古建筑防雷技術(shù)淺探

□趙靜

前言

山西省的古建筑多數(shù)以木系結(jié)構(gòu)為主，建筑的耐火等級較低、建筑密度結(jié)構(gòu)較大，在建筑中缺少防火隔離層，建筑物內(nèi)的可燃物較多，如發(fā)生火災(zāi)將發(fā)生嚴(yán)重的后果。同時，由于部分古建筑所處地理環(huán)境較為特殊，且年久失修，再加上沒有設(shè)置防雷裝置，一旦遭遇雷擊極易引發(fā)火災(zāi)事故。因此，應(yīng)加強古建筑防雷技術(shù)的應(yīng)用，使國家級文物保護(hù)的古建筑更為安全。

一、古建筑防雷技術(shù)概述

我國的古建筑與多數(shù)歷史文物一樣，有著自身獨有的歷史價值。同時，古建筑有著不可再生、不可再建造的特點，一旦古建筑受到了破壞，將會對古建筑造成無法挽回的創(chuàng)傷。因此，山西省國家級文物保護(hù)的古建筑防雷應(yīng)在保持古建筑藝術(shù)特點及古建筑原貌的基礎(chǔ)上，對防雷技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)，結(jié)合當(dāng)代的先進(jìn)技術(shù)，使防雷技術(shù)更加安全可靠、經(jīng)濟合理。同時，也應(yīng)認(rèn)真調(diào)查當(dāng)?shù)氐沫h(huán)境，如氣象、溫度、雷雨季節(jié)、雷活動率等，將環(huán)境因素與國家級文物保護(hù)的古建筑的特點相結(jié)合，在兼顧古建筑原貌基礎(chǔ)上，認(rèn)真研究防雷技術(shù)在古建筑中的應(yīng)用，選擇最為合理的防雷布置方式[1]。

二、古建筑防雷設(shè)計原則

1.災(zāi)害安全性

國家級文物保護(hù)的古建筑防雷設(shè)計必須具有較高的安全性，在防雷技術(shù)應(yīng)用中，應(yīng)嚴(yán)格按照我國現(xiàn)行的防雷設(shè)計規(guī)范執(zhí)行，落實國家文物保護(hù)的相關(guān)政策，保證古建筑的安全性，使防雷技術(shù)能夠充分體現(xiàn)出其實際價值。因此，在古建筑防雷設(shè)計施工中，應(yīng)選用優(yōu)質(zhì)的防雷設(shè)備材料，以優(yōu)質(zhì)的防雷材料及防雷技術(shù)有效保障古建筑的安全，使古建筑的防雷裝置能切實發(fā)揮其作用。

2.技術(shù)先進(jìn)性

古建筑的防雷是保護(hù)我國古建筑避免受到雷電災(zāi)害的重要工作，因此若想使古建筑的防雷效果明顯提升，就需要采用先進(jìn)的現(xiàn)代化科學(xué)技術(shù)，對原有的防雷技術(shù)不斷改進(jìn)。同時，也應(yīng)加強防雷新術(shù)的研究與推廣，并借鑒或引用國外較為先進(jìn)的防雷技術(shù)，以多種現(xiàn)代化科技手段來保障國家級文物古建筑的安全。

3.經(jīng)濟合理性

古建筑的防雷技術(shù)在實際應(yīng)用時，不僅要考慮到防雷技術(shù)的實用性，還要綜合多種因素保障防雷技術(shù)應(yīng)用的經(jīng)濟性，使防雷技術(shù)應(yīng)用的造價成本得到有效控制。

4.持久性

古建筑應(yīng)不斷完善防雷工程建設(shè)，為古建筑的安全性提供有效保障。同時，在保障古建筑文物安全性的同時，應(yīng)確保所設(shè)計安裝的防雷裝置工藝精湛、持久有效，確保古建筑中安裝的防雷裝置與建筑本體的協(xié)調(diào)一致。在古建筑防雷工程施工時，應(yīng)選用質(zhì)量更優(yōu)、壽命更長的防雷材料，以保證防雷裝置在古建筑中的持久性。

三、防雷裝置

1.接閃器

接閃器主要安裝在易受雷擊位置，通常情況下會應(yīng)用接閃帶或短接閃桿，接閃器可以直接接受雷擊，從而保護(hù)古建筑的安全。接閃帶通常安裝在古建筑的屋面，一般安裝在古建筑屋面的吻獸、正脊、垂脊、檐角、屋檐等易受雷擊的部位。為確保屋面接閃帶安裝的規(guī)范性、美觀性，接閃帶的安裝應(yīng)采用隨彎就彎的施工工藝，將吻獸、垂獸、小獸等特殊部位都處于接閃帶的保護(hù)范圍內(nèi)。對特殊形式的古建筑如亭、閣等古建筑，一般都有寶頂，如寶頂為金屬寶頂可以直接利用寶頂作為接閃器[2]。

2.引下線

引下線的安裝應(yīng)選擇在古建筑的側(cè)、背立面等對古建筑景觀影響較少或遠(yuǎn)離游人的部位，盡量避免在古建筑的正立面安裝引下線（極特殊情況除外）。具體安裝中，盡量選擇在山墻、后檐墻或檐柱等人員較少地方，在布置時引下線需要順直，引下線的安裝注意周圍（1米內(nèi)）是否有電線和監(jiān)控線，防止電磁感應(yīng)對弱點設(shè)備的影響，安裝中做好相應(yīng)的防護(hù)措施。由于古建筑檐下到砍墻處多為斗栱和彩畫，結(jié)構(gòu)一般較為復(fù)雜，因此，引下線時如遇彎曲段，需要避免彎曲段形成銳角。同時，引下線盡量與木結(jié)構(gòu)保持適當(dāng)?shù)陌踩嚯x，避免距離過近存在安全隱患。

3.接地裝置

古建筑防雷接地裝置的安裝，如具備條件盡量擇土壤電阻率較低的區(qū)域進(jìn)行布設(shè)與安裝，避開主要出入口，防止跨步電壓的產(chǎn)生對人員的危害。但現(xiàn)實情況是，古建筑所處地理位置一般情況都較為特殊，個別接地裝置的安裝無法避開主要出入口時，需要考慮出入口接地裝置布置的防跨步電壓措施。

根據(jù)古建筑基礎(chǔ)地質(zhì)的特性，結(jié)合近十多年來防雷接地裝置新技術(shù)的應(yīng)用，防雷接地裝置普遍采用電解離子接地極，其特性主要體現(xiàn)在：對古建筑基礎(chǔ)部分影響較小，產(chǎn)品使用周期較長（30年以上），接地電阻值指標(biāo)穩(wěn)定性好，適合土壤電阻率較高的地區(qū)，符合古建筑修繕周期特性。

四、國家級文物保護(hù)的古建筑防雷技術(shù)的應(yīng)用措施

1.案例概述

古中廟位于山西省高平市神農(nóng)鎮(zhèn)中廟村村中，該廟創(chuàng)建年代不詳，元、明、清歷代均有修葺，現(xiàn)存無梁殿為元代建筑，其余清代重修。坐北朝南，分為上下兩院，建筑規(guī)模宏大，東西寬41米，南北長65.4米，占地面積2655平方米。是第六批全國重點文物保護(hù)單位。所在地區(qū)屬于溫帶半干旱性季風(fēng)氣候，該地區(qū)的主要自然災(zāi)害有大風(fēng)、冰雹、雷雨、暴雨等，其中暴雨及雷雨對古中廟的危害最大。古中廟周圍的建設(shè)土壤以沙土為主，且建筑回填土較多，通過測量得出結(jié)果，土壤電阻率為460Ω·m，同年的平均雷暴日為30.3d/a。古中廟的建筑結(jié)構(gòu)為磚木結(jié)構(gòu)，周邊的低矮建筑，層高不超過二層，因此通過計算，可以得出古中廟年預(yù)計受雷擊次數(shù)為0.06次/a。

2.接閃引線設(shè)計

在古中廟防雷設(shè)計中，按照設(shè)計圖的安裝位置進(jìn)行閃導(dǎo)線的安裝敷設(shè)工作，并且實現(xiàn)閃導(dǎo)線的有效連接，連接點處采用放熱熔焊接的施工工藝，連接處的金屬接閃帶采用焊接模具，將焊點接頭完全焊接包裹其中，防止接頭外漏[3]，影響連接點的美觀性。使接閃帶之間根據(jù)屋面情況，形成T字或十字型連接。在古中廟的防雷裝置的安裝中，使所有的閃導(dǎo)線高度保持一致，并按照古建筑屋面和外墻的形狀進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，確保屋面接閃帶的整體外觀平直美觀。在建筑屋面的特殊部位，接閃導(dǎo)線需要根據(jù)建筑特點采用隨彎就彎的施工工藝，使所安裝的接閃導(dǎo)線與建筑形態(tài)和諧一致，更加利于古建筑防雷后的觀賞效果和防雷安裝的統(tǒng)一。

3.固定支架安裝

古中廟利用固定支架安裝保障了接閃器的牢固性。固定支架安裝由卡箍、支撐桿及頂片組成。在古中廟防雷安裝中，首先將卡片焊接在支撐桿的上端，在安裝支架時，依據(jù)設(shè)計圖紙及施工交底情況進(jìn)行施工安裝，所有支架之間的間距保持在規(guī)定范圍內(nèi)，使每一個支架之間的距離保持均等。支架的安裝工作需要保持卡緊的狀態(tài)，使支架能處于平、直狀態(tài)，所有支架的尺寸是在對古中廟屋面瓦件尺寸進(jìn)行測量后進(jìn)行加工制作的。值得注意的是，固定支架安裝與閃導(dǎo)線的焊接方式不同，支架的加工焊接采用氬弧焊接施工工藝。

4.引下線的安裝

古中廟在引下線的安裝，應(yīng)按照設(shè)計圖紙安裝，每條引下線要安裝斷接卡和護(hù)套管，根據(jù)防雷設(shè)計規(guī)范，斷接卡安裝位置應(yīng)在地上0.3米到1.8米之間，護(hù)套管應(yīng)采用交聯(lián)聚乙烯管，其管壁厚度大于3毫米，護(hù)套管的安裝高度2.7米，斷接卡將引下線分為上下兩部分，上部分為引下線，下部分為接地母線，斷接卡的主要功能是檢測每條引下線接地電阻值的大小。古中廟的引下線保護(hù)管的安裝，采用分上下段處理，通過斷接卡接頭使兩節(jié)保護(hù)管保持一致，斷接卡接頭保障了引下線安裝的穩(wěn)定性。在古中廟防雷工程引下線安裝中，利用了護(hù)套管避免了游客及管理人員接觸到雷電流，防止了引下線出現(xiàn)受損的情況。在古中廟的防雷工程中，由于需要經(jīng)過臺階才能進(jìn)行入地操作，因此在臺階類似的位置進(jìn)行緩坡加強型的鍍鋅鋼槽的安裝，避免了人們在路過時出現(xiàn)磕碰。

5.雷電峰值記錄儀的安裝

古中廟在防雷設(shè)計時，為了更好地掌握當(dāng)?shù)氐睦纂娀顒右?guī)律，對該地區(qū)的雷電活動進(jìn)行實時記錄，設(shè)計了雷電峰值記錄儀，并在設(shè)計圖上標(biāo)示了其安裝位置。在實際施工中，要求將雷電峰值記錄儀按照圖紙所標(biāo)位置，安裝在保護(hù)套的上方引下線上，防止雷電峰值記錄儀受損，同時能夠準(zhǔn)確記錄古中廟地區(qū)雷電詳細(xì)活動狀況，為今后該地區(qū)的防雷保護(hù)提供有力的數(shù)據(jù)支撐。

[1]姚東升、高超、劉通、胡旻、李曉磊《古建筑防雷設(shè)計的探討》，《陜西氣象》2019年第 4期，53～55頁。

[2]虞悅、馮丹丹、包炳生《國家級文物保護(hù)的古建筑防雷技術(shù)探討》，《科技通報》2019年第4期，189～193頁。

[3]胡登峰、厲守生《古建筑防雷設(shè)計與防火》，《智能建筑》2018年第 4期，51～55頁。