湄潭县浙大旧址古建筑雷电防护初探

田洪进，龙衾颖，陈林琴，易 丁

(1.贵州省遵义市气象局，贵州 遵义 563002;2.贵州省金沙县气象局，贵州 金沙 563600;3.贵州省气象局职工教育培训中心，贵州 贵阳 550002)

1 引言

国内名胜古迹遭受雷电灾害的案例很多，如北京故宫、承德避暑山庄普佑寺、山西运城稷山大佛寺等都遭受过雷击，导致古建筑破损或毁坏，贵州湄潭浙江大学旧址属贵州省国家级重点文物保护单位，其防雷设施基本没有。本文将利用湄潭浙江大学旧址实地勘察资料、湄潭县40 a气象观测资料、贵州6 a闪电监测网数据资料，按照IEC(国际电工委)62305雷电灾害评估方法对旧址中具有代表性的两处建筑进行雷电灾害风险评估，以期为该旧址修缮保护雷电防护设计提供科学依据。

2 浙江大学旧址基本情况

贵州湄潭浙江大学旧址分布于贵州省遵义市湄潭县湄江镇和永兴镇两地境内，修建已有上百年历史，现保存较为完好的有9处:湄潭文庙、天主堂、双修寺、义泉万寿宫、西来庵、畜牧场实验楼、永兴教授楼、欧阳曙宅和李氏古宅，属砖木或木结构建筑物，均为架空线缆入室，无防雷设施。

3 资料选取和实验方法

本文选取1969—2008年湄潭县气象基准站的地面观测资料、2006—2011年闪电监测网资料、选取两种地处不同环境的天主堂(城区)和西来庵(农村)实地勘察数据作为基本分析数据。采用概率统计方法，对表征雷电活动的雷暴日数、地闪密度、地闪强度等特征因子进行分析，找出湄潭县雷电活动的一般规律。依据IEC62305－2评估标准，对湄潭浙江大学旧址因雷电灾害可能造成的人员伤亡风险和文化遗产风险进行分析计算，并探索降低存在的雷电灾害风险，使之低于可承受的风险范围。为湄潭浙江大学旧址古建筑重新修缮做好雷电防护提供依据。

4 实验数据分析

4.1 雷暴分布

根据湄潭县地面观测资料数据统计分析，湄潭县年平均雷暴日数53 d，略高于我省年平均雷暴日51.6 d，属高雷暴区，闪电监测网资料分析的雷暴日区域分布与湄潭县地面观测资料的分析结果基本相符。

湄潭县雷电活动主要发生在4－8月，月平均雷暴日数超过7 d，最高达12 d，峰值出现在6、7月，1、2月和11、12月为每年最低谷值。

经统计分析湄潭县(县城中心位置5km半径范围)年平均地闪次数 148次，地闪密度 5.3次/km2·a。

湄潭县最大正(负)闪电强度、平均地闪强度分别是242(246.6)kA、51.5(36)kA。

4.2 土壤电阻率勘测

利用HT－TERR－234E接地电阻测试仪，采用等距四极测量方法，对湄潭浙大旧址的天主堂和西来庵两地多点进行土壤电阻率勘测。

通过测量两地的土壤电阻率变化不大，平均土壤电阻率分别是124.88Ω·m、131.60Ω·m，属于低土壤电阻率范围，有利于防雷装置接地处理。

5 雷电风险分析

5.1 天主堂雷电灾害风险计算

根据天主堂的长宽高(27 m、12 m、15 m)，通过对其建筑特性、邻近线路及其连接内部系统的数据特性和室内特性计算得到R1、R3(表1、表2)。

表1 人员伤亡风险R1组成

表2 文化遗产风险R3组成

天主堂的R1和R3均为2.17 E－05，对于人员伤亡风险，已高于风险可承受值(E－05)，需要对建筑物进行防雷保护。而对于文化遗产风险，低于风险可承受值(E－03)，不需要对建筑物进行防雷保护。

5.2 西来庵雷电灾害风险计算

根据西来庵的长宽高(35 m、35 m、12 m)，通过对其建筑特性、邻近线路及其连接内部系统的数据特性和室内特性计算得到R1、R3(表3、表4)。

表3 人员伤亡风险R1的组成

表4 文化遗产风险R3的组成

西来庵的 R1和 R3分别为6.44E－05、6.10 E－05，对于人员伤亡风险，已高于风险可承受值(E－05)，需要对建筑物进行防雷保护。而对于文化遗产风险，低于风险可承受值(E－03)，不需要对建筑物进行防雷保护。

5.3 降低雷电灾害风险的分析

天主堂和西来庵古建筑主要风险是人员生命损失风险，采取防雷措施后可使风险降低至可承受范围。根据R1和R3的组成来看，R3取决于RB(与建筑物内因危险火花放电触发火灾有关的风险分量)和RV(与雷电流经过入户服务设施产生的物理损害有关的风险分量)两个风险分量，而R1除了这两个风险分量外还包括了 RA、RU、RC2、RM2等多个风险分量。显然，R3为较小的风险因子，故对湄潭浙大旧址古建筑的风险估算主要考虑R1。从计算结果来看，架空线缆入室及是否屏蔽和综合布线又成了主要风险来源。

对天主堂和西来庵古建筑采取第二类防雷建筑物设计重新计算雷电灾害风险后见表5，人员伤亡风险满足评估标准的可承受值范围。

表5 天主堂与西来庵主要风险计算结果比较

6 结论

通过对湄潭浙江大学旧址实地勘察数据，并利用湄潭县40 a气象观测资料和6 a贵州闪电监测网实时数据资料进行统计分析，利用IEC62305－2雷电风险评估方法对湄潭浙大旧址古古建筑进行雷电灾害风险分析计算，位于高雷暴区域的文物古建筑，雷电灾害发生的风险较高，按第二类防雷建筑物考虑雷电防护措施可使雷电灾害风险降至最低，并为湄潭浙大旧址雷电防护设计提供科学依据。同时该结论也可作为同类古建筑雷电防护设计参考。

［1］杨仲江.雷电灾害风险评估与管理基础［M］.北京:气象出版社，2010.

［2］陈渭民.雷电学原理［M］.北京:气象出版社，2006.

［3］IEC62305－2.Protection against lightning－Part 2:Risk management［S］.雷电防护－第2部分:风险管理，2010.

［4］IEC62305 －4，Protection against lightning－Part 4:Electrial and electronic systems within structures［S］.雷电防护－第4部分:建筑物内的电气和电子系统，2010.

［5］GB50165－92.古建筑木结构维护与加固技术规范［S］.北京:中国计划出版社，1992.

［6］蒋勇军，况明生，匡鸿海，等.区域易损性分析、评估及易损度区划——以重庆市为例［J］. 灾害学，2001，16(3):59 －64.

［7］曹志建，甘文强.贵州省雷电活动规律初步分析［J］.贵州气象，2010，34.