文物古建筑雷電防護(hù)關(guān)鍵技術(shù)研究

李衣長(zhǎng) 劉學(xué)奎 陳 林

(1.福建省三明市氣象局 福建三明 365000；2.福建省文物保護(hù)中心 福建福州 350000)

0 引言

我國(guó)文物古建筑數(shù)量龐大、風(fēng)格各異，以其獨(dú)特的歷史、文化價(jià)值編織著中華民族璀璨的文明發(fā)展史，其承載的建筑思想、建筑美學(xué)和營(yíng)造法式貫穿于秦漢至明清二千多年，是國(guó)家的寶貴財(cái)富。遺憾的是，這些古建筑多為土木結(jié)構(gòu)、磚木結(jié)構(gòu)或磚木石結(jié)構(gòu)，近年來時(shí)常發(fā)生因雷擊造成嚴(yán)重?fù)p毀或引發(fā)火災(zāi)事故，給文物古建筑保護(hù)工作帶來難以挽回的損失。因此，文物古建筑的雷電防護(hù)安全工作非常重要。

雷電是自然界中一種極為壯觀的聲、光、電現(xiàn)象，在一系列復(fù)雜的大氣運(yùn)動(dòng)中，最終形成在云層的下端帶負(fù)電，云層的上端帶正電的雷雨云。當(dāng)雷雨云與大地之間的電場(chǎng)強(qiáng)度達(dá)到一定程度時(shí)，雷雨云就會(huì)對(duì)大地放電，產(chǎn)生強(qiáng)烈的雷擊現(xiàn)象。文物古建筑大多位于郊區(qū)曠野，四周平坦空曠，雷電環(huán)境惡劣，自古以來，因雷擊造成嚴(yán)重?fù)p毀或起火焚毀事件不勝枚舉。如：明朝時(shí)期北京故宮前朝三大殿3次遭雷擊被焚；1969年9月，承德避暑山莊普佑寺遭雷擊起火，著名的法輪殿和周圍裙樓、配殿 94間全部付之一炬；1987年 8月，北京故宮博物院景陽殿遭雷擊引發(fā)火災(zāi)，大殿局部被燒毀；2010年7月24日，內(nèi)蒙古興安盟烏蘭浩特市普惠寺大雄寶殿因雷擊發(fā)生火災(zāi)，等等。為防止或減少雷擊文物古建筑物所引發(fā)的人身傷亡、文物損傷和財(cái)產(chǎn)損失，亟需開展文物古建筑雷電防護(hù)的關(guān)鍵技術(shù)研究。

2002年4月，時(shí)任福建省省長(zhǎng)的習(xí)近平為《福州古厝》一書作序時(shí)寫道：“保護(hù)好古建筑、保護(hù)好文物就是保護(hù)歷史，保存城市的文脈，保存歷史文化名城無形的優(yōu)良傳統(tǒng)”，近幾年來，隨著我國(guó)對(duì)文物古建筑保護(hù)力度的不斷加大，文物古建筑的雷電防護(hù)工作也成為了一個(gè)倍受關(guān)注的安全問題。因此，本文擬通過對(duì)泰寧縣某全國(guó)重點(diǎn)文物古建筑所處區(qū)域雷電活動(dòng)規(guī)律、文物古建筑防雷工程設(shè)計(jì)中普遍存在問題的分析，提出對(duì)文物古建筑雷電防護(hù)的一些關(guān)鍵技術(shù)措施，希望能對(duì)文物古建筑的雷電防護(hù)發(fā)揮技術(shù)指導(dǎo)作用[1]。

1 雷電活動(dòng)規(guī)律及其影響分析

文物古建筑頻繁遭受雷擊的一個(gè)重要原因，就是文物古建筑所處地段的雷電活動(dòng)活躍，雷擊環(huán)境惡劣造成的，所以在對(duì)文物古建筑的防雷工程設(shè)計(jì)時(shí)，開展雷電活動(dòng)規(guī)律及其影響分析非常必要。只有在認(rèn)真勘察文物古建筑所處區(qū)域的地理、地質(zhì)、土壤、氣象、環(huán)境等條件和雷電活動(dòng)規(guī)律基礎(chǔ)上，才能夠設(shè)計(jì)出“安全可靠、技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理”的綜合防雷工程方案。

基此，本文以泰寧縣某全國(guó)重點(diǎn)文物保護(hù)單位的文物古建筑為例，采用福建省氣象局2005～2012年期間的閃電定位監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、人工觀測(cè)雷暴日數(shù)據(jù)，采取統(tǒng)計(jì)學(xué)分析法、災(zāi)情解析法等分析方法，分析其所處區(qū)域的雷電活動(dòng)年變化、月變化與時(shí)變化、雷電流大小與落雷方位以及雷電災(zāi)害易損度區(qū)劃等，得出其所處區(qū)域的雷電活動(dòng)規(guī)律及其影響，為開展防雷工程設(shè)計(jì)提供技術(shù)支撐。

1.1 雷電活動(dòng)年變化

通過對(duì)2005～2012年期間閃電定位監(jiān)測(cè)資料分析，以泰寧縣某全國(guó)重點(diǎn)文物古建筑中心點(diǎn)位置為圓心，統(tǒng)計(jì)出3km范圍內(nèi)監(jiān)測(cè)到的雷閃總次數(shù)449次，以每年雷閃次數(shù)為基礎(chǔ)，繪制出雷電活動(dòng)年變化統(tǒng)計(jì)圖(圖1)。

圖1 古建筑所處區(qū)域(3km范圍)雷電活動(dòng)年變化統(tǒng)計(jì)圖

由圖1可知：該古建筑物3km范圍內(nèi)年雷閃次數(shù)均值56.1次，但年際變化較大，2006年最大，達(dá)187次；2009 年最小，僅為 14次。通過對(duì)2005～2012年人工觀測(cè)雷暴日數(shù)據(jù)分析，該縣年平均雷暴日數(shù)56d，屬多雷區(qū)；最大值68d，出現(xiàn)在2010年；最小值49d，分別出現(xiàn)在2005年、2008年。所以，在該古建筑防雷設(shè)計(jì)時(shí)，要考慮到年雷閃次數(shù)與年平均雷暴日數(shù)最大值的影響，并結(jié)合該縣處于多雷區(qū)的實(shí)際，做出針對(duì)性的防護(hù)設(shè)計(jì)。

1.2 雷電活動(dòng)月變化

通過對(duì)2005～2012年期間閃電定位監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析，統(tǒng)計(jì)出泰寧縣某全國(guó)重點(diǎn)文物古建筑3km范圍內(nèi)平均每月發(fā)生的雷閃次數(shù)，繪制出的雷電活動(dòng)月變化統(tǒng)計(jì)圖如圖2所示。

圖2 古建筑所處區(qū)域(3km范圍)雷電活動(dòng)月變化統(tǒng)計(jì)圖

由圖2可知：該古建筑所處區(qū)域的雷電活動(dòng)主要集中在全年的4～9月。因此，在此期間，尤其需要加強(qiáng)對(duì)古建筑及建筑物內(nèi)人員與電氣電子設(shè)備的雷電防護(hù)，以保證人員、財(cái)產(chǎn)的安全。

1.3 雷電活動(dòng)時(shí)變化

通過對(duì)2005～2012年期間閃電定位監(jiān)測(cè)資料分析，統(tǒng)計(jì)出泰寧縣某全國(guó)重點(diǎn)文物古建筑3km范圍內(nèi)平均每時(shí)次發(fā)生的雷閃次數(shù)，繪制出雷電活動(dòng)時(shí)變化統(tǒng)計(jì)圖如圖 3所示。

圖3 古建筑所處區(qū)域(3km范圍)雷電活動(dòng)時(shí)變化統(tǒng)計(jì)圖

由圖3可知：該古建筑所處區(qū)域雷電活動(dòng)主要集中在每日午后至凌晨時(shí)段(13～20時(shí))，0～12時(shí)時(shí)段，雷電活動(dòng)相對(duì)較弱。因此，在雷電活動(dòng)集中時(shí)段，應(yīng)合理安排人員活動(dòng)以保證安全，同時(shí)加強(qiáng)對(duì)古建筑內(nèi)電氣電子設(shè)備的雷電防護(hù)。

1.4 雷電流大小與落雷方位

通過對(duì)2005～2012年期間閃電定位監(jiān)測(cè)資料分析，統(tǒng)計(jì)出泰寧縣某全國(guó)重點(diǎn)文物古建筑3km 范圍內(nèi)的落雷情況，該區(qū)域雷電流大小分布情況如表1所示。

表1 古建筑所處區(qū)域(3km范圍)雷電流大小統(tǒng)計(jì)表

由表1可知：該古建筑所處區(qū)域發(fā)生的落雷強(qiáng)度平均為10.87 kA，最大為107.40 kA，最小為3.90kA。因此，在防雷工程設(shè)計(jì)時(shí)，就要考慮到落雷強(qiáng)度最大值的情況，確保防護(hù)效果。

以項(xiàng)目中心為中心點(diǎn)，按16個(gè)方位均勻劃分為16個(gè)區(qū)域，統(tǒng)計(jì)出古建筑3km 范圍內(nèi)2005-2012 年期間每個(gè)方位的落雷頻數(shù)，繪制落雷分布玫瑰圖如圖4所示。

圖4 古建筑所處區(qū)域(3km范圍)落雷分布玫瑰圖

由圖4可知：項(xiàng)目雷電的主導(dǎo)方向?yàn)槲髂稀⑵迸c東南方位。因此，在防雷工程設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)考慮避免在古建筑物群的西南、偏北與東南方位安裝敏感的電氣電子設(shè)備；如確實(shí)需安裝敏感電氣電子設(shè)備，應(yīng)考慮增加“屏蔽”“等電位連接”“安裝SPD”等防閃電感應(yīng)與閃電電涌侵入措施。

1.5 雷電災(zāi)害易損度區(qū)劃

筆者根據(jù)自然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估理論，以氣象探測(cè)資料和從中國(guó)科學(xué)院資源環(huán)境科學(xué)數(shù)據(jù)中心獲取的地理信息數(shù)據(jù)、社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)模、人口密度、土地利用現(xiàn)狀以及雷電災(zāi)情等數(shù)據(jù)作為區(qū)劃要素，完成了三明市基于GIS圖層疊置法的精細(xì)化雷電災(zāi)害易損度區(qū)劃研究[2]?；耍狙芯坎捎眠@一成果，截取了泰寧縣某全國(guó)重點(diǎn)文物古建筑附近的雷電災(zāi)害易損度區(qū)劃(圖5)。

圖5 古建筑所處區(qū)域(3km范圍)雷電災(zāi)害易損度區(qū)劃圖

綜上：泰寧縣某全國(guó)重點(diǎn)文物古建筑所處區(qū)域?yàn)槔纂姙?zāi)害易損度中值區(qū)，雷電活動(dòng)較活躍，具有引發(fā)雷電災(zāi)害的風(fēng)險(xiǎn)。所以，進(jìn)行防雷工程設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)遵循其所處區(qū)域雷電活動(dòng)規(guī)律，根據(jù)其性質(zhì)、年預(yù)計(jì)雷擊次數(shù)劃分防雷類別，科學(xué)、合理設(shè)計(jì)雷電防護(hù)措施，并妥善安排游客活動(dòng)，盡量避開雷電高發(fā)期和雷電主要發(fā)生時(shí)段，以趨利避害。

2 文物古建筑防雷工程設(shè)計(jì)普遍存在的問題

目前，在文物古建筑防雷工程中采用的技術(shù)依據(jù)主要有：國(guó)標(biāo)《古建筑防雷工程技術(shù)規(guī)范》(GB 51017-2014)、《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50057-2010)、《建筑物電子信息系統(tǒng)防雷技術(shù)規(guī)范》(GB 50343-2012)、《建筑物防雷工程施工與質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》(GB50601-2012)和氣象行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《文物建筑防雷技術(shù)規(guī)范》(QX 189-2013)等。本研究通過審查部分文物古建筑防雷工程設(shè)計(jì)方案，發(fā)現(xiàn)其中普遍存在以下幾方面問題。

2.1 采用或引用防雷技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)不正確

在防雷工程設(shè)計(jì)中，能否正確采用防雷技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，直接決定所設(shè)計(jì)防雷工程的建設(shè)內(nèi)容與各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)是否科學(xué)有效。但筆者在對(duì)部分文物古建筑防雷設(shè)計(jì)的審查中，發(fā)現(xiàn)不少存在采用或引用防雷技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)不正確的問題，如：先前采用的相關(guān)防雷工程規(guī)范GB/T 21714.3-2008現(xiàn)今已作廢，新修訂GB/T 21714.3-2015規(guī)范已發(fā)布實(shí)施，卻未進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)更新；引用的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)未能檢索到，如：“JGJ 16-2016”未能檢索到，而“JGJ 16-2008”仍為現(xiàn)行有效之規(guī)范。

2.2 劃分古建筑防雷分類與防雷分級(jí)混淆

在《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50057-2010)中，根據(jù)建筑物的重要性、使用性質(zhì)、發(fā)生雷擊事故的可能性和后果，劃分為3類防雷建筑物，文物古建筑一般可劃分為第二類或第三類防雷建筑物，并根據(jù)劃分防雷類別結(jié)果作出具體的防雷工程(外部、內(nèi)部)設(shè)計(jì)要求；而在《古建筑防雷工程技術(shù)規(guī)范》(GB 51017-2014)中，卻根據(jù)文物價(jià)值、發(fā)生雷擊事故的可能性和后果等劃分為第一級(jí)、第二級(jí)兩個(gè)級(jí)別，并規(guī)定不同級(jí)別的文物古建筑采取不同的外部防雷裝置和防側(cè)雷措施。其實(shí)，以上兩部國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)在防雷分類、分級(jí)規(guī)定上的差異，主要是由于針對(duì)確定防雷裝置的形式及其布置要求不同，防雷分類結(jié)果提出了文物古建筑綜合防雷設(shè)計(jì)的總要求，而防雷分級(jí)則主要是針對(duì)建筑物防直擊雷設(shè)計(jì)部分提出了特殊要求。

但是，部分設(shè)計(jì)人員卻將這兩項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)弄混了，也混淆了防雷分類與分級(jí)，如：在福建省漳州市某全國(guó)重點(diǎn)文物古建筑防雷設(shè)計(jì)中，提出“按照GB50057-2010和GB 51017-2014相關(guān)條款要求，該古建筑屬于國(guó)家重點(diǎn)文物保護(hù)單位，應(yīng)按第一類防雷建筑物有關(guān)規(guī)定設(shè)計(jì)，將滾球半徑取32m”，出現(xiàn)了明確錯(cuò)誤。該項(xiàng)目按照GB 51017-2014規(guī)定應(yīng)劃分為第一級(jí)防雷古建筑；而按照GB50057-2010規(guī)定應(yīng)劃分為第二類防雷建筑物，滾球半徑取45m，而不能按第一類防雷建筑物規(guī)定設(shè)計(jì)。也正由于建筑物防雷分類的錯(cuò)誤，導(dǎo)致了后續(xù)防雷設(shè)計(jì)內(nèi)容出現(xiàn)明顯偏差。所以，正確劃分古建筑防雷分類是防雷工程設(shè)計(jì)的前提。不少設(shè)計(jì)人員認(rèn)為GB50057-2010與GB 51017-2014規(guī)定有矛盾，容易混淆，筆者認(rèn)為二者并不存在矛盾。GB 51017-2014是在GB50057-2010基礎(chǔ)上，針對(duì)文物古建筑物特點(diǎn)，對(duì)直擊雷防護(hù)工程設(shè)計(jì)作出進(jìn)一步細(xì)化規(guī)定和特殊的安裝要求。

2.3 防直擊雷裝置設(shè)計(jì)不規(guī)范、不到位

在古建筑防雷工程設(shè)計(jì)中，發(fā)現(xiàn)“防雷接閃器、引下線、接地裝置”的設(shè)計(jì)普遍存在一些共性的問題。主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

(1)接閃器設(shè)計(jì)不全面

部分古建筑接閃器設(shè)計(jì)不全面，如福建省泉州市某全國(guó)重點(diǎn)文物寺廟建筑防雷設(shè)計(jì)，該設(shè)計(jì)提出：“在建筑物本體上安裝接閃帶的方式進(jìn)行外部防雷設(shè)計(jì)…”，而采取單一接閃帶保護(hù)，對(duì)于其屋頂面積大的古建筑，很難使其完全處于接閃器保護(hù)范圍內(nèi)，如后殿(大雄寶殿)，通面闊 21.7m，通進(jìn)深12.7m，僅安裝接閃帶，無法使其完全處于保護(hù)范圍內(nèi)(圖6)。

圖6 福建泉州市某全國(guó)重點(diǎn)文物寺廟建筑(后殿)屋面示意圖

而對(duì)于一些安裝有高聳屋脊等特殊造型的木結(jié)構(gòu)古建筑，如以上提到的泉州市某全國(guó)重點(diǎn)文物古建筑中的鼓樓(圖7)，確實(shí)難以安裝接閃帶保護(hù)，那么，可在設(shè)計(jì)接閃器時(shí)，安裝一些接閃短桿進(jìn)行保護(hù)[3]。

圖7 福建泉州市某全國(guó)重點(diǎn)文物寺廟建筑(鼓樓)正立面圖

(2)防側(cè)擊雷設(shè)計(jì)不規(guī)范

部分古建筑接閃器設(shè)計(jì)，將“防側(cè)擊雷”與“防球雷”等同起來，如在福建漳州市某全國(guó)重點(diǎn)文物古建筑防雷工程設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)人員提出：“根據(jù)實(shí)際情況，確實(shí)需要防雷的可以每隔6m沿建筑物四周設(shè)置圈式防雷均壓帶，并使均壓帶和建筑物四周的所有金屬物均與防雷接地可靠連接，防球雷的最好措施是安裝金屬屏蔽網(wǎng)，并可靠接地…”，該設(shè)計(jì)思路與GB50057-2010規(guī)范中第4.3.9條、第4.4.8條和GB 51017-2014第4.2.2條、第4.3.2條的要求出入較大。

(3)接地電阻值設(shè)計(jì)要求偏高

部分古建筑接閃器設(shè)計(jì)，接地電阻值設(shè)計(jì)要求偏高。如在福建省漳州市某全國(guó)重點(diǎn)文物古建筑防雷工程設(shè)計(jì)中，將“古建筑共用接地裝置的接地電阻值要求為不大于1Ω”，而根據(jù)GB 51017-2014第4.2.4條、第4.3.4條的要求，沖擊接地電阻不大于10Ω或30Ω即可滿足要求；根據(jù)GB50057-2010規(guī)定：“共用接地裝置的接地電阻應(yīng)按50HZ電氣裝置的接地電阻確定，不應(yīng)大于按人身安全所確定的接地電阻值”，防雷接地裝置與電氣設(shè)備共用接地要求不大于4Ω即可。

(4)防接觸電壓與防跨步電壓措施設(shè)計(jì)不全面

部分古建筑防雷工程設(shè)計(jì)，無“防接觸電壓”與“防跨步電壓”設(shè)計(jì)內(nèi)容，或是“防接觸電壓”與“防跨步電壓”措施設(shè)計(jì)不全面。如福建泉州市某全國(guó)重點(diǎn)文物寺廟建筑防雷工程僅提出：“在各引下線距地面1.8m處設(shè)斷接卡，距地面2.7m以下引下線采用絕緣套管以防接觸電壓”，這與GB50057-2010第4.5.6條的要求相差較大。

2.4 防閃電感應(yīng)、防閃電電涌侵入等內(nèi)部防雷措施設(shè)計(jì)不到位

大部分文物古建筑內(nèi)并無大量電氣、電子設(shè)備，僅有少量的照明、監(jiān)控等電氣、電子設(shè)備，但在文物古建筑防雷工程設(shè)計(jì)方案中，部分項(xiàng)目?jī)H提出安裝防直擊雷措施。如龍巖市某全國(guó)重點(diǎn)文物土樓建筑群防雷工程設(shè)計(jì)，內(nèi)有簡(jiǎn)單的低壓電氣系統(tǒng)和照明系統(tǒng)，但未設(shè)計(jì)任何“防閃電感應(yīng)”與“防閃電電涌侵入”措施，埋下土樓內(nèi)人員與低壓電氣設(shè)備存在雷擊安全隱患。

3 文物古建筑雷電防護(hù)關(guān)鍵技術(shù)要求

通過對(duì)部分文物古建筑防雷工程設(shè)計(jì)方案的審查和分析，按照文物古建筑雷電防護(hù)措施安裝現(xiàn)狀，以及人員流動(dòng)大、建筑保護(hù)要求高等特點(diǎn)，結(jié)合文物古建筑防雷工程的特殊要求，提出做好“直擊雷防護(hù)”“閃電電涌侵入防護(hù)”“閃電感應(yīng)防護(hù)”“接觸電壓與跨步電壓防護(hù)”等以下幾項(xiàng)關(guān)鍵雷電防護(hù)技術(shù)措施。

3.1 直擊雷防護(hù)

文物古建筑設(shè)計(jì)安裝防直擊雷措施是首要任務(wù)。文物古建筑應(yīng)嚴(yán)格按照GB50057-2010規(guī)定的第二類或第三類防雷建筑物，以及GB 51017-2014規(guī)定的第一級(jí)或第二級(jí)文物古建筑設(shè)計(jì)要求，規(guī)范安裝直擊雷防護(hù)措施。

3.1.1接閃器設(shè)計(jì)要求

接閃帶應(yīng)安裝在古建筑屋頂?shù)恼?、垂脊、盝頂、圍脊和戧脊上，或在古建筑物屋面突出部、屋檐或屋角部分隨形敷設(shè)接閃帶、接閃網(wǎng)或接閃桿混合組成的接閃器保護(hù)。對(duì)于石獅萬壽塔、福州烏塔等石塔一類的高層古建筑或屋頂面積較大的古建筑，除了可以在屋面中央突出部位安裝接閃桿外，尚應(yīng)在屋檐和屋面突出部位上敷設(shè)接閃帶，并在屋面形成接閃網(wǎng)；同時(shí)，宜將接閃網(wǎng)敷設(shè)在檁條上方，以減輕屋面的負(fù)重；接閃網(wǎng)格尺寸宜為步架的整倍數(shù)，并使接閃網(wǎng)格尺寸應(yīng)符合規(guī)范要求。對(duì)于雷電環(huán)境惡劣、頻頻發(fā)生雷擊現(xiàn)象的文物古建筑，可考慮參照第一類防雷建筑物要求采取獨(dú)立的防直擊雷裝置，將防直擊雷接地裝置與防閃電感應(yīng)接地裝置分開設(shè)置，降低發(fā)生雷擊的概率[4]。

在安裝接閃器時(shí)，特別要注重對(duì)文物古建筑的保護(hù)和建筑美觀，接閃帶宜采用直徑8mm 以上的銅棒進(jìn)行布設(shè)，固定支架高度應(yīng)距屋面(瓦面)100～150mm，支架宜采用固定卡式支架方式[5]，具體做法如圖8所示。

圖8 屋面接閃帶安裝示意圖

3.1.2防雷引下線設(shè)計(jì)要求

文物古建筑防雷引下線主要采用明敷設(shè)置，也可采用明敷與暗敷結(jié)合的形式敷設(shè)，暗敷的部位必須有利安全和檢測(cè)維護(hù)，引下線平均間距應(yīng)符合該古建筑所對(duì)應(yīng)防雷類別的規(guī)定。布設(shè)引下線時(shí)，應(yīng)從接閃器焊接牢固后沿山墻、后檐墻、墻角、檐柱順直引下。游人較多的建筑物正面，則應(yīng)盡量避免明敷。當(dāng)文物建筑通面闊長(zhǎng)度大于引下線規(guī)定的間距時(shí)，引下線盡量不要設(shè)置在文物古建筑的正面，可僅在正面墻角各敷一根引下線，可增加山墻、后檐角及墻角引下線的根數(shù)，使防雷引下線間距距離符合規(guī)范要求；當(dāng)明設(shè)防雷引下線處于人員經(jīng)常經(jīng)過或逗留的地方，一定要嚴(yán)格按照GB50057-2010第4.5.6條規(guī)定要求做好防接觸電壓措施。

3.1.3接地裝置要求

考慮到文物古建筑保護(hù)的重要性，建議防雷接地與電氣接地、保護(hù)接地采用共用接地系統(tǒng)。在布設(shè)人工接地網(wǎng)時(shí)，對(duì)土壤電阻率高的區(qū)域，可使用深井垂直接地系統(tǒng)，采用鍍鋅鋼管將離子接地極與水平地網(wǎng)連接，并在垂直接地極孔洞四周灌注低電阻率填料，使接地體與土壤或巖石裂縫中的沉積物良好接觸，獲得“樹枝效應(yīng)”，以利于降低接地電阻值。文物古建筑根據(jù)GB 51017-2014的要求，其防雷接地裝置沖擊接地電阻不大于10Ω或30Ω即可滿足要求；對(duì)于普遍采用的共用接地系統(tǒng)，其接地電阻不大于4Ω即可。當(dāng)防雷接地裝置處于人員經(jīng)常經(jīng)過或逗留的地方，一定要嚴(yán)格按照GB50057-2010第4.5.6條要求采取防跨步電壓措施，如：在接地裝置地表層敷設(shè)瀝青層或礫石層、用網(wǎng)狀接地體對(duì)地面做均衡電位處理、設(shè)置護(hù)欄或警告牌等措施，能有效防止跨步對(duì)人員的危害[6]。

3.2 閃電電涌侵入防護(hù)

直接雷擊、閃電感應(yīng)或閃電電磁脈沖引起的閃電電涌沿著入戶管線侵入建筑物，會(huì)嚴(yán)重威脅文物古建筑內(nèi)的人身安全與電氣、電子設(shè)備的安全，而對(duì)入戶的各種管線采取屏蔽和接地措施，對(duì)引入古建筑的各種電源線路、信號(hào)線路安裝多級(jí)能量配合的電源電涌保護(hù)器(SPD)與適配的信號(hào)電涌保護(hù)器，能有效防范閃電電涌的侵入與危害。

3.2.1管線屏蔽與接地

由于文物古建筑內(nèi)部安裝有一些電子系統(tǒng)，如：監(jiān)控、門禁、火災(zāi)報(bào)警、通信信息和管理網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，這些設(shè)備耐過電壓能力弱，所以需采取防閃電感應(yīng)與防閃電電涌侵入措施。對(duì)此，建議所有進(jìn)出文物古建筑的金屬給排水管、消防管或其它金屬管道等均應(yīng)在建筑入口處就近接地；引入文物古建筑的各種電源線、信號(hào)線應(yīng)金屬鎧裝電纜或穿金屬管屏蔽埋地引入，埋地長(zhǎng)度可按下式(1)計(jì)算，屏蔽管連接處應(yīng)采用金屬線跨接，并在兩端將金屬鎧裝電纜金屬外皮或金屬屏蔽管接地。

式中：

l——鎧裝電纜或金屬屏蔽管埋地直接與土壤接觸長(zhǎng)度(m)；

ρ——埋電纜處的土壤電阻率(Ω·m)。

3.2.2安裝電涌保護(hù)器(SPD)

(1)電源SPD:在電源引入總配電箱處，安裝I級(jí)試驗(yàn)的電源SPD，以防止供電線路在傳輸途中受到直接雷擊或閃電感應(yīng)引起閃電電涌侵入后端設(shè)備；在各分配電箱內(nèi)安裝第二級(jí)電源SPD，以防止剩留雷電流威脅以及電力網(wǎng)的波動(dòng)、人為操作等過電壓沿電力線侵入設(shè)備；在重要電氣、電子設(shè)備前端安裝第三級(jí)電源SPD，進(jìn)一步保護(hù)設(shè)備不受過電壓的干擾，多級(jí)SPD之間應(yīng)做好能量配合，SPD接地線以最短的距離接地，SPD連接線應(yīng)平直，導(dǎo)線長(zhǎng)度不宜大于0.5m。室外配電線路應(yīng)全線采用電纜直接埋地敷設(shè)，在入戶處應(yīng)將電纜的金屬外皮、屏蔽鋼管接到等電位連接帶或防閃電感應(yīng)的接地裝置上；對(duì)架空引入的電源線，在入戶處應(yīng)轉(zhuǎn)換成一段金屬鎧裝電纜或護(hù)套電纜穿鋼管直接埋地引入，其埋地長(zhǎng)度應(yīng)符合公式5.2的規(guī)定。

(2)信號(hào)SPD:在監(jiān)控?cái)z像頭等電子設(shè)備前端安裝信號(hào)SPD，能防護(hù)電子設(shè)備從信號(hào)線路侵入的閃電電涌，但信號(hào)SPD的造型與安裝，應(yīng)優(yōu)先考慮不影響電子設(shè)備的正常運(yùn)行。

3.3 閃電感應(yīng)防護(hù)

等電位連接是為了減少因雷電流所引起的電位差，從而保護(hù)古建筑內(nèi)電氣、電子設(shè)備的安全運(yùn)行，為防止因雷擊引起的閃電感應(yīng)暫態(tài)高電位反擊，應(yīng)將文物古建筑內(nèi)的金屬設(shè)施、電氣、電子設(shè)備采取以下等電位連接措施：

(1)建筑內(nèi)電源配電箱、金屬設(shè)施外殼、電源PE線及金屬屏蔽管道等均應(yīng)就近接地。

(2)文物古建筑內(nèi)的監(jiān)控機(jī)房及其他機(jī)房，應(yīng)根據(jù)設(shè)備工作頻率，選擇采用 S 型、M型或混合型等電位連接并采取接地措施。這些機(jī)房一般可采用S型等電位連接方式，將機(jī)房?jī)?nèi)的機(jī)柜、各類設(shè)備、光纖金屬加強(qiáng)芯等金屬裝置就近連接至等電位連接端子板并接地，連接導(dǎo)線應(yīng)采用截面積不小于6mm2的多股銅芯線，這種等電位連接方式接線簡(jiǎn)單方便、安全可靠；對(duì)于頻率為MHz級(jí)的機(jī)房，則應(yīng)采用M型等電位連接，通過兩根接地線連接到等電位連接網(wǎng)絡(luò)或接地體中去，等電位連接線的長(zhǎng)度不宜大于0.5m，其長(zhǎng)度相差宜為20%。

3.4 接觸電壓與跨步電壓防護(hù)

文物古建筑長(zhǎng)期有大量游客參觀、游覽，雷雨天氣時(shí)，一旦防雷裝置有接閃，在引下線、接地裝置瀉放雷電流過程中，接觸電壓與跨步電壓對(duì)人身安全的危脅很大，所以，安裝防接觸電壓與防跨步電壓措施是一項(xiàng)非常重要的安全工作，必須做好以下幾項(xiàng)防接觸電壓與跨步電壓措施：

(1)引下線3m范圍內(nèi)土壤地表層的電阻率不小于50kΩ·m ,或敷設(shè)5cm厚瀝青層或15cm厚礫石層。

(2)外露引下線，其距地面2.7m以下的導(dǎo)體，建議采用耐1.2/50μs沖擊電壓100kV的絕緣層隔離，或用至少3mm 厚的交聯(lián)聚乙烯層隔離。

(3)用網(wǎng)狀接地裝置對(duì)地面做均衡電位處理。

(4)用護(hù)欄、警告牌使接觸引下線、接地裝置的可能性降到最低限度。

3.5 雷電防護(hù)管理措施

各文物保護(hù)單位應(yīng)充分認(rèn)識(shí)到加強(qiáng)防雷安全工作的重要性，切實(shí)加大經(jīng)費(fèi)投入，建設(shè)和完善雷電防護(hù)硬件設(shè)施，制定防雷安全管理制度，編制雷電災(zāi)害應(yīng)急預(yù)案，加強(qiáng)防雷科普宣傳和培訓(xùn)工作，建立雷電災(zāi)害事故記錄和報(bào)告制度，切實(shí)增強(qiáng)雷電災(zāi)害防御能力，減少雷擊風(fēng)險(xiǎn)[7]。

4 結(jié)語

綜上，為切實(shí)做好文物古建筑雷電防護(hù)工作，本研究提出做好防護(hù)“直擊雷”“閃電電涌侵入”“閃電感應(yīng)”與“接觸電壓與跨步電壓”等關(guān)鍵雷電防護(hù)技術(shù)措施，簡(jiǎn)要?dú)w納總結(jié)如下：

(1)準(zhǔn)確劃分防雷分類與分級(jí)，做好直擊雷防護(hù)措施要求

認(rèn)真按照《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》劃分防雷類別，對(duì)文物古建筑綜合防雷設(shè)計(jì)作出明確要求；并按照《古建筑防雷工程技術(shù)規(guī)范》(GB 51017-2014)規(guī)定劃分防雷級(jí)別，對(duì)文物古建筑防直擊雷設(shè)計(jì)提出細(xì)致要求。接閃器應(yīng)在古建筑屋面突出部部分隨形敷設(shè)接閃器保護(hù)；引下線盡量不要設(shè)置在文物古建筑正面，可僅在正面墻角各敷一根引下線，增加山墻、后檐角及墻角引下線的根數(shù)，使防雷引下線間距符合規(guī)范要求；防雷接地裝置沖擊接地電阻不大于10Ω或30Ω即可，采用共用接地系統(tǒng)的，其接地電阻不大于4Ω即可。

(2)做好閃電電涌侵入防護(hù)措施要求

對(duì)進(jìn)入文物古建筑的各種管線采取屏蔽和接地措施，并對(duì)引入古建筑的各種電源線路、信號(hào)線路安裝多級(jí)能量配合的電源電涌保護(hù)器(SPD)與適配的信號(hào)電涌保護(hù)器。

(3)做好閃電感應(yīng)防護(hù)措施要求

應(yīng)將文物古建筑內(nèi)的金屬設(shè)施、電氣、電子設(shè)備采取等電位連接措施，減少因雷電流所引起的危險(xiǎn)電位差。對(duì)監(jiān)控機(jī)房及其他機(jī)房，應(yīng)根據(jù)設(shè)備工作頻率，選擇采用 S 型、M型或混合型等電位連接并采取接地措施。采用M型等電位連接時(shí)，應(yīng)通過兩根接地線連接到等電位連接網(wǎng)絡(luò)或接地體中去，等電位連接線的長(zhǎng)度不宜大于0.5m，其長(zhǎng)度相差宜為20%。

(4)做好接觸電壓與跨步電壓防護(hù)措施要求

引下線3m范圍內(nèi)土壤地表層，應(yīng)敷設(shè)5cm厚瀝青層或15cm厚礫石層；外露引下線在距地面2.7m以下的導(dǎo)體，應(yīng)采用絕緣層隔離；采用網(wǎng)狀接地裝置，要對(duì)地面做均衡電位處理，并設(shè)置護(hù)欄、警告牌，使接觸引下線、接地裝置的可能性降到最低限度。

防雷安全是文物古建筑安全工作的一項(xiàng)重要內(nèi)容，只有通過不斷開展對(duì)文物古建筑防雷安全工作研究與應(yīng)用，才能不斷提升文物古建筑的防雷安全水平，最大程度保證文物古建筑的安全。