雷電防護實驗室建設(shè)與創(chuàng)新人才培養(yǎng)

李慶玲，肖穩(wěn)安，王鐵邦，趙學(xué)余

(1. 南京信息工程大學(xué) 繼續(xù)教育學(xué)院，江蘇 南京 210044; 2. 南京信息工程大學(xué) 大氣物理學(xué)院，江蘇 南京 210044; 3. 南京信息工程大學(xué) 實驗室與設(shè)備管理處，江蘇 南京 210044)

雷電是眾多大氣現(xiàn)象中的一種[1-2]，是云地之間迅猛的脈沖放電產(chǎn)生強烈的閃光并伴隨巨大的響聲的一種既可怖又壯觀的大氣物理現(xiàn)象。自然界這種強大的放電，能夠直接擊在建筑物或防雷裝置上，或從建筑物的側(cè)、旁擊在建筑物上，危害地面上的建筑物等物體和人、畜生命。1989年8月12日9時55分，青島黃島油庫遭雷擊，2.3萬立方米原油儲量的5號儲油罐爆炸起火，大火共燃燒104小時，燒掉原油4萬多立方米，占地16.67hm2的老罐區(qū)和生產(chǎn)區(qū)設(shè)施全部燒毀，直接經(jīng)濟損失3540萬元，10輛消防車被燒毀，19人犧牲，100多人受傷，其中公安消防人員犧牲14人，負傷85人。雷電不僅僅是直接擊中建筑物危害地面上的建筑物及人、畜生命，雷電產(chǎn)生的強大電磁脈沖(LEMP)也具有極大的破壞性[3-4]。隨著現(xiàn)代化進程的加快，特別是信息產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展，自動控制、通信和計算機網(wǎng)絡(luò)等微電子設(shè)備和電子系統(tǒng)在各行各業(yè)得到廣泛應(yīng)用，雷擊事故帶來的損失和影響也越來越大。雷擊造成的電子設(shè)備直接經(jīng)濟損失達雷電災(zāi)害總損失的80%以上。雷電災(zāi)害是聯(lián)合國10年減災(zāi)委員會公布的對人類生活影響最最嚴重的10種自然災(zāi)害之一，也是“電子時代的一大公害”。雷電既造成巨大的經(jīng)濟損失，也給社會帶來難以估量的間接損失，對社會影響很大。本文將重點論述雷電防護實驗室建設(shè)與專業(yè)創(chuàng)新人才的培養(yǎng)。

1 雷電防護科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的創(chuàng)建與發(fā)展

防雷減災(zāi)成為國家保護人民生命財產(chǎn)的重要內(nèi)容，受到各級政府的高度重視。1999年10月31日，第九屆全國人大常委會第二次會議審議通過的《中華人民共和國氣象法》中明確提出：各級氣象主管機構(gòu)應(yīng)當(dāng)加強對雷電災(zāi)害防御工作的組織管理，并會同有關(guān)部門指導(dǎo)對可能遭受雷擊的建筑物、構(gòu)筑物和其他設(shè)施安裝的雷電災(zāi)害防護裝置的檢測工作[5]。

在這一思想的指導(dǎo)下，全國防雷工作發(fā)展很快，防雷事業(yè)風(fēng)起云涌，但是，國內(nèi)沒有一個教育機構(gòu)培養(yǎng)雷電防護專業(yè)人才，從事防雷的專業(yè)人才幾乎是零。南京氣象學(xué)院(現(xiàn)在的南京信息工程大學(xué))抓住這個機遇，通過調(diào)研，了解“雷擊”主要指瞬時過電壓/過電流所產(chǎn)生的影響，造成瞬時過電壓/過電流的原因可以是直擊雷、感應(yīng)雷、傳導(dǎo)雷、操作過電壓等，防雷技術(shù)主要有引雷放電、旁路分流、等電位連接、屏蔽技術(shù)等，防雷工程設(shè)計與審核、防雷系統(tǒng)檢測與驗收、防雷技術(shù)研究與開發(fā)、雷電監(jiān)測和預(yù)警等是防雷業(yè)務(wù)的重要內(nèi)容[6-13]。防雷工作的特點是業(yè)務(wù)范圍寬、知識跨度大、涉及學(xué)科多，防雷是一個跨學(xué)科、實踐性強的新專業(yè)。

按照國家有關(guān)本科專業(yè)人才的培養(yǎng)規(guī)格[1,3-4]，結(jié)合防雷業(yè)務(wù)的特點，2000年南京信息工程大學(xué)在電子信息工程專業(yè)目錄下開辦了雷電防護與電磁兼容專業(yè)方向，2005年雷電防護科學(xué)與技術(shù)(以下簡稱防雷專業(yè))成為教育部批準的目錄外專業(yè)，2007年教育部批準南京信息工程大學(xué)自主設(shè)置雷電科學(xué)與技術(shù)二級學(xué)科的博士點和碩士點。專業(yè)成立以來，防雷專業(yè)得到了迅速發(fā)展，滿足雷電防護事業(yè)對人才的需求。

從防雷專業(yè)涉及雷電防護對象、雷電防護技術(shù)方法和雷電防護業(yè)務(wù)范圍可以看出，防雷專業(yè)是一個實踐性很強的工科類專業(yè)，把課堂理論教學(xué)與社會生產(chǎn)實踐結(jié)合起來是搞好防雷教學(xué)和培養(yǎng)優(yōu)秀人才的重要環(huán)節(jié)。

2 雷電防護實驗室建設(shè)鑒定了實驗教學(xué)基礎(chǔ)

防雷專業(yè)的課程包括了雷電物理學(xué)、建筑學(xué)、電學(xué)、電工學(xué)、電子學(xué)、電磁學(xué)、計算機技術(shù)、工藝制造等多學(xué)科的課程內(nèi)容，涉及雷電物理過程，雷電危害機理和途徑，運用工程設(shè)計方法、電工電子技術(shù)、通信技術(shù)、計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等，開發(fā)防雷產(chǎn)品、設(shè)計防雷工程，檢查防雷設(shè)施的安全可靠性，開展雷電監(jiān)測和預(yù)警服務(wù)。

辦好防雷專業(yè)、培養(yǎng)雷電防護專業(yè)人才，離不開雷電物理過程的觀測實驗研究，即金屬、電子防雷產(chǎn)品的研發(fā)、測試、工程安裝實驗。防雷裝置的檢測方法需要在大量實際的防雷工程中使用，需要觀測雷電發(fā)生發(fā)展、研究雷電物理過程的引雷實驗場所，需要開發(fā)研制并能夠測試雷電防護產(chǎn)品的電工電子技術(shù)實驗室，需要防雷工程設(shè)計、施工、檢測、驗收的實驗實習(xí)基地，以及雷電監(jiān)測和預(yù)警的示范區(qū)域。為此，從2001年起，學(xué)校已先后投資幾百萬元購置了雷電電涌測試系統(tǒng)、防雷器件參數(shù)測試系統(tǒng)、空間電磁場測量系統(tǒng)以及交流電源分析儀、絕緣電阻測試儀、接地電阻測試儀、矢量網(wǎng)絡(luò)測試儀等多種儀器設(shè)備，建立了防雷專業(yè)實驗室，擁有了一定的專業(yè)課程實驗開發(fā)研究能力，并在上海、南京、蘇州、南通、揚州等地建立了“防雷生產(chǎn)實習(xí)基地”和“防雷產(chǎn)學(xué)研基地”，為雷電防護的理論與實踐相結(jié)合提供了廣泛的空間，也為學(xué)校和地方聯(lián)合辦學(xué)、共同提高提供了平臺。

近20個省市防雷中心建立了“防雷生產(chǎn)實習(xí)基地”，為理論與實踐相結(jié)合提供了更廣泛可靠的空間，也為學(xué)校和地方聯(lián)合辦學(xué)、共同提高提供了平臺。

除此之外，與國內(nèi)、校內(nèi)外相關(guān)專業(yè)實驗室、實驗基地的科技合作不僅擴充了雷電防護實驗室的功能，同時也開發(fā)了新的雷電實驗基地，為雷電防護實驗室進一步發(fā)展建設(shè)打下了良好的基礎(chǔ)，進一步滿足了防雷專業(yè)的教學(xué)實驗實習(xí)的需要。

3 加強防雷實驗室管理，發(fā)揮實驗室的效能

實驗室建立了，能否合理使用、充分發(fā)揮效益，管理好實驗室是保證。防雷實驗室是一個專業(yè)特色很顯著的專業(yè)實驗室，執(zhí)行校、院管理模式。

學(xué)校依據(jù)特色專業(yè)的社會需求、發(fā)展前景、專業(yè)實驗課程設(shè)置、學(xué)科發(fā)展趨勢以及可開展的科學(xué)研究課題確定實驗室的規(guī)模投資建設(shè)。

院系制定實驗室管理制度、設(shè)置專職實驗管理和實驗教學(xué)人員，承擔(dān)實驗教學(xué)和管理實驗的日常運行管理。管理制度明確規(guī)定了實驗室運行、儀器設(shè)備使用、實驗室開放、課程實驗、科研實驗、與校內(nèi)外相關(guān)實驗室、實驗基地合作開發(fā)新產(chǎn)品、新項目的規(guī)章和制度。

防雷實驗室管理緊密結(jié)合專業(yè)特點，保證了防雷專業(yè)的學(xué)生受到基本訓(xùn)練(包括生產(chǎn)實習(xí)和室內(nèi)實驗)，開展科學(xué)研究并開發(fā)新系統(tǒng)、新技術(shù)，培養(yǎng)有扎實的電子技術(shù)、信息系統(tǒng)、雷電防護的基本理論、基本知識和基本技能，并能從事防雷技術(shù)開發(fā)與應(yīng)用以及電子設(shè)備、信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)研究、設(shè)計、開發(fā)和應(yīng)用等工作的高級工程技術(shù)人才[14-15]。

4 雷電防護實驗室開放使用培養(yǎng)了創(chuàng)新人才

高校實驗室建設(shè)是基礎(chǔ)，管好是保證用好見效益出成果。南京信息工程大學(xué)雷電防護科學(xué)與技術(shù)專業(yè)

創(chuàng)辦之初就注意到實踐教學(xué)的重要性，雷電防護實驗室的建設(shè)、防雷生產(chǎn)實習(xí)及產(chǎn)學(xué)研基地建設(shè)幾乎與專業(yè)建設(shè)同步進行，把雷電防護基本理論知識教學(xué)與雷電防護工程設(shè)計、產(chǎn)品研發(fā)、防雷裝置檢測、雷電監(jiān)測和預(yù)警實踐教學(xué)有機結(jié)合，保證了教學(xué)質(zhì)量和科技成果產(chǎn)出，培養(yǎng)了大批專業(yè)創(chuàng)新人才[16-17]。

4.1 雷電防護實驗室開放使用，保證了教學(xué)質(zhì)量

防雷專業(yè)涵蓋了多個學(xué)科相互交叉的教學(xué)內(nèi)容，需要了解雷電形成的物理過程及雷電危害建筑、電氣設(shè)備等的機理，需要熟練掌握雷電安全防護工程技術(shù)、方法和防雷裝置安全檢測方法。所有這些理論、技術(shù)、方法需要在實驗室和實習(xí)場所實驗，進行驗證、研究、開發(fā)。雷電防護實驗室多年來為防雷專業(yè)開設(shè)了閃電定位和大氣電場儀觀測實驗和實習(xí)，電涌保護器(SPD)的沖擊實驗，SPD的啟動電壓、漏電流、分布參數(shù)、信號SPD幅頻特性測量實驗，接地電阻測試實驗，表面電阻測試實驗，土壤電阻率的測試實驗，空間電磁場強和建筑物、信息系統(tǒng)電磁屏蔽效果測量實驗等幾十個實驗項目。通過這些實驗、實習(xí)和課程設(shè)計、畢業(yè)設(shè)計，使學(xué)生把課堂學(xué)習(xí)的理論應(yīng)用于防雷實際，保證了培養(yǎng)實際動手能力強的特色專業(yè)的教學(xué)質(zhì)量。

4.2 雷電防護實驗室開放使用，教學(xué)、研發(fā)成果豐碩

雷電防護實驗室和生產(chǎn)實習(xí)、產(chǎn)學(xué)研基地除了承擔(dān)日常的教學(xué)生產(chǎn)實驗、實習(xí)外，實驗室向?qū)I(yè)教師、學(xué)生開放，鼓勵教師和學(xué)生在實驗室進行防雷產(chǎn)品開發(fā)和實驗，支持利用實驗室資源申請研究課題。十幾年來，雷電防護科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的教師和學(xué)生利用防雷實驗室的設(shè)備與校內(nèi)相關(guān)專業(yè)實驗室合作開發(fā)出大氣電場儀、電涌保護器、雷電監(jiān)測和預(yù)警系統(tǒng)、雷擊災(zāi)害風(fēng)險評估軟件等多項科技產(chǎn)品和多部教學(xué)課件，獲國家專利、獎勵、軟件著作權(quán)10多個，教學(xué)、研發(fā)成果豐碩。

5 結(jié)束語

雷電防護實驗室的建設(shè)、優(yōu)化管理和使用夯實了防雷專業(yè)培養(yǎng)目標，培養(yǎng)出一批防雷減災(zāi)急需創(chuàng)新人才。辦學(xué)14年來，防雷實驗室、防雷生產(chǎn)實習(xí)基地、產(chǎn)學(xué)研基地密切配合雷電防護科學(xué)與技術(shù)專業(yè)，為國家培養(yǎng)了100多名防雷博士生和碩士生、1 000多名本科學(xué)生，同時還培訓(xùn)近萬名在職專業(yè)人員。受到良好學(xué)歷教育的畢業(yè)生和接受過防雷專業(yè)培訓(xùn)的業(yè)務(wù)人員遍布全國各地，成為防雷減災(zāi)管理的好手、防雷產(chǎn)品開發(fā)的主力，承擔(dān)著重大雷電防護工程設(shè)計、雷擊災(zāi)害風(fēng)險評估和雷電監(jiān)測和預(yù)警的研究，有的已成為國際防雷委員會的成員。配合雷電防護科學(xué)與技術(shù)專業(yè)建立的防雷專業(yè)實驗室，填補了國家防雷專業(yè)設(shè)置和急需防雷專業(yè)創(chuàng)新人才培養(yǎng)的空白。

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