湄潭縣浙大舊址古建筑雷電防護初探

田洪進，龍衾穎，陳林琴，易 丁

(1.貴州省遵義市氣象局，貴州 遵義 563002;2.貴州省金沙縣氣象局，貴州 金沙 563600;3.貴州省氣象局職工教育培訓中心，貴州 貴陽 550002)

1 引言

國內名勝古跡遭受雷電災害的案例很多，如北京故宮、承德避暑山莊普佑寺、山西運城稷山大佛寺等都遭受過雷擊，導致古建筑破損或毀壞，貴州湄潭浙江大學舊址屬貴州省國家級重點文物保護單位，其防雷設施基本沒有。本文將利用湄潭浙江大學舊址實地勘察資料、湄潭縣40 a氣象觀測資料、貴州6 a閃電監測網數據資料，按照IEC(國際電工委)62305雷電災害評估方法對舊址中具有代表性的兩處建筑進行雷電災害風險評估，以期為該舊址修繕保護雷電防護設計提供科學依據。

2 浙江大學舊址基本情況

貴州湄潭浙江大學舊址分布于貴州省遵義市湄潭縣湄江鎮和永興鎮兩地境內，修建已有上百年歷史，現保存較為完好的有9處:湄潭文廟、天主堂、雙修寺、義泉萬壽宮、西來庵、畜牧場實驗樓、永興教授樓、歐陽曙宅和李氏古宅，屬磚木或木結構建筑物，均為架空線纜入室，無防雷設施。

3 資料選取和實驗方法

本文選取1969—2008年湄潭縣氣象基準站的地面觀測資料、2006—2011年閃電監測網資料、選取兩種地處不同環境的天主堂(城區)和西來庵(農村)實地勘察數據作為基本分析數據。采用概率統計方法，對表征雷電活動的雷暴日數、地閃密度、地閃強度等特征因子進行分析，找出湄潭縣雷電活動的一般規律。依據IEC62305－2評估標準，對湄潭浙江大學舊址因雷電災害可能造成的人員傷亡風險和文化遺產風險進行分析計算，并探索降低存在的雷電災害風險，使之低于可承受的風險范圍。為湄潭浙江大學舊址古建筑重新修繕做好雷電防護提供依據。

4 實驗數據分析

4.1 雷暴分布

根據湄潭縣地面觀測資料數據統計分析，湄潭縣年平均雷暴日數53 d，略高于我省年平均雷暴日51.6 d，屬高雷暴區，閃電監測網資料分析的雷暴日區域分布與湄潭縣地面觀測資料的分析結果基本相符。

湄潭縣雷電活動主要發生在4－8月，月平均雷暴日數超過7 d，最高達12 d，峰值出現在6、7月，1、2月和11、12月為每年最低谷值。

經統計分析湄潭縣(縣城中心位置5km半徑范圍)年平均地閃次數 148次，地閃密度 5.3次/km2·a。

湄潭縣最大正(負)閃電強度、平均地閃強度分別是242(246.6)kA、51.5(36)kA。

4.2 土壤電阻率勘測

利用HT－TERR－234E接地電阻測試儀，采用等距四極測量方法，對湄潭浙大舊址的天主堂和西來庵兩地多點進行土壤電阻率勘測。

通過測量兩地的土壤電阻率變化不大，平均土壤電阻率分別是124.88Ω·m、131.60Ω·m，屬于低土壤電阻率范圍，有利于防雷裝置接地處理。

5 雷電風險分析

5.1 天主堂雷電災害風險計算

根據天主堂的長寬高(27 m、12 m、15 m)，通過對其建筑特性、鄰近線路及其連接內部系統的數據特性和室內特性計算得到R1、R3(表1、表2)。

表1 人員傷亡風險R1組成

表2 文化遺產風險R3組成

天主堂的R1和R3均為2.17 E－05，對于人員傷亡風險，已高于風險可承受值(E－05)，需要對建筑物進行防雷保護。而對于文化遺產風險，低于風險可承受值(E－03)，不需要對建筑物進行防雷保護。

5.2 西來庵雷電災害風險計算

根據西來庵的長寬高(35 m、35 m、12 m)，通過對其建筑特性、鄰近線路及其連接內部系統的數據特性和室內特性計算得到R1、R3(表3、表4)。

表3 人員傷亡風險R1的組成

表4 文化遺產風險R3的組成

西來庵的 R1和 R3分別為6.44E－05、6.10 E－05，對于人員傷亡風險，已高于風險可承受值(E－05)，需要對建筑物進行防雷保護。而對于文化遺產風險，低于風險可承受值(E－03)，不需要對建筑物進行防雷保護。

5.3 降低雷電災害風險的分析

天主堂和西來庵古建筑主要風險是人員生命損失風險，采取防雷措施后可使風險降低至可承受范圍。根據R1和R3的組成來看，R3取決于RB(與建筑物內因危險火花放電觸發火災有關的風險分量)和RV(與雷電流經過入戶服務設施產生的物理損害有關的風險分量)兩個風險分量，而R1除了這兩個風險分量外還包括了 RA、RU、RC2、RM2等多個風險分量。顯然，R3為較小的風險因子，故對湄潭浙大舊址古建筑的風險估算主要考慮R1。從計算結果來看，架空線纜入室及是否屏蔽和綜合布線又成了主要風險來源。

對天主堂和西來庵古建筑采取第二類防雷建筑物設計重新計算雷電災害風險后見表5，人員傷亡風險滿足評估標準的可承受值范圍。

表5 天主堂與西來庵主要風險計算結果比較

6 結論

通過對湄潭浙江大學舊址實地勘察數據，并利用湄潭縣40 a氣象觀測資料和6 a貴州閃電監測網實時數據資料進行統計分析，利用IEC62305－2雷電風險評估方法對湄潭浙大舊址古古建筑進行雷電災害風險分析計算，位于高雷暴區域的文物古建筑，雷電災害發生的風險較高，按第二類防雷建筑物考慮雷電防護措施可使雷電災害風險降至最低，并為湄潭浙大舊址雷電防護設計提供科學依據。同時該結論也可作為同類古建筑雷電防護設計參考。

［1］楊仲江.雷電災害風險評估與管理基礎［M］.北京:氣象出版社，2010.

［2］陳渭民.雷電學原理［M］.北京:氣象出版社，2006.

［3］IEC62305－2.Protection against lightning－Part 2:Risk management［S］.雷電防護－第2部分:風險管理，2010.

［4］IEC62305 －4，Protection against lightning－Part 4:Electrial and electronic systems within structures［S］.雷電防護－第4部分:建筑物內的電氣和電子系統，2010.

［5］GB50165－92.古建筑木結構維護與加固技術規范［S］.北京:中國計劃出版社，1992.

［6］蔣勇軍，況明生，匡鴻海，等.區域易損性分析、評估及易損度區劃——以重慶市為例［J］. 災害學，2001，16(3):59 －64.

［7］曹志建，甘文強.貴州省雷電活動規律初步分析［J］.貴州氣象，2010，34.