杭州市酒店雷電災害特征及防雷裝置問題分析*

邢天放 張衛斌* 鄭文佳 任 勇 王 皓

(1.浙江省氣象安全技術中心,浙江 杭州 310008;2.杭州市氣象安全技術中心,浙江 杭州 310051)

0 引 言

雷電災害是聯合國公布的10種最嚴重的自然災害之一,也是目前中國十大自然災害之一。浙江省是雷電災害高發的省份,每年雷擊造成的人員傷亡、經濟損失影響巨大。2007—2013年浙江省雷電災害受損行業統計數據表明:發生一次雷電災害,導致住宿、餐飲和旅游行業的直接經濟損失約為6.69萬元,位于10類行業中的第三位[1-2]。杭州作為休閑旅游度假名城,酒店行業發展迅猛,特別是在G20杭州峰會召開后,不僅酒店數量有所增加，而且國際化程度不斷提高。據統計,截至2018年末,杭州全市注冊在營的酒店有741家,其中星級飯店有145家[3]。酒店作為人員較為密集的場所,加強對其雷電災害及防護的研究分析是十分必要的。目前,大多數研究人員主要是對某地區某時間段內的雷電災害整體情況進行研究分析、評估等,對特定對象或行業雷電災害及其防護情況的分析研究較少,尚沒有對酒店行業雷電災害及其防護的研究分析[4-6]。

基于以上事實,本文根據1998—2018年杭州市雷電災害資料和G20杭州峰會接待酒店防雷檢測數據資料，對酒店雷電災害和防雷裝置存在的問題進行數理統計與分析,為杭州市酒店行業雷電災害的防護等工作提供重要的科學依據。

1 杭州雷電活動規律概況

杭州地處亞熱帶季風氣候區,是雷電活動發生頻繁的區域,年平均雷暴日數為34 d,屬于中雷區,其雷電密度高,閃電強度大,雷電災害多發。根據浙江省ADTD閃電監測定位系統數據資料統計分析可知，杭州市近10 a共發生地閃48萬余次,其中負地閃占比為96.33%,平均負地閃電流強度為35.59kA,平均正地閃電流強度為53.26kA,春、夏季地閃較多,地閃高發時段集中在午后和傍晚[7-9]。

2 酒店雷電災害特征分析

2.1 時間分布特征

由杭州市雷電災害統計資料可知，1998—2018年杭州市共發生酒店雷電災害84次。由酒店雷電災害年分布圖(圖1)可知,1998—2018年杭州市酒店雷電災害發生次數隨年份的變化不太規律,但整體上有增加的趨勢;雷電災害發生次數最多的年份為2012年和2015年,均為8次;1998—2018年杭州市酒店雷電災害發生次數的年平均值為3.95次。

圖1 1998—2018年杭州市酒店雷電災害年分布圖

由1998—2018年杭州市酒店雷電災害月分布(圖2)可知,杭州市酒店雷電災害均發生在每年的2—10月,其他月份沒有發生;酒店雷電災害的發生具有明顯的季節性特點,即春季(3—5月)和夏季(6—8月)是酒店雷電災害的高發期,其占比總和為89.16%;夏季是酒店雷電災害發生最多的季節,其占比為59.04%,這主要是由于杭州地處亞熱帶季風氣候區,夏季天氣炎熱,溫濕氣流旺盛,對流活動比較頻繁,容易造成雷電災害的發生。

圖2 1998—2018年杭州市酒店雷電災害月分布圖

2.2 空間分布特征

杭州地形復雜多樣,西部屬于浙西丘陵區,主干山脈有天目山等;東部屬于浙北平原,地勢低平,河網密布,湖泊密布。分析1998—2018年杭州市酒店雷電災害發生區域占比可知，杭州市酒店雷電災害的發生具有較顯著的地域分布特點,整體上西部丘陵地區比東部平原地區發生比例高很多。其中,占比居前3位的淳安縣、富陽區、臨安區均屬于西部丘陵地區,其占比總和為71.08%。此外,杭州上城區、西湖區和蕭山區的酒店雷電災害也相對較多。

在整理數據資料中發現,1998—2018年杭州市有多個酒店發生過多次雷電災害。由表1可知，發生多次雷電災害的酒店均在杭州西部丘陵地區;發生多次雷電災害的酒店均位于水域的周邊,而且周邊水域范圍越大或離水域越近的酒店，發生雷電災害的次數越多。

表1 杭州市發生多次雷電災害的酒店情況

造成以上這種空間分布特征的主要原因可能有以下兩點:一是杭州西部丘陵地區整體建筑物密度和高度均比東部平原地區低,位于東部平原地區的酒店更易受到周邊高大建筑物的保護，降低了其遭受雷擊損害的概率;二是發生多次雷電災害的酒店多分布在水陸交接的千島湖、富春江、錢塘江周邊,這些酒店周邊多為空曠區域，周邊土壤電阻率畸變較大,由于雷擊的選擇性,雷擊更容易發生在水陸交界的區域,大大增加了該區域酒店遭受雷擊損害的概率。

2.3 地閃密度分布特征

浙江省ADTD閃電監測定位系統于2007年投入業務試用,已并入全國閃電監測網穩定運行10多年。該系統由分布在全省的11個監測站點組成,通過測向法、時差法以及測向時差混合法等進行地閃定位探測,系統為雷電災害事故調查鑒定、雷電災害風險評估、雷電公共和專題監測服務等提供了較好的科技支撐。本文基于2007—2018年的閃電監測資料，研究分析了杭州市地閃密度分布情況(圖3)。杭州市地閃分布存在明顯的地域性差異,總體上呈“東西高中間低”的分布趨勢,表現為兩大片、若干點狀分布,片狀高密度區主要分布在富陽、蕭山南部以及淳安、建德西部。

圖3 2007—2018年杭州市地閃密度分布圖(審圖號:浙S(2021)41號)

發生多次雷電災害的酒店位置,均分布在富陽區和淳安縣。其中,富陽區的兩家酒店所在位置為該區地閃密度的高值中心,淳安縣的4家酒店處在高密度區的邊緣,總體來說,這6家酒店所在地區均易發生閃電。6家酒店地處丘陵地帶,且多位于大型水域的周邊,易遭受雷擊。此外,酒店發生雷災次數的多少可能還與酒店自身防雷措施和地閃電流強度等因素有關。

2.4 損失特征分析

根據雷電災害級別劃分標準和杭州市酒店雷電災害資料統計分析可知，1998—2018年杭州市酒店雷電災害均造成了一定的經濟損失,但未造成人員傷亡,災害級別屬于一般雷電災害,其中個別雷電災害造成的經濟損失較大,級別接近于較大雷電災害[10]。下面對雷電災害造成的直接經濟損失和酒店系統設備損壞情況進行進一步分析。

圖4為1998—2018年杭州市酒店雷電災害造成的直接經濟損失統計圖。經分析可知，歷年雷電災害造成直接經濟損失的平均值為8.41萬元,單次雷電災害造成直接經濟損失的平均值為2.13萬元。歷年雷電災害造成直接經濟損失的最大值是2000年的35.54萬元,單次雷電災害造成直接經濟損失的最大值也是發生在2000年,其損失值近20萬元,災害級別接近于較大雷電災害。此外,1998—2018年杭州市酒店雷電災害造成的直接經濟損失與雷電災害次數有一定的關聯。

圖4 1998—2018年杭州市酒店雷電災害造成的直接經濟損失統計圖

雷電災害對杭州市酒店造成的直接經濟損失主要表現在對其系統設備的損壞。從圖5可知，造成損壞較多的是通信設備、監控設備和計算機系統設備。這主要是因為通信設備、監控設備和計算機系統設備均為電子信息系統設備,更容易受到雷擊電磁脈沖和閃電電涌侵入損壞。

圖5 1998—2018年杭州市酒店雷電災害造成設備損壞占比圖

3 防雷裝置問題分析

2016年為保障G20杭州峰會的安全召開,我們嚴格按照國家相關規范和技術標準的要求,對近50家G20杭州峰會接待酒店(以下簡稱G20接待酒店)的防雷裝置進行了統一、全面的檢測。為便于分析,首先將G20接待酒店防雷裝置存在的問題按照綜合防雷系統(圖6)措施類別進行分類,然后根據分類數據進行統計分析[8，11-12]。

圖6 綜合防雷系統框圖

通過數據統計分析發現，僅有不足10%的G20接待酒店防雷裝置不存在問題。圖7為G20接待酒店防雷裝置各措施存在問題占比圖。由圖7可知，在各項防雷措施中均有存在問題的酒店防雷裝置;除引下線、合理布線防雷措施外,酒店防雷裝置在其他防雷措施中出現問題的占比均超過50%;酒店防雷裝置中存在問題最多的是接地裝置和屏蔽措施。下面將對每一項防雷措施存在的問題進行單獨統計分析。

圖7 G20接待酒店防雷裝置各措施存在問題占比圖

3.1 外部防雷措施問題分析

圖8為存在接閃器問題酒店的占比圖,通過該圖結合現場檢測記錄發現，具體問題主要有以下3點:第一,保護范圍和未與引下線、屋面金屬物等電氣連接兩方面的問題最為突出,各占29.41%。其中,保護范圍問題主要是酒店的屋檐、檐角未處于接閃器的保護范圍內或屋面無金屬外殼、保護網罩的用電設備未處于接閃器的保護范圍內;而未與引下線、屋面金屬物等電氣連接問題，主要是屋頂上，永久性金屬物(如欄桿)未與引下線及其接地裝置形成電氣貫通，接閃器未與屋頂外露的其他金屬物形成電氣連接。第二,未設置接閃器的酒店主要是建造時間較早的低矮仿古式、花園山莊式酒店,該部分酒店在早期未設計安裝接閃器。第三,部分酒店從未進行過防雷裝置檢測與維護，出現了接閃器倒伏、斷裂以及嚴重銹蝕等敷設狀況與連接工藝等方面的問題。

圖8 存在接閃器問題酒店的占比圖

在該次防雷檢測中，大部分的酒店采用建筑物柱內主筋作為暗敷引下線,而存在問題的引下線主要是明敷引下線。其問題主要有兩方面:一方面,部分從未進行過防雷裝置檢測的酒店,通過此次檢測發現其引下線的接地阻值超標;另一方面,部分酒店的明敷引下線未設置防接觸電壓和跨步電壓措施。

在接地裝置方面,最突出的問題是酒店監控機房、消控機房、電信機房等的電氣電子設備以及酒店大門進出口處或院內的桿式監控設備未設置安全保護接地，或其安全保護接地電阻值超標,其占比總和達78.57%。若其周邊有雷擊發生,可能會對以上電氣電子設備造成嚴重的雷電電磁脈沖或閃電電涌侵入損害,進而可能會對酒店的正常運行、安保工作以及人身安全產生嚴重影響和危害。

3.2 內部防雷措施存在的問題分析

屏蔽包括建筑物屏蔽、機房屏蔽、設備屏蔽以及線纜屏蔽。通過統計分析發現，在屏蔽措施存在的問題中，92.31%為線纜屏蔽問題，主要表現為線纜線槽未封閉、線纜屏蔽層未接地以及橋架金屬線槽接地阻值超標等。

在等電位連接措施存在的問題中,61.29%為機房未設置等電位接地端子或機房等電位連接網絡;25.81%為機房內部分設備未進行等電位連接;9.68%為屋面金屬物未進行等電位連接;3.23%為機房設備、管道、橋架間等未設置等電位連接跨接線。

在合理布線措施方面,64.29%的問題為屋面線纜懸掛、纏繞在接閃器或其他金屬物上;35.71%的問題為機房弱電線路與強電線路的線纜纏繞布置。

在安裝浪涌保護器措施方面,首先是未安裝浪涌保護器問題(圖9),這主要表現在酒店低壓電源線路引入的總配電箱(柜)處、屋面節日彩燈和航空障礙信號燈及其他用電設備線路的配電箱內，未按照相關標準規范要求設置浪涌保護器。其次是參數不符合要求的問題,主要表現在其浪涌保護器的級別或其電壓保護水平不符合標準規范要求。而連接導線問題主要體現在其長度值超標或未按照短而直的要求布設。

圖9 存在安裝浪涌保護器問題的占比圖

3.3 防雷安全管理問題

通過此次檢測發現，部分酒店屋頂有較高的樹木，并設有露天茶水、咖啡吧臺,部分酒店臨水區域設有水上休閑設施,部分酒店院內有距離建筑物較近且高于建筑物的高大樹木或旗桿,在以上區域均存在防雷安全管理缺失問題。應該在雷雨天氣加強對該部分酒店的防雷安全管理,防止雷擊造成人員跨步、接觸電壓傷害或旁落閃擊傷害。

4 結 語

根據以上數據資料分析,得出以下結論。

(1)由雷電災害發生的時間分布可知,杭州市1998—2018年酒店雷電災害平均發生次數為3.95次/a，且近年有增加的趨勢。1998—2018年杭州市酒店雷電災害均發生在每年的2—10月，且春季(3—5月)和夏季(6—8月)是雷電災害的高發期,其占比總和為89.16%,這與杭州地閃多發生在春、夏季的特點相一致。此外,春、夏季也是杭州旅游的高峰期,游客較多,應提前加強對雷電易發區內旅游景點酒店的防雷檢測與安全管理,以免酒店遭受雷電災害造成人員恐慌或傷亡事件的發生。

(2)由雷電災害的空間分布可知，第一,1998—2018年杭州市酒店雷電災害的發生次數西部丘陵地區比東部平原地區要多,占比居前3位的淳安縣、富陽區、臨安區均屬于西部丘陵地區,其占比總和為71.08%;第二,發生多次雷電災害的酒店均在杭州西部丘陵地區，均位于水域的周邊,而且周邊水域范圍越大或離水域越近的酒店，發生雷電災害的次數越多。造成這種空間分布特點的主要原因，可能是與酒店所處區域的建筑物密度、周邊水域環境和土壤電阻率畸變有關。此外,發生多次雷電災害的酒店均處于地閃密度高值中心或高密度區邊緣的閃電易發區。應加強對杭州西部丘陵地區酒店，尤其是水域周邊酒店的雷電防護與防雷安全管理。

(3)由雷電災害造成的損失可知，1998—2018年杭州市酒店雷電災害均造成一定的經濟損失,但未造成人員傷亡,災害級別屬于一般雷電災害,個別雷電災害級別接近于較大雷電災害。雷電災害容易造成酒店的通信設備、監控設備和計算機系統設備損壞,這主要是因為其設備耐受沖擊電壓額定值較小,更容易受到雷擊電磁脈沖和閃電電涌侵入損壞。

(4)通過分析杭州G20接待酒店防雷裝置檢測問題資料發現，第一,酒店防雷裝置存在問題的數量較多,酒店管理方平時應注重防雷檢測與安全應急管理，提高酒店的防雷安全水平;第二,電氣電子設備的安全保護接地、線纜屏蔽以及安裝浪涌保護器3個方面的問題較為突出,這也是雷電災害易造成酒店通信、監控和計算機系統等設備損壞的重要原因;第三,加強對酒店屋頂吧臺、水上休閑設施以及高大樹木或旗桿等雷電易發區域的防雷安全管理,避免雷擊造成酒店經濟損失和人員傷亡事故的發生。

(5)政府相關部門應在春、夏季杭州旅游高峰期前,加強對雷電易發區內旅游景點酒店的防雷安全排查與管理,開展適當的防雷安全科普宣傳教育活動，提高酒店管理者和游客的防雷意識與水平。