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《復(fù)旦學(xué)報(bào)》2015年第五期

《印象大紅袍》是由張藝謀、王潮歌、樊躍共同組成的“印象鐵三角”領(lǐng)銜導(dǎo)演的繼《印象劉三姐》、《印象麗江》、《印象西湖》、《印象海南島》后創(chuàng)作的第五個(gè)印象作品，是全世界唯一一個(gè)展示中國(guó)茶文化的大型山水實(shí)景演出，其觀眾席采用全球首創(chuàng)的可360°旋轉(zhuǎn)的觀眾席，每5min就可完成一周的旋轉(zhuǎn)，舞臺(tái)視覺(jué)總長(zhǎng)度達(dá)12000km．據(jù)有關(guān)統(tǒng)計(jì)，全球每年大約發(fā)生1．0×1010次雷暴，平均每天發(fā)生8．00×106次，其中對(duì)人類危害最大的地閃每秒鐘就有30～100次發(fā)生，因雷電災(zāi)害具有瞬時(shí)性、分散性、廣泛性以及頻繁性，其已經(jīng)被聯(lián)合國(guó)列為“最嚴(yán)重的十種自然災(zāi)害之一”［1］．雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估是根據(jù)項(xiàng)目所在地雷電活動(dòng)時(shí)空分布特征及其災(zāi)害特征，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)情況進(jìn)行分析，對(duì)雷電可能導(dǎo)致的人員傷亡、財(cái)產(chǎn)損失程度與危害范圍等方面的綜合風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算，從而為項(xiàng)目選址、功能分區(qū)布局、防雷類別（等級(jí)）與防雷措施確定、雷災(zāi)事故應(yīng)急方案等提出建設(shè)性意見的一種評(píng)價(jià)方法．本文根據(jù)《印象大紅袍》旋轉(zhuǎn)觀眾席的結(jié)構(gòu)特性、地理位置等因素對(duì)其進(jìn)行了雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，計(jì)算出了《印象大紅袍》旋轉(zhuǎn)觀眾席因雷擊造成的人員生命損失風(fēng)險(xiǎn)以及經(jīng)濟(jì)損失風(fēng)險(xiǎn)，并有針對(duì)性地提出了有助于降低人員生命損失風(fēng)險(xiǎn)及經(jīng)濟(jì)損失風(fēng)險(xiǎn)的指導(dǎo)意見．

1《印象大紅袍》旋轉(zhuǎn)觀眾席概況

《印象大紅袍》是福建省武夷山市傾力打造的重點(diǎn)文化旅游項(xiàng)目，觀眾席可360°旋轉(zhuǎn)，其直徑為46．6m，投影面積為1705m2，高度為0．18～16m左右，呈馬蹄形狀，全鋼結(jié)構(gòu)．整個(gè)圓臺(tái)可承載觀眾2000人同時(shí)旋轉(zhuǎn)，采用10臺(tái)液壓馬達(dá)并聯(lián)驅(qū)動(dòng)，外緣線速度為0～0．5m／s，并可根據(jù)演出需要在任意位置停止旋轉(zhuǎn)，定位準(zhǔn)確．設(shè)備電源采用三相五線制，電壓380V，電源采用TN－S系統(tǒng)，由低壓配電間引至機(jī)械旋轉(zhuǎn)觀眾席開關(guān)柜．其坐落在武夷山國(guó)家旅游度假區(qū)武夷茶博園西南角，崇陽(yáng)溪東側(cè)河岸，背倚風(fēng)光綺麗的武夷大王峰和九曲溪，從圖1（a）（見第668頁(yè)）可看出《印象大紅袍》旋轉(zhuǎn)觀眾席處于水陸交接處，從圖1（b）可看出《印象大紅袍》旋轉(zhuǎn)觀眾席周邊無(wú)高大建筑物，從四周環(huán)境分析可知，《印象大紅袍》旋轉(zhuǎn)觀眾席所處區(qū)域非?？諘?，且屬于非常孤立建筑物，因此極易遭受雷擊．

2《印象大紅袍》旋轉(zhuǎn)觀眾席的防雷裝置設(shè)計(jì)概況

《印象大紅袍》旋轉(zhuǎn)觀眾席為露天觀眾席，按第二類防雷建筑物進(jìn)行設(shè)計(jì)，采用避雷針作為接閃器；設(shè)備電源采用三相五線制，電壓380V，電源采用TN－S系統(tǒng)，由低壓配電間引至機(jī)械旋轉(zhuǎn)觀眾席開關(guān)柜；進(jìn)出旋轉(zhuǎn)觀眾席上設(shè)備間的弱電信號(hào)均采用無(wú)線信號(hào)；利用建筑物基礎(chǔ)作為接地裝置，防雷接地、保護(hù)接地及弱電接地共用一接地體，接地電阻≤1Ω．

3《印象大紅袍》旋轉(zhuǎn)觀眾席雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

3．1《印象大紅袍》旋轉(zhuǎn)觀眾席雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)的選擇目前，國(guó)際通用的雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)有IEC61662、ITU－TK．39以及IEC62305等標(biāo)準(zhǔn)，國(guó)內(nèi)通用的雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)有GB50057、GB50343以及GB／T21714．2等標(biāo)準(zhǔn)，《印象大紅袍》旋轉(zhuǎn)觀眾席雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)選擇采用中華人民共和國(guó)氣象行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)QX／T85—2007．

3．2《印象大紅袍》旋轉(zhuǎn)觀眾席雷電損害的成因分析根據(jù)GB／T21714雷電防護(hù)等標(biāo)準(zhǔn)對(duì)雷電災(zāi)害損害與損失的分析，筆者認(rèn)為雷電對(duì)《印象大紅袍》旋轉(zhuǎn)觀眾席的損害成因有以下5種：①直接雷電引起的著火、爆炸、機(jī)械效應(yīng)及化學(xué)效應(yīng)；②直接雷電下的接觸電壓和跨步電壓；③間接雷電下設(shè)備上的過(guò)電壓；④直接雷電下設(shè)備上的過(guò)電壓；⑤間接雷電引起的著火、爆炸、機(jī)械效應(yīng)和化學(xué)效應(yīng)．

3．3《印象大紅袍》旋轉(zhuǎn)觀眾席雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的參數(shù)選定經(jīng)分析，人員生命損失和經(jīng)濟(jì)價(jià)值損失可能會(huì)涉及到《印象大紅袍》旋轉(zhuǎn)觀眾席，因此本次評(píng)估只針對(duì)與其相對(duì)應(yīng)的人員生命損失風(fēng)險(xiǎn)R1和經(jīng)濟(jì)價(jià)值損失風(fēng)險(xiǎn)R4加以評(píng)估．雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估最大的難點(diǎn)是評(píng)估模型中各參數(shù)的選定［6］，因?yàn)槊總€(gè)參數(shù)選定的精確度將直接影響到最后的評(píng)估結(jié)果．表1～3列出了《印象大紅袍》旋轉(zhuǎn)觀眾席雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型中所有涉及的參數(shù)，現(xiàn)將其中比較難選定的部分參數(shù)選擇過(guò)程進(jìn)行說(shuō)明．（1）因該項(xiàng)目與其他建筑物間的弱電信號(hào)均通過(guò)無(wú)線傳輸，即無(wú)外接引入信號(hào)線，所以本次評(píng)估不考慮雷擊該項(xiàng)目信號(hào)線路造成的人畜傷害以及建筑物物理?yè)p害的風(fēng)險(xiǎn)分量．（2）觀眾席的高度（H）．觀眾席呈馬蹄形，高度從0．1～16．7m，考慮到觀眾席為露天，遭受雷擊的后果比較嚴(yán)重，所以高度取16．7m，詳見表1．（3）直接雷擊致生物觸電概率（PA）．《印象大紅袍》旋轉(zhuǎn)觀眾席為全鋼結(jié)構(gòu)，且整個(gè)觀眾席鋪設(shè)了絕緣材料，但考慮到打雷的天氣通常都有下雨的現(xiàn)象，一旦觀眾席遭受雷擊，人員觸電風(fēng)險(xiǎn)比較高，故PA值取1×10－2，詳見表1．（4）外部防雷裝置LPS（PB）．按圖紙?jiān)O(shè)計(jì)，《印象大紅袍》旋轉(zhuǎn)觀眾席的直擊雷防護(hù)采用三根不等高避雷針，如圖2所示，但經(jīng)計(jì)算發(fā)現(xiàn)當(dāng)1．8m的觀眾站在舞臺(tái)中央（高度為4．6m）時(shí)《印象大紅袍》旋轉(zhuǎn)觀眾席的避雷針B、C不能對(duì)人進(jìn)行有效的保護(hù)，如圖3所示，且避雷針A、B之間的部分弧形舞臺(tái)及未在避雷針保護(hù)范圍之內(nèi)［7］，如圖4所示，避雷針A、C之間的部分弧形也未在接閃器保護(hù)范圍之內(nèi)，計(jì)算方法同上，故PB取值為2×10－1，詳見表1．（5）根據(jù)圖紙及現(xiàn)場(chǎng)勘查，配電房變壓器低壓側(cè)以及旋轉(zhuǎn)觀眾席電源控制柜未見有電源SPD的設(shè)計(jì)與安裝，故PSPD取值為1，詳見表2．

3．4雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)值計(jì)算參數(shù)選定后，根據(jù)規(guī)范QX／T85—2007中給定的公式，先后計(jì)算出旋轉(zhuǎn)觀眾席及相關(guān)引入設(shè)施截收面積（表4）、預(yù)計(jì)年累計(jì)雷擊次數(shù)（表5）以及人員生命、經(jīng)濟(jì)損失風(fēng)險(xiǎn)（表6）等值。

3．5雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估結(jié)論QX／T85—2007附錄G規(guī)定當(dāng)雷擊涉及人員生命損失時(shí)，風(fēng)險(xiǎn)容許值RT＝10－5，通過(guò)以上計(jì)算可知，《印象大紅袍》旋轉(zhuǎn)觀眾席由雷擊造成的人員生命損失風(fēng)險(xiǎn)R1＝4．2×10－5大于規(guī)范規(guī)定風(fēng)險(xiǎn)容許值RT；QX／T85—2007等相關(guān)規(guī)范雖然沒(méi)有規(guī)定經(jīng)濟(jì)損失風(fēng)險(xiǎn)的容許值，但通過(guò)以上計(jì)算可知，《印象大紅袍》旋轉(zhuǎn)觀眾席由雷擊造成的經(jīng)濟(jì)損失風(fēng)險(xiǎn)R4＝9．53×10－4，相較于R1要高出很多，另外，該項(xiàng)目在燈光、舞臺(tái)等演出設(shè)備投資巨大，降低經(jīng)濟(jì)損失的風(fēng)險(xiǎn)值將有效提高演出設(shè)備的安全性，因此，從雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的角度認(rèn)定《印象大紅袍》旋轉(zhuǎn)觀眾席的雷電防護(hù)措施是不完善的，為保證人員安全、減少經(jīng)濟(jì)損失，應(yīng)全面完善《印象大紅袍》旋轉(zhuǎn)觀眾席的雷電安全防護(hù)措施，進(jìn)一步降低可承受風(fēng)險(xiǎn)值．

3．6風(fēng)險(xiǎn)降低措施及分析通過(guò)對(duì)表6的分析可知，造成人員生命損失風(fēng)險(xiǎn)過(guò)高的主要分量在于RB、RV，二者貢獻(xiàn)的風(fēng)險(xiǎn)分量占人員生命損失風(fēng)險(xiǎn)總量的99％以上，造成經(jīng)濟(jì)損失風(fēng)險(xiǎn)過(guò)高的主要分量在于RV，其貢獻(xiàn)的風(fēng)險(xiǎn)分量占經(jīng)濟(jì)損失風(fēng)險(xiǎn)總量的59％以上，因此《印象大紅袍》旋轉(zhuǎn)觀眾席的雷電防護(hù)措施只針對(duì)RB、RV這兩個(gè)參數(shù)進(jìn)行以下改進(jìn)：1）完善消防系統(tǒng)［8］，采取固定的自動(dòng)滅火裝置和自動(dòng)報(bào)警裝置；2）因觀眾席設(shè)計(jì)出口單一，且不可改變，只有完善應(yīng)急疏散預(yù)案，平時(shí)加強(qiáng)應(yīng)急疏散演練，才能降低特殊危害的等級(jí)，達(dá)到低度恐慌；3）因《印象大紅袍》旋轉(zhuǎn)觀眾席的防直擊雷措施不完善，使得LPS（0．2）等級(jí)偏低，因此需加強(qiáng)直擊雷防護(hù)措施，使LPS等級(jí)達(dá)到Ⅱ類［9］；4）在配電房低壓側(cè)安裝第一級(jí)SPD，在旋轉(zhuǎn)觀眾席控制柜安裝第二級(jí)SPD，才能有效地減少雷電對(duì)電源線路的危害［10］；采取以上整改措施后，有效地將《印象大紅袍》旋轉(zhuǎn)觀眾席人員生命損失風(fēng)險(xiǎn)R1降低到QX／T85—2007規(guī)定的容許值以下，并且大大降低了經(jīng)濟(jì)損失風(fēng)險(xiǎn)R4的風(fēng)險(xiǎn)值．

4對(duì)《印象大紅袍》旋轉(zhuǎn)觀眾席防雷措施的建議

采取本文3．6的改進(jìn)措施后，從計(jì)算結(jié)果可以看出，《印象大紅袍》旋轉(zhuǎn)觀眾席的雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)降到了容許值以下，但從觀眾及工作人員的安全角度考慮，筆者認(rèn)為《印象大紅袍》旋轉(zhuǎn)觀眾席雷電防護(hù)還應(yīng)做好以下幾點(diǎn)：（1）采取主動(dòng)防御措施．《印象大紅袍》旋轉(zhuǎn)觀眾席位于水陸交界處，屬于露天演出場(chǎng)所，人員十分密集，且演出過(guò)程中觀眾處于金屬體之上，諸多因素決定了該區(qū)域較其他地區(qū)更易遭受雷擊．為預(yù)防和減少雷擊事件的發(fā)生，最好的方式就是在演出場(chǎng)地附近安裝閃電定位儀、大氣電場(chǎng)儀等雷電預(yù)警有關(guān)的設(shè)備并及時(shí)的了解時(shí)時(shí)天氣信息，如果預(yù)計(jì)演出時(shí)會(huì)有雷暴發(fā)生，主辦方就不要組織演出．（2）改善直擊雷防護(hù)措施．通過(guò)本文的分析可知，現(xiàn)有的接閃裝置不能保護(hù)整個(gè)觀眾席及觀眾席上的人員，建議采取增加避雷針高度等措施改善《印象大紅袍》旋轉(zhuǎn)觀眾席的直擊雷防護(hù)效果．（3）當(dāng)《印象大紅袍》旋轉(zhuǎn)觀眾席上空電閃雷鳴時(shí)，如果觀眾不能及時(shí)撤離，應(yīng)盡量降低重心和減少人體與地面的接觸面積，可蹲下或坐在座位上，雙腳并攏，手放膝上，身向前屈，臨時(shí)躲避，如能披上雨衣，防雷效果就更好．本文針對(duì)雷擊《印象大紅袍》旋轉(zhuǎn)觀眾席的損害成因，根據(jù)《印象大紅袍》旋轉(zhuǎn)觀眾席的結(jié)構(gòu)特性、地理位置等因素對(duì)其進(jìn)行了雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，計(jì)算出了《印象大紅袍》旋轉(zhuǎn)觀眾席因雷擊造成的人員生命損失風(fēng)險(xiǎn)以及經(jīng)濟(jì)損失風(fēng)險(xiǎn)，并有針對(duì)性地提出了有助于降低人員生命損失風(fēng)險(xiǎn)以及經(jīng)濟(jì)損失風(fēng)險(xiǎn)的指導(dǎo)意見，文中還從人員安全角度考慮對(duì)《印象大紅袍》旋轉(zhuǎn)觀眾席雷電防護(hù)措施提出來(lái)幾點(diǎn)建議．目前國(guó)內(nèi)有許多露天的演出舞臺(tái)或觀眾席，本次評(píng)估為設(shè)計(jì)師以后設(shè)計(jì)這些場(chǎng)所的防雷工程方案時(shí)提供了參考價(jià)值．

作者：張雷 李麗平 涂慰云 施宗強(qiáng) 應(yīng)凌云 李霖 單位：南京信息工程大學(xué) 福建省南平市氣象局 福建省南平市延平區(qū)氣象局 福建省南靖縣氣象局