淺談文物建筑防雷技術規范的應用

黃樹華 徐曉亮 王欣眉

摘要：本文通過中國氣象局和國家文物局聯合發布的氣象行業標準QX189-2013《文物建筑防雷技術規范》，結合全國重點的文物建筑青島迎賓館的防雷裝置設計施工實際情況，總結文物建筑防雷工作基本步驟和方法。

關鍵詞： 文物建筑 防雷 迎賓館

中圖分類號： TU746.2 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）10（a）-0000-00

文物建筑是被公布或登記為不可移動文物，是人類文化的重要遺產。文物建筑包括具有歷史價值、科學價值和藝術價值的古建筑、紀念建筑及優秀近代建筑。青島迎賓館主體建筑4000平方米，于1908年竣工完成。這座建筑歷經滄桑近百年，曾幾次易主，是青島市現有的全國重點的文物建筑。

因年代久遠，防雷裝置已經銹蝕失修。青島市定期對其進行維護修繕的過程中將防雷裝置作為其中一項重要內容。

1、文物建筑防雷勘察設計

文物建筑防雷勘察設計前應收集文物建筑所在區域相關資料，重點包括文物建筑所在區域的土壤電阻率、雷電活動規律、雷電災害歷史、建筑本體結構、材料、內部強弱電情況、建筑與周圍建筑、樹木的四至距離等。青島迎賓館可參考青島市雷電活動活動情況。青島市雷擊大地密度2.08次/（平方公里·年），每年6，7，8月份為雷電活動高發期。建筑周圍土壤含有礫石，土壤電阻率750歐姆·米。迎賓館的外部外觀為古堡式，采用磚石鋼木結構。高度為30米的外墻以黃色為基調，局部以花崗巖作裝飾，內部為木質結構。防雷設計與文物建筑修繕的設計同步進行。同時強調防雷設計方案在確保防雷安全的前提下執行最少干預原則，維持文物建筑的整體風貌。通過防雷勘察設計，根據文物建筑保護級別、使用要求及發生雷擊事故的可能性和后果確定防雷保護等級。青島迎賓館應劃分為第一類防雷文物建筑。

2、文物建筑防雷裝置要求

文物建筑遭受的雷電災害主要是通過直擊雷和雷電電磁脈沖。直擊雷防護技術主要是保護建筑物本身不受雷電損害，以及減弱雷擊時雷電流沿著建筑物泄入大地的過程中過電壓和地電位反擊對人身和建筑內設施的危害。對于具有木質結構的迎賓館要防止雷電引起的火災。

因此文物建筑的雷電防護系統的基礎是做好防雷直擊雷和防雷擊電磁脈沖的防雷裝置設計和施工。防直擊雷裝置主要包括接閃器、引下線、接地裝置組成的外部防雷裝置。防雷電電磁脈沖裝置主要由等電位聯結、電涌保護器組成。

2.1接閃器

根據文物建筑的特點，接閃器設計應充分結合文物建筑的類型和屋頂制式。迎賓館屋面接閃防護的總體思路是采用屋頂避雷短針（接閃桿）與避雷網相配合的保護方式。這種保護方式能夠和建筑結構良好配合又行之有效，對其建筑影響最小。第一類防雷文物建筑，接閃器網格尺寸設計需不大于10m*10m或者12m*8m的網格。屋頂避雷短針作為接閃桿，其對應的保護范圍滾球半徑為45米。對于突出迎賓館的建筑造型在避雷短針直擊雷保護范圍內。文物建筑上的較大金屬物體可作為接閃器使用。屋面裝飾旗桿同時用做避雷短針。避雷網接閃帶可采用接閃導體緊貼文物建筑屋脊敷設的方式安裝。為確保文物外觀不受影響，經文物保護單位和專家論證。將屋面接閃器安裝在脊瓦和金屬導水槽的下方，緊貼屋脊，同時加墊石棉阻燃的隔熱板。接閃器的材料、結構應符合GB50057-2010《建筑物防雷設計規范》的要求。迎賓館接閃器材料使用25mm*3mm紫銅帶沿屋角、屋脊等易受雷擊的部位敷設，接閃器的顏色與該建筑物屋面紅瓦的顏色協調一致。固定支架固定在屋面脊瓦下時不對屋面的防水結構和脊瓦造成破壞。接閃帶在轉角處應隨建筑物造型彎曲，構成一個完整的閉合通路。

2.2引下線

文物建筑防雷引下線應根據文物建筑的特點、使用要求合理選擇和布設引下線，可適當加大引下線截面積。引下線宜敷設在隱蔽處或游人不易觸及到的部位。第一類防雷文物建筑，引下線宜選用銅材。迎賓館新增引下線采用多股銅線沿建筑物從建筑上接閃器下端焊接牢固后沿后檐墻、墻角或檐柱順直引下。為了將引下線隱蔽，將其沿墻角封閉的金屬下水管外部后側敷設，這樣既美觀又能起到泄流引流的效果。引下線間距沿建筑布置間距不應大于18米，考慮在游人較多的正面避免敷設引下線。增加山墻、后檐墻及墻角引下線的根數使得專設引下線平均間距不大于18米，以滿足規范的要求。引下線上于距地面 0.3 米至 1.8 米之間裝設斷接卡，2.7米以下包交聯聚乙烯層。引下線采用不損傷文物構件的圓形抱箍方式固定。引下線在游人可能經過的區域采取防接觸電壓和防跨步電壓的措施。引下線3米范圍內土壤地表層敷設15厘米厚礫石層。

2.3接地裝置

文物建筑可采用閉合環形接地體和獨立接地體。考慮到迎賓館建筑保護要求較高，采用獨立接地體。接地裝置是為了迅速將雷電流泄放，較低的接地電阻能夠降低雷電流泄放過程中產生的反擊電壓和接觸電壓。第一類防雷文物建筑接地裝置沖擊接地電阻值要求不大于10歐姆。本工程我們設計要求接地裝置沖擊接地電阻不大于5歐姆。接地裝置的施工采用現代建筑的獨立接地體施工方法。每根引下線終端所連接的獨立接地體在土壤中接地線端頭的左右方向焊接兩根水平接地體和兩根垂直接地體。周圍土壤電阻率為750歐姆·米，水平接地體的總長度5米。接地裝置頂面埋設深度1米，以降低跨步電壓的危害。接地體設置在人員停留可能性小的有護欄園林綠化帶內。接地裝置避開了地下的金屬管道和線纜，避免反擊。各組獨立接地裝置通過接地線互相連接。最后回填土分層夯實。

2.4雷電電磁脈沖防護

文物建筑往往有新增的電氣系統和電子系統。安裝有電氣和電子信息系統的文物建筑需采取雷擊電磁脈沖防護措施，主要包括屏蔽、防雷等電位連接和安裝電涌保護器（SPD）。一次閃電放電產生的電磁波能夠影響到幾公里以外的敏感電子設備。迎賓館增設了消防、電子監視系統對電磁脈沖很敏感，一旦遭到電磁脈沖侵害，輕則導致系統重啟，重則導致設備擊穿報廢。迎賓館磚石鋼木結構不像鋼筋混凝土建筑的有法拉第籠式的雷電電磁脈沖防護基礎，雷電通道周圍的電磁場沒有任何衰減。為了對這些新增的電氣系統和電子系統設備進行雷電電磁脈沖防護，所有進入建筑物的外來導電物應在總等電位進行連接。電氣和電子信息接地電阻宜小于4歐姆。進出建筑物的電纜穿鋼管埋地引入。電源系統安裝配合的多組電涌保護器，弱電端口加裝適配的信號電涌保護器。屋面裝飾彩燈電源線纜穿鋼管敷設，并在開關的電源側與配電盤外殼之間按照電涌保護器。電子系統機房選擇在建筑物二層，設備采用金屬外殼的機架放置。信號線纜穿金屬配線槽敷設。機房內各種箱體、殼體、機架等金屬組件與建筑物接地系統的等電位連接網絡采用M型網形結構，各設備的等電位連接線的長度不大于0.5米。通過接地、等電位連接、屏蔽、綜合布線和安裝電涌保護這些措施可以有效的降低雷電電磁脈沖對電氣系統和電子系統的干擾和損壞。

結語

本文通過青島迎賓館防雷修繕工作應用文物建筑防雷技術的例子探討文物建筑防雷的基本步驟和基本思路。防雷工程作為文物建筑修繕工作的重要部分，要注重文化遺產保護與人生安全保護并重，因地制宜采取綜合防護，切忌修繕施工過程中對建筑造成二次破壞。文物建筑的防雷裝置投入使用后應加強防雷裝置的檢測與維護。青島市防雷中心每年在雷雨季節以前對迎賓館的防雷裝置進行防雷安全檢測。只有確保防雷裝置的安全有效，才能將文物建筑防雷技術用到實處。

參考文獻：

[1] 向廷輝；馬海榮；；防雷工程設計審核中直擊防護的審核內容[J]；新疆氣象；2006年05期

[2] 任帥；；防雷工程設計中需要注意的一些問題[J]；電氣應用；2006年11期

[3] 鄭江；林苗；；1000kV特高壓輸電線路防雷工程設計研究[J]；高電壓技術；2006年12期