雷電防護實驗室建設與創新人才培養

李慶玲，肖穩安，王鐵邦，趙學余

(1. 南京信息工程大學 繼續教育學院，江蘇 南京 210044; 2. 南京信息工程大學 大氣物理學院，江蘇 南京 210044; 3. 南京信息工程大學 實驗室與設備管理處，江蘇 南京 210044)

雷電是眾多大氣現象中的一種[1-2]，是云地之間迅猛的脈沖放電產生強烈的閃光并伴隨巨大的響聲的一種既可怖又壯觀的大氣物理現象。自然界這種強大的放電，能夠直接擊在建筑物或防雷裝置上，或從建筑物的側、旁擊在建筑物上，危害地面上的建筑物等物體和人、畜生命。1989年8月12日9時55分，青島黃島油庫遭雷擊，2.3萬立方米原油儲量的5號儲油罐爆炸起火，大火共燃燒104小時，燒掉原油4萬多立方米，占地16.67hm2的老罐區和生產區設施全部燒毀，直接經濟損失3540萬元，10輛消防車被燒毀，19人犧牲，100多人受傷，其中公安消防人員犧牲14人，負傷85人。雷電不僅僅是直接擊中建筑物危害地面上的建筑物及人、畜生命，雷電產生的強大電磁脈沖(LEMP)也具有極大的破壞性[3-4]。隨著現代化進程的加快，特別是信息產業的迅猛發展，自動控制、通信和計算機網絡等微電子設備和電子系統在各行各業得到廣泛應用，雷擊事故帶來的損失和影響也越來越大。雷擊造成的電子設備直接經濟損失達雷電災害總損失的80%以上。雷電災害是聯合國10年減災委員會公布的對人類生活影響最最嚴重的10種自然災害之一，也是“電子時代的一大公害”。雷電既造成巨大的經濟損失，也給社會帶來難以估量的間接損失，對社會影響很大。本文將重點論述雷電防護實驗室建設與專業創新人才的培養。

1 雷電防護科學與技術專業的創建與發展

防雷減災成為國家保護人民生命財產的重要內容，受到各級政府的高度重視。1999年10月31日，第九屆全國人大常委會第二次會議審議通過的《中華人民共和國氣象法》中明確提出：各級氣象主管機構應當加強對雷電災害防御工作的組織管理，并會同有關部門指導對可能遭受雷擊的建筑物、構筑物和其他設施安裝的雷電災害防護裝置的檢測工作[5]。

在這一思想的指導下，全國防雷工作發展很快，防雷事業風起云涌，但是，國內沒有一個教育機構培養雷電防護專業人才，從事防雷的專業人才幾乎是零。南京氣象學院(現在的南京信息工程大學)抓住這個機遇，通過調研，了解“雷擊”主要指瞬時過電壓/過電流所產生的影響，造成瞬時過電壓/過電流的原因可以是直擊雷、感應雷、傳導雷、操作過電壓等，防雷技術主要有引雷放電、旁路分流、等電位連接、屏蔽技術等，防雷工程設計與審核、防雷系統檢測與驗收、防雷技術研究與開發、雷電監測和預警等是防雷業務的重要內容[6-13]。防雷工作的特點是業務范圍寬、知識跨度大、涉及學科多，防雷是一個跨學科、實踐性強的新專業。

按照國家有關本科專業人才的培養規格[1,3-4]，結合防雷業務的特點，2000年南京信息工程大學在電子信息工程專業目錄下開辦了雷電防護與電磁兼容專業方向，2005年雷電防護科學與技術(以下簡稱防雷專業)成為教育部批準的目錄外專業，2007年教育部批準南京信息工程大學自主設置雷電科學與技術二級學科的博士點和碩士點。專業成立以來，防雷專業得到了迅速發展，滿足雷電防護事業對人才的需求。

從防雷專業涉及雷電防護對象、雷電防護技術方法和雷電防護業務范圍可以看出，防雷專業是一個實踐性很強的工科類專業，把課堂理論教學與社會生產實踐結合起來是搞好防雷教學和培養優秀人才的重要環節。

2 雷電防護實驗室建設鑒定了實驗教學基礎

防雷專業的課程包括了雷電物理學、建筑學、電學、電工學、電子學、電磁學、計算機技術、工藝制造等多學科的課程內容，涉及雷電物理過程，雷電危害機理和途徑，運用工程設計方法、電工電子技術、通信技術、計算機網絡技術等，開發防雷產品、設計防雷工程，檢查防雷設施的安全可靠性，開展雷電監測和預警服務。

辦好防雷專業、培養雷電防護專業人才，離不開雷電物理過程的觀測實驗研究，即金屬、電子防雷產品的研發、測試、工程安裝實驗。防雷裝置的檢測方法需要在大量實際的防雷工程中使用，需要觀測雷電發生發展、研究雷電物理過程的引雷實驗場所，需要開發研制并能夠測試雷電防護產品的電工電子技術實驗室，需要防雷工程設計、施工、檢測、驗收的實驗實習基地，以及雷電監測和預警的示范區域。為此，從2001年起，學校已先后投資幾百萬元購置了雷電電涌測試系統、防雷器件參數測試系統、空間電磁場測量系統以及交流電源分析儀、絕緣電阻測試儀、接地電阻測試儀、矢量網絡測試儀等多種儀器設備，建立了防雷專業實驗室，擁有了一定的專業課程實驗開發研究能力，并在上海、南京、蘇州、南通、揚州等地建立了“防雷生產實習基地”和“防雷產學研基地”，為雷電防護的理論與實踐相結合提供了廣泛的空間，也為學校和地方聯合辦學、共同提高提供了平臺。

近20個省市防雷中心建立了“防雷生產實習基地”，為理論與實踐相結合提供了更廣泛可靠的空間，也為學校和地方聯合辦學、共同提高提供了平臺。

除此之外，與國內、校內外相關專業實驗室、實驗基地的科技合作不僅擴充了雷電防護實驗室的功能，同時也開發了新的雷電實驗基地，為雷電防護實驗室進一步發展建設打下了良好的基礎，進一步滿足了防雷專業的教學實驗實習的需要。

3 加強防雷實驗室管理，發揮實驗室的效能

實驗室建立了，能否合理使用、充分發揮效益，管理好實驗室是保證。防雷實驗室是一個專業特色很顯著的專業實驗室，執行校、院管理模式。

學校依據特色專業的社會需求、發展前景、專業實驗課程設置、學科發展趨勢以及可開展的科學研究課題確定實驗室的規模投資建設。

院系制定實驗室管理制度、設置專職實驗管理和實驗教學人員，承擔實驗教學和管理實驗的日常運行管理。管理制度明確規定了實驗室運行、儀器設備使用、實驗室開放、課程實驗、科研實驗、與校內外相關實驗室、實驗基地合作開發新產品、新項目的規章和制度。

防雷實驗室管理緊密結合專業特點，保證了防雷專業的學生受到基本訓練(包括生產實習和室內實驗)，開展科學研究并開發新系統、新技術，培養有扎實的電子技術、信息系統、雷電防護的基本理論、基本知識和基本技能，并能從事防雷技術開發與應用以及電子設備、信息網絡系統研究、設計、開發和應用等工作的高級工程技術人才[14-15]。

4 雷電防護實驗室開放使用培養了創新人才

高校實驗室建設是基礎，管好是保證用好見效益出成果。南京信息工程大學雷電防護科學與技術專業

創辦之初就注意到實踐教學的重要性，雷電防護實驗室的建設、防雷生產實習及產學研基地建設幾乎與專業建設同步進行，把雷電防護基本理論知識教學與雷電防護工程設計、產品研發、防雷裝置檢測、雷電監測和預警實踐教學有機結合，保證了教學質量和科技成果產出，培養了大批專業創新人才[16-17]。

4.1 雷電防護實驗室開放使用，保證了教學質量

防雷專業涵蓋了多個學科相互交叉的教學內容，需要了解雷電形成的物理過程及雷電危害建筑、電氣設備等的機理，需要熟練掌握雷電安全防護工程技術、方法和防雷裝置安全檢測方法。所有這些理論、技術、方法需要在實驗室和實習場所實驗，進行驗證、研究、開發。雷電防護實驗室多年來為防雷專業開設了閃電定位和大氣電場儀觀測實驗和實習，電涌保護器(SPD)的沖擊實驗，SPD的啟動電壓、漏電流、分布參數、信號SPD幅頻特性測量實驗，接地電阻測試實驗，表面電阻測試實驗，土壤電阻率的測試實驗，空間電磁場強和建筑物、信息系統電磁屏蔽效果測量實驗等幾十個實驗項目。通過這些實驗、實習和課程設計、畢業設計，使學生把課堂學習的理論應用于防雷實際，保證了培養實際動手能力強的特色專業的教學質量。

4.2 雷電防護實驗室開放使用，教學、研發成果豐碩

雷電防護實驗室和生產實習、產學研基地除了承擔日常的教學生產實驗、實習外，實驗室向專業教師、學生開放，鼓勵教師和學生在實驗室進行防雷產品開發和實驗，支持利用實驗室資源申請研究課題。十幾年來，雷電防護科學與技術專業的教師和學生利用防雷實驗室的設備與校內相關專業實驗室合作開發出大氣電場儀、電涌保護器、雷電監測和預警系統、雷擊災害風險評估軟件等多項科技產品和多部教學課件，獲國家專利、獎勵、軟件著作權10多個，教學、研發成果豐碩。

5 結束語

雷電防護實驗室的建設、優化管理和使用夯實了防雷專業培養目標，培養出一批防雷減災急需創新人才。辦學14年來，防雷實驗室、防雷生產實習基地、產學研基地密切配合雷電防護科學與技術專業，為國家培養了100多名防雷博士生和碩士生、1 000多名本科學生，同時還培訓近萬名在職專業人員。受到良好學歷教育的畢業生和接受過防雷專業培訓的業務人員遍布全國各地，成為防雷減災管理的好手、防雷產品開發的主力，承擔著重大雷電防護工程設計、雷擊災害風險評估和雷電監測和預警的研究，有的已成為國際防雷委員會的成員。配合雷電防護科學與技術專業建立的防雷專業實驗室，填補了國家防雷專業設置和急需防雷專業創新人才培養的空白。

[1] Wallace J M，Hobbs P V.大氣科學概觀[M].王鵬飛,譯.上海：上?？茖W技術出版社，1981.

[2] Golde R H.雷電[M]. 李文恩，李福壽,譯.北京:水利電力出版社，1983.

[3] 汪道洪，郄秀書，郭昌明.雷電與人工引雷[M].上海:上海交通大學出版社，2000.

[4] 中國氣象局雷電防護管理辦公室.1998—2002全國雷電災害典型實例匯編[Z].內部資料.

[5] 全國人民代表大會常務委員會. 中華人民共和國氣象法[EB/OL].www.gov.cn.

[6] 中國氣象局雷電防護研究會籌備組.首屆中國防雷論壇論文摘編[G].上海:2002.

[7] 張小青.建筑物內電子設備的防雷保護[M].北京:電子工業出版社，2000.

[8] 劉繼.電氣裝置的過電壓保護[M].北京:電力工業出版社，1982.

[9] 虞浩，臧庚媛，張勛文，等.現代防雷技術基礎[M].北京:清華大學出版社,1995.

[10] GB50057—94,建筑物防雷設計規范[S].

[11] 廣東省防雷中心,廣州市防雷減災辦公室.國際防雷技術標準規范匯編[Z]. 2001.

[12] 關象石.ITU—T防雷標準匯編[Z].內部資料，2002.

[13] 中華人民共和國教育部高等教育司.普通高等學校本科專業目錄和專業介紹[M].北京：高等教育出版社，1998.

[14] 楊宇科，楊開明.加強高校實驗室建設與管理的思考[J].實驗技術與管理,2012，29(10):204-206,209.

[15] 韓宇男,吳伶錫，周并舉.高校專業實驗室建設與管理模式探討[J].實驗技術與管理,2013，30(7):224-227,235.

[16] 熊文元,譚永宏，包本鋼.地方高校實驗教學應用型人才培養的改革與探索[J].實驗技術與管理,2012，29(9):120-122.

[17] 梁燁煒,劉彪，杜玉豐.開放實驗室資源 促進創新能力培養[J].實驗技術與管理,2013，30(11):50-52.