淺議《雷電災害風險評估規范》與《建筑物防雷設計規范》計算結果的差異性

張曉軍

（鹽城市氣象局，江蘇鹽城 224000）

淺議《雷電災害風險評估規范》與《建筑物防雷設計規范》計算結果的差異性

張曉軍

（鹽城市氣象局，江蘇鹽城 224000）

在對建筑物的雷電災害風險評估的過程中，偶爾會遇到某些建筑通過《雷電災害風險評估規范》（GB/T 21714.2/IEC 62305-2 雷電防護 第二部分：風險管理）的計算結果與《建筑物防雷設計規范》（GB50057-2010）存在差異。本文例舉鹽城市某住宅樓為例，通過上述兩種規范對該建筑分別進行防雷類別計算，簡要分析兩規范的某些特定因子從而得出計算結果存在差異的原因。

雷電災害風險評估 建筑物防雷設計 計算結果差異性

1 材料與方法

1.1 建筑物基本情況

該住宅樓位于鹽城市區，地形平坦，交通便利，建筑物長：54.4米、寬：16.7米、高89.0米，共28層，距其約28米處有更矮的建筑物。建筑物的尺寸即：L=54.4m，W=16.7m，H=89.0m。

1.2 雷電災害風險評估計算

參照規范：GB/T 21714.2/IEC 62305-2 雷電防護 第二部分：風險管理。

火災風險：低 rf=0.001 滅火設施：滅火器、消防栓 rP=0.5 特殊危險：中等驚慌 hz=5 內部系統：P+S 雷擊密度：Ng=3.89［次/ （km2.a）］；位置因子：Cd=0.5；環境因子：Ce=0.1 Lc=1000m 土壤電阻率：ρ=27.66Ω·m。

該住宅樓及入戶線路的截收面積計算：

該住宅樓及入戶線路年預計雷電閃擊次數計算：

ND=NgAdCd10-6=0.5110次/年

NL（p）=NgAlCdCt10-6=0.0007次/年

NI（p）=NgAiCeCt10-6=0.0512次/年

NL（s）=NgAlCd10-6=0.0037次/年

NI（s）=NgAiCe10-6=0.2558次/年

該住宅樓雷電災害風險分量計算：

根據RA=ND×PA×ra×Lt

RB=ND×PB×h×rP×rf×Lf

RU=（NL+ND/a）×PU×ra×Lt

圖1 該住宅樓3.5km范圍內5年（2006～2010）地閃密度等級圖

RV=（NL+ND/a）×Pv×h×rP×rf×Lf

R1=RA+RB+RU+RV

得出R1=17.9974×10-5

對于該住宅樓風險R1=17.9974×10-5比可接收風險值RT=10-5的值高，所以需要對建筑物進行防雷保護。

為達到技術與經濟的最佳方案先采用三類防護措施：

則PB=0.1 PSPD=0.03 PA=0。

根據三類防護措施所得的風險值：

R1=1.2809×10-5

如上所述，采取三類防護措施后，該住宅樓風險R1仍比可接收RT=10-5的值高。

為了更有效的保護該住宅樓，采用二類防護措施：

PB=0.05 PSPD=0.02 PA=0。

根據二類防護措施所得的風險值：

R1=0.6410×10-5

如上所述，采取二類防護措施后，該住宅樓風險降至可承受風險值之下，即：R1＜10-5。

綜上所述，根據GB/T 21714.2/IEC 62305-2雷電防護 第二部分：風險管理得出該住宅樓應按照第二類防雷要求設計。

1.3 建筑物防雷分類計算

參照規范：《建筑物防雷設計規范》（GB50057-2010）

校正系數k：根據該住宅樓的實際情況，k取1；

雷擊大地的年平均密度：

鹽城市區近40年（1971年-2010年）的年平均雷暴日（Td）為28.7天，則

Ng=0.1Td=2.87次/（km2.a）；

由于該住宅樓H=89.0m，小于100m，則每邊擴大寬度

在其2D范圍內有比它更矮的建筑物，則等效面積：

建筑物年預計雷擊次數：N=kNgAe=0.05次/a

可知，該住宅樓年預計雷擊次數0.05次/a≤N≤0.25次/a

綜上所述，根據《建筑物防雷設計規范》（GB50057-2010）得出該住宅樓應劃為第三類防雷建筑物。

2 淺析計算結果的差異性

由于采取的規范不同，所以計算的方式也不同，但對于建筑物防雷而言，某些因子是必然要采用的。例如：年預計雷擊次數、截收面積等。

（1）年預計雷擊次數：雷電災害風險評估過程中，年預計雷擊次數Ng是采集該項目地理位置參數，根據其中心經緯度，通過雷電監測系統，統計分析該住宅樓3.5km范圍內5年（2006～2010）地閃資料得出的（見圖1）。

閃電定位儀：是一種監測雷電發生的氣象探測儀器，是指利用閃電輻射的聲、光、電磁場特性來遙測閃電放電參數的一種自動化探測設備，并把經過預處理的閃電數據實時地通過通訊系統送到中心數據處理站實時進行交匯處理，可全天候、長期、連續運行并記錄雷電發生的時間、位置、強度和極性等指標。

《建筑物防雷設計規范》中，年預計雷擊次數Ng是根據當地氣象臺、站資料確定年平均雷暴日后計算得出。

雷暴日：在指定區域內一年四季所有發生雷電放電的天數，用Td表示，一天內只要聽到一次或一次以上的雷聲就算是一個雷電日。通常情況下，距離觀測點15km以內的雷電可以聽到其雷聲，超出此范圍的雷電不能夠被聽到，也就是說，該指定區域的范圍是以觀測點為圓心，以15km為半徑的圓形區域。

這里的雷聲既包括云地閃發出的，也包括云內閃和云際閃發出的，所以雷暴日并不能準確表征地面落雷的頻繁程度。而上述的雷電監測數據是利用閃電定位儀對閃電放電參數得出的，其不僅可以接收地閃，還能接受到云閃，我們可以通過程序選擇利用它所接受的地閃，從而更加準確地計算出某一地區某一時段雷擊大地次數，所以對建筑物防雷而言，雷電監測數據Ng更準確且更具實際意義。

（2）截收面積：雷電災害風險評估中，對于平坦大地上的孤立建筑物，截收面積Ad是從建筑物上各點，特別是上部各點（見GB/T 21714.2/IEC 62305-2雷電防護 第二部分：風險管理 圖A.1）以斜率為1/3的直線全方位地面投射，在地面上由所有投射點構成的面積。可以通過作圖法或計算法求出Ad。

由GB/T 21714.2/IEC 62305-2雷電防護 第二部分：風險管理圖A.1可知，在雷電災害風險評估計算時，建筑物截收面積的計算中其每邊擴大寬度約3H。

《建筑物防雷設計規范》規定，當建筑物的高H小于100m時，其每邊的擴大寬度按公式=計算確定（見GB50057-2010圖A.0.3）。

如上所述，兩規范截收面積的計算方法也有所不同。

在《建筑物防雷設計規范》中，k──校正系數，在一般情況下取1，在下列情況下取相應數值：位于曠野孤立的建筑物取2；金屬屋面的磚木結構建筑物取1.7；位于河邊、湖邊、山坡下或山地中土壤電阻率較小處、地下水露頭處、土山頂部、山谷風口等處的建筑物，以及特別潮濕的建筑物取1.5。不難發現校正系數k反映的是建筑物所處的位置和環境，而這些在《雷電災害風險評估規范》表A.2、A.5表述更為詳細。

除以上因子外，雷電災害風險評估針對特定的項目還考慮了其它種種因子，在此就不一一例舉了。

綜上所述，運用不同的規范進行防雷類別計算，對于某些建筑物計算結果存在差異具有一定的必然性。因為《建筑物防雷設計規范》（GB50057-2010）是一種基本規范，而《雷電災害風險評估規范》（GB/T 21714.2/IEC 62305）對項目更具有針對性，考慮甚至更為全面。

3 結語

本文根據《雷電災害風險評估規范》（GB/T 21714.2/IEC 62305）及《建筑物防雷設計規范》（GB50057-2010）計算得出，鹽城市某住宅樓防雷類別的計算結果不一致，通過簡單的分析可知雷電災害風險評估結論因更符合項目特點、更經濟有效、更科學實用。所以說，大型建設工程、重點工程、爆炸危險環境等項目進行雷電災害風險評估是非常必要的。

［1］中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局，中國國家標準化管理委員會.GB/T 21714.2-2008/IEC 62305-2：2006 雷電防護 第2部分：風險管理［S］.北京：中國標準出版社，2008.

［2］中華人民共和國住房和城鄉建設部，中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局.GB 50057-2010，建筑物防雷設計規范［S］.北京：中國計劃出版社，2011.