杭州市酒店雷電災(zāi)害特征及防雷裝置問題分析*

邢天放 張衛(wèi)斌* 鄭文佳 任 勇 王 皓

(1.浙江省氣象安全技術(shù)中心,浙江 杭州 310008;2.杭州市氣象安全技術(shù)中心,浙江 杭州 310051)

0 引 言

雷電災(zāi)害是聯(lián)合國公布的10種最嚴(yán)重的自然災(zāi)害之一,也是目前中國十大自然災(zāi)害之一。浙江省是雷電災(zāi)害高發(fā)的省份,每年雷擊造成的人員傷亡、經(jīng)濟(jì)損失影響巨大。2007—2013年浙江省雷電災(zāi)害受損行業(yè)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明:發(fā)生一次雷電災(zāi)害,導(dǎo)致住宿、餐飲和旅游行業(yè)的直接經(jīng)濟(jì)損失約為6.69萬元,位于10類行業(yè)中的第三位[1-2]。杭州作為休閑旅游度假名城,酒店行業(yè)發(fā)展迅猛,特別是在G20杭州峰會(huì)召開后,不僅酒店數(shù)量有所增加，而且國際化程度不斷提高。據(jù)統(tǒng)計(jì),截至2018年末,杭州全市注冊(cè)在營的酒店有741家,其中星級(jí)飯店有145家[3]。酒店作為人員較為密集的場所,加強(qiáng)對(duì)其雷電災(zāi)害及防護(hù)的研究分析是十分必要的。目前,大多數(shù)研究人員主要是對(duì)某地區(qū)某時(shí)間段內(nèi)的雷電災(zāi)害整體情況進(jìn)行研究分析、評(píng)估等,對(duì)特定對(duì)象或行業(yè)雷電災(zāi)害及其防護(hù)情況的分析研究較少,尚沒有對(duì)酒店行業(yè)雷電災(zāi)害及其防護(hù)的研究分析[4-6]。

基于以上事實(shí),本文根據(jù)1998—2018年杭州市雷電災(zāi)害資料和G20杭州峰會(huì)接待酒店防雷檢測(cè)數(shù)據(jù)資料，對(duì)酒店雷電災(zāi)害和防雷裝置存在的問題進(jìn)行數(shù)理統(tǒng)計(jì)與分析,為杭州市酒店行業(yè)雷電災(zāi)害的防護(hù)等工作提供重要的科學(xué)依據(jù)。

1 杭州雷電活動(dòng)規(guī)律概況

杭州地處亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū),是雷電活動(dòng)發(fā)生頻繁的區(qū)域,年平均雷暴日數(shù)為34 d,屬于中雷區(qū),其雷電密度高,閃電強(qiáng)度大,雷電災(zāi)害多發(fā)。根據(jù)浙江省ADTD閃電監(jiān)測(cè)定位系統(tǒng)數(shù)據(jù)資料統(tǒng)計(jì)分析可知，杭州市近10 a共發(fā)生地閃48萬余次,其中負(fù)地閃占比為96.33%,平均負(fù)地閃電流強(qiáng)度為35.59kA,平均正地閃電流強(qiáng)度為53.26kA,春、夏季地閃較多,地閃高發(fā)時(shí)段集中在午后和傍晚[7-9]。

2 酒店雷電災(zāi)害特征分析

2.1 時(shí)間分布特征

由杭州市雷電災(zāi)害統(tǒng)計(jì)資料可知，1998—2018年杭州市共發(fā)生酒店雷電災(zāi)害84次。由酒店雷電災(zāi)害年分布圖(圖1)可知,1998—2018年杭州市酒店雷電災(zāi)害發(fā)生次數(shù)隨年份的變化不太規(guī)律,但整體上有增加的趨勢(shì);雷電災(zāi)害發(fā)生次數(shù)最多的年份為2012年和2015年,均為8次;1998—2018年杭州市酒店雷電災(zāi)害發(fā)生次數(shù)的年平均值為3.95次。

圖1 1998—2018年杭州市酒店雷電災(zāi)害年分布圖

由1998—2018年杭州市酒店雷電災(zāi)害月分布(圖2)可知,杭州市酒店雷電災(zāi)害均發(fā)生在每年的2—10月,其他月份沒有發(fā)生;酒店雷電災(zāi)害的發(fā)生具有明顯的季節(jié)性特點(diǎn),即春季(3—5月)和夏季(6—8月)是酒店雷電災(zāi)害的高發(fā)期,其占比總和為89.16%;夏季是酒店雷電災(zāi)害發(fā)生最多的季節(jié),其占比為59.04%,這主要是由于杭州地處亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū),夏季天氣炎熱,溫濕氣流旺盛,對(duì)流活動(dòng)比較頻繁,容易造成雷電災(zāi)害的發(fā)生。

圖2 1998—2018年杭州市酒店雷電災(zāi)害月分布圖

2.2 空間分布特征

杭州地形復(fù)雜多樣,西部屬于浙西丘陵區(qū),主干山脈有天目山等;東部屬于浙北平原,地勢(shì)低平,河網(wǎng)密布,湖泊密布。分析1998—2018年杭州市酒店雷電災(zāi)害發(fā)生區(qū)域占比可知，杭州市酒店雷電災(zāi)害的發(fā)生具有較顯著的地域分布特點(diǎn),整體上西部丘陵地區(qū)比東部平原地區(qū)發(fā)生比例高很多。其中,占比居前3位的淳安縣、富陽區(qū)、臨安區(qū)均屬于西部丘陵地區(qū),其占比總和為71.08%。此外,杭州上城區(qū)、西湖區(qū)和蕭山區(qū)的酒店雷電災(zāi)害也相對(duì)較多。

在整理數(shù)據(jù)資料中發(fā)現(xiàn),1998—2018年杭州市有多個(gè)酒店發(fā)生過多次雷電災(zāi)害。由表1可知，發(fā)生多次雷電災(zāi)害的酒店均在杭州西部丘陵地區(qū);發(fā)生多次雷電災(zāi)害的酒店均位于水域的周邊,而且周邊水域范圍越大或離水域越近的酒店，發(fā)生雷電災(zāi)害的次數(shù)越多。

表1 杭州市發(fā)生多次雷電災(zāi)害的酒店情況

造成以上這種空間分布特征的主要原因可能有以下兩點(diǎn):一是杭州西部丘陵地區(qū)整體建筑物密度和高度均比東部平原地區(qū)低,位于東部平原地區(qū)的酒店更易受到周邊高大建筑物的保護(hù)，降低了其遭受雷擊損害的概率;二是發(fā)生多次雷電災(zāi)害的酒店多分布在水陸交接的千島湖、富春江、錢塘江周邊,這些酒店周邊多為空曠區(qū)域，周邊土壤電阻率畸變較大,由于雷擊的選擇性,雷擊更容易發(fā)生在水陸交界的區(qū)域,大大增加了該區(qū)域酒店遭受雷擊損害的概率。

2.3 地閃密度分布特征

浙江省ADTD閃電監(jiān)測(cè)定位系統(tǒng)于2007年投入業(yè)務(wù)試用,已并入全國閃電監(jiān)測(cè)網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行10多年。該系統(tǒng)由分布在全省的11個(gè)監(jiān)測(cè)站點(diǎn)組成,通過測(cè)向法、時(shí)差法以及測(cè)向時(shí)差混合法等進(jìn)行地閃定位探測(cè),系統(tǒng)為雷電災(zāi)害事故調(diào)查鑒定、雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、雷電公共和專題監(jiān)測(cè)服務(wù)等提供了較好的科技支撐。本文基于2007—2018年的閃電監(jiān)測(cè)資料，研究分析了杭州市地閃密度分布情況(圖3)。杭州市地閃分布存在明顯的地域性差異,總體上呈“東西高中間低”的分布趨勢(shì),表現(xiàn)為兩大片、若干點(diǎn)狀分布,片狀高密度區(qū)主要分布在富陽、蕭山南部以及淳安、建德西部。

圖3 2007—2018年杭州市地閃密度分布圖(審圖號(hào):浙S(2021)41號(hào))

發(fā)生多次雷電災(zāi)害的酒店位置,均分布在富陽區(qū)和淳安縣。其中,富陽區(qū)的兩家酒店所在位置為該區(qū)地閃密度的高值中心,淳安縣的4家酒店處在高密度區(qū)的邊緣,總體來說,這6家酒店所在地區(qū)均易發(fā)生閃電。6家酒店地處丘陵地帶,且多位于大型水域的周邊,易遭受雷擊。此外,酒店發(fā)生雷災(zāi)次數(shù)的多少可能還與酒店自身防雷措施和地閃電流強(qiáng)度等因素有關(guān)。

2.4 損失特征分析

根據(jù)雷電災(zāi)害級(jí)別劃分標(biāo)準(zhǔn)和杭州市酒店雷電災(zāi)害資料統(tǒng)計(jì)分析可知，1998—2018年杭州市酒店雷電災(zāi)害均造成了一定的經(jīng)濟(jì)損失,但未造成人員傷亡,災(zāi)害級(jí)別屬于一般雷電災(zāi)害,其中個(gè)別雷電災(zāi)害造成的經(jīng)濟(jì)損失較大,級(jí)別接近于較大雷電災(zāi)害[10]。下面對(duì)雷電災(zāi)害造成的直接經(jīng)濟(jì)損失和酒店系統(tǒng)設(shè)備損壞情況進(jìn)行進(jìn)一步分析。

圖4為1998—2018年杭州市酒店雷電災(zāi)害造成的直接經(jīng)濟(jì)損失統(tǒng)計(jì)圖。經(jīng)分析可知，歷年雷電災(zāi)害造成直接經(jīng)濟(jì)損失的平均值為8.41萬元,單次雷電災(zāi)害造成直接經(jīng)濟(jì)損失的平均值為2.13萬元。歷年雷電災(zāi)害造成直接經(jīng)濟(jì)損失的最大值是2000年的35.54萬元,單次雷電災(zāi)害造成直接經(jīng)濟(jì)損失的最大值也是發(fā)生在2000年,其損失值近20萬元,災(zāi)害級(jí)別接近于較大雷電災(zāi)害。此外,1998—2018年杭州市酒店雷電災(zāi)害造成的直接經(jīng)濟(jì)損失與雷電災(zāi)害次數(shù)有一定的關(guān)聯(lián)。

圖4 1998—2018年杭州市酒店雷電災(zāi)害造成的直接經(jīng)濟(jì)損失統(tǒng)計(jì)圖

雷電災(zāi)害對(duì)杭州市酒店造成的直接經(jīng)濟(jì)損失主要表現(xiàn)在對(duì)其系統(tǒng)設(shè)備的損壞。從圖5可知，造成損壞較多的是通信設(shè)備、監(jiān)控設(shè)備和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)設(shè)備。這主要是因?yàn)橥ㄐ旁O(shè)備、監(jiān)控設(shè)備和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)設(shè)備均為電子信息系統(tǒng)設(shè)備,更容易受到雷擊電磁脈沖和閃電電涌侵入損壞。

圖5 1998—2018年杭州市酒店雷電災(zāi)害造成設(shè)備損壞占比圖

3 防雷裝置問題分析

2016年為保障G20杭州峰會(huì)的安全召開,我們嚴(yán)格按照國家相關(guān)規(guī)范和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的要求,對(duì)近50家G20杭州峰會(huì)接待酒店(以下簡稱G20接待酒店)的防雷裝置進(jìn)行了統(tǒng)一、全面的檢測(cè)。為便于分析,首先將G20接待酒店防雷裝置存在的問題按照綜合防雷系統(tǒng)(圖6)措施類別進(jìn)行分類,然后根據(jù)分類數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析[8，11-12]。

圖6 綜合防雷系統(tǒng)框圖

通過數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析發(fā)現(xiàn)，僅有不足10%的G20接待酒店防雷裝置不存在問題。圖7為G20接待酒店防雷裝置各措施存在問題占比圖。由圖7可知，在各項(xiàng)防雷措施中均有存在問題的酒店防雷裝置;除引下線、合理布線防雷措施外,酒店防雷裝置在其他防雷措施中出現(xiàn)問題的占比均超過50%;酒店防雷裝置中存在問題最多的是接地裝置和屏蔽措施。下面將對(duì)每一項(xiàng)防雷措施存在的問題進(jìn)行單獨(dú)統(tǒng)計(jì)分析。

圖7 G20接待酒店防雷裝置各措施存在問題占比圖

3.1 外部防雷措施問題分析

圖8為存在接閃器問題酒店的占比圖,通過該圖結(jié)合現(xiàn)場檢測(cè)記錄發(fā)現(xiàn)，具體問題主要有以下3點(diǎn):第一,保護(hù)范圍和未與引下線、屋面金屬物等電氣連接兩方面的問題最為突出,各占29.41%。其中,保護(hù)范圍問題主要是酒店的屋檐、檐角未處于接閃器的保護(hù)范圍內(nèi)或屋面無金屬外殼、保護(hù)網(wǎng)罩的用電設(shè)備未處于接閃器的保護(hù)范圍內(nèi);而未與引下線、屋面金屬物等電氣連接問題，主要是屋頂上，永久性金屬物(如欄桿)未與引下線及其接地裝置形成電氣貫通，接閃器未與屋頂外露的其他金屬物形成電氣連接。第二,未設(shè)置接閃器的酒店主要是建造時(shí)間較早的低矮仿古式、花園山莊式酒店,該部分酒店在早期未設(shè)計(jì)安裝接閃器。第三,部分酒店從未進(jìn)行過防雷裝置檢測(cè)與維護(hù)，出現(xiàn)了接閃器倒伏、斷裂以及嚴(yán)重銹蝕等敷設(shè)狀況與連接工藝等方面的問題。

圖8 存在接閃器問題酒店的占比圖

在該次防雷檢測(cè)中，大部分的酒店采用建筑物柱內(nèi)主筋作為暗敷引下線,而存在問題的引下線主要是明敷引下線。其問題主要有兩方面:一方面,部分從未進(jìn)行過防雷裝置檢測(cè)的酒店,通過此次檢測(cè)發(fā)現(xiàn)其引下線的接地阻值超標(biāo);另一方面,部分酒店的明敷引下線未設(shè)置防接觸電壓和跨步電壓措施。

在接地裝置方面,最突出的問題是酒店監(jiān)控機(jī)房、消控機(jī)房、電信機(jī)房等的電氣電子設(shè)備以及酒店大門進(jìn)出口處或院內(nèi)的桿式監(jiān)控設(shè)備未設(shè)置安全保護(hù)接地，或其安全保護(hù)接地電阻值超標(biāo),其占比總和達(dá)78.57%。若其周邊有雷擊發(fā)生,可能會(huì)對(duì)以上電氣電子設(shè)備造成嚴(yán)重的雷電電磁脈沖或閃電電涌侵入損害,進(jìn)而可能會(huì)對(duì)酒店的正常運(yùn)行、安保工作以及人身安全產(chǎn)生嚴(yán)重影響和危害。

3.2 內(nèi)部防雷措施存在的問題分析

屏蔽包括建筑物屏蔽、機(jī)房屏蔽、設(shè)備屏蔽以及線纜屏蔽。通過統(tǒng)計(jì)分析發(fā)現(xiàn)，在屏蔽措施存在的問題中，92.31%為線纜屏蔽問題，主要表現(xiàn)為線纜線槽未封閉、線纜屏蔽層未接地以及橋架金屬線槽接地阻值超標(biāo)等。

在等電位連接措施存在的問題中,61.29%為機(jī)房未設(shè)置等電位接地端子或機(jī)房等電位連接網(wǎng)絡(luò);25.81%為機(jī)房內(nèi)部分設(shè)備未進(jìn)行等電位連接;9.68%為屋面金屬物未進(jìn)行等電位連接;3.23%為機(jī)房設(shè)備、管道、橋架間等未設(shè)置等電位連接跨接線。

在合理布線措施方面,64.29%的問題為屋面線纜懸掛、纏繞在接閃器或其他金屬物上;35.71%的問題為機(jī)房弱電線路與強(qiáng)電線路的線纜纏繞布置。

在安裝浪涌保護(hù)器措施方面,首先是未安裝浪涌保護(hù)器問題(圖9),這主要表現(xiàn)在酒店低壓電源線路引入的總配電箱(柜)處、屋面節(jié)日彩燈和航空障礙信號(hào)燈及其他用電設(shè)備線路的配電箱內(nèi)，未按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范要求設(shè)置浪涌保護(hù)器。其次是參數(shù)不符合要求的問題,主要表現(xiàn)在其浪涌保護(hù)器的級(jí)別或其電壓保護(hù)水平不符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范要求。而連接導(dǎo)線問題主要體現(xiàn)在其長度值超標(biāo)或未按照短而直的要求布設(shè)。

圖9 存在安裝浪涌保護(hù)器問題的占比圖

3.3 防雷安全管理問題

通過此次檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，部分酒店屋頂有較高的樹木，并設(shè)有露天茶水、咖啡吧臺(tái),部分酒店臨水區(qū)域設(shè)有水上休閑設(shè)施,部分酒店院內(nèi)有距離建筑物較近且高于建筑物的高大樹木或旗桿,在以上區(qū)域均存在防雷安全管理缺失問題。應(yīng)該在雷雨天氣加強(qiáng)對(duì)該部分酒店的防雷安全管理,防止雷擊造成人員跨步、接觸電壓傷害或旁落閃擊傷害。

4 結(jié) 語

根據(jù)以上數(shù)據(jù)資料分析,得出以下結(jié)論。

(1)由雷電災(zāi)害發(fā)生的時(shí)間分布可知,杭州市1998—2018年酒店雷電災(zāi)害平均發(fā)生次數(shù)為3.95次/a，且近年有增加的趨勢(shì)。1998—2018年杭州市酒店雷電災(zāi)害均發(fā)生在每年的2—10月，且春季(3—5月)和夏季(6—8月)是雷電災(zāi)害的高發(fā)期,其占比總和為89.16%,這與杭州地閃多發(fā)生在春、夏季的特點(diǎn)相一致。此外,春、夏季也是杭州旅游的高峰期,游客較多,應(yīng)提前加強(qiáng)對(duì)雷電易發(fā)區(qū)內(nèi)旅游景點(diǎn)酒店的防雷檢測(cè)與安全管理,以免酒店遭受雷電災(zāi)害造成人員恐慌或傷亡事件的發(fā)生。

(2)由雷電災(zāi)害的空間分布可知，第一,1998—2018年杭州市酒店雷電災(zāi)害的發(fā)生次數(shù)西部丘陵地區(qū)比東部平原地區(qū)要多,占比居前3位的淳安縣、富陽區(qū)、臨安區(qū)均屬于西部丘陵地區(qū),其占比總和為71.08%;第二,發(fā)生多次雷電災(zāi)害的酒店均在杭州西部丘陵地區(qū)，均位于水域的周邊,而且周邊水域范圍越大或離水域越近的酒店，發(fā)生雷電災(zāi)害的次數(shù)越多。造成這種空間分布特點(diǎn)的主要原因，可能是與酒店所處區(qū)域的建筑物密度、周邊水域環(huán)境和土壤電阻率畸變有關(guān)。此外,發(fā)生多次雷電災(zāi)害的酒店均處于地閃密度高值中心或高密度區(qū)邊緣的閃電易發(fā)區(qū)。應(yīng)加強(qiáng)對(duì)杭州西部丘陵地區(qū)酒店，尤其是水域周邊酒店的雷電防護(hù)與防雷安全管理。

(3)由雷電災(zāi)害造成的損失可知，1998—2018年杭州市酒店雷電災(zāi)害均造成一定的經(jīng)濟(jì)損失,但未造成人員傷亡,災(zāi)害級(jí)別屬于一般雷電災(zāi)害,個(gè)別雷電災(zāi)害級(jí)別接近于較大雷電災(zāi)害。雷電災(zāi)害容易造成酒店的通信設(shè)備、監(jiān)控設(shè)備和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)設(shè)備損壞,這主要是因?yàn)槠湓O(shè)備耐受沖擊電壓額定值較小,更容易受到雷擊電磁脈沖和閃電電涌侵入損壞。

(4)通過分析杭州G20接待酒店防雷裝置檢測(cè)問題資料發(fā)現(xiàn)，第一,酒店防雷裝置存在問題的數(shù)量較多,酒店管理方平時(shí)應(yīng)注重防雷檢測(cè)與安全應(yīng)急管理，提高酒店的防雷安全水平;第二,電氣電子設(shè)備的安全保護(hù)接地、線纜屏蔽以及安裝浪涌保護(hù)器3個(gè)方面的問題較為突出,這也是雷電災(zāi)害易造成酒店通信、監(jiān)控和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)等設(shè)備損壞的重要原因;第三,加強(qiáng)對(duì)酒店屋頂吧臺(tái)、水上休閑設(shè)施以及高大樹木或旗桿等雷電易發(fā)區(qū)域的防雷安全管理,避免雷擊造成酒店經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡事故的發(fā)生。

(5)政府相關(guān)部門應(yīng)在春、夏季杭州旅游高峰期前,加強(qiáng)對(duì)雷電易發(fā)區(qū)內(nèi)旅游景點(diǎn)酒店的防雷安全排查與管理,開展適當(dāng)?shù)姆览装踩破招麄鹘逃顒?dòng)，提高酒店管理者和游客的防雷意識(shí)與水平。