高層智能建筑物防雷施工技術(shù)要點分析

喬忠玲

摘 ? 要：雷電屬于自然現(xiàn)象范疇，但隨著人類社會生產(chǎn)、生活邊際的一再擴張，建筑物及生產(chǎn)設施受到雷擊的機率也在提升，尤其“高層建筑”更是如此?！案邔又悄芙ㄖ睂τ陔娏Ψ€(wěn)定性、安全性要求極高，必須最大程度上消除雷電造成的干擾，避免雷擊出現(xiàn)的各種事故，相對于傳統(tǒng)高層建筑防雷作業(yè)而言，提出了更高的要求和更復雜的管理標準。

關(guān)鍵詞：高層智能建筑 ?防雷技術(shù) ?電磁脈沖 ?施工要點

中圖分類號：TU974 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-098X（2019）09（b）-0019-02

1 ?高層智能建筑物界定及雷擊破壞的特征

隨著我國城市化水平、科技水平、經(jīng)濟水平的不斷提升，在“高層建筑物”的基礎上大量智能化設備接入，進而形成了所謂的“高層智能建筑物”，它泛指在保持“高層建筑”高度特征的同時，在建筑內(nèi)部充滿大量電子型設備，諸如電梯系統(tǒng)、網(wǎng)絡系統(tǒng)、光電系統(tǒng)、報警系統(tǒng)等——相對建筑設施及一般電氣設備而言，“電子設備”對于電力系統(tǒng)光波動十分敏感，其自身正常運行狀態(tài)下對抗干擾要求高，整個智能建筑的復雜性又決定了過電壓能力低、絕緣等級小等缺陷，往往不需要雷擊直接“命中”就會出現(xiàn)災難性事故——例如，廣泛分散于高層智能建筑中的計算機系統(tǒng)，當雷擊電磁脈沖（LEMP）的磁感應強度超過0.07高斯，就會發(fā)生設備宕機，超過2.4高斯就會造成設備永久性破壞;因此，針對高層智能建筑物的防雷工作，應從傳統(tǒng)的避雷針、避雷網(wǎng)等狹隘認知中走出來，系統(tǒng)而全面地了解雷擊破壞的新特征。

第一，雷擊破壞影響范圍擴展到“全行業(yè)”。高層智能建筑在支撐資源上大致包括兩種，其一是“電力能源”、其二是“建筑空間”，這兩方面資源幾乎貫穿于現(xiàn)代全部行業(yè)。換而言之，對于“高層化”和“智能化”建筑需求的產(chǎn)業(yè)，在現(xiàn)代化社會已經(jīng)不是“個案”，航空航天、電子商務、石油化工、金融經(jīng)濟等各領域中，特別是在“寸土寸金”的城市空間中，高層建筑的出現(xiàn)原本就是為了節(jié)約建筑用地，這就極容易造成不同行業(yè)容納到同一個高層智能建筑物的現(xiàn)象，一旦出現(xiàn)雷擊破壞其影響也是不加分辨的。

第二，雷擊破壞損失從“直接性”變?yōu)椤伴g接性”。傳統(tǒng)建筑、人工設施等受到累積破壞，基本上都是“直接性”的，后期及時修復建筑損失即可。而對于高層智能建筑而言，發(fā)生雷擊破壞之后，直接損失并不大，但會在很長一段時期內(nèi)無法使用對應的電氣設備、網(wǎng)絡系統(tǒng)、通訊網(wǎng)絡等，造成巨大的間接性經(jīng)濟損失。例如“金融證券”系統(tǒng)一旦被破壞，造成的間接損失范圍更大。

第三，雷電災害的影響對象具有“普遍性”。自然界的雷電災害是無規(guī)律可循的，但針對人造建筑的損害卻可以進行清晰的界定，基于“傳統(tǒng)高層建筑”向“高層智能建筑”的發(fā)展過程中，雷擊破壞的物理形式也從“二維空間”轉(zhuǎn)變?yōu)椤叭S空間”入侵，即雷擊空間擴大的基礎上，“入侵途徑”不再單純地是利用閃電直擊、過電壓波沿線傳輸，而是更多地基于脈沖電磁場的方式，采取“全方位、無空隙”的破壞，因此防雷技術(shù)的關(guān)鍵在于規(guī)避雷電電磁脈沖（LEMP），由此形成的“普遍性”損害也可以理解為對智能電子設備的“無差別”破壞。

第四，雷電災害的滲透渠道呈現(xiàn)“多元性”。高層智能建筑發(fā)生雷電災害現(xiàn)象，受到損失最大的并非建筑體，而是轉(zhuǎn)移到電子器件、設備、系統(tǒng)等對象上，鑒于相關(guān)要素的復雜性，很難預估哪一類組成部分容易受到損害，這也體現(xiàn)出雷電災害滲透的“多元性”，理論上任何對于LEMP敏感的部分都可能是“入侵途徑”。

2 ?高層智能建筑物防雷施工技術(shù)實例分析

本質(zhì)上，高層智能建筑防雷施工是一項保護強電、弱電結(jié)合態(tài)的多種學科防護機制，在施工方面繁瑣復雜，依賴固有經(jīng)驗及方法很難滿足避災要求。目前國內(nèi)的研究成果中，相對成熟的是電磁暫態(tài)計算程序（EMTP），但作為數(shù)據(jù)分析工具，EMTP仍然要考慮建筑物參數(shù)、雷電流參數(shù)、輸出模塊設計等，并不能基于軟件系統(tǒng)平臺達到“一勞永逸”;有關(guān)軟件技術(shù)及運用不屬于本文探討主體，以下結(jié)合實例展開相關(guān)分析。

某高層建筑水平高度大于24m（如圖1所示），按照傳統(tǒng)建筑物防雷設計標準，必須達到二類防雷建筑物要求，具體涉及到的建筑防雷標準中，引下線不少于兩根，采用建筑物四周對稱分布（間距≤18m），單根引下線沖擊接地電阻≤10Ω，建筑物周邊沒有附屬部分，適合采用避雷網(wǎng)（如圖1所示）?；诮陙砘ヂ?lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，該傳統(tǒng)建筑內(nèi)部各項功能趨向落后，亟待將“電氣化”向“網(wǎng)絡化”、“電子化”、“智能化”方向升級，據(jù)此該建筑物內(nèi)部增設了大量計算機、網(wǎng)絡等相關(guān)的電子元件設備，原有建筑物防雷施工技術(shù)有待進一步升級，基于建筑物暫態(tài)響應數(shù)據(jù)計算軟件，主要對三類指標進行了分析。

第一，關(guān)于電氣參數(shù)計算結(jié)果的數(shù)據(jù)分析。結(jié)合圖1，利用電磁暫態(tài)計算程序（EMTP）模擬建筑長、寬、高（X、Y、Z軸篩選單位距離），可分別獲取建筑物不同維度下的電容、電感等參數(shù)，通過對比獲取高層智能建筑物在承受雷電擊中后的最大承受能力，進一步分析三維空間中電磁耦合性。

第二，關(guān)于電流空間分布數(shù)據(jù)的對比分析。結(jié)合建筑物本身特征，重點針對建筑物內(nèi)部鋼筋結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化等值的耦合π型電路單元，依據(jù)局部防雷的原則，利用EMTP軟件計算出各個支路上的電流相應數(shù)據(jù)，例如，女兒墻中鋼筋直徑為8mm、電阻為0.014Ω·m，將這一數(shù)據(jù)導入EMTP軟件中分別獲取引流臨界值;按照這一操作方法，將整個智能建筑物內(nèi)部全部電磁穩(wěn)態(tài)計算對象進行統(tǒng)籌歸納，可獲取較大規(guī)模的上的精準數(shù)據(jù)。