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《現代建筑電氣雜志》2014年第六期

1評估流程和方法

高層民用建筑的雷擊風險評估流程如圖1所示。(1)現場勘察和數據采集?，F場勘察需要確定建筑物的位置因子和環境因子;利用GPS定位地理位置信息，用于閃電定位資料的處理，分析雷電活動情況，定點雷電預警服務;在不同位置測量土壤電阻率，用于雷擊臨近截收面積的計算和接地網阻值估算等［6-7］。(2)確定評估對象的損失類型。由于高層民用建筑內有較密集居民和電氣電子設備，雷擊導致的損害是對居民的生命損害和對電氣電子設備損害，因此評估主要考慮的是雷擊導致的人員傷亡損失風險R1和經濟損失風險R4。本文主要對人員傷亡損失風險R1進行分析評估，其風險分量包括雷擊建筑物造成的人身傷害風險分量RA和物理損害風險分量RB，雷擊服務設施引起的人身傷害風險分量RU和物理損害風險分量RV。(3)風險值計算和對比，識別主要的風險分量。計算人員傷亡損失風險R1，與容許值RT(10－5)做比較，分析各個風險分量值，識別起主要作用的風險分量值，為下一步提出針對性的雷電防護措施提供依據。(4)提出防護措施和建議。分析高層民用建筑得到的風險分量和總風險，當某一風險分量過大時，應首先對其涉及的防護措施進行改進，直至總風險值小于容許值，如此時總風險值仍大于容許值，則應繼續針對其他大風險分量涉及的措施進行改進［8］。從研究結果進行分析，高層民用建筑風險分量大值大多都出現在物理損害風險分量上，因此主要考慮外部防雷和線路防雷措施。

2高層民用建筑實例分析

擬建的某高層民用建筑長度為52m，寬度為43m，高度為96m，設計為32層，建筑面積為72688m2。經現場勘察，建筑物所處環境市區，周邊有相同高度以及較矮建筑物，該建筑物內有多種弱電智能系統，因此評估時線路考慮電源和信號線路，線路長度按1000m計算。建筑物和線路位置因子選擇周圍有相同高度或更矮建筑物，Cd=0．5;線路環境因子選擇市區，Ce=0．1，電源線路通過變壓器引入，為雙繞組變壓器，Ct=0．2。本次評估建筑物主要考慮的損失類型為人員傷亡損失風險R1，其風險分量包括雷擊建筑物造成的人身傷害風險分量RA和物理損害風險分量RB，雷擊線路引起的人身傷害風險分量RU和物理損害風險分量RV。建筑物未設專用屏蔽系統，忽略建筑物和線路的屏蔽，相關因子KS1=KS2=1，PLD=PLI=1;線路布線因子取KS3=1，電源系統設備耐受電壓值Uw為2．5V，信息系統設備耐受電壓值Uw為1．5V，相關因子KS4為0．6和1;未安裝電源和信號SPD時，相關概率因子PSPD=1。關于建筑物建筑內部的特性如下:地面類型屬大理石、陶瓷地面，相關因子ru和RA值均為0．001;建筑物為低火災危險環境，其火災危險程度因子和防火措施因子rf=rp=0．001;特殊危險因子按500人數確定為低度恐慌，hz=2;接觸和跨步電壓造成的損失率因子Lt=0．0001;物理損害造成的損失率Lf=0．05。通過閃電定位系統數據分析，得到該建筑物所在區域地閃密度Ng=10．26次/(a•km2)，通過測量該地土壤電阻率，計算得到平均土壤電阻率ρ=188．3Ω•m。綜合以上分析的參數因子計算得到風險值和相關風險分量，如表1所示。經計算得到的人身傷亡總風險值R1=20．1×10－5，超過國家強制性規范要求容許值10－5的20．1倍，需要進行雷電防護措施。組合各風險分量:(1)按損害成因組合。雷擊建筑物引起的風險RD=RA+RB=1．94×10－4;雷擊建筑物服務設施引起的風險RI=RU(P)+RV(P)+RU(T)+RV(T)=7．15×10－6。(2)按損害類型組合。雷擊引起的人身傷害風險RS=RA+RU(P)+RU(T)=2．01×10－7;雷擊引起的物理損害風險RF=RB+RV(P)+RV(T)=2．01×10－4。根據上述計算，風險R1的主要貢獻來自:雷擊建筑物造成的物理損害風險分量RB占96．44%;雷擊電力線路引起的損害分量RU(P)、RV(P)占0．59%;雷擊信息線路引起的損害分量RU(T)、RV(T)占2．97%。分析計算結果，得到高層民用建筑風險分量大值出現在RB、RV上，因此防護措施主要考慮外部防雷和線路防雷措施，合適的措施有［9-10］:①安裝二類防雷裝置系統進行保護，相關的防護因子PB值由1降為0．2;②安裝防雷擊電磁脈沖措施，電源及信號線路安裝防雷保護級別為Ⅱ級的SPD，以保護電源及信息信號系統，相關的防護因子PSPD值由1降為0．02;③配置人工滅火裝置。采取上述防護措施以后，得到新的風險值及相關風險分量如表2所示。采取綜合防護措施后，人身傷亡總風險值R1=0．994×10－5，比防雷前的20．1×10－5降低了22倍，是最大允許值10－5的99．4%，符合國家強制性規范要求。綜上所述，從雷害風險評估方面來看，采取多種形式的防雷設施是恰當的、合理的，而在采取防雷措施前確實存在較大的雷擊風險隱患。對于該高層民用建筑，應按照分析所給出的雷電防護措施建議，并結合國家規范的要求嚴格按照第二類防雷建筑物的類別，做好相關雷電防護措施，其因雷擊引起的風險值才可以基本滿足國家強制標準規定的最大可接受風險值。

3結語

探討了高層民用建筑雷擊風險評估的計算分析方法，從現場勘察、數據采集到各類風險因子選擇和風險分量計算，根據風險分量和總風險值針對性提出最合適的雷電防護措施建議。高層民用建筑由于高度高，成為雷擊的制高點，容易遭受雷擊，因而成為雷電防護的重點，對于建筑物設計和施工之前的雷擊風險評估尤為重要，使設計施工更加安全可靠，經濟合理。從該建筑物雷擊風險評估計算結果分析，其人身傷亡風險值超過國家規范規定的最大允許值，按相關規定和要求需要安裝和完善防雷設施。建筑物的雷電防護措施應從以下幾個方面進行:(1)根據評估結果選擇合適的外部防雷系統。(2)安裝防雷擊電磁脈沖措施。(3)其他防護措施，如做好外露引下線電氣絕緣或有效的地面電位均衡措施等保護措施，配置人工滅火裝置等。

作者：楊偉民李陽斌李翠華單位：清遠市氣象局