已有建筑物雷擊風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估中幾個(gè)問(wèn)題的探討

李洪峰 劉 敏

(浙江省防雷中心,浙江杭州310017)

0 引 言

2005年IEC發(fā)布了建筑物的雷擊風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估標(biāo)準(zhǔn),各地先后展開(kāi)雷擊風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估工作,大部分都是在設(shè)計(jì)階段的評(píng)估。由于相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)出臺(tái)不久,雷擊風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估還處于起步階段,實(shí)際操作中對(duì)技術(shù)規(guī)范理解有偏差,評(píng)估不夠精細(xì),量值不夠準(zhǔn)確等問(wèn)題比較普遍,但隨著雷擊風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估業(yè)務(wù)的開(kāi)展,規(guī)范化、精細(xì)化的要求顯得越來(lái)越緊迫。

現(xiàn)在對(duì)已有建筑物的雷擊風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估客觀上存在很大的社會(huì)需求。已有建筑物已經(jīng)投入使用,其使用性質(zhì)、內(nèi)部設(shè)備、防雷裝置等很可能發(fā)生了改變,評(píng)估參數(shù)的獲取更加復(fù)雜,操作過(guò)程中經(jīng)常會(huì)遇到不同的問(wèn)題。為了使對(duì)已有建筑的雷擊風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估過(guò)程更加科學(xué)合理,評(píng)估結(jié)果更加精確,在此對(duì)評(píng)估中的幾個(gè)問(wèn)題進(jìn)行探討,希望對(duì)大家的雷擊風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估工作有所借鑒。

1 已有建筑物的雷擊風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的意義

1.1 已有建筑物的雷擊風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的必要性

雷擊風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估可以分為以下兩種情形：第一,風(fēng)險(xiǎn)事件發(fā)生之前(建筑物還處在規(guī)劃設(shè)計(jì)階段);第二,風(fēng)險(xiǎn)事件發(fā)生之后(建筑物已經(jīng)建成并已投入使用)。第一種情況下,因?yàn)榻ㄖ镞€處在規(guī)劃設(shè)計(jì)階段,雷擊風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的依據(jù)只能是設(shè)計(jì)(規(guī)劃)圖紙,相關(guān)評(píng)估數(shù)據(jù)的獲取比較單一,評(píng)估過(guò)程也比較程式化。而第二種情形的雷擊風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估相對(duì)比較復(fù)雜,已有建筑物可能會(huì)因?yàn)楦鞣N原因,其使用性質(zhì)、內(nèi)部裝置、人員分布以及對(duì)周邊環(huán)境的影響可能會(huì)和當(dāng)初設(shè)計(jì)有變化。有些做過(guò)防雷工程的建筑物遭受過(guò)雷擊,造成了雷擊災(zāi)害,有的甚至是反復(fù)遭受雷擊災(zāi)害。這種情況下定性地分析雷擊風(fēng)險(xiǎn)源是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的,必須對(duì)建筑物做全面的雷擊風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估,對(duì)各種風(fēng)險(xiǎn)量量化,對(duì)癥下藥,有針對(duì)性的采取防護(hù)措施,更為經(jīng)濟(jì)和有效。從這些方面講,對(duì)已有建筑實(shí)施風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估更加具有針對(duì)性和現(xiàn)實(shí)意義。

1.2 已有建筑雷擊風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估與常規(guī)雷擊風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的幾點(diǎn)區(qū)別

已有建筑物雷擊風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估與常規(guī)雷擊風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估流程雖然相似,但是具體操作上有很大不同,主要有以下幾方面的區(qū)別：

(1)評(píng)估所需的資料

已有建筑物評(píng)估因子值的獲取和設(shè)計(jì)階段的有很大區(qū)別,以現(xiàn)場(chǎng)勘測(cè)獲取原始數(shù)據(jù)為主,設(shè)計(jì)圖紙只能當(dāng)作參考,比直接從設(shè)計(jì)圖紙獲取參數(shù)要復(fù)雜。有些建筑建造年代久遠(yuǎn),沒(méi)有設(shè)計(jì)圖紙可供參考,這就要求所有的數(shù)據(jù)資料必須現(xiàn)場(chǎng)勘測(cè)獲取?，F(xiàn)場(chǎng)勘測(cè)應(yīng)注意以下幾個(gè)方面：線路的布設(shè)走向、線路的屏蔽和等電位連接、設(shè)備的接地和等電位連接、接閃器的布設(shè)和接地、SPD的安裝情況和有無(wú)爆炸危險(xiǎn)物品及其分布情況等。

我們?cè)谧鲈u(píng)估之前需要對(duì)被評(píng)估的對(duì)象及其服務(wù)設(shè)施有全面的了解：包括其用途、重要性、所處環(huán)境、所在地的氣候特點(diǎn)和雷暴活動(dòng)、有無(wú)雷災(zāi)歷史等信息。如果有雷災(zāi)歷史的,應(yīng)該先調(diào)查了解雷災(zāi)情況,并且在評(píng)估報(bào)告中反映出來(lái)。在評(píng)估報(bào)告中反映上述資料也是有必要的。

(2)現(xiàn)場(chǎng)勘測(cè)需要的主要儀器裝備

對(duì)已有建筑物的評(píng)估現(xiàn)場(chǎng)勘測(cè)所用到儀器裝備會(huì)比常規(guī)的評(píng)估要多很多,主要用到的儀器和裝備有：GPS定位儀、土壤電阻率測(cè)試儀、等電位測(cè)試儀、接地電阻測(cè)試儀、數(shù)碼相機(jī)、激光測(cè)距儀等。如果是已經(jīng)發(fā)生了雷擊災(zāi)害需要雷災(zāi)調(diào)查就還需要剩磁儀等技術(shù)裝備。對(duì)于被評(píng)估對(duì)象所處環(huán)境、有無(wú)防雷裝置、防雷裝置的參數(shù)、安裝位置等都需要有詳細(xì)記錄并且拍照。

(3)風(fēng)險(xiǎn)處理方案的選擇

對(duì)超標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)的處理,可能會(huì)有多種方案可以選擇,實(shí)施每種方案都會(huì)付出經(jīng)濟(jì)成本,所以進(jìn)行防護(hù)方案成本的比較是不可或缺的環(huán)節(jié)。在G B/T 21714-2008中有評(píng)價(jià)保護(hù)措施的成本效率的流程(見(jiàn) G B/T 21714-2008 5.6)。

在選擇降低風(fēng)險(xiǎn)值方案的時(shí)候,和對(duì)設(shè)計(jì)階段的評(píng)估有所不同。對(duì)設(shè)計(jì)階段進(jìn)行評(píng)估時(shí),風(fēng)險(xiǎn)值超標(biāo)可以修改設(shè)計(jì)來(lái)降低,有很大的自由度。對(duì)于已建成的建筑物,首先要考慮方案的可行性,畢竟對(duì)已建成投入使用的建筑物做大的整改已經(jīng)不太現(xiàn)實(shí);然后還要考慮方案的經(jīng)濟(jì)性,改造成本也都應(yīng)該計(jì)入 CPM;最后經(jīng)過(guò)比較,選擇實(shí)施較經(jīng)濟(jì)的雷擊風(fēng)險(xiǎn)處理方案。

2 已有建筑物雷擊風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估中應(yīng)該注意的幾個(gè)問(wèn)題

2.1 評(píng)估因子的量值問(wèn)題

2.1.1 線路屏蔽

線路屏蔽在設(shè)計(jì)圖紙中一般只在某些電氣施工圖說(shuō)明中簡(jiǎn)短提到,有的甚至不提及。在雷擊風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估中,線路屏蔽是很關(guān)鍵的一個(gè)因素,已有建筑物的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估,線路屏蔽性能是要勘測(cè)的重點(diǎn)之一。線路屏蔽性能不僅要查看線路是否有屏蔽層,還要測(cè)量其屏蔽層的等電位連接情況和單位長(zhǎng)度電阻。如果測(cè)量其屏蔽層單位長(zhǎng)度電阻有困難,也可以根據(jù)屏蔽線纜的型號(hào),查到該型號(hào)電纜的電氣參數(shù),對(duì)照 G B/T 21714.2-2008表B.6取值計(jì)算。我們?cè)趯?shí)際的評(píng)估中經(jīng)常會(huì)遇到這樣的情況：圖紙上設(shè)計(jì)要求采用屏蔽電纜,但是在實(shí)際勘查中發(fā)現(xiàn),并沒(méi)有使用屏蔽電纜,或者雖然采用了屏蔽電纜,但是由于屏蔽層沒(méi)有做等電位連接,或者連接不良,起不到屏蔽效能。對(duì)于沒(méi)有起屏蔽效能的屏蔽電纜應(yīng)作為非屏蔽電纜對(duì)待。

2.1.2 內(nèi)部布線

按照 G B/T 21714.2-2008表B.5取值,確定 KS3。這里要注意導(dǎo)線構(gòu)成環(huán)路面積的大小和屏蔽層的單位長(zhǎng)度電阻,這兩個(gè)參數(shù)決定了環(huán)路中感應(yīng)電壓、電流的能量的大小?，F(xiàn)場(chǎng)勘查中,線路(電源和信號(hào)線路)的布線情況不能忽視,一定要查清線路走向和布設(shè)方式,確定其構(gòu)成環(huán)路面積。很多業(yè)主為了美觀,將局部冗長(zhǎng)的線路繞成多匝線圈,這種情況是經(jīng)常遇到的。這種做法很不妥,例如一捆繞成半徑0.5 m的線圈,一匝的感應(yīng)面積約為0.79 m2,繞20匝,其等效感應(yīng)面積就為15.71 m2,計(jì)算環(huán)路面積時(shí),這部分面積也應(yīng)該計(jì)入,這點(diǎn)在現(xiàn)場(chǎng)勘測(cè)中應(yīng)該引起重視。

2.1.3 配合SPD的判定

在常規(guī)的設(shè)計(jì)階段雷擊風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估中,設(shè)計(jì)圖紙上設(shè)計(jì)多級(jí)SPD保護(hù),一般只判斷SPD的設(shè)計(jì)是否配合,實(shí)際設(shè)計(jì)安裝情況無(wú)法得知,有很大局限性。而在對(duì)已有建筑物評(píng)估時(shí),不僅要檢查SPD的參數(shù),還需要檢查SPD的安裝情況。在SPD安裝情況檢查中,可能會(huì)出現(xiàn)以下常見(jiàn)問(wèn)題：配電箱內(nèi)裝設(shè)有SPD模塊,但是沒(méi)有接入電路,形同虛設(shè);SPD模塊已經(jīng)失效,沒(méi)有更換;SPD連接線長(zhǎng)度過(guò)長(zhǎng),或者截面積不符合要求;SPD安裝位置不符合規(guī)范,接地線未接地等問(wèn)題。對(duì)于安裝不符合規(guī)范的情況,都不能判定為配合的SPD。對(duì)SPD的現(xiàn)場(chǎng)勘察時(shí),應(yīng)該記錄下已安裝SPD的型號(hào)、參數(shù)、安裝位置、保護(hù)對(duì)象、距離等因素,畫出線路圖并且結(jié)合線路圖拍下照片。

2.2 評(píng)估計(jì)算過(guò)程中的幾個(gè)問(wèn)題

2.2.1 建筑物等效截收面積Ad的計(jì)算

對(duì)于形狀簡(jiǎn)單(可視為平行6面體)的建筑物截收面積的計(jì)算有很明確的計(jì)算公式,這里不再贅述。實(shí)際評(píng)估中,我們會(huì)碰到比較復(fù)雜的建筑,原建筑物屋頂加設(shè)通訊鐵塔的情況比較常見(jiàn)。對(duì)于較復(fù)雜的建筑物的截收面積的計(jì)算算法雖然簡(jiǎn)單,計(jì)算過(guò)程卻比較繁瑣,容易出錯(cuò)。如果對(duì)于不太精確的做法,G B/T21714.2-2008 A.2.1.1中給出用以最高突出部分高度Hp計(jì)算的方法,并且說(shuō)明Amin和突出部分截收面積相比以較大值作為截收面積也是可接受的。筆者認(rèn)為此方法在某些情況下(例如圖1中建筑物占地面積較大,形狀不規(guī)則,屋頂安裝有鐵塔)會(huì)產(chǎn)生很大的偏差,影響到評(píng)估結(jié)果的準(zhǔn)確。這種情況下利用CAD里面的面積自動(dòng)計(jì)算工具可以方便快捷并且精確的計(jì)算出截收面積Ad。如圖1中所示的不規(guī)則形狀建筑物,其準(zhǔn)確的截收面積應(yīng)該是鐵塔截收面積和高度為H=Hmin截收面積的并集。線路“a”端的截收面積也可以利用CAD工具計(jì)算。

圖1 確定形狀較為復(fù)雜的建筑物的截收面積 Ad

2.2.2 地閃監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的應(yīng)用

為更加科學(xué)準(zhǔn)確地確定雷擊大地密度Ng,在評(píng)估計(jì)算中需要利用地閃定位資料。在G B/T 21714.2-2008附錄A提到“在世界上的很多地區(qū),這個(gè)數(shù)值由地閃定位網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)提供。注：如果沒(méi)有 Ng的分布圖,在溫帶地區(qū),可以作如下估算 Ng≈0.1×Td”。規(guī)范中明確有條件的應(yīng)優(yōu)先使用地閃定位網(wǎng)資料,只有在沒(méi)有地閃資料的溫帶地區(qū)才適用 Ng的計(jì)算公式。浙江屬于典型的亞熱帶季風(fēng)氣候,而規(guī)范中沒(méi)有針對(duì)亞熱帶地區(qū)的 Ng計(jì)算公式,目前很多評(píng)估中仍按照此公式計(jì)算 Ng。浙江省于2007年建成了全省地閃定位網(wǎng),積累了2007年以來(lái)的地閃數(shù)據(jù)。雖然只有3 a的數(shù)據(jù)量,但可用來(lái)參照計(jì)算被評(píng)估對(duì)象點(diǎn)的地閃密度?？紤]到定位系統(tǒng)有一定誤差和密度的區(qū)域代表性,可以被評(píng)估對(duì)象的GPS定位點(diǎn)為中心,計(jì)算半徑5 km區(qū)域地閃平均密度(見(jiàn)圖2)。

圖2 某被評(píng)估建筑物2007年半徑5 km的地閃分布

各地氣象資料中,有多年積累的雷暴日數(shù)據(jù)計(jì)算得來(lái)的年平均雷暴日 Td。結(jié)合年平均雷暴日數(shù)據(jù)和地閃監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù),可取 Ng=max{0.1×Td,半徑5 km區(qū)域地閃平均密度}。在涉及安全的評(píng)估中,按照較大值取值的方法是較為科學(xué)的,也是通行的做法。

以后隨著地閃數(shù)據(jù)的逐年積累,繪制的地閃密度分布圖也將會(huì)更加科學(xué)合理。

3 結(jié) 語(yǔ)

已有建筑物的雷擊風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估比較復(fù)雜,需要考慮的因素很多,現(xiàn)場(chǎng)勘查準(zhǔn)確地獲取原始數(shù)據(jù)和各個(gè)因子的量值是關(guān)鍵的一步。以上是已有建筑物雷擊風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估中經(jīng)常遇到的問(wèn)題,科學(xué)準(zhǔn)確的處理這些問(wèn)題,有助于以后的雷擊風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估工作的規(guī)范化和精細(xì)化。由于筆者開(kāi)展雷擊風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估工作時(shí)間有限,涉獵淺薄,其中難免會(huì)有偏差,有待今后工作中進(jìn)一步提高。

[1] 全國(guó)雷電防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì).雷電防護(hù)第2部分風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估 G B/T 21714.2-2008/IEC 62305-2 ：2006.北京 ：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社,2008.

[2] 全國(guó)雷電防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì).雷電防護(hù)第3部分建筑物的物理?yè)p壞和生命危險(xiǎn) G B/T 21714.3-2008/IEC 62305-2：2006.北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社,2008.

[3] 全國(guó)雷電防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì).雷電防護(hù)第4部分建筑物內(nèi)電氣和電子系統(tǒng)G B/T21714.4-2008/IEC62305-2：2006.北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社,2008.

[4] 四川省建設(shè)廳.建筑物電子信息系統(tǒng)防雷技術(shù)規(guī)范 G B 50343-2004.北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2004.

[5] 機(jī)械工業(yè)部.建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范 G B 50057-94(2000年版).北京：中國(guó)計(jì)劃出版社,2000.