建筑物雷电灾害风险评估*

黄延刚， 王涪德， 林冠文

(东莞市防雷设施检测所，广东东莞 523000)

0 引言

雷电灾害风险评估一般是依据项目所在地的雷电及灾害特征进行分析，对导致的人身伤亡进行预评估。随着我国雷电灾害风险标准的颁布，各地先后开展了雷电灾害风险评估工作。如林冠文等［1］对高层建筑物的评估方法进行了系统的阐述，杨东旭［2］介绍了炸药仓库的评估内容、程序和方法，列出相应的风险评估分量及计算方法，得出该仓库存在的一些防雷问题，提出相应的整改措施和建议。由于技术标准参照IEC 62305:2000，国外与国内的建筑物、防护方法和雷电活动特征存在一定偏差，同时在实际应用中对技术规范的理解也有差距，评估不够精细。王涪德等［3］介绍了国外和国内几个雷电灾害风险评估的标准，指出进行评估时应根据被评估对象的特点做选择;卢友发等［4］提出当前评估的难点是雷电灾害分析、风险分量的选取;吴海等［5］专门研究了建筑物雷电灾害风险评估的风险分量及其影响因素。对已建建筑物的评估采取的方法和准备材料有所不同，现场勘察准确获取原始数据和各个因子的量值至关重要［6］。随着评估业务的不断发展，对各种建筑物的评估方法要求逐渐提高。

本文结合某学校扩建教学楼，对其进行待建时的雷电灾害风险预评价和建成后的现状雷电灾害风险评估，并结合教学楼所在地的地理位置、环境、雷电等因素，确定其风险来源，根据主要风险提出降低风险的对策。

1 土壤电阻率

土壤电阻率测试所用仪表为MI2127接地电阻综合测试仪，测量时进行自动转换并显示土壤电阻率值，地极间距取 1、2、3、4、5、6、7、8 m时，根据 GB/T 21431—2008《建筑物防雷装置检测规范》，测量出平均土壤电阻率为104.1 Ω·m。

2 雷电活动规律

2.1 雷暴日

雷暴日是指定区域内一年发生雷电放电的天数，用 Td表示。东莞市多年平均雷暴日为81.6 d。根据GB 50057—2010《建筑物防雷设计规范》，雷击大地的年平均密度 Ng=0.1Td=8.16次/(km2/a)。

2.2 地闪密度

地闪密度指每平方千米年平均落雷次数，是估算建筑物年预计雷击次数重要的参数。雷暴日和雷电监测网的雷电数据得出的Ng不一样，雷暴日的雷声不能准确表征地面落雷。在进行建筑物年预计雷击次数的估算时，应以建筑物所在区域测得的地闪密度为准。现场测量教学楼的地理坐标，结合广东省雷电监测网雷电数据，得出教学楼周围3 km地闪密度Ng=18.56次/(km2/a)，根据当地实际情况校正后，Ng=7.424次/(km2/a)。

2.3 雷电流累积概率

根据GB 21714.1—2008《雷电防护 总则》，LPSⅠ对应的滚球半径为20 m，最小峰值电流为2.91 kA，LPSⅡ、LPSⅢ、LPSⅣ对应的滚球半径分别为30、45、60 m，最小峰值电流分别为5.43、10.14、15.79 kA，对应大于最小雷电流的累积概率为97%、91%、84%。教学楼3 km范围内对应大于最小雷电流的累积概率如表1所示。由表1可知，教学楼采用LPSⅣ或LPSⅢ保护概率均达不到要求，宜采用LPSⅡ设计。

表1 教学楼3 km范围内对应大于最小雷电流的累积概率

3 雷电风险量化估算

对于建(构)筑物中因雷电可能出现的各类损失，应计算其所对应的风险。该项目雷电灾害风险评估主要采用标准GB/T 21714.2—2008。

3.1 项目特性

该教学楼长、宽、高分别为 82.3、53.1、23.4 m，周围为学生宿舍、教学楼、民宅和菜地，据初步规划教学楼内的设备有电力系统和消防系统。该项目为教学场所，内部有大量的人员活动且出入频繁，接触电压和跨步电压可能对人员构成伤害，雷击后不存在公共服务损失和文化遗产损失，也不会对周边环境带来危害，故本评估只对人身伤亡风险进行计算。

评估参数取值的科学性和合理性直接影响最终的评估结果。结合项目的勘察情况，对待建和已建建筑物参数进行取值，如表2所示。

表2 待建和已建建筑物部分参数取值对比

3.2 年预计危险事件次数

该项目用电由市政管网供应，电源进线采用铠装埋地引入配电房，再由配电房埋地引入教学楼，雷击教学楼年预计危险次数ND=0.144 3，雷击教学楼附近的年平均危险事件次数NM=1.848 5，雷击服务设施的年平均危险事件次数NL=0.000 8，雷击服务设施附近的年平均危险事件次数NI=0.007 6。因此，年预计危险事件主要为雷电直接击中教学楼及教学楼附近。

3.3 雷击导致各种损害的概率

待建建筑物未采取任何防雷措施，已建建筑物采取LPSⅡ时，雷击教学楼及其附近造成的损害概率如表3所示。

表3 雷击教学楼及其附近造成的损害概率

3.4 人身伤亡风险和防护措施

在不同雷电防护措施条件下，应正确选择损失分量组合［7］。教学楼由雷电引起的人身伤亡风险如表4所示。

由表4可知，未采取防护措施时教学楼因雷电引起的人身伤亡风险超过风险容许的典型值(RT=1×10-5)，需进一步采取措施降低这种风险。从风险组成看，风险贡献值主要来自雷电直接击中教学楼因危险火花触发火灾或爆炸引起物理损坏。

表4 教学楼由雷电引起的人身伤亡风险×10-9

采取适当的直击雷防护措施，降低教学楼直击雷损害概率。对于待建建筑物，装设LPSⅢ，并且使屋面装置得到完全的直击雷防护，并利用钢筋混凝土框架做自然引下线，使风险值降低到0.339×10-5，满足风险容许值要求。根据教学楼3 km范围内雷电流的累积概率和GB 50057—2010《建筑物防雷设计规范》分类标准，教学楼宜装设LPSⅡ，教学楼建成时设置LPSⅡ，估算风险结果总计为0.073 6×10-5，大大降低了风险值。

4 结语

根据待建和已建建筑物的特性，从雷击损坏类型和来源估算了可能出现的雷击损坏、概率和人身伤亡风险，提出待建建筑物需采取防护措施来降低人身伤亡风险，采取LPSⅢ保护措施可满足评估规范要求。实际上根据GB 50057—2010和项目所在地的雷电流累积概率，宜采取LPSⅡ保护，已建建筑物采用LPSⅡ直击雷防护，并采取屏蔽、等电位联结和接地措施，安装适配的电涌保护器，以满足评估规范要求。总的来说，待建和已建建筑物的雷电灾害风险评估为实施雷电防护提供了依据，可避免或最大限度降低雷击造成的损失，建议该教学楼采用第二类防雷建筑物保护措施。

［1］ 林冠文，王涪德，袁志和.高层建筑物雷电灾害风险评估［J］.现代建筑电气，2013，4(3):8-12.

［2］ 杨东旭.焦作某炸药仓库的雷电灾害风险评估［J］.气象与环境科学，2012，35(3):90-95.

［3］ 王涪德，金雯晴，林冠文.雷电灾害风险评估方法对比［J］.现代建筑电气，2011，2(6):49-55.

［4］ 卢友发，李丹，黄兰兰.河南省雷电灾害风险评估进展及建议［J］.气象与环境科学，2013，36(2):92-95.

［5］ 吴海，潘家利.建筑物雷击风险评估的风险分量及其影响因素［J］.气象研究与应用，2010，31(2):88-90.

［6］ 李洪峰，刘敏.已有建筑物雷击风险评估中几个问题的探讨［J］.浙江气象，2010，31(3):38-40.

［7］ GB/T 21431—2008 建筑物防雷装置检测技术规范［S］.

［8］ GB 50057—2010 建筑物防雷设计规范［S］.

［9］ GB 2714.1—2008 雷电防护 总则［S］.