湄潭縣浙大舊址古建筑雷電防護(hù)初探

田洪進(jìn)，龍衾穎，陳林琴，易 丁

(1.貴州省遵義市氣象局，貴州 遵義 563002;2.貴州省金沙縣氣象局，貴州 金沙 563600;3.貴州省氣象局職工教育培訓(xùn)中心，貴州 貴陽 550002)

1 引言

國內(nèi)名勝古跡遭受雷電災(zāi)害的案例很多，如北京故宮、承德避暑山莊普佑寺、山西運(yùn)城稷山大佛寺等都遭受過雷擊，導(dǎo)致古建筑破損或毀壞，貴州湄潭浙江大學(xué)舊址屬貴州省國家級(jí)重點(diǎn)文物保護(hù)單位，其防雷設(shè)施基本沒有。本文將利用湄潭浙江大學(xué)舊址實(shí)地勘察資料、湄潭縣40 a氣象觀測(cè)資料、貴州6 a閃電監(jiān)測(cè)網(wǎng)數(shù)據(jù)資料，按照IEC(國際電工委)62305雷電災(zāi)害評(píng)估方法對(duì)舊址中具有代表性的兩處建筑進(jìn)行雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，以期為該舊址修繕保護(hù)雷電防護(hù)設(shè)計(jì)提供科學(xué)依據(jù)。

2 浙江大學(xué)舊址基本情況

貴州湄潭浙江大學(xué)舊址分布于貴州省遵義市湄潭縣湄江鎮(zhèn)和永興鎮(zhèn)兩地境內(nèi)，修建已有上百年歷史，現(xiàn)保存較為完好的有9處:湄潭文廟、天主堂、雙修寺、義泉萬壽宮、西來庵、畜牧場(chǎng)實(shí)驗(yàn)樓、永興教授樓、歐陽曙宅和李氏古宅，屬磚木或木結(jié)構(gòu)建筑物，均為架空線纜入室，無防雷設(shè)施。

3 資料選取和實(shí)驗(yàn)方法

本文選取1969—2008年湄潭縣氣象基準(zhǔn)站的地面觀測(cè)資料、2006—2011年閃電監(jiān)測(cè)網(wǎng)資料、選取兩種地處不同環(huán)境的天主堂(城區(qū))和西來庵(農(nóng)村)實(shí)地勘察數(shù)據(jù)作為基本分析數(shù)據(jù)。采用概率統(tǒng)計(jì)方法，對(duì)表征雷電活動(dòng)的雷暴日數(shù)、地閃密度、地閃強(qiáng)度等特征因子進(jìn)行分析，找出湄潭縣雷電活動(dòng)的一般規(guī)律。依據(jù)IEC62305－2評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)湄潭浙江大學(xué)舊址因雷電災(zāi)害可能造成的人員傷亡風(fēng)險(xiǎn)和文化遺產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行分析計(jì)算，并探索降低存在的雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)，使之低于可承受的風(fēng)險(xiǎn)范圍。為湄潭浙江大學(xué)舊址古建筑重新修繕做好雷電防護(hù)提供依據(jù)。

4 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

4.1 雷暴分布

根據(jù)湄潭縣地面觀測(cè)資料數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，湄潭縣年平均雷暴日數(shù)53 d，略高于我省年平均雷暴日51.6 d，屬高雷暴區(qū)，閃電監(jiān)測(cè)網(wǎng)資料分析的雷暴日區(qū)域分布與湄潭縣地面觀測(cè)資料的分析結(jié)果基本相符。

湄潭縣雷電活動(dòng)主要發(fā)生在4－8月，月平均雷暴日數(shù)超過7 d，最高達(dá)12 d，峰值出現(xiàn)在6、7月，1、2月和11、12月為每年最低谷值。

經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析湄潭縣(縣城中心位置5km半徑范圍)年平均地閃次數(shù) 148次，地閃密度 5.3次/km2·a。

湄潭縣最大正(負(fù))閃電強(qiáng)度、平均地閃強(qiáng)度分別是242(246.6)kA、51.5(36)kA。

4.2 土壤電阻率勘測(cè)

利用HT－TERR－234E接地電阻測(cè)試儀，采用等距四極測(cè)量方法，對(duì)湄潭浙大舊址的天主堂和西來庵兩地多點(diǎn)進(jìn)行土壤電阻率勘測(cè)。

通過測(cè)量?jī)傻氐耐寥离娮杪首兓淮?，平均土壤電阻率分別是124.88Ω·m、131.60Ω·m，屬于低土壤電阻率范圍，有利于防雷裝置接地處理。

5 雷電風(fēng)險(xiǎn)分析

5.1 天主堂雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算

根據(jù)天主堂的長(zhǎng)寬高(27 m、12 m、15 m)，通過對(duì)其建筑特性、鄰近線路及其連接內(nèi)部系統(tǒng)的數(shù)據(jù)特性和室內(nèi)特性計(jì)算得到R1、R3(表1、表2)。

表1 人員傷亡風(fēng)險(xiǎn)R1組成

表2 文化遺產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)R3組成

天主堂的R1和R3均為2.17 E－05，對(duì)于人員傷亡風(fēng)險(xiǎn)，已高于風(fēng)險(xiǎn)可承受值(E－05)，需要對(duì)建筑物進(jìn)行防雷保護(hù)。而對(duì)于文化遺產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)，低于風(fēng)險(xiǎn)可承受值(E－03)，不需要對(duì)建筑物進(jìn)行防雷保護(hù)。

5.2 西來庵雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算

根據(jù)西來庵的長(zhǎng)寬高(35 m、35 m、12 m)，通過對(duì)其建筑特性、鄰近線路及其連接內(nèi)部系統(tǒng)的數(shù)據(jù)特性和室內(nèi)特性計(jì)算得到R1、R3(表3、表4)。

表3 人員傷亡風(fēng)險(xiǎn)R1的組成

表4 文化遺產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)R3的組成

西來庵的 R1和 R3分別為6.44E－05、6.10 E－05，對(duì)于人員傷亡風(fēng)險(xiǎn)，已高于風(fēng)險(xiǎn)可承受值(E－05)，需要對(duì)建筑物進(jìn)行防雷保護(hù)。而對(duì)于文化遺產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)，低于風(fēng)險(xiǎn)可承受值(E－03)，不需要對(duì)建筑物進(jìn)行防雷保護(hù)。

5.3 降低雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)的分析

天主堂和西來庵古建筑主要風(fēng)險(xiǎn)是人員生命損失風(fēng)險(xiǎn)，采取防雷措施后可使風(fēng)險(xiǎn)降低至可承受范圍。根據(jù)R1和R3的組成來看，R3取決于RB(與建筑物內(nèi)因危險(xiǎn)火花放電觸發(fā)火災(zāi)有關(guān)的風(fēng)險(xiǎn)分量)和RV(與雷電流經(jīng)過入戶服務(wù)設(shè)施產(chǎn)生的物理損害有關(guān)的風(fēng)險(xiǎn)分量)兩個(gè)風(fēng)險(xiǎn)分量，而R1除了這兩個(gè)風(fēng)險(xiǎn)分量外還包括了 RA、RU、RC2、RM2等多個(gè)風(fēng)險(xiǎn)分量。顯然，R3為較小的風(fēng)險(xiǎn)因子，故對(duì)湄潭浙大舊址古建筑的風(fēng)險(xiǎn)估算主要考慮R1。從計(jì)算結(jié)果來看，架空線纜入室及是否屏蔽和綜合布線又成了主要風(fēng)險(xiǎn)來源。

對(duì)天主堂和西來庵古建筑采取第二類防雷建筑物設(shè)計(jì)重新計(jì)算雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)后見表5，人員傷亡風(fēng)險(xiǎn)滿足評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)的可承受值范圍。

表5 天主堂與西來庵主要風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算結(jié)果比較

6 結(jié)論

通過對(duì)湄潭浙江大學(xué)舊址實(shí)地勘察數(shù)據(jù)，并利用湄潭縣40 a氣象觀測(cè)資料和6 a貴州閃電監(jiān)測(cè)網(wǎng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)資料進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，利用IEC62305－2雷電風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法對(duì)湄潭浙大舊址古古建筑進(jìn)行雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)分析計(jì)算，位于高雷暴區(qū)域的文物古建筑，雷電災(zāi)害發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)較高，按第二類防雷建筑物考慮雷電防護(hù)措施可使雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)降至最低，并為湄潭浙大舊址雷電防護(hù)設(shè)計(jì)提供科學(xué)依據(jù)。同時(shí)該結(jié)論也可作為同類古建筑雷電防護(hù)設(shè)計(jì)參考。

［1］楊仲江.雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估與管理基礎(chǔ)［M］.北京:氣象出版社，2010.

［2］陳渭民.雷電學(xué)原理［M］.北京:氣象出版社，2006.

［3］IEC62305－2.Protection against lightning－Part 2:Risk management［S］.雷電防護(hù)－第2部分:風(fēng)險(xiǎn)管理，2010.

［4］IEC62305 －4，Protection against lightning－Part 4:Electrial and electronic systems within structures［S］.雷電防護(hù)－第4部分:建筑物內(nèi)的電氣和電子系統(tǒng)，2010.

［5］GB50165－92.古建筑木結(jié)構(gòu)維護(hù)與加固技術(shù)規(guī)范［S］.北京:中國計(jì)劃出版社，1992.

［6］蔣勇軍，況明生，匡鴻海，等.區(qū)域易損性分析、評(píng)估及易損度區(qū)劃——以重慶市為例［J］. 災(zāi)害學(xué)，2001，16(3):59 －64.

［7］曹志建，甘文強(qiáng).貴州省雷電活動(dòng)規(guī)律初步分析［J］.貴州氣象，2010，34.