中國古建筑防雷技術(shù)研究

李 鵬

（中國國家博物館，北京 100000）

中國古建筑防雷技術(shù)研究

李 鵬

（中國國家博物館，北京 100000）

在中華民族悠久的歷史長河之中，有那么一類既具有實(shí)用價值，又富有藝術(shù)價值的建筑，當(dāng)前還有相當(dāng)一部分依舊保存得很好。這些建筑很多以木結(jié)構(gòu)為主，一旦遭雷擊起火，易造成難以挽回的損失，故古建筑物的防雷保護(hù)非常重要。本文對古建筑物的防雷措施進(jìn)行研究，指出其中所存在的一些問題，并針對這些問題提出相應(yīng)的解決措施，有利于這些具有歷史價值的建筑物能夠承載著文化，長遠(yuǎn)地發(fā)展下去。

古建筑；防雷技術(shù)；結(jié)構(gòu)

引言

古建筑風(fēng)格多樣又極其富有藝術(shù)價值，加上我國的古建筑物數(shù)量較多，因此占有著十分重要的地位。古建筑物中很多以木結(jié)構(gòu)為主，一旦遭雷擊起火，就容易產(chǎn)生較大的文化、經(jīng)濟(jì)損失，所以，古建筑物的保護(hù)問題是當(dāng)前所面臨的一個重要問題。隨著信息科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，很多信息化設(shè)備被運(yùn)用到了古建筑中，特別是在一些由古建筑改建的游覽區(qū)和博物館，消防、安防、監(jiān)控系統(tǒng)相當(dāng)密集，古建筑信息系統(tǒng)集成化程度很高，存在的安全問題也非常突出。目前人們對古建筑物的防護(hù)意識還不夠重視，古建筑物防護(hù)中所采用的一些設(shè)備也較為落后，在防雷方面所起到的作用還不夠突出。雷電災(zāi)害仍舊是威脅傳統(tǒng)建筑物的主要因素。

因此，有必要深入研究古建筑的防雷問題。

本文著重從古建筑物的結(jié)構(gòu)、古建筑防雷現(xiàn)狀幾個方面的內(nèi)容相對應(yīng)地提出古建筑物防雷所要采取的措施和手段，必要時候提出一些典型案例，更為深入地對古建筑物的防雷技術(shù)進(jìn)行研究。

一、古建筑物易遭受雷擊的結(jié)構(gòu)原因

古建筑容易遭受雷擊的原因有多方多面的，而其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是其中的主要原因之一。古建筑物因古人缺乏對自然知識的充分了解，許多都建在容易遭受雷電襲擊的位置，比如：地勢高的山上和土壤電阻率易發(fā)生突變的山腳。如泰山、華山等地。這些建筑風(fēng)格為凸顯氣派、宏偉，常常修建了高聳的屋脊，卻不知這些屋脊卻為雷電的產(chǎn)生創(chuàng)造了更好的條件。如北京鐘鼓樓、武當(dāng)山金頂。古時人們還不懂得利用混凝土澆筑，所以建筑的材料以磚木為主，這種材料一旦遭受雷電的攻擊其受損程度也極高，十分容易受到火災(zāi)的破壞。在金屬物設(shè)置方面，許多古建筑物正脊中部埋設(shè)金屬寶盒，這些金屬物大大增加了建筑物接閃放電的可能性。如國子監(jiān)辟雍殿頂部即為金頂。在內(nèi)部存放物品方面，由于古建筑內(nèi)部可能存放有大量金屬物，同樣存在雷擊隱患。大鐘寺古鐘博物館（以下簡稱大鐘寺）這種古鐘專題博物館，高大的殿堂內(nèi)，陳列了近千余口銅質(zhì)或鐵質(zhì)的古鐘，金屬導(dǎo)電原理往往也構(gòu)成了引發(fā)雷擊的因素，使雷擊概率加大。

二、古建筑防雷現(xiàn)狀分析

從近年情況來看，總體上古建筑防雷得到了進(jìn)一步改善，對文物古建筑的保護(hù)起到了一定的作用，但仍然不盡如人意，具體表現(xiàn)在以下幾個方面：

部分古建筑物未得到有效保護(hù)。一直到1982年，我國部分省級、市級城市開始意識到雷電災(zāi)害對古建筑物的損害，陸續(xù)設(shè)置了防雷裝置，但僅限于部分城市，還有許多古建筑物未得到有效保護(hù)。

在1993年5月1日《古建筑木結(jié)構(gòu)維護(hù)和加固技術(shù)規(guī)范》（GB50165—92）實(shí)施之前，很多古建筑的防雷設(shè)計(jì)全靠設(shè)計(jì)者的經(jīng)驗(yàn)，不成熟、不完善。很多已有防雷設(shè)施未達(dá)到最新防雷技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的要求。通過恢復(fù)和修繕的古建筑雖多安裝了相應(yīng)的防雷設(shè)備，然而，通過實(shí)踐檢測發(fā)現(xiàn)這些設(shè)備還有較多不完善之處，比如：對雷電襲擊的感應(yīng)不夠敏捷；防雷引下線數(shù)量不符合最新標(biāo)準(zhǔn)要求；接地引下線過長過細(xì)，獨(dú)立垂直接地體數(shù)量少，接地裝置位置不適宜，接地體沖擊電阻值達(dá)不到最新標(biāo)準(zhǔn)要求；無均壓等電位措施；無防球雷措施；一些單位在設(shè)計(jì)防雷方案時未根據(jù)古建筑所在位置的具體情況分析、評估，降低了建筑物的防雷類別，從而降低了安全系數(shù)。

防雷模式沿用原來的單組建筑保護(hù)，未能從整體考慮并進(jìn)行保護(hù)。

地理環(huán)境、地質(zhì)條件及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)方面，古建筑物都不如現(xiàn)代建筑物理想，所以很多防雷設(shè)備的安裝具有更大的挑戰(zhàn)。很多古建筑物在修建之時是不可能考慮到后期需要投入的一些工程，因此，對古建筑物防雷設(shè)備的安裝極為不利。

出于文物保護(hù)需要，古建筑承載著傳統(tǒng)文化藝術(shù)，所以在修建之時不能隨心所欲地對這些建筑進(jìn)行改建，而要盡可能保持其原來的面貌。這就給古建筑物防雷設(shè)備的安裝帶來了一個較大的挑戰(zhàn)。要遵循原有的面貌還是充分發(fā)揮防雷設(shè)備的作用是一個糾結(jié)又矛盾的問題。

三、古建筑的防雷措施

雷電作為一種自然現(xiàn)象，是不可避免而產(chǎn)生的。在古代，人們對自然災(zāi)害一直保持著一種敬畏之情。而到了現(xiàn)代，在科學(xué)研究發(fā)展的背景下，人們逐漸打開了自然現(xiàn)象的神秘面紗，開始嘗試著規(guī)避這些自然災(zāi)害的影響。對于雷電的防護(hù)，是人們一直面臨著的一個主要問題，雷電只要通過接閃、屏蔽、分流、均壓等電位、接地保護(hù)等防雷措施，層層設(shè)防，就可以化解。針對古建筑的特點(diǎn)，實(shí)事求是地運(yùn)用防雷系統(tǒng)，定期對防雷裝置進(jìn)行檢查、測試，經(jīng)常保養(yǎng)、維修，就能夠在關(guān)鍵時刻發(fā)揮應(yīng)有的作用。根據(jù)IEC62305和GB50057—2010有關(guān)規(guī)定，建筑物防雷可分為內(nèi)、外部防雷，并把建筑物內(nèi)、外環(huán)境劃分為LPZOA、LPZOR、LPZlLPZ(n+1)等不同的防雷區(qū)。

四、古建筑物內(nèi)部防雷

（一）古建筑內(nèi)部技防、信息系統(tǒng)的特點(diǎn)

大部分古建筑遺留下來，經(jīng)過裝修改變成為博物館。由于參觀游覽和文物保護(hù)的需要，大量的信息設(shè)備進(jìn)入古建筑內(nèi)。目前已有較多國家的重點(diǎn)文物保護(hù)單位設(shè)置了相應(yīng)的消防廣播、防盜報警及監(jiān)視系統(tǒng)等設(shè)備。然而，這些設(shè)備多數(shù)要求探測率要百分之百，漏報為零，誤報盡可能小。古建筑的風(fēng)險等級越高，防護(hù)級別也隨之提高，因而這些系統(tǒng)對雷電也非常敏感。

隨著信息技術(shù)的發(fā)展，古建筑物的數(shù)字化趨勢發(fā)展得也越來越完善，與此同時，對雷電的防護(hù)要求也在不斷地提升。當(dāng)前，古建筑物的網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展呈現(xiàn)兩種趨勢。較早時期進(jìn)行改造的古建筑物，各個系統(tǒng)之間是獨(dú)立布線、各自分開的，沒有形成完整的形式，加大了工作的難度。隨著時間的推移，這種設(shè)備愈發(fā)完善，近年來改造的古建筑物其各個系統(tǒng)是通過網(wǎng)絡(luò)傳輸統(tǒng)一管理的，各個系統(tǒng)之間的信息可以共享，有效地節(jié)省了時間和成本。

目前古建筑要求凡是出屋的，上屋跟下屋連接，這段連接全部改成光纖傳輸。從中央控制室到每個屋都有一條光纖，出了室外全部是光纖。對于早期改造的古建筑，采用非光纜傳輸?shù)?，?yīng)采取相應(yīng)的防雷屏蔽措施。

（二）具體內(nèi)部防雷措施

1.電源防雷

雷電對電器的損害主要出現(xiàn)在電源部分。因此，對電源的防雷要采取相關(guān)的有效措施。電源配電線路可以根據(jù)其重要性進(jìn)行程度不同的保護(hù)，開關(guān)型SPD與限壓型SPD之間的間距應(yīng)不小于10m，限壓型SPD之間的間距應(yīng)不小于5m。 SPD的接地線規(guī)格應(yīng)符合規(guī)范，并以最短的距離在LPZ交界處就近接地(接地線長度一般應(yīng)不大于0.5m)。

2.天饋、通信、數(shù)據(jù)等信號線路防雷

把從LPZOB區(qū)進(jìn)入LPZl區(qū)的各類天饋線路在兩區(qū)交界處串接相應(yīng)的天饋電涌保護(hù)器；把從LPZOA區(qū)進(jìn)入LPZl區(qū)的各類通信、數(shù)據(jù)信號線路在兩區(qū)交界處串接相應(yīng)的信號SPD?；馂?zāi)報警系統(tǒng)、防盜報警系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)等的信號線部分都需要加裝信號電涌保護(hù)器(SPD)。古建筑內(nèi)部的網(wǎng)絡(luò)、通信系統(tǒng)也應(yīng)加裝相應(yīng)型號的信號電涌保護(hù)器。

3.均壓等電位

把從LPZ0區(qū)進(jìn)入LPZl區(qū)各類金屬管包括鎧裝電纜的金屬外皮、光纖的加強(qiáng)筋在兩區(qū)交界處就近與防雷地或建筑基礎(chǔ)地做等電位連接，使沿各類金屬管和電纜侵入的雷電流泄流入地。

4.雷擊電磁脈沖干擾（LEMP）

對LEMP的防止，除需上述建筑物內(nèi)部防雷措施外，還需防止從三維空間侵入的雷電磁場輻射干擾。防止雷電磁場干擾的最好方法是在建筑物的LPZ0區(qū)與LPZI區(qū)之間設(shè)置一個金屬屏蔽接地籠。在設(shè)計(jì)施工中，現(xiàn)代仿古建筑可以利用建筑內(nèi)的鋼筋做成法拉第籠式避雷網(wǎng)，對磚木結(jié)構(gòu)的古建筑可以利用防直擊雷的接閃器、引下線和接地體做成法拉第籠，接閃器網(wǎng)格、引下線間距應(yīng)盡可能設(shè)置的密一些。經(jīng)屏蔽后，絕大部分的LEMP被衰減，但對特別重要的設(shè)備，還可以放置在作為后續(xù)防雷區(qū)的屏蔽室內(nèi)，以確保設(shè)備的安全。

五、結(jié)束語

古建筑物不僅是珍貴的物質(zhì)文化遺產(chǎn)，也是一種蘊(yùn)含著中華民族文化的非物質(zhì)文化遺產(chǎn)，一旦毀壞便很難再恢復(fù)原樣。烏蘭浩特普惠寺大雄寶殿起火皆因雷擊，北京老舍紀(jì)念館也曾遭受雷擊，古建筑的防雷迫在眉睫。發(fā)展到當(dāng)代，古建筑物的防護(hù)還需要我們結(jié)合當(dāng)前高速發(fā)達(dá)的科學(xué)技術(shù)，把防雷工程視作為一種系統(tǒng)工程，提高防護(hù)意識，為古建筑的保存完好做出努力，為歷史文化遺產(chǎn)的保護(hù)做出貢獻(xiàn)。

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