浅谈文物建筑防雷技术规范的应用

黄树华 徐晓亮 王欣眉

摘要：本文通过中国气象局和国家文物局联合发布的气象行业标准QX189-2013《文物建筑防雷技术规范》，结合全国重点的文物建筑青岛迎宾馆的防雷裝置设计施工实际情况，总结文物建筑防雷工作基本步骤和方法。

关键词： 文物建筑 防雷 迎宾馆

中图分类号： TU746.2 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）10（a）-0000-00

文物建筑是被公布或登记为不可移动文物，是人类文化的重要遗产。文物建筑包括具有历史价值、科学价值和艺术价值的古建筑、纪念建筑及优秀近代建筑。青岛迎宾馆主体建筑4000平方米，于1908年竣工完成。这座建筑历经沧桑近百年，曾几次易主，是青岛市现有的全国重点的文物建筑。

因年代久远，防雷装置已经锈蚀失修。青岛市定期对其进行维护修缮的过程中将防雷装置作为其中一项重要内容。

1、文物建筑防雷勘察设计

文物建筑防雷勘察设计前应收集文物建筑所在区域相关资料，重点包括文物建筑所在区域的土壤电阻率、雷电活动规律、雷电灾害历史、建筑本体结构、材料、内部强弱电情况、建筑与周围建筑、树木的四至距离等。青岛迎宾馆可参考青岛市雷电活动活动情况。青岛市雷击大地密度2.08次/（平方公里·年），每年6，7，8月份为雷电活动高发期。建筑周围土壤含有砾石，土壤电阻率750欧姆·米。迎宾馆的外部外观为古堡式，采用砖石钢木结构。高度为30米的外墙以黄色为基调，局部以花岗岩作装饰，内部为木质结构。防雷设计与文物建筑修缮的设计同步进行。同时强调防雷设计方案在确保防雷安全的前提下执行最少干预原则，维持文物建筑的整体风貌。通过防雷勘察设计，根据文物建筑保护级别、使用要求及发生雷击事故的可能性和后果确定防雷保护等级。青岛迎宾馆应划分为第一类防雷文物建筑。

2、文物建筑防雷装置要求

文物建筑遭受的雷电灾害主要是通过直击雷和雷电电磁脉冲。直击雷防护技术主要是保护建筑物本身不受雷电损害，以及减弱雷击时雷电流沿着建筑物泄入大地的过程中过电压和地电位反击对人身和建筑内设施的危害。对于具有木质结构的迎宾馆要防止雷电引起的火灾。

因此文物建筑的雷电防护系统的基础是做好防雷直击雷和防雷击电磁脉冲的防雷装置设计和施工。防直击雷装置主要包括接闪器、引下线、接地装置组成的外部防雷装置。防雷电电磁脉冲装置主要由等电位联结、电涌保护器组成。

2.1接闪器

根据文物建筑的特点，接闪器设计应充分结合文物建筑的类型和屋顶制式。迎宾馆屋面接闪防护的总体思路是采用屋顶避雷短针（接闪杆）与避雷网相配合的保护方式。这种保护方式能够和建筑结构良好配合又行之有效，对其建筑影响最小。第一类防雷文物建筑，接闪器网格尺寸设计需不大于10m*10m或者12m*8m的网格。屋顶避雷短针作为接闪杆，其对应的保护范围滚球半径为45米。对于突出迎宾馆的建筑造型在避雷短针直击雷保护范围内。文物建筑上的较大金属物体可作为接闪器使用。屋面装饰旗杆同时用做避雷短针。避雷网接闪带可采用接闪导体紧贴文物建筑屋脊敷设的方式安装。为确保文物外观不受影响，经文物保护单位和专家论证。将屋面接闪器安装在脊瓦和金属导水槽的下方，紧贴屋脊，同时加垫石棉阻燃的隔热板。接闪器的材料、结构应符合GB50057-2010《建筑物防雷设计规范》的要求。迎宾馆接闪器材料使用25mm*3mm紫铜带沿屋角、屋脊等易受雷击的部位敷设，接闪器的颜色与该建筑物屋面红瓦的颜色协调一致。固定支架固定在屋面脊瓦下时不对屋面的防水结构和脊瓦造成破坏。接闪带在转角处应随建筑物造型弯曲，构成一个完整的闭合通路。

2.2引下线

文物建筑防雷引下线应根据文物建筑的特点、使用要求合理选择和布设引下线，可适当加大引下线截面积。引下线宜敷设在隐蔽处或游人不易触及到的部位。第一类防雷文物建筑，引下线宜选用铜材。迎宾馆新增引下线采用多股铜线沿建筑物从建筑上接闪器下端焊接牢固后沿后檐墙、墙角或檐柱顺直引下。为了将引下线隐蔽，将其沿墙角封闭的金属下水管外部后侧敷设，这样既美观又能起到泄流引流的效果。引下线间距沿建筑布置间距不应大于18米，考虑在游人较多的正面避免敷设引下线。增加山墙、后檐墙及墙角引下线的根数使得专设引下线平均间距不大于18米，以满足规范的要求。引下线上于距地面 0.3 米至 1.8 米之间装设断接卡，2.7米以下包交联聚乙烯层。引下线采用不损伤文物构件的圆形抱箍方式固定。引下线在游人可能经过的区域采取防接触电压和防跨步电压的措施。引下线3米范围内土壤地表层敷设15厘米厚砾石层。

2.3接地装置

文物建筑可采用闭合环形接地体和独立接地体。考虑到迎宾馆建筑保护要求较高，采用独立接地体。接地装置是为了迅速将雷电流泄放，较低的接地电阻能够降低雷电流泄放过程中产生的反击电压和接触电压。第一类防雷文物建筑接地装置冲击接地电阻值要求不大于10欧姆。本工程我们设计要求接地装置冲击接地电阻不大于5欧姆。接地装置的施工采用现代建筑的独立接地体施工方法。每根引下线终端所连接的独立接地体在土壤中接地线端头的左右方向焊接两根水平接地体和两根垂直接地体。周围土壤电阻率为750欧姆·米，水平接地体的总长度5米。接地装置顶面埋设深度1米，以降低跨步电压的危害。接地体设置在人员停留可能性小的有护栏园林绿化带内。接地装置避开了地下的金属管道和线缆，避免反击。各组独立接地装置通过接地线互相连接。最后回填土分层夯实。

2.4雷电电磁脉冲防护

文物建筑往往有新增的电气系统和电子系统。安装有电气和电子信息系统的文物建筑需采取雷击电磁脉冲防护措施，主要包括屏蔽、防雷等电位连接和安装电涌保护器（SPD）。一次闪电放电产生的电磁波能够影响到几公里以外的敏感电子设备。迎宾馆增设了消防、电子监视系统对电磁脉冲很敏感，一旦遭到电磁脉冲侵害，轻则导致系统重启，重则导致设备击穿报废。迎宾馆砖石钢木结构不像钢筋混凝土建筑的有法拉第笼式的雷电电磁脉冲防护基础，雷电通道周围的电磁场没有任何衰减。为了对这些新增的电气系统和电子系统设备进行雷电电磁脉冲防护，所有进入建筑物的外来导电物应在总等电位进行连接。电气和电子信息接地电阻宜小于4欧姆。进出建筑物的电缆穿钢管埋地引入。电源系统安装配合的多组电涌保护器，弱电端口加装适配的信号电涌保护器。屋面装饰彩灯电源线缆穿钢管敷设，并在开关的电源侧与配电盘外壳之间按照电涌保护器。电子系统机房选择在建筑物二层，设备采用金属外壳的机架放置。信号线缆穿金属配线槽敷设。机房内各种箱体、壳体、机架等金属组件与建筑物接地系统的等电位连接网络采用M型网形结构，各设备的等电位连接线的长度不大于0.5米。通过接地、等电位连接、屏蔽、综合布线和安装电涌保护这些措施可以有效的降低雷电电磁脉冲对电气系统和电子系统的干扰和损坏。

结语

本文通过青岛迎宾馆防雷修缮工作应用文物建筑防雷技术的例子探讨文物建筑防雷的基本步骤和基本思路。防雷工程作为文物建筑修缮工作的重要部分，要注重文化遗产保护与人生安全保护并重，因地制宜采取综合防护，切忌修缮施工过程中对建筑造成二次破坏。文物建筑的防雷装置投入使用后应加强防雷装置的检测与维护。青岛市防雷中心每年在雷雨季节以前对迎宾馆的防雷装置进行防雷安全检测。只有确保防雷装置的安全有效，才能将文物建筑防雷技术用到实处。

参考文献：

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