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摘要：在雷击风险评估中，考虑到周围建筑物对评估对象截收面积的影响而引入了位置因子Cd ，但是由于周围建筑物的高低、远近等的不同，对评估对象截收面积的影响差别很大，根据现行雷击风险评估标准中给出的位置因子的取值，为典型经验值，导致了计算结果缺乏针对性，误差较大。针对以上问题，本文通过公式推导得出了位置因子的精细化计算模型，并通过对常见建筑物进行参数取样分析，探索式的引出了位置因子和评估对象高度的关系。发现当评估对象周边环境一定时，位置因子Cd跟评估对象自身的尺寸参数息息相关，其中与评估对象的高度呈指数函数关系。
关键词：风险评估；位置因子；精细化
1、雷击风险评估中位置因子Cd的精细化的重要性
雷电灾害是“联合国国际减灾十年”公布的最严重的十种自然灾害之一，而雷击风险评估是减少和防止雷电灾害损失概率的重要手段。计算建筑物的年预计风险Ｒ是在雷击风险评估中确定建筑物时是否需要采取防雷措施的关键内容，其中建筑物的位置因子Cd直接影响着雷击建筑物的年平均危险次数，从而影响Ｒ的大小，因此提高位置因子Cd取值的精确度是提高雷击风险评估准确性的途径之一。建筑物所处的4种环境下位置因子的取值，虽然包含了绝大部分的位置环境情况，但其规定都是定性的，没有定量的标准，例如被评估建筑物和周围多大范围内的建筑物相比较，以区分“被更高的建筑物或树木包围”和“周围有相同高度或更矮的建筑物或树木”，标准中并未标明，而如果两个建筑物之间的距离远近不同，或者高度差不同，都会影响接收面积范围。周围建筑或树木离被评估建筑物越近，相对来说，被评估建筑的雷击概率会越小；反之，周围建筑或树木距离被评估建筑物越远，被评估建筑物的雷击概率就会越大。
在雷击风险评估中，考虑到周围建筑物对评估对象截收面积的影响而引入了位置因子，但是由于周围建筑物的高低、远近等的不同，对评估对象截收面积的影响差别很大，根据现行雷击风险评估标准中给出的位置因子的取值，为典型经验值，导致了计算结果缺乏针对性，误差较大。雷击风险评估中，年均危险事件次数作为风险计算最主要的参数之一，其大小取决于雷击大地密度、评估对象的截收面积和位置因子，而对于一个评估对象来说，雷击大地密度是确定的，故截收面积的计算和位置因子的取值直接影响到风险计算的准确性。
风险管理标准中给出的关于截收面积的计算方法和上述学者对截收面积计算方法的研究，都是在孤立建筑物的基础上进行的，当评估对象不是孤立存在时，就需要引入位置因子 Cd 对其截收面积进行修正。标准中对位置因子的取值仅考虑评估对象周围是否有建筑物或树木，以及周围建筑物或树木的相对高度等情况，没有定量的标准，而且没有考虑到评估对象本身在平面上投影面积的影响，导致实际评估工作中误差很大。大量学者对雷击风险评估中参数取值存在的问题及精细化取值方面进行了研究，但是关于位置因子取值的研究还较少，主要有马金福等人从周边建筑物对评估对象扩大宽度影响的角度， 分析了周边建筑物对评估对象截收面积的实际影响；甘庆辉等人按照绕击的计算方法，根据评估对象的高度以及周围建筑与评估对象的距离，利用电气-几何模型对位置因子的取值进行了探讨，得出位置因子的取值为（1-P）值，P为大于最大绕击电流的概率。将重点从评估对象本身的投影面积对截收面积的影响方面对位置因子的取值进行分析，提出新的视角和分析思路。
2、位置因子取值存在的不足
在雷击风险评估中，风险分量的通用计算公式为 R x =N x P x L x ，其中 N x 表示年均危险事件的次数，其大小取决于雷击大地密度 N g 、评估对象的截收面积 A d 以及位置因子 C d。对于一个评估对象来说，N g=0.1T d 为确定值，A d为考虑评估对象为孤立建筑物时的截收面积，该截收面积可通过计算法和作图法获得。对于同一评估对象，我们排除计算方法和人为的误差， 可以认为其作为孤立对象截收面积是一定的，可现实工作中，很少有评估对象是孤立存在的，故引入位置因子 C d 对截收面积进行校正，该参数的取值直接影响到年均危险事件次数的大小，进而影响风险值的准确计算，故位置因子 C d 取值的精细化是提高雷击风险评估计算准确度的有效途径之一。
现行雷击风险评估标准中位置因子的取值见表1，分4 类情况给出了不同的位置因子C d取值，可以看出，当周围有更高的建筑物和树木时，取值均为0.25，当周围有相同高度或更矮的建筑物或树木时，取值均为 0.5 ，这里的取值仅考虑了对扩大宽度的影响，未考虑对建筑物本身在平面上的投影面积的影响，而这个投影面积的大小差别很大，都乘以同一系数，不合理，导致了该取值缺乏针对性，存在较大误差，大大降低了风险计算的准确性。
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3、C d的优化改进方案
3.1 方案模型
为了解决位置因子取值不合理的问题，本文建立了一套位置因子取值精细化模型，这里对评估对象四周2D范围内均有等高或比它低的其他建筑物、四周2D 范围内均有比它高的其他建筑物这两种情况进行分析研究，以规则评估对象为例，当评估对象的高度H小于 100 米时，，当评估对象的高度H等于或大于100米时，D=H。现行雷击风险评估国家标准GB/T21714.2-2008 和最新国际标准IEC62305-2:2010中，年均危险事件次数的计算公式为：N = Ng*A d* C d ，其中Ng表示雷击大地密度，A d 表示孤立建筑物的截收面积，C d表示建筑物的位置因子；GB50057-2010 标准附录A中建筑物的年预计雷击次数计算公式为N =k*Ng*Ag，其中k为校正系数，Ng为雷击大地年平均密度，Ae为等效截收面积。可以看出，关于年均危险事件次数的计算两个标准给出了两种不同的方法，但是表达的含义实质相同，这样我们就可以得出以下公式：Ng*Ad*Cd=k*Ng* Ae对于同一个评估对象，Ng取值相同，可以得出位置因子C d 的表达式为：Cd= kA e/Ad，（1）式中：Ad表示的是孤立建筑物的截收面积；
Ae表示考虑周围建筑物对评估对象影响时的等效截收面积；
k为校正系数。
总结：
在雷击风险评估中，位置因子Cd是风险风量计算的重要参数，取值直接影响到评估结果的准确性。通过以上公式推导和仿真实验分析可知，不仅评估对象周边建筑物的高低、环绕程度和远近会影响位置因子Cd的大小，评估对象本身的参数特性对其影响也较大。本文重点分析了位置因子Cd和评估对象高度的关系，得出位置因子Cd是随着评估对象高度的增加而减小的，二者呈指数函数变化关系，这种函数关系表明：当评估对象高度越高时，其等效截收面积受到周边建筑物的影响越小，将更多地取决于自身的尺寸参数。在工作中，评估对象所处环境往往较复杂，本身也多为不规则建筑物，应根据具体情况进行截收面积和位置因子的计算，若仅仅根据评估对象周围建筑物或树木的高低而选取恒定的位置因子作为修正参数，将导致计算结果存在很大误差。为了使位置因子的取值更加精细准确，进行了一部分推导和实验，并通过对建筑物模块采样，进行定点数值的拟合化处理，探索式地引出了位置因子与评估对象高度的函数关系。 实验结论对位置因子的取值具有一定的参考价值，但是要想得到更加精细化的取值，还需要做进一步的分析和研究。
参考文献：
[1]史雅静,肖稳安,柴健,杨靖.雷击风险评估中位置因子的精细化分析[J].电瓷避雷器,2015(02):114-118.
[2]高猛,李杨.探讨雷电灾害风险评估中位置因子取值问题[J].内蒙古气象,2015(05):62-64.
[3]吕振东,余建华,于泽华,王荣珠.雷击风险评估中位置因子C_d的取值研究[J].江西科学,2017,35(02):279-281.
[4]吕振东.雷击风险评估中位置因子C_d的取值研究[A].中国气象学会.第32届中国气象学会年会S20第十三届防雷减灾论坛——雷电物理和防雷新技术[C].中国气象学会:,2015:5.