中国古建筑防雷技术研究

李 鹏

（中国国家博物馆，北京 100000）

中国古建筑防雷技术研究

李 鹏

（中国国家博物馆，北京 100000）

在中华民族悠久的历史长河之中，有那么一类既具有实用价值，又富有艺术价值的建筑，当前还有相当一部分依旧保存得很好。这些建筑很多以木结构为主，一旦遭雷击起火，易造成难以挽回的损失，故古建筑物的防雷保护非常重要。本文对古建筑物的防雷措施进行研究，指出其中所存在的一些问题，并针对这些问题提出相应的解决措施，有利于这些具有历史价值的建筑物能够承载着文化，长远地发展下去。

古建筑；防雷技术；结构

引言

古建筑风格多样又极其富有艺术价值，加上我国的古建筑物数量较多，因此占有着十分重要的地位。古建筑物中很多以木结构为主，一旦遭雷击起火，就容易产生较大的文化、经济损失，所以，古建筑物的保护问题是当前所面临的一个重要问题。随着信息科学技术的发展，很多信息化设备被运用到了古建筑中，特别是在一些由古建筑改建的游览区和博物馆，消防、安防、监控系统相当密集，古建筑信息系统集成化程度很高，存在的安全问题也非常突出。目前人们对古建筑物的防护意识还不够重视，古建筑物防护中所采用的一些设备也较为落后，在防雷方面所起到的作用还不够突出。雷电灾害仍旧是威胁传统建筑物的主要因素。

因此，有必要深入研究古建筑的防雷问题。

本文着重从古建筑物的结构、古建筑防雷现状几个方面的内容相对应地提出古建筑物防雷所要采取的措施和手段，必要时候提出一些典型案例，更为深入地对古建筑物的防雷技术进行研究。

一、古建筑物易遭受雷击的结构原因

古建筑容易遭受雷击的原因有多方多面的，而其结构特点是其中的主要原因之一。古建筑物因古人缺乏对自然知识的充分了解，许多都建在容易遭受雷电袭击的位置，比如：地势高的山上和土壤电阻率易发生突变的山脚。如泰山、华山等地。这些建筑风格为凸显气派、宏伟，常常修建了高耸的屋脊，却不知这些屋脊却为雷电的产生创造了更好的条件。如北京钟鼓楼、武当山金顶。古时人们还不懂得利用混凝土浇筑，所以建筑的材料以砖木为主，这种材料一旦遭受雷电的攻击其受损程度也极高，十分容易受到火灾的破坏。在金属物设置方面，许多古建筑物正脊中部埋设金属宝盒，这些金属物大大增加了建筑物接闪放电的可能性。如国子监辟雍殿顶部即为金顶。在内部存放物品方面，由于古建筑内部可能存放有大量金属物，同样存在雷击隐患。大钟寺古钟博物馆（以下简称大钟寺）这种古钟专题博物馆，高大的殿堂内，陈列了近千余口铜质或铁质的古钟，金属导电原理往往也构成了引发雷击的因素，使雷击概率加大。

二、古建筑防雷现状分析

从近年情况来看，总体上古建筑防雷得到了进一步改善，对文物古建筑的保护起到了一定的作用，但仍然不尽如人意，具体表现在以下几个方面：

部分古建筑物未得到有效保护。一直到1982年，我国部分省级、市级城市开始意识到雷电灾害对古建筑物的损害，陆续设置了防雷装置，但仅限于部分城市，还有许多古建筑物未得到有效保护。

在1993年5月1日《古建筑木结构维护和加固技术规范》（GB50165—92）实施之前，很多古建筑的防雷设计全靠设计者的经验，不成熟、不完善。很多已有防雷设施未达到最新防雷技术标准的要求。通过恢复和修缮的古建筑虽多安装了相应的防雷设备，然而，通过实践检测发现这些设备还有较多不完善之处，比如：对雷电袭击的感应不够敏捷；防雷引下线数量不符合最新标准要求；接地引下线过长过细，独立垂直接地体数量少，接地装置位置不适宜，接地体冲击电阻值达不到最新标准要求；无均压等电位措施；无防球雷措施；一些单位在设计防雷方案时未根据古建筑所在位置的具体情况分析、评估，降低了建筑物的防雷类别，从而降低了安全系数。

防雷模式沿用原来的单组建筑保护，未能从整体考虑并进行保护。

地理环境、地质条件及结构特点方面，古建筑物都不如现代建筑物理想，所以很多防雷设备的安装具有更大的挑战。很多古建筑物在修建之时是不可能考虑到后期需要投入的一些工程，因此，对古建筑物防雷设备的安装极为不利。

出于文物保护需要，古建筑承载着传统文化艺术，所以在修建之时不能随心所欲地对这些建筑进行改建，而要尽可能保持其原来的面貌。这就给古建筑物防雷设备的安装带来了一个较大的挑战。要遵循原有的面貌还是充分发挥防雷设备的作用是一个纠结又矛盾的问题。

三、古建筑的防雷措施

雷电作为一种自然现象，是不可避免而产生的。在古代，人们对自然灾害一直保持着一种敬畏之情。而到了现代，在科学研究发展的背景下，人们逐渐打开了自然现象的神秘面纱，开始尝试着规避这些自然灾害的影响。对于雷电的防护，是人们一直面临着的一个主要问题，雷电只要通过接闪、屏蔽、分流、均压等电位、接地保护等防雷措施，层层设防，就可以化解。针对古建筑的特点，实事求是地运用防雷系统，定期对防雷装置进行检查、测试，经常保养、维修，就能够在关键时刻发挥应有的作用。根据IEC62305和GB50057—2010有关规定，建筑物防雷可分为内、外部防雷，并把建筑物内、外环境划分为LPZOA、LPZOR、LPZlLPZ(n+1)等不同的防雷区。

四、古建筑物内部防雷

（一）古建筑内部技防、信息系统的特点

大部分古建筑遗留下来，经过装修改变成为博物馆。由于参观游览和文物保护的需要，大量的信息设备进入古建筑内。目前已有较多国家的重点文物保护单位设置了相应的消防广播、防盗报警及监视系统等设备。然而，这些设备多数要求探测率要百分之百，漏报为零，误报尽可能小。古建筑的风险等级越高，防护级别也随之提高，因而这些系统对雷电也非常敏感。

随着信息技术的发展，古建筑物的数字化趋势发展得也越来越完善，与此同时，对雷电的防护要求也在不断地提升。当前，古建筑物的网络化发展呈现两种趋势。较早时期进行改造的古建筑物，各个系统之间是独立布线、各自分开的，没有形成完整的形式，加大了工作的难度。随着时间的推移，这种设备愈发完善，近年来改造的古建筑物其各个系统是通过网络传输统一管理的，各个系统之间的信息可以共享，有效地节省了时间和成本。

目前古建筑要求凡是出屋的，上屋跟下屋连接，这段连接全部改成光纤传输。从中央控制室到每个屋都有一条光纤，出了室外全部是光纤。对于早期改造的古建筑，采用非光缆传输的，应采取相应的防雷屏蔽措施。

（二）具体内部防雷措施

1.电源防雷

雷电对电器的损害主要出现在电源部分。因此，对电源的防雷要采取相关的有效措施。电源配电线路可以根据其重要性进行程度不同的保护，开关型SPD与限压型SPD之间的间距应不小于10m，限压型SPD之间的间距应不小于5m。 SPD的接地线规格应符合规范，并以最短的距离在LPZ交界处就近接地(接地线长度一般应不大于0.5m)。

2.天馈、通信、数据等信号线路防雷

把从LPZOB区进入LPZl区的各类天馈线路在两区交界处串接相应的天馈电涌保护器；把从LPZOA区进入LPZl区的各类通信、数据信号线路在两区交界处串接相应的信号SPD。火灾报警系统、防盗报警系统、监控系统等的信号线部分都需要加装信号电涌保护器(SPD)。古建筑内部的网络、通信系统也应加装相应型号的信号电涌保护器。

3.均压等电位

把从LPZ0区进入LPZl区各类金属管包括铠装电缆的金属外皮、光纤的加强筋在两区交界处就近与防雷地或建筑基础地做等电位连接，使沿各类金属管和电缆侵入的雷电流泄流入地。

4.雷击电磁脉冲干扰（LEMP）

对LEMP的防止，除需上述建筑物内部防雷措施外，还需防止从三维空间侵入的雷电磁场辐射干扰。防止雷电磁场干扰的最好方法是在建筑物的LPZ0区与LPZI区之间设置一个金属屏蔽接地笼。在设计施工中，现代仿古建筑可以利用建筑内的钢筋做成法拉第笼式避雷网，对砖木结构的古建筑可以利用防直击雷的接闪器、引下线和接地体做成法拉第笼，接闪器网格、引下线间距应尽可能设置的密一些。经屏蔽后，绝大部分的LEMP被衰减，但对特别重要的设备，还可以放置在作为后续防雷区的屏蔽室内，以确保设备的安全。

五、结束语

古建筑物不仅是珍贵的物质文化遗产，也是一种蕴含着中华民族文化的非物质文化遗产，一旦毁坏便很难再恢复原样。乌兰浩特普惠寺大雄宝殿起火皆因雷击，北京老舍纪念馆也曾遭受雷击，古建筑的防雷迫在眉睫。发展到当代，古建筑物的防护还需要我们结合当前高速发达的科学技术，把防雷工程视作为一种系统工程，提高防护意识，为古建筑的保存完好做出努力，为历史文化遗产的保护做出贡献。

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