高速公路機電系統雷電災害風險評估

張晨

摘 要：雷電災害風險評估是防雷工作中的重要部分，通過風險評估可以有針對性地加強防雷措施，提高雷電防護效果。本文對雷電風險評估的技術方法進行了介紹，并針對高速公路機電系統設計雷電風險評估數據收集表單，從而更好地開展高速公路機電系統雷電災害風險評估工作。

關鍵詞：機電系統;雷電災害;風險評估;防雷

中圖分類號：TU856文獻標識碼：A文章編號：1003-5168（2020）28-0121-03

Risk Assessment of Lightning Disaster in Electromechanical

System of Expressway

ZHANG Chen

（Fujian Quanxia Expressway Management Co.， Ltd.，Xiamen Fujian 361021）

Abstract： Lightning disaster risk assessment is an important part of lightning protection work. Through risk assessment， lightning protection measures can be strengthened and lightning protection effect can be improved. This paper introduced the technical methods of lightning risk assessment， and designed lightning risk assessment data collection form for highway electromechanical system， so as to better carry out lightning disaster risk assessment of highway electromechanical system.

Keywords： electromechanical system;lightning disaster;risk assessment;lightning protection

雷電災害風險評估是做好防雷工作的必要條件。做好雷電災害風險評估工作，可以使工作人員有效認識和評價風險，并根據風險評估結果，對雷電防護措施中的薄弱環節進行改進，提高建筑物的雷電防護效果，最大程度上降低建筑物遭受雷擊的風險。目前，雷電災害風險評估的總體技術路線是基于《雷電防護第2部分：風險管理》（GB/T 21714.2—2015）提出的評估方法。本文以該標準為技術路線，根據高速公路機電系統的實際情況，對高速公路機電系統的雷電災害風險評價工作進行介紹。

1 基本概念

1.1 損害成因：雷電擊打的位置

雷電是造成雷災的致災因子，雷擊的位置可以分為以下幾種[1]：直接擊中建筑物，稱為S1;擊打到建筑周邊，稱為S2;擊打到與建筑物相連的設施，如電力線路等，稱為S3;擊打到建筑物相連設施的周圍，稱為S4。

1.2 雷擊造成的損害類型

根據建筑物自身的特性，可以將雷電災害造成的損害類型分為以下幾種：造成人和動物的傷害，稱為D1;造成物理傷害，稱為D2;造成電氣和電子系統的失效，稱為D3。

1.3 各類損害類型造成的損失類型

每一種損害類型，會導致不同類型的損失，根據建筑自身的情況，可以將損失類型分為以下幾種：造成人身傷亡，稱為L1;造成公眾服務損失，稱為L2;造成文化遺產損失，稱為L3;造成經濟價值損失，稱為L4。

雷電擊打的位置、雷擊造成的損害類型、各類損害類型造成的損失類型之間的關系如表1所示。

2 風險計算

分析完建筑物的損害成因、損害類型、損失類型后應進行風險計算。

2.1 風險和風險分量

雷電災害風險指的是因雷電造成的年平均可能損失的相對值。不同損失會產生不同的風險，具體如下：由L1造成的人身傷亡損失風險，稱為[R1];由L2造成的公眾服務損失風險，稱為[R2];由L3造成的文化遺產損失風險，稱為[R3];由L4造成的經濟價值損失風險，稱為[R4]。其中，每一種風險，又可以分解為不同的風險分量，它們之間的對應關系見表2。各風險的大小等于對應風險分量的累加和，例如，[R3=RB+RV]。

2.2 風險分量計算

對于各損害類型D（D1至D3）來講，其對應的風險[R]（[R1]～[R3]）是風險分量[RX]（[RA]，[RB]，…）的總和。風險分量可以根據公式（1）計算。

式中，[Nx]表示每年危險事件次數;[Px]表示建筑物的損害概率;[Lx]表示每一損害產生的損失率。

通過該式計算得到各風險值大小后，根據風險值和容許值的大小比較，判斷建筑物的防雷措施是否安全。

3 雷擊風險評估基本步驟

傳統的災害風險評估是根據承災體脆弱性、孕育環境及致災因子三要素進行分析，雷電災害風險評估也是基于這三個要素進行評估的，雷電災害風險評估主要分為以下幾個步驟[2-4]。

①確定建筑物中各種損失類型及相應的損失風險R1～R4。

②識別并計算構成損失風險R1、R2、R3、R4的各風險分量RA、RB、…、RZ，各損失風險都是由風險分量構成。

③根據風險分量計算風險R1～R4。

④將風險R1、R2、R3的值與可容許風險值RT 比較，確定是否需要采取雷電防護措施，表1給出了損失風險的容許值范圍。

⑤如需進行防雷措施經濟性評價，則需要分別計算采取防雷措施所需要的成本以及沒有采取防雷措施時的經濟損失，比較兩者的費用，如果采取防雷措施的成本小于沒有防雷措施時的雷擊經濟損失，則安裝防雷裝置在經濟上是合理的。這部分需要對建筑物的風險R4進行評估。

4 高速公路風險評估

高速公路主要建筑物分為收費站及其辦公樓、橋梁、隧道三大部分。因此，對其進行雷電災害評估時也將其分為這三個部分。每個模塊收集的信息包括：建筑物的基本信息、建筑物電源線路的基本信息、建筑物通信線路的基本信息。根據風險分量的計算要求，收集的信息涵蓋了風險分量計算所需的所有參數。通過實地調查、查閱設計或竣工圖紙等方式收集參數。利用這些參數及公式（1）即可計算得到各風險分量的數值，再將風險分量相加即可得到對應損失風險的大小。最后，比較計算值與風險容許值，判斷機電防雷中的薄弱部分，再對薄弱之處加強防雷措施，以更好地實現機電系統的雷電防護[4]。高速公路機電系統雷電災害風險評估參數收集表單見表4和表5，根據規范要求填寫表單，再計算各風險（各參數的填寫標準詳見《雷電防護 第2部分：風險管理》的附錄A、B、C）。

常用的風險值計算方式主要分為人工計算和軟件計算兩種。這兩種方式都存在著不足之處，人工計算方式較為耗時耗力，而且計算的準確性無法保證。軟件計算彌補了人工計算方式的不足，減少了計算所需的時間，提高了計算的準確性。但是，軟件需要進行設計和開發，開發需要時間和資金，而且軟件的使用也不夠便捷，需要在裝有該軟件的計算機上才能進行操作。此外，當風險計算的取值標準變動時，軟件數據庫表單的修改需要軟件公司人員進行維護，無法在第一時間開展，會造成評估工作的拖延，影響工作開展。而通過Excel的方式，可以很好地解決人工計算和軟件計算的問題。Excel既能快速地、精確地算出雷擊風險值，又能方便地進行后臺表單的維護。根據表4、表5制作合適的Excel表單，通過雷擊風險的計算公式，建立各數據之間的函數關系，即可自動計算得到最終的評價結果，實現雷擊風險的快速、準確計算。

5 結語

本文對雷電災害風險評估技術方法進行了梳理和介紹，針對高速公路機電系統設計了雷電災害風險評估表單，利用表單可以方便地收集機電系統雷電災害風險評估所需的相關數據，從而更好地開展機電系統的雷電災害風險評估工作。風險評估工作是高速公路機電系統雷電防護工作的重要部分，可以實現對已有項目防雷薄弱環節的診斷，并及時整改;也能實現對在建項目防雷設計的不足進行及時診斷，更改防雷設計和施工，減少因返工造成的經濟損失。

參考文獻：

[1]中華人民共和國質量監督檢驗檢疫總局，中國國家標準化管理委員會.雷電防護 第2部分：風險管理：GB/T 21714.2—2015[S].北京：中國標準出版社，2015.

[2]馬俊貴，納麗，齊曉鵬，等.幾種雷電災害風險評估計算方法應用對比分析[J].氣象與環境科學，2018（2）：129-133.

[3]黃偉信，周林，姚崧奇.陽茂高速公路機電系統的防雷設計[J].氣象研究與應用，2010（S2）：201-203.

[4]胡永彬.高速公路機電系統工程質量管理研究[D].蘭州：蘭州交通大學，2018.