黃延剛， 王涪德， 林冠文

(東莞市防雷設(shè)施檢測(cè)所，廣東東莞 523000)

0 引言

雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估一般是依據(jù)項(xiàng)目所在地的雷電及災(zāi)害特征進(jìn)行分析，對(duì)導(dǎo)致的人身傷亡進(jìn)行預(yù)評(píng)估。隨著我國(guó)雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)標(biāo)準(zhǔn)的頒布，各地先后開(kāi)展了雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估工作。如林冠文等［1］對(duì)高層建筑物的評(píng)估方法進(jìn)行了系統(tǒng)的闡述，楊東旭［2］介紹了炸藥倉(cāng)庫(kù)的評(píng)估內(nèi)容、程序和方法，列出相應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估分量及計(jì)算方法，得出該倉(cāng)庫(kù)存在的一些防雷問(wèn)題，提出相應(yīng)的整改措施和建議。由于技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)參照IEC 62305:2000，國(guó)外與國(guó)內(nèi)的建筑物、防護(hù)方法和雷電活動(dòng)特征存在一定偏差，同時(shí)在實(shí)際應(yīng)用中對(duì)技術(shù)規(guī)范的理解也有差距，評(píng)估不夠精細(xì)。王涪德等［3］介紹了國(guó)外和國(guó)內(nèi)幾個(gè)雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的標(biāo)準(zhǔn)，指出進(jìn)行評(píng)估時(shí)應(yīng)根據(jù)被評(píng)估對(duì)象的特點(diǎn)做選擇;盧友發(fā)等［4］提出當(dāng)前評(píng)估的難點(diǎn)是雷電災(zāi)害分析、風(fēng)險(xiǎn)分量的選取;吳海等［5］專門(mén)研究了建筑物雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的風(fēng)險(xiǎn)分量及其影響因素。對(duì)已建建筑物的評(píng)估采取的方法和準(zhǔn)備材料有所不同，現(xiàn)場(chǎng)勘察準(zhǔn)確獲取原始數(shù)據(jù)和各個(gè)因子的量值至關(guān)重要［6］。隨著評(píng)估業(yè)務(wù)的不斷發(fā)展，對(duì)各種建筑物的評(píng)估方法要求逐漸提高。

本文結(jié)合某學(xué)校擴(kuò)建教學(xué)樓，對(duì)其進(jìn)行待建時(shí)的雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)預(yù)評(píng)價(jià)和建成后的現(xiàn)狀雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，并結(jié)合教學(xué)樓所在地的地理位置、環(huán)境、雷電等因素，確定其風(fēng)險(xiǎn)來(lái)源，根據(jù)主要風(fēng)險(xiǎn)提出降低風(fēng)險(xiǎn)的對(duì)策。

1 土壤電阻率

土壤電阻率測(cè)試所用儀表為MI2127接地電阻綜合測(cè)試儀，測(cè)量時(shí)進(jìn)行自動(dòng)轉(zhuǎn)換并顯示土壤電阻率值，地極間距取 1、2、3、4、5、6、7、8 m時(shí)，根據(jù) GB/T 21431—2008《建筑物防雷裝置檢測(cè)規(guī)范》，測(cè)量出平均土壤電阻率為104.1 Ω·m。

2 雷電活動(dòng)規(guī)律

2.1 雷暴日

雷暴日是指定區(qū)域內(nèi)一年發(fā)生雷電放電的天數(shù)，用 Td表示。東莞市多年平均雷暴日為81.6 d。根據(jù)GB 50057—2010《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》，雷擊大地的年平均密度 Ng=0.1Td=8.16次/(km2/a)。

2.2 地閃密度

地閃密度指每平方千米年平均落雷次數(shù)，是估算建筑物年預(yù)計(jì)雷擊次數(shù)重要的參數(shù)。雷暴日和雷電監(jiān)測(cè)網(wǎng)的雷電數(shù)據(jù)得出的Ng不一樣，雷暴日的雷聲不能準(zhǔn)確表征地面落雷。在進(jìn)行建筑物年預(yù)計(jì)雷擊次數(shù)的估算時(shí)，應(yīng)以建筑物所在區(qū)域測(cè)得的地閃密度為準(zhǔn)?，F(xiàn)場(chǎng)測(cè)量教學(xué)樓的地理坐標(biāo)，結(jié)合廣東省雷電監(jiān)測(cè)網(wǎng)雷電數(shù)據(jù)，得出教學(xué)樓周圍3 km地閃密度Ng=18.56次/(km2/a)，根據(jù)當(dāng)?shù)貙?shí)際情況校正后，Ng=7.424次/(km2/a)。

2.3 雷電流累積概率

根據(jù)GB 21714.1—2008《雷電防護(hù) 總則》，LPSⅠ對(duì)應(yīng)的滾球半徑為20 m，最小峰值電流為2.91 kA，LPSⅡ、LPSⅢ、LPSⅣ對(duì)應(yīng)的滾球半徑分別為30、45、60 m，最小峰值電流分別為5.43、10.14、15.79 kA，對(duì)應(yīng)大于最小雷電流的累積概率為97%、91%、84%。教學(xué)樓3 km范圍內(nèi)對(duì)應(yīng)大于最小雷電流的累積概率如表1所示。由表1可知，教學(xué)樓采用LPSⅣ或LPSⅢ保護(hù)概率均達(dá)不到要求，宜采用LPSⅡ設(shè)計(jì)。

表1 教學(xué)樓3 km范圍內(nèi)對(duì)應(yīng)大于最小雷電流的累積概率

3 雷電風(fēng)險(xiǎn)量化估算

對(duì)于建(構(gòu))筑物中因雷電可能出現(xiàn)的各類損失，應(yīng)計(jì)算其所對(duì)應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)。該項(xiàng)目雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估主要采用標(biāo)準(zhǔn)GB/T 21714.2—2008。

3.1 項(xiàng)目特性

該教學(xué)樓長(zhǎng)、寬、高分別為 82.3、53.1、23.4 m，周圍為學(xué)生宿舍、教學(xué)樓、民宅和菜地，據(jù)初步規(guī)劃教學(xué)樓內(nèi)的設(shè)備有電力系統(tǒng)和消防系統(tǒng)。該項(xiàng)目為教學(xué)場(chǎng)所，內(nèi)部有大量的人員活動(dòng)且出入頻繁，接觸電壓和跨步電壓可能對(duì)人員構(gòu)成傷害，雷擊后不存在公共服務(wù)損失和文化遺產(chǎn)損失，也不會(huì)對(duì)周邊環(huán)境帶來(lái)危害，故本評(píng)估只對(duì)人身傷亡風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行計(jì)算。

評(píng)估參數(shù)取值的科學(xué)性和合理性直接影響最終的評(píng)估結(jié)果。結(jié)合項(xiàng)目的勘察情況，對(duì)待建和已建建筑物參數(shù)進(jìn)行取值，如表2所示。

表2 待建和已建建筑物部分參數(shù)取值對(duì)比

3.2 年預(yù)計(jì)危險(xiǎn)事件次數(shù)

該項(xiàng)目用電由市政管網(wǎng)供應(yīng)，電源進(jìn)線采用鎧裝埋地引入配電房，再由配電房埋地引入教學(xué)樓，雷擊教學(xué)樓年預(yù)計(jì)危險(xiǎn)次數(shù)ND=0.144 3，雷擊教學(xué)樓附近的年平均危險(xiǎn)事件次數(shù)NM=1.848 5，雷擊服務(wù)設(shè)施的年平均危險(xiǎn)事件次數(shù)NL=0.000 8，雷擊服務(wù)設(shè)施附近的年平均危險(xiǎn)事件次數(shù)NI=0.007 6。因此，年預(yù)計(jì)危險(xiǎn)事件主要為雷電直接擊中教學(xué)樓及教學(xué)樓附近。

3.3 雷擊導(dǎo)致各種損害的概率

待建建筑物未采取任何防雷措施，已建建筑物采取LPSⅡ時(shí)，雷擊教學(xué)樓及其附近造成的損害概率如表3所示。

表3 雷擊教學(xué)樓及其附近造成的損害概率

3.4 人身傷亡風(fēng)險(xiǎn)和防護(hù)措施

在不同雷電防護(hù)措施條件下，應(yīng)正確選擇損失分量組合［7］。教學(xué)樓由雷電引起的人身傷亡風(fēng)險(xiǎn)如表4所示。

由表4可知，未采取防護(hù)措施時(shí)教學(xué)樓因雷電引起的人身傷亡風(fēng)險(xiǎn)超過(guò)風(fēng)險(xiǎn)容許的典型值(RT=1×10-5)，需進(jìn)一步采取措施降低這種風(fēng)險(xiǎn)。從風(fēng)險(xiǎn)組成看，風(fēng)險(xiǎn)貢獻(xiàn)值主要來(lái)自雷電直接擊中教學(xué)樓因危險(xiǎn)火花觸發(fā)火災(zāi)或爆炸引起物理?yè)p壞。

表4 教學(xué)樓由雷電引起的人身傷亡風(fēng)險(xiǎn)×10-9

采取適當(dāng)?shù)闹睋衾追雷o(hù)措施，降低教學(xué)樓直擊雷損害概率。對(duì)于待建建筑物，裝設(shè)LPSⅢ，并且使屋面裝置得到完全的直擊雷防護(hù)，并利用鋼筋混凝土框架做自然引下線，使風(fēng)險(xiǎn)值降低到0.339×10-5，滿足風(fēng)險(xiǎn)容許值要求。根據(jù)教學(xué)樓3 km范圍內(nèi)雷電流的累積概率和GB 50057—2010《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》分類標(biāo)準(zhǔn)，教學(xué)樓宜裝設(shè)LPSⅡ，教學(xué)樓建成時(shí)設(shè)置LPSⅡ，估算風(fēng)險(xiǎn)結(jié)果總計(jì)為0.073 6×10-5，大大降低了風(fēng)險(xiǎn)值。

4 結(jié)語(yǔ)

根據(jù)待建和已建建筑物的特性，從雷擊損壞類型和來(lái)源估算了可能出現(xiàn)的雷擊損壞、概率和人身傷亡風(fēng)險(xiǎn)，提出待建建筑物需采取防護(hù)措施來(lái)降低人身傷亡風(fēng)險(xiǎn)，采取LPSⅢ保護(hù)措施可滿足評(píng)估規(guī)范要求。實(shí)際上根據(jù)GB 50057—2010和項(xiàng)目所在地的雷電流累積概率，宜采取LPSⅡ保護(hù)，已建建筑物采用LPSⅡ直擊雷防護(hù)，并采取屏蔽、等電位聯(lián)結(jié)和接地措施，安裝適配的電涌保護(hù)器，以滿足評(píng)估規(guī)范要求?？偟膩?lái)說(shuō)，待建和已建建筑物的雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估為實(shí)施雷電防護(hù)提供了依據(jù)，可避免或最大限度降低雷擊造成的損失，建議該教學(xué)樓采用第二類防雷建筑物保護(hù)措施。

［1］ 林冠文，王涪德，袁志和.高層建筑物雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估［J］.現(xiàn)代建筑電氣，2013，4(3):8-12.

［2］ 楊東旭.焦作某炸藥倉(cāng)庫(kù)的雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估［J］.氣象與環(huán)境科學(xué)，2012，35(3):90-95.

［3］ 王涪德，金雯晴，林冠文.雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法對(duì)比［J］.現(xiàn)代建筑電氣，2011，2(6):49-55.

［4］ 盧友發(fā)，李丹，黃蘭蘭.河南省雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估進(jìn)展及建議［J］.氣象與環(huán)境科學(xué)，2013，36(2):92-95.

［5］ 吳海，潘家利.建筑物雷擊風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的風(fēng)險(xiǎn)分量及其影響因素［J］.氣象研究與應(yīng)用，2010，31(2):88-90.

［6］ 李洪峰，劉敏.已有建筑物雷擊風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估中幾個(gè)問(wèn)題的探討［J］.浙江氣象，2010，31(3):38-40.

［7］ GB/T 21431—2008 建筑物防雷裝置檢測(cè)技術(shù)規(guī)范［S］.

［8］ GB 50057—2010 建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

［9］ GB 2714.1—2008 雷電防護(hù) 總則［S］.