預(yù)警信號2小時內(nèi)發(fā)生雷電活動的可能性很大，或者已經(jīng)受雷電活動影響，且可能持續(xù)，出現(xiàn)雷電災(zāi)害事故的可能性比較大。●（綠）●（藍(lán)）做好臨時應(yīng)急預(yù)案●（黃）必須外出須使用汽車工具；*略雷電紅色預(yù)警信號2小時內(nèi)發(fā)生雷電活動的可能性非常大，或者已經(jīng)有強(qiáng)烈的雷電活動發(fā)生，且可能持續(xù)，出現(xiàn)雷電災(zāi)害事故的可能性非常大。●（綠）呆在室內(nèi)居中位置●（藍(lán)）做好臨時應(yīng)急預(yù)案 *略

4.4.3 校園防雷預(yù)警及應(yīng)急措施的宣傳與推廣

要進(jìn)行防雷首先要告訴別人為什么要防雷，氣象部門首先對校園防雷應(yīng)急小組安全進(jìn)行防雷安全培訓(xùn)，應(yīng)急小組再配合氣象部門做好宣傳推廣工作，包括：

1）做好在校師生的防雷科普、雷災(zāi)避險的宣傳工作；

2）建立校園防雷宣傳欄和警示牌，特別是預(yù)警信號、應(yīng)急措施和校園各區(qū)域風(fēng)險圖的張貼宣傳，在●（紅）高危場所樹立醒目的警示牌；

3）建立信息發(fā)布制度，充分利用校園內(nèi)現(xiàn)有渠道，并建設(shè)電子信息屏等發(fā)布渠道，確保信息及時、準(zhǔn)確、客觀、全面。

5 模式的總結(jié)與推廣

賀州學(xué)院的綜合防雷系統(tǒng)是一個預(yù)防預(yù)警模式，是將氣象防雷科技成果轉(zhuǎn)化與應(yīng)用，總體目標(biāo)是利用風(fēng)險評估等手段，為學(xué)校雷電災(zāi)害防護(hù)提供了更加科學(xué)、有效、經(jīng)濟(jì)的預(yù)防手段，使學(xué)校防雷更加明細(xì)和防護(hù)措施有的放矢；進(jìn)一步降低賀州學(xué)院遭受雷電災(zāi)害的風(fēng)險和損失，通過有效的預(yù)警機(jī)制，有力保障了在校師生的生命和財產(chǎn)安全，把“防雷減災(zāi)，利國利民”落到實(shí)處。

在此模式中，雷擊風(fēng)險評估通過雷電監(jiān)測預(yù)警得到了雷電流強(qiáng)度、落雷密度，大大提高了其報告的準(zhǔn)確性和科學(xué)性，利用了雷評作為關(guān)鍵技術(shù)的校園防雷風(fēng)險等級劃分又使得雷電監(jiān)測預(yù)警做到更到位、更精細(xì)化。兩種業(yè)務(wù)在內(nèi)的綜合防雷體系模式在村落、大型單位、廠區(qū)甚至城區(qū)都可以值得推廣和應(yīng)用。

[1]IEC62305.雷電防護(hù).

[2]孟青呂偉濤等.地面電場資料在雷電預(yù)警技術(shù)中的應(yīng)用[J].氣象，31(9).

[3]尹娜，肖穩(wěn)安.區(qū)域?yàn)?zāi)害易損性分析、評估及易損區(qū)劃[J].熱帶氣象學(xué)報，2005，17(5)：638-644.