區(qū)域雷擊風險評估的子區(qū)域劃分

李鑫++葉博++楊靖++李享

摘要：在對一些特殊場所或大型項目進行區(qū)域雷擊風險評估時，會分成各個子區(qū)域分別根據區(qū)域雷擊風險評估模型計算區(qū)域內的風險因子，傳統(tǒng)方法是利用項目內的規(guī)劃劃分項目內的子區(qū)域，缺乏一定的合理性。而子區(qū)域的劃分是區(qū)域雷擊風險評估中的重要組成部分，在綜合考慮各種因素后，提出了用交線法從雷擊等效截收面積的角度來劃分子區(qū)域，最后通過一個石化廠區(qū)的案例，比較了交線法與傳統(tǒng)方法的特點，發(fā)現(xiàn)交線法在子區(qū)域的劃分中更加合理。

關鍵詞：區(qū)域雷擊風險評估；等效截收面積；交線法

中圖分類號：P429 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2017）05-0848-03

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2017.05.013

Sub-region Division of Regional Lightning Risk Assessment

LI Xin，YE Bo，YANG Jing，LI Xiang

（Hubei Provincial Lightning Protection Center，Wuhan 430074，China）

Abstract：When assessing the regional lightning risk for some special places or large projects， the region is to be divided into smaller sections and risk factors are figured out according to the regional lightning risk assessment model within the smaller divisions. Traditionally， the region is divided according to the project planning， which lacks rationality to some extent. As the division of regions is an important part of regional lightning risk assessment. With various factors taken into consideration， the intersection line method was put forward in the division of regions from the perspective of the equivalent intercept area struck by lightening. Finally， the comparison of characteristics between intersection line method and the traditional method was carried out through the case of a petrochemical plant， the results showed that the intersection line method was more reasonable in the division of regions than the traditional method.

Key words： regional lightning risk assessment； equivalent intercept area； intersection line method

區(qū)域雷擊風險評估是指對評估項目范圍內各個子區(qū)域中各個風險類型的危險程度、可能造成的損失程度做出的預測性評價。其作為一個比較新的方向，國內外的研究都處在探索和起步階段，現(xiàn)階段沒有成熟的評估標準可以引用，而子區(qū)域劃分的傳統(tǒng)方法是按照項目內的規(guī)劃來劃分，如陳華暉[1]主要是通過建筑物的規(guī)劃區(qū)間劃分子區(qū)域；林溪猛等[2]是通過項目的形狀、使用性質和功能來劃分子區(qū)域；扈海波等[3]、張燁方等[4]利用網格法對子區(qū)域的雷擊風險進行評估。因此有必要結合各種影響因素進行分析，合理地劃分子區(qū)域，并確定子區(qū)域間的分界線。

1 子區(qū)域劃分的影響因素與方法

在確定雷擊風險評估子區(qū)域時，一般從區(qū)域雷閃分布情況（具體差異指標為雷擊大地密度）[5-8]、 區(qū)域地域風險因素（具體差異指標為地形、土壤、區(qū)域周邊環(huán)境）[9-11]、區(qū)域內建設項目的形態(tài)特征（具體差異指標為平均高度）[12-16]、區(qū)域內建設項目屬性（具體差異指標為使用性質）[17-21]與區(qū)域內建設項目的雷電防護能力（具體差異指標為雷電防護水平）[22]5個因素來考慮。

由于新版雷擊風險評估規(guī)范[23]中對土壤電阻率的要求與之前有所不同，因此在子區(qū)域的劃分中區(qū)域地域風險因素可以忽略，而在一個項目中的子區(qū)域劃分首先應該按照各建筑物的項目屬性和形態(tài)特征進行分類，屬性相同和類似的建筑物應該劃為一個項目區(qū)塊，而一個項目總體設計實施的過程中，其設計理念和雷電防護水平對于同一屬性和形態(tài)的建筑物應該是基本相同的，因此，應綜合考慮區(qū)域雷閃分布情況、區(qū)域內建設項目的形態(tài)特征因素，而在區(qū)域雷擊風險評估中，子區(qū)域的劃分的關鍵在于各個屬性相同的項目區(qū)塊之間的劃分。

在建筑物雷擊風險評估的具體計算中發(fā)現(xiàn)，區(qū)域雷閃分布情況對雷擊風險評估計算結果的權重影響比較大，而雷擊大地密度由于建筑的避雷針效應與建筑物的高度息息相關，同時建筑物的高度又與建筑物的雷擊截收面積密不可分，因此用建筑物的雷擊截收面積來劃分子區(qū)域，并以雷擊截收面積的區(qū)域交線作為子區(qū)域間的分界線是一個比較合理的方法。

2 利用交線法確定項目區(qū)塊之間的交線

在兩區(qū)塊的項目屬性各不相同的情況下，分兩種情況確定項目區(qū)塊的交線位置。

1）兩項目區(qū)塊以區(qū)塊內建筑物3倍高度所展開的投影面積相交。如圖1所示，A和B分別為兩個項目區(qū)塊內的建筑物，h1為較高建筑物的高度，h2為較矮建筑物的高度，兩建筑物的外框距離為D，建筑物詳細尺寸如圖1所示，則O1O2應為兩區(qū)塊之間的交線，即子區(qū)域的分界線，同時可以根據計算確定交線的位置，設D1為交線距離較矮建筑物的距離，則：

D1=[D-3（h1-h2）]/2 （1）

2）兩項目區(qū)塊以區(qū)塊內建筑物3倍高度所展開的投影面積呈現(xiàn)包含關系。建筑物詳細尺寸如圖2所示，A和B建筑物的投影線相互平行，無交點，由于兩區(qū)塊間的項目屬性互不相同，則應該取較高建筑物的最大擴展面積，即矮建筑物的外邊線作為兩區(qū)塊的交線，即b1點的建筑物邊框線為子區(qū)域的分界線。

3 交線法在實際項目子區(qū)域劃分中的應用

以實際項目為例，用交線法確定子區(qū)域的分界線。圖3為一個石化工廠的項目圖，其中A1為辦公樓，A2為研發(fā)樓，B1為生產車間，B2為原料倉庫，C1為食堂，C2和C3為宿舍樓，圖中粗線為規(guī)劃廠區(qū)道路。已根據項目屬性和建筑形態(tài)將工廠劃分為A、B、C 3個區(qū)塊，再依據交線法畫出項目區(qū)塊的剖面圖，如圖4所示。由于A1和A2項目高度差異不大，在具體劃分中以A1建筑物高度作為A區(qū)塊整體高度，其他類同。同時利用式1計算交線的具體位置，最終確定項目各子區(qū)域的劃分，如圖5所示。而按照傳統(tǒng)子區(qū)域的劃分方式，會以規(guī)劃區(qū)域作為子區(qū)域的分界線，其子區(qū)域的劃分如圖6所示。

利用CAD軟件計算兩種方法劃分子區(qū)域的面積，比較結果如表1所示。

在進行區(qū)域雷擊風險評估時，子區(qū)域的劃分對評估結果的影響很大，一方面是由于不同的子區(qū)域劃分對區(qū)域內的雷擊大地密度可能會產生較大影響，進而影響雷擊風險評估的結果；另一方面是因為建筑物雷擊風險會因其高度的增加而增加，由此造成建筑物的避雷針效應。傳統(tǒng)方法中沒有考慮建筑物高度和項目屬性對于子區(qū)域的影響，以規(guī)劃區(qū)域來劃分子區(qū)域較不合理；而交線法考慮了建筑物高度對子區(qū)域的影響而對采取的區(qū)域劃分有一定的針對性，比傳統(tǒng)方法更為合理。由此可知，交線法劃分子區(qū)域的合理性優(yōu)于傳統(tǒng)方法，同時由表1可以看出，兩種劃分方法的差異顯著，可能會對區(qū)域雷擊風險評估產生較大影響。

4 討論

在區(qū)域雷擊風險評估中，應綜合考慮多種因素來劃分子區(qū)域，而利用交線法確定子區(qū)域的邊界較傳統(tǒng)方法更具合理性，應當加以利用。同時對于同一區(qū)塊內建筑物高度差異較大和建筑物之間存在錯位的情況下交線法的確定有待在進一步研究中驗證其適用性。

參考文獻：

[1] 陳華暉.區(qū)域雷擊風險評估方法研究及其應用[D].上海：華東理工大學，2014.

[2] 林溪猛，陳藝宏，盧輝麟.石化基地雷電災害區(qū)域風險評估方法與應用[A].中國氣象學會.第31屆中國氣象學會年會論文集[C].北京：氣象出版社，2014.210-220.

[3] 扈海波，李京校.雷電災害風險評估模型在社區(qū)空間尺度上對雷擊危險次數(shù)及脆弱性的模擬和分析[J].自燃災害學報，2015， 24（1）：191-202.

[4] 張燁方，馮真禎，王穎波，等.基于GIS的網格化雷電災害風險評估模型及其應用[J].氣象科技，2016，44（1）：142-147.

[5] 朱傳林，王學良，楊仲江.降維思想在統(tǒng)計雷擊大地密度中的應用[J].氣象科技，2012，40（5）：839-842.

[6] 王學良，張科杰，張義軍，等.雷電定位系統(tǒng)與人工觀測雷暴日數(shù)統(tǒng)計比較[J].應用氣象學報，2014，25（6）：806-809.

[7] 尹麗云，許迎杰，張騰飛，等.一種新的雷電日及雷電參數(shù)統(tǒng)計方法[J].氣象科技，2009，37（6）：739-743.

[8] 李家啟，汪志輝，任 艷，等.閃電定位系統(tǒng)與人工觀測雷電日參數(shù)對比分析[J].氣象科技，2012，40（1）：132-136.

[9] 徐崇浩，張曉春，余旭東，等.高土壤電阻率地質條件下接地技術探討[J].氣象科技，2007，35（增刊）：71-75.

[10] 李 萍，蔡河章，馬秀玉，等.高土壤電阻率下防雷裝置的設計[J].氣象科技，2014，42（5）：912-917.

[11] 李 政.重慶地區(qū)雷電活動規(guī)律及下墊面狀況分析[D].南京：南京信息工程大學，2011.

[12] 甘慶輝，許 薇，湯 強.電氣-幾何模型在雷擊風險評估中計算Cd值的應用[J].氣象與環(huán)境學報，2010，26（1）：69-71.

[13] 王 芳，李 劍，張衛(wèi)斌.雷暴路徑在雷擊風險評估中的應用初探[J].浙江氣象，2013，3（1）：39-41.

[14] 馬金福，汝洪博，馮志偉.雷擊風險評估中的位置因子Cd的探討[J].南京信息工程大學學報（自然科學版），2012，4（5）： 415-419.

[15] 李京校，宋平健，李如箭，等.特殊建筑物雷擊截收面積計算[J].氣象科技，2015，43（2）：331-337.

[16] 汝洪博，馬金福，馮志偉，等.建筑物雷擊次數(shù)等效截收面積計算方法[J].氣象科技，2013，41（1）：191-195.

[17] 張 欣，楊天琦，楊仲江.地下建筑物遭受雷擊損害的風險因子分析[J].電瓷避雷器，2014，259（3）：44-47.

[18] 張華明，楊世剛，張義軍，等.古建筑物雷擊災害特征[J].氣象科技，2013，41（4）：758-763.

[19] GB 50057-2010，建筑物防雷設計規(guī)范[S].

[20] 田 芳，劉 杰，肖穩(wěn)安，等.形狀復雜的建筑物雷擊截收面積的模型和計算方法[J].氣象科技，2014，42（6）：1118-1125.

[21] 魏秀梅.化工企業(yè)雷電災害風險評估與應用[J].氣象科技，2014，42（2）：353-358.

[22] 王學良，劉學春，史雅靜，等.武漢地區(qū)云地閃電特征及防護效率研究[J].氣象科技，2010，38（6）：806-809.

[23] GB/T 21714.2-2015，雷電防護 第2部分：風險管理[S].