古建筑物防雷設計研究

收稿日期：2023-11-30

作者簡介：李楊（1983—），男，內蒙古呼和浩特人，本科，副經理，從事雷電防護研究工作。

摘 要：由于自身以及環境特點，古建筑物容易遭遇雷擊，為此需要做好防雷工作。在進行防雷時需要采取合理的手段以及設備，提升防護效果?；诖?，對古建筑物雷擊的結構以及方式進行介紹，重點從外部和內部兩個角度提出了古建筑物防雷的具體手段，并提出了相應的保障策略，為古建筑物防雷工作開展提供參考。

關鍵詞：古建筑物；防雷；策略

中圖分類號：TU895? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：2096-6903（2024）03-0126-03

0 引言

古建筑物歷史悠久，多是從古代保留至今的各種建筑，包括寺廟、樓、殿以及塔等，這些古建筑物不僅是重要的文化遺產，也是一個地區歷史的載體，是歷史文明的重要組成部分。氣象災害有很多種，除了暴雨洪澇、氣象地質災害以外，雷電災害也是其中之一，雷電災害對古建筑物產生一定的破壞，為此需要做好防雷工作。

國家文物局出臺制定了《全國重點文物保護單位防雷安全專項檢查方案》，要求各地區根據自身情況，做好古建筑物防雷工作。古建筑物防雷工作實施具有重要的作用，可以有效地保護古建筑物，拓展我國物質文化內涵。為此對古建筑物防雷工作實施情況進行分析，并提出對策，為相關工作開展奠定基礎。

1 古建筑物防雷設計原則

1.1 災害安全性

對于一些國家級文物保護的古建筑物而言，在進行防雷設計時需要確保安全。具體應用防雷技術時，需要嚴格遵守相關的設計規范，有效地保護國家文物，避免古建筑物出現損壞，從而更好地體現出古建筑物的價值。為此，在具體防雷工作中需要選擇合適的材料，采用先進的防雷技術，有效提升防雷效果。

1.2 技術先進性

在保護古建筑物時，做好防雷工作可以避免古建筑物遭遇雷擊。為了能夠更好地開展防雷工作，需要做好技術創新工作，采用先進的科學技術，并對各項技術進行推廣。還可以學習國際經驗，結合我國古建筑物的具體情況，對保護手段進行優化，從而更好地保證古建筑物安全。

1.3 經濟合理性

古建筑物防雷工作實施時需要投入一定的資源，為此需要對防雷工作的經濟性進行全面的評估，核算防雷的具體成本。在防雷工作中需設置成本控制目標，并定期對成本控制工作的實施情況進行考核，有效提升防雷工作成本控制效果，降低成本。

1.4 持久性

要制定相應的保護規劃，做好防雷基礎工程建設，以為古建筑物安全提供保障。在保護古建筑物時，需要確保使用的防護裝置合理、持久有效，保證防雷裝置與建筑的協調一致。古建筑物防雷工作實施時，需要根據情況選擇合適的防雷材料。選擇材料時需要考慮質量、價格以及壽命，以保證防雷裝置在古建筑中的持久性。

2 古建筑物易遭受雷擊的結構特點及方式

2.1 結構特點

古建筑物與一般建筑物相比存在很多的不同，包括結構不同、用途不同、性質不同以及地理環境不同，因此相比于一般建筑物，古建筑物更容易遭遇雷擊。

部分古建筑物建設在地勢較高的區域，例如山上，這就容易遭遇雷擊。在結構方面，古建筑物為了凸顯建筑物的大氣磅礴，大多具有高聳的屋脊，甚至一些建筑物在屋頂中含有錫背，這就為帶電云層放電提供了一個良好條件。部分古建筑物在建造時，會在大殿中央埋設金屬寶盒，這些金屬物也會使得建筑物接閃放電的可能性變大。古建筑物在建造時材料大多是磚木，這些材料如果遭遇雷擊很容易出現燃燒情況，從而使古建筑物遭到破壞[1]。

2.2 雷擊方式

古建筑物遭遇雷擊侵害的方式有5種：第一，直擊雷。這種方式是閃電直接擊中古建筑物，出現各種效應，比如說電效應、熱效應等，對古建筑物產生一定的破壞。

第二，球雷。球雷相對來說比較復雜，人們對于球雷的研究也比較多，通過各種實驗以及自然現象發現，球雷出現的原因是空氣中帶有靜電的氣霧層相互作用。這種雷電容易進入到古建筑物的內部。

第三，閃電電涌侵入。架空線路以及金屬管道對于雷電具有一定的傳導作用，閃電電涌可以通過這些物品進入古建筑物內部，對古建筑物產生一定的危害。特別是當前很多古建筑物在開發過程中，都增設了照明線路、監控線路以及消防線路等，增大了閃電電涌發生的可能性[2]。

第四，古建筑物周圍如果存在大量的高大樹木，這些樹木遭遇雷擊，可能會導致古建筑物發生災害。

第五，地電位反擊。地網之間需要有足夠的安全距離，一般情況下需要超過20 m。如果安全距離小于20 m，一個地網接閃。產生高電位雷電流，便會對沒有接閃的地網產生影響，從而使地上的系統遭遇危險。

3 古建筑物防雷手段

3.1 外部防雷

3.1.1 接閃器布設

為了更好地保護古建筑物，應選擇接閃帶（網）和接閃針相結合的接閃器。需在屋角的接閃帶上焊接短針，短針的長度一般為30～50 cm，以更好地將雷電導入到大地。

在敷設接閃帶時，需要重點關注正脊、吻獸、屋頂檐口、垂脊、垂獸和高出建筑物的煙囪等區域，這些區域容易遭遇雷擊。同時為了能夠提升防護效果，在敷設接閃帶時需要避免出現直角彎曲、銳角彎曲這些情況，一般采用圓弧形彎曲。

3.1.2 引下線布設

引下線的數量少，在出現雷擊時分流就會小，這就會導致每根引下線需要承擔較大的雷電流，從而遭遇雷電反擊以及二次效應。為此在布設引下線時，需要根據情況增加數量，充分地利用古建筑物的柱子。古建筑物在建造時使用的材料多是磚木，為此布設一般都是采用明敷的方式。在具體敷設時，需要確保引下線對稱，在滿足間距的基礎上盡可能地增加引下線的數量。引下線自身電感會導致雷電感應情況出現，為了避免這種情況需要采用接地敷設的方式[3]。彎曲一般采用的是弧形彎曲，設置保護覆蓋物。一般距離地面0.3～2.7 m，以避免游客接觸產生意外事故。

3.1.3 布設接地裝置

在布置接地裝置時，需要選擇合適的結構方式以及位置，具體考慮的因素包括古建筑物的用途、游客規模、地理環境等，對于一些游客數量比較多的、重要的古建筑物需要做好防止跨步電壓措施。環形接地裝置主要應用在一些寬度較窄的古建筑物上，在具體布設的過程中，需要保證接地裝置與地下管線路之間具有安全距離。

如果由于條件限制不能滿足規范的要求，則需要將接地裝置連接在一起，使接地網內部的電場分布均衡，這樣可以盡可能地降低跨步電壓對游客產生的危害，在遭遇雷擊時可以避免反擊高壓危害出現。為了進一步降低跨步電壓對游客的危害，接地體如果距離古建筑物出入口的距離小于3 m，則需要將其埋在1 m以下。

3.1.4 樹木防雷管理

古建筑物防雷工作實施時需要做好樹木管理工作，可在樹木頂端安裝接閃針，同時并沿著樹干敷設引下線，在樹底埋設接地體，通過這種方式保護樹木。如果需要栽樹，則需要確保樹干與古建筑物的間距，不得低于5 m，樹冠高度不得低于3 m。

3.2 內部防雷

古建筑物防雷工作開展時除了進行外部防雷以外，還需要進行內部防雷。在建筑物中安裝一些內部防雷裝置，其目的是有效地避免建筑物雷電流出現的電磁效應、跨步電壓等雷電災害。內部防雷手段有很多，除了防雷裝置以外，所有為防雷工作開展的措施、手段均屬于內部防雷，比如良好接地、合理布線等。

很多古建筑物在保護開發的過程中都增設了一些現代設備，如廣播、報警系統、監控系統等，這些系統一定程度上容易遭遇雷擊。這些系統一旦受到雷擊也會造成嚴重的后果。

根據內部環境，采取合理的手段進行防雷保護，具體的防護措施可以從以下3個方面入手：第一，對于古建筑物內部使用的各種金屬保護管的外皮在LPZOA與LPZ1交界處與最近的防雷接地進行等電位連接，通過這種方式可以將侵入的雷電導入大地。

第二，把從LPZOB區進入LPZ1區各類天饋線路在LPZOB與LPZ1交界處安裝相應的天饋電涌保護器（SPD）。把從LPZOA區進入LPZ1區的各類通訊、數據信號線路在LPZOA與LPZ1交界處安裝相應的信號SPD。把從LPZOA區進入LPZ1區的電源線路在LPZOA與LPZ1交界處并安裝相應的電源SPD。對這些SPD進行施工時，需要確保SPD能夠承受的最大電壓與其系統和設備能夠允許的最大電壓保持一致。對于通訊、數據等信號線路，在保護的過程中一般都是采用1～2級的SPD保護。在電源配電線路方面則需要根據設備的重要性以及具體天氣環境設置不同等級的SPD保護，一般等級為1～3級[4]。不同等級SPD之間需要保留一定的間距，具體間距大小需要考慮SPD的類型。最后SPD的接地線需要嚴格遵守相關的規范，并且在LPZ交界處進行接地時需要保證距離最短，通過這種方式能夠有效地提升防雷效果。

第三，雷擊電磁脈沖干擾會嚴重影響到信息系統，如果古建筑物含有弱電電氣設備，則需要做好相關的防護工作。雷擊電磁脈沖干擾主要指的是出現雷擊時會產生雷電磁場輻射干擾和利用各種傳導進入古建筑物的電壓、電流。為此防護雷擊電磁脈沖干擾時需要從三維空間這一角度入手，避免雷電磁場輻射干擾。常用的方法是在建筑物LPZO區域和LPZ1區域中間位置設置屏蔽接地籠。在具體操作的過程中可以將古建筑物中的鋼筋做成法拉第籠式避雷網。對于一些磚木結構的古建筑物，則需要使用接閃器、引下線等做出法拉第籠。接閃器之間的需要不宜過大，保證密集。引下線也需要設置得密集一些，通過這些措施可以有效地減弱雷擊電磁脈沖干擾。對于一些重要的設備，在防護時需要將其放置在屏蔽室內，最大限度地保證安全[5]。

4 古建筑物防雷工作實施保障策略

4.1 做好防雷技術創新工作

在開展防雷工作時需要使用到一定的技術以及設備，為此需要做好相應的技術創新工作，為防雷工作開展提供技術支持。技術研發人員需要彼此進行溝通，學習國際上先進的防雷技術，根據我國的自身情況，對技術進行創新。

對研發人員進行專業的培訓，在培訓之前需要了解研發人員能力方面的不足，選擇合適的培訓內容，將線上培訓和線下培訓結合在一起，充分發揮培訓的作用，增強研發人員能力。還可以適當地開展一些研討交流活動，在交流時學習其他人員的工作經驗及技術，取長補短，彌補自身能力方面的欠缺。最后還可以積極地進行研發人員引進工作，聘請具有豐富經驗的雷電防護技術人員從事相關的工作，有效提升技術研發效果，不斷對防雷技術進行研發，將先進技術應用到防雷工作中。

4.2 做好防雷成本控制工作

古建筑物防雷工作實施時需要使用到大量物資，耗費大量資金，為此需要做好成本控制工作，通過成本控制有效地降低成本。要對資金的使用情況進行審計，了解各項資金的具體使用，提升資金利用效率。在進行成本控制時，要對施工人員進行必要的教育，讓施工人員了解到成本控制與自身的關系，積極參與到成本控制活動中。對于積極參與成本控制的施工人員以及工作人員需要進行必要的獎勵，通過這種方式樹立一個良好的學習榜樣，從而使更多的人參與成本控制工作。

4.3 轉變觀念，重視防雷工作

防雷工作對于古建筑物保護工作實施具有重要的作用，然而實際上很多地區在保護古建筑物時對于防雷這些工作不夠重視，針對這種情況需要轉變觀念，高度重視防雷工作開展，從而為防雷工作開展奠定一個良好的基礎。

各地區要根據自身的情況，制定防雷保護制度，各古建筑物保護機構需要根據古建筑物的具體情況明確管理細則，并定期對各項防護工作的落實情況進行監督。通過監督發現防雷工作中存在的不足，并在以后的工作中進行優化。要定期對防雷工作的實施人員進行必要的教育，安排專業的專家進行相關防雷知識的講解，提升實施人員的綜合素質。

古建筑物防雷工作實施時需要使用到一定的設備，要定期對這些設備進行檢查，查看各項設備正常運行，對于損壞的設備要及時地進行更換。對于出現故障的設備則需要進行檢修。具體檢查內容包括：檢查接地裝置在鋪設過程中是否存在斷裂情況，檢查修繕古建筑時防雷裝置變化情況，檢查接閃器是否存在斷裂的情況；檢查引下線絕緣保護處理有無破壞等。如果發現問題，及時解決，以便充分發揮各項防雷設備的作用。

5 結束語

防雷工作實施對于古建筑物保護而言具有重要的作用，通過實施防雷工作可以避免古建筑物遭遇雷擊，從而更好地保證古建筑物的完整。古建筑物防雷保護工作不是一朝一夕能夠完成的，在具體實施時需要樹立一個正確的觀念，結合古建筑物的具體情況，做好技術研發創新工作，合理運用高科技手段，有效提升防雷效果，從而更好地保護古建筑物。

參考文獻

[1] 王芬，王友乾.淺析古建筑防雷設計[J].中國新技術新產品， 2022（18）：146-148.

[2] 趙靜.古建筑防雷技術淺探[J].文物世界，2020（2）：54-56.

[3] 姚東升，高超，劉通，等.古建筑防雷設計的探討[J].陜西氣象， 2019（4）：53-55.

[4] 許文奕，張紅亮.當前古建筑防雷安全隱患及措施分析[J].時代農機，2018，45（5）：136.

[5] 吳觀曙.古建筑防雷設計措施的應用研究[J].中國設備工程， 2018（5）：217-218.