瀘州護(hù)國戰(zhàn)爭紀(jì)念館防雷設(shè)計分析

摘 要：瀘州護(hù)國戰(zhàn)爭紀(jì)念館由于歷史原因，在雷電防護(hù)措施上存在諸多問題和隱患，并且由于其建筑構(gòu)造及外觀不能受影響等特殊性，其防雷工程設(shè)計又有別于普通的建筑物防雷工程。文章從專業(yè)防雷的角度，本著對文化遺產(chǎn)負(fù)責(zé)、科學(xué)防護(hù)雷電的目的，對護(hù)國戰(zhàn)爭紀(jì)念館的防雷工程設(shè)計進(jìn)行探討。

關(guān)鍵詞：護(hù)國戰(zhàn)爭紀(jì)念館；文物；防雷工程設(shè)計

引言

四川省文物保護(hù)單位護(hù)國戰(zhàn)爭紀(jì)念館，位于四川省瀘州市納溪區(qū)永寧街道五頂山社區(qū)（原棉花坡鎮(zhèn)五頂山社區(qū)）陶家大院，大院始建于清咸豐二年1852年，到今160年，為大院總占地面積8655平方米。護(hù)國戰(zhàn)爭紀(jì)念館雖幾經(jīng)滄桑，至今仍然保存較完整。該建筑物呈四合院布局，有三朝門、三重堂、四事院、八天井、大小住房并雜屋38間，展示了川南民居建筑的傳統(tǒng)文化。

1 防雷措施原則

護(hù)國戰(zhàn)爭紀(jì)念館內(nèi)均為磚木結(jié)構(gòu)古建筑，通過對護(hù)國戰(zhàn)爭紀(jì)念館進(jìn)行了防雷現(xiàn)狀調(diào)查及防雷保護(hù)設(shè)計現(xiàn)場勘查，我們了解到，該建筑年代均較久遠(yuǎn)，高度大約為12米左右（到頂端最高處），建筑的房頂是典型的瓦房頂，無任何防雷設(shè)施。根據(jù)《建筑物電子信息系統(tǒng)防雷技術(shù)規(guī)范》（GB50343-2004）和《建筑物防雷設(shè)計規(guī)范》（GB50057-2010）關(guān)于雷電防護(hù)分級的規(guī)范要求，本次防雷工程的防護(hù)級別可做如下劃分三類建筑物，應(yīng)設(shè)直擊雷防護(hù)措施及采取防閃電侵入措施。根據(jù)《文物建筑物防雷工程勘察設(shè)計和施工技術(shù)規(guī)范（試行）》要求，文物建筑物防雷需采取直擊雷防護(hù)措施，當(dāng)文物建筑具有低壓電氣線路和電子系統(tǒng)時，應(yīng)加裝防LEMP措施，同時防雷裝置應(yīng)具備人身安全防范措施。

2 建筑物防雷設(shè)計方案

從整體上看，護(hù)國戰(zhàn)爭紀(jì)念館的防雷問題主要存在下述幾個因素：

建筑構(gòu)造：護(hù)國戰(zhàn)爭紀(jì)念館屬于清咸豐年間建筑，年代久遠(yuǎn)。其建筑結(jié)構(gòu)為磚瓦木質(zhì)結(jié)構(gòu)建筑，屋脊由小青瓦堆砌而成，無任何防雷接閃措施。

所處位置：護(hù)國戰(zhàn)爭紀(jì)念館位于山丘上一塊較大平地，兩側(cè)是多層建筑物，前后空曠，故所處的地理位置以及空曠環(huán)境，導(dǎo)致雷擊概率增加、雷擊強(qiáng)度增大。

接地不理想：由于建筑年代都較為久遠(yuǎn)，當(dāng)時的人們對科學(xué)防雷的認(rèn)識還不是很完善，因此護(hù)國戰(zhàn)爭紀(jì)念館的相應(yīng)建筑沒有采取接地處理措施。

綜上所述，需對護(hù)國戰(zhàn)爭紀(jì)念館進(jìn)行有效的防雷保護(hù)措施。

2.1 直擊雷防護(hù)

2.1.1 防護(hù)方案說明

古建筑防雷，與一般意義上的防雷有所不同。針對護(hù)國戰(zhàn)爭紀(jì)念館來說，建筑是采用磚木結(jié)構(gòu)，同時覆蓋小青瓦，呈四合院布局。整體而言這一類建筑的雷擊防護(hù)是一個更為復(fù)雜的問題。

對于第三類防雷建筑物，按照目前的防雷技術(shù)規(guī)范要求，其防雷措施十分嚴(yán)格。其防直擊雷的措施宜采用裝設(shè)在建筑物上的避雷網(wǎng)（帶）或避雷針或由其混合組成的接閃器。避雷網(wǎng)（帶）應(yīng)按規(guī)定沿屋角、屋脊、屋檐和檐角易受雷擊的部位布設(shè)，并應(yīng)在整個屋面組成不大于20m×20m或24m×16m的網(wǎng)格。所有避雷針應(yīng)與避雷帶相互連接，同時引下線應(yīng)沿建筑物四周均勻或?qū)ΨQ布置，其間距不應(yīng)大于25m。當(dāng)僅利用建筑物四周的鋼柱或柱子鋼筋作為引下線時，可按跨度設(shè)引下線，但引下線的平均間距不應(yīng)大于25m。同時，每根引下線的沖擊接地電阻不應(yīng)大于30歐姆。

根據(jù)實際情況，接閃器選擇直接裝設(shè)在建筑物上的避雷帶結(jié)合避雷針的方式，避雷帶的主材可采用Φ10圓鋼作為主材，避雷帶主要安裝在建筑的屋脊等易受雷擊的部位，避雷針則主要安裝于屋脊兩端建筑物易受雷擊的部位，以保證其對屋檐及檐角的有效保護(hù)范圍。

2.1.2 防護(hù)方案

本方案考慮在建筑物屋頂?shù)奈菁怪髁荷显O(shè)置一條避雷帶，避雷帶采用Φ10圓鋼作為主材。具體實施方案即每隔1.0米在屋脊設(shè)置一個支撐桿，避雷支撐桿根據(jù)現(xiàn)場的情況結(jié)合古建筑防雷整體的美觀與協(xié)調(diào)要求，采用定制專用避雷帶支撐卡。避雷支撐卡整體呈現(xiàn)“丫”形，將“丫”形的底端固定于屋頂上，另一端設(shè)置成U形，從而形成一個與屋脊相匹配的固定裝置。然后用同材質(zhì)的圓鋼從每個支撐桿的“U”形槽口中穿過，避雷帶之間通過焊接方式連通。與此同時，用有效高度為1.2m，特制的避雷針，將之安裝于屋脊的兩端（可根據(jù)現(xiàn)場確定避雷針的固定方式，即墻體抱錮或直接固定于屋脊上），并將避雷帶以焊接方式保證其與避雷針有效連通。（備注：避雷帶的具體制作安裝工藝也可根據(jù)現(xiàn)場最后確定）

在上述雷擊接閃器的安裝完畢后，對所有的焊點做防腐防銹處理。

然后分別用35mm2的BVR雙色線作為接地引下線，從避雷帶末端的接地端子處引出，沿房邊引下，分別連接至地面部分的人工輔助接地體的引出線上。與此同時，該地網(wǎng)的引出線還應(yīng)按規(guī)范要求，宜與附近的埋地金屬管道（包括水管）等有效連通，以增加泄流通道，提高雷擊防護(hù)能力。接地引下線需做穿管處理，在固定后應(yīng)刷和外墻相仿顏色做舊處理。

根據(jù)對護(hù)國戰(zhàn)爭紀(jì)念館附近的現(xiàn)場勘測，結(jié)合直擊雷防護(hù)的要求，需要在紀(jì)念館后面兩側(cè)各做一人工輔助地網(wǎng)，再在倆小院天井內(nèi)各做一人工輔助地網(wǎng)，地網(wǎng)的實施方案附后。

2.1.3 接地系統(tǒng)的處理

存在問題：無接地裝置。

規(guī)范依據(jù)：依據(jù)GB50343-2004《建筑物電子信息系統(tǒng)防雷技術(shù)規(guī)范》第5.2.6條規(guī)范：接地裝置應(yīng)優(yōu)先利用建筑物的自然接地體，當(dāng)自然接地體的接地電阻達(dá)不到要求時應(yīng)增加人工接地體。

施工規(guī)范依據(jù)如下：GB50057-2010《建筑物防雷設(shè)計規(guī)范》第5.2.7條的規(guī)范要求：當(dāng)設(shè)置人工接地體時，人工接地體宜在建筑物四周散水坡外大于1m處埋設(shè)成環(huán)形接地體，并可作為總等電位連接帶使用；GB50057-2010《建筑物防雷設(shè)計規(guī)范》第6.2條的規(guī)范要求：人工接地體在土壤中的埋設(shè)深度不應(yīng)小于0.5m，宜埋設(shè)在凍土層以下。水平接地體應(yīng)挖溝埋設(shè)，鋼質(zhì)垂直接地體宜直接打入地溝內(nèi)，其間距不宜小于其長度的2倍并均勻布置，銅質(zhì)和石墨材料接地體宜挖坑埋設(shè)；接地裝置宜采用熱鍍鋅鋼質(zhì)材料。鋼質(zhì)接地裝置宜采用焊接連接，其搭接長度應(yīng)符合以下規(guī)定：扁鋼與扁鋼搭接為扁鋼寬度的2倍，不少于三面施焊；扁鋼與鋼管、角鋼互相焊接時，除應(yīng)在接觸部位兩側(cè)施焊外，還應(yīng)增加圓鋼搭接件；焊接部分應(yīng)做防腐處理；接地裝置連接應(yīng)可靠，連接處不應(yīng)松動、脫焊、接觸不良。

2.1.4 施工方案

地網(wǎng)的形狀可依據(jù)施工現(xiàn)場所處的位置確定，大致可為“環(huán)”形、“一”字形。先開挖接地溝槽，地溝長度約為20米。由于是在風(fēng)景區(qū)施工，考慮到建筑物四周地理限制，接地網(wǎng)可施工區(qū)域面積有限，因此本方案設(shè)計考慮專用的高性能銅包鋼專用接地棒作為垂直接地體。該專用接地棒在接溝槽內(nèi)每隔3米進(jìn)行安裝，并在溝槽內(nèi)澆注降阻劑10袋，垂直接地極之間用4mm×40mm的熱鍍鋅扁鋼焊接。然后用熱鍍鋅扁鋼作為地網(wǎng)引出線。以上工程完工后，將所有焊接點做防銹處理，再向地網(wǎng)溝槽內(nèi)回填充實土壤對地面恢復(fù)處理，完成地網(wǎng)的建設(shè)工程，使其達(dá)到≤30Ω的規(guī)范要求。

（備注：護(hù)國戰(zhàn)爭紀(jì)念館區(qū)域共需建設(shè)4處接地地網(wǎng)，分別紀(jì)念館后面兩側(cè)各做一人工輔助地網(wǎng)，再在倆小院天井內(nèi)各做一人工輔助地網(wǎng)。由于地網(wǎng)施工具有一定的不確定性，因此在施工過程中對接地溝的長度以及材料用量可根據(jù)施工實際適當(dāng)進(jìn)行增減或調(diào)整，以最終達(dá)到接地電阻要求為準(zhǔn)）

2.2 感應(yīng)雷防護(hù)——交流電源防雷方案

2.2.1 供電線路的浪涌保護(hù)

存在問題：主要電源線路及重點設(shè)備供電電源的多級防雷。

規(guī)范要求：由于整個供用電系統(tǒng)的雷電防護(hù)等級屬于B級，依據(jù)GB50343-2004《建筑物電子信息系統(tǒng)防雷技術(shù)規(guī)范》第5.4.1條的規(guī)范要求：在直擊雷非防護(hù)區(qū)（LPZ0A）或直擊雷防護(hù)區(qū)（LPZ0B）與第一防護(hù)區(qū)（LPZ1）交界處應(yīng)安裝通過Ⅰ級分類試驗的浪涌保護(hù)器或限壓型浪涌保護(hù)器作為第一級保護(hù)；第一防護(hù)區(qū)之后的各分區(qū)（含LPZ1區(qū)）交界處應(yīng)安裝限壓型浪涌保護(hù)器。

整改依據(jù)：同樣依據(jù)GB50343-2004《建筑物電子信息系統(tǒng)防雷技術(shù)規(guī)范》第5.4.1條5.4.2條的規(guī)范要求：電源線路多級SPD防護(hù)，主要目的是達(dá)到分級泄流，避免單級防護(hù)隨時過大的雷擊電流而出現(xiàn)損壞概率高和產(chǎn)生高殘壓。通過合理的多級泄流能量配合，保證SPD有較長的使用壽命和設(shè)備電源端口的殘壓低于設(shè)備端口耐雷電沖擊電壓，確保設(shè)備安全。同時，浪涌保護(hù)器安裝的數(shù)量，應(yīng)根據(jù)被保護(hù)設(shè)備的抗擾度和雷電防護(hù)分級確定。

整改措施：由于整個系統(tǒng)處于雷暴高雷區(qū)，為了確保防雷效果，同時依據(jù)的規(guī)范要求，護(hù)國戰(zhàn)爭紀(jì)念館的電源線路需采用安裝電源浪涌保護(hù)器的措施，以避免因為電源線路帶來的雷電侵害。

根據(jù)護(hù)國戰(zhàn)爭紀(jì)念館的供電方式，可以在整個紀(jì)念館的總配電箱處安裝一個三相電源避雷器，型號為BSPB380-60P作為機(jī)房電源供電的第一級保護(hù)。該型號的電源避雷器為箱式設(shè)計，性能可靠、外形美觀、安裝方便。該級防雷器不僅能有效消除高強(qiáng)度雷電流對電源系統(tǒng)及設(shè)備的沖擊，同時對因電壓波動過大造成的供電線路中存在的浪涌過電壓也具有明顯的抑制作用。

2.2.2 電氣設(shè)備、SPD接地網(wǎng)整改

存在問題：無接地裝置或接地阻值不符合要求。

規(guī)范依據(jù)：依據(jù)GB50343-2004《建筑物電子信息系統(tǒng)防雷技術(shù)規(guī)范》第5.1.2條的規(guī)范要求：需要保護(hù)的電子信息系統(tǒng)必須采取等電位連接與接地裝置。第5.2.6條規(guī)范：接地裝置應(yīng)優(yōu)先利用建筑物的自然接地體，當(dāng)自然接地體的接地電阻達(dá)不到要求時應(yīng)增加人工接地體。

問題分析與整改措施說明：不同用途的接地系統(tǒng)，共用一個總的接地系統(tǒng)時，接地電阻應(yīng)滿足其中最小值的要求。對功能性接地，為保障其正常穩(wěn)定工作，一般由電子信息系統(tǒng)設(shè)備決定，常見要求R≤2.0Ω、1.0Ω。對于保護(hù)性接地，按其重要性和安全性決定。防雷接地R≤30、10、4Ω；防電擊接地R≤4Ω；防靜電接地R≤100Ω；防電蝕接地R≤10Ω。對于配電系統(tǒng)，如電力線路、設(shè)備的接地電阻由地電位和入地電流計算決定。根據(jù)規(guī)范要求結(jié)合現(xiàn)場的實際情況，由于被保護(hù)的供配電系統(tǒng)主要是一些照明、生活等用電設(shè)備的供電，并沒有集中的電子信息系統(tǒng)設(shè)備，因此，對于其電氣保護(hù)與感應(yīng)雷防護(hù)接地而言，其接地電阻應(yīng)按規(guī)范確定為R≤4Ω，本方案也以其為要求進(jìn)行相應(yīng)的電氣保護(hù)與感應(yīng)雷防護(hù)接地系統(tǒng)的設(shè)計。

接地網(wǎng)可依據(jù)施工現(xiàn)場所處的位置確定，大致可為“環(huán)”形、“一”字形。先開挖接地溝槽，地溝長度約為40米，溝槽內(nèi)每隔3米安裝一個銅包鋼專用接地棒作垂直接地，并在溝槽內(nèi)澆注降阻劑20袋，垂直接地極之間用4mm×40mm的熱鍍鋅扁鋼焊接。然后用熱鍍鋅扁鋼作為地網(wǎng)引出線。以上工程完工后，將所有焊接點做防銹處理，再向地網(wǎng)溝槽內(nèi)回填充實土壤并對地面恢復(fù)處理，完成地網(wǎng)的建設(shè)工程，使其達(dá)到≤4Ω的規(guī)范要求。

（備注：由于地網(wǎng)施工具有一定的不確定性，因此在施工過程中對接地溝的長度以及材料用量可根據(jù)施工實際適當(dāng)進(jìn)行增減或調(diào)整，以最終達(dá)到接地電阻要求為準(zhǔn)）

3 維護(hù)

每年雷雨季節(jié)前應(yīng)對接地系統(tǒng)進(jìn)行檢查和維護(hù)。主要檢查連接處是否緊固、接觸是否良好、接地引下線有無銹蝕、接地體附近地面有無異常，接地電阻工作是否正常。必要時應(yīng)挖開地面抽查地下隱蔽部分銹蝕情況，如果發(fā)現(xiàn)問題應(yīng)及時處理。

4 結(jié)束語

文章對四川省瀘州護(hù)國戰(zhàn)爭紀(jì)念館的實際出發(fā)，依據(jù)現(xiàn)代防雷技術(shù)，詳細(xì)闡述了護(hù)國戰(zhàn)爭紀(jì)念館防雷工程設(shè)計依據(jù)，防雷設(shè)計的內(nèi)容，對文物建筑物的防雷設(shè)計有一定參考價值。

隨著社會現(xiàn)代的發(fā)展，對文物建筑的保護(hù)和規(guī)劃的不斷更新，使得文物建筑物內(nèi)遭受雷擊的概率不斷增加、雷擊方式不斷變化，應(yīng)用現(xiàn)代防雷技術(shù)，結(jié)合文物建筑特點，做出詳實可行的防雷設(shè)計，以便更好的保護(hù)文物建筑，為保護(hù)古代文化的延續(xù)做出貢獻(xiàn)。

參考文獻(xiàn)

[1]GB50057-2010.建筑物防雷設(shè)計規(guī)范[S].

[2]05D501.建筑物防雷設(shè)施安裝圖集[S].

[3]86D563.接地裝置安裝[S].

[4]GB50165-92.古建筑木結(jié)構(gòu)維護(hù)與加固技術(shù)規(guī)范[S].

[5]GB50343-2004.建筑物電子信息系統(tǒng)防雷技術(shù)規(guī)范[S].

作者簡介：陳以華（1972，11-），男，籍貫：四川省合江縣，學(xué)歷：本科，現(xiàn)職稱：工程師，研究方向：氣象。