杜平
湖北天地雷电科技有限公司 443000
摘要：随着城市建设的不断扩展，越来越多的高层建筑从地面建设坐落，并且随着建筑物高度的不断增加，建筑物遭受雷击的可能性也随之增加。防雷减灾工作的发展主要是根据预防为主，防治结合的方针原则。为了使防雷减灾工作有效地进行和开展，首先必须弄清防雷的重要性。因此，为了客观，准确地评估强雷区高层建筑的雷击风险，本文确定高层建筑的雷击风险的原因，并分析了雷击风险的类型，建筑物的特点以及影响防护措施的因素，并给出了具体的计算方法。
关键词：强雷区；高层建筑；雷电；风险评估技术
引言
随着社会经济和科学技术的不断发展，城市建设中的高层建筑大量涌现，其智能化的水平也随之不断提高。因其内部电子设备密集、人员集中，发生雷击的概率很高，且雷击事故所带来的灾害损失比普通建筑物大得多。因此，高层建筑的防雷问题日益成为亟待解决的重要问题。然而目前防雷工程的重点仍然停留在建筑物的防雷设计和施工问题上，对于雷击事故发生后所引起的灾害和损失没有足够的预警系统，不能有效地做到防患于未然。
雷电灾害作为一种不可预测的风险，进行科学管理并能降低或消除风险是防治灾害的重要措施。因此，如何对强雷区高层建筑的雷电灾害进行风险评估，已经成为一个备受关注并需要迫切解决的重大问题。
1.高层建筑防雷现状
高层建筑通常是指十层或以上的住宅建筑（包括在一楼设有商业服务店的住宅建筑）以及其他建筑高度为24 m或以上的私人建筑。高层民用建筑中的防雷类别通常可以根据建筑物的防雷规格分为第二类或第三类。根据要求，高层建筑必须配备基本的雷电保护装置，包括外部雷电保护装置，例如接闪器，引下线和接地装置，以及内部雷电保护装置，例如电涌保护器和等电位连接。通常，高层建筑物使用安装在建筑物中的接闪网和接闪带作为接闪器，将立柱的钢筋用作引下线，并使用建筑物基础的钢筋作为接地装置。当建筑物的一部分的高度从第一层开始超过某个高度时，外围环形梁的外部主钢筋将以固定的间隔焊接，并通过均压环与引下线连接。该建筑物采取总等电位连接措施和局部等电位连接措施。建筑物内设有第一级电涌保护器防雷电电磁脉冲及雷电波侵入。
2.雷电灾害分析
所有现有的直接雷电系统必须使用接闪器接闪。雷电流通过引下线到达接地装置，并且接地装置散布到地面。此过程有以下雷击潜在的安全风险：由雷电流扩散器流向地面的雷电流形成的点位梯度太大，以至于行人可能因楼梯电压而受伤或死亡。发生直接雷击时，电流只能释放和散流。电阻下降和电感电压下降引起的高电位反击会导致伤害，死亡和对电子设备的损坏，反击会引起电火花，从而导致火灾和电子设备损坏。如果发生雷暴，建筑物的天空或露天场所中的人会直接被闪电击中导致人身伤害和死亡；还必须防止雷雨期间进入房间的球形雷可能引起火灾并造成人员伤亡和设备损坏的可能性。
3.高层建筑雷灾风险分析
3.1雷灾风险的来源
一般而言，高层建筑的雷击率相对平地要大一些。高层建筑由于高度高、位置突出、屋面设施多，其诱发闪电的能力会大大高于周围的低矮建筑，也就是说，在相同的雷击大地密度下，高层建筑遭雷击风险要大得多。而且由于其内部人员密集，大量的抗雷击电磁脉冲(LEMP)能力极低的电子设备的使用，使发生雷击事故所造成的经济损失和人员伤亡极为严重。因此，对高层建筑及其内部电子信息设备的雷电防护工程应引起人们重视。
高层建筑雷灾风险的来源分为4种情况，(1)雷电直接击中建筑物。这是最严重的一种情况。当雷击中建筑物时，立即由雷电流产生直接机械损害、火灾或爆炸；局部雷电流通道上的电阻耦合和电感耦合产生的过电压导致的火花也会引发火灾和爆炸；由电阻和电感耦合引起的接触电压和跨步电压会伤害生命体；雷击电磁脉冲(LEMP)会使电力或电子系统失灵或故障。(2)雷电击中建筑物附近的地面。这会造成有感应耦合过电压产生LEMP，使电力或电子系统失灵或故障等。(3)雷电直接击中引入设施。
这会造成由进入建筑物的外部电源线过电压的火花诱发的火灾或爆炸，由进入建筑物的外部线路过电压和过电流导致的人身伤亡，以及由进入建筑物的外部线路过电压产生的电力或电子系统的失灵与故障。(4)雷电击中引入设施附近的地面。这会造成进入建筑物的外部线路感应过电压产生LEMP，使电力或电子失灵或故障。建筑物的特性不同，发生雷击时引起的损害也不尽相同。基本上可分为3类：接触和跨步电压导致的生物伤害、建筑物或其他物体的物理伤害以及电涌导致的电气和电子系统的失效。
3.2雷灾风险分量的影响因子
雷电损坏建筑物的可能性取决于建筑物的性质，服务设施和雷电电流，以及所采取的防护措施的类型和有效性。防雷设施的问题，例如缺少防雷措施，侧面防雷措施，不合理的接地设置以及不完全的分压，都威胁着高层建筑的防雷安全。一些高层建筑物的屋顶设施中没有防雷措施，如果发生雷击，后果将是灾难性的，问题将更加严重。当前，高层建筑的防雷设计应着眼于防雷功能，分流效应，屏蔽效应，均衡电位，接地，合理布线等防雷措施，并采取整体防护措施。
对于新建建筑设计过程中采取的防护措施是否能够达到安全、有效的防护目的，能否降低雷击风险，减小雷灾损失，还需通过风险评估的计算来进行检测。
4.雷灾风险评估的方法
高层建筑雷灾风险的各个分量的计算均可用以下一般表达式实现：
R
X=N
XP
XL
X(1)
其中：N
X——年平均危险事件的次数
P
X——损害的概率
L
X——雷灾损失
4.1雷击次数NX
雷击次数是指特定的雷灾对象在一年内可能受到雷电袭击的次数。其值主要取决于建筑物的尺寸、特性、建筑物引入设施、建筑物所处环境的特征和建筑物所在地区的雷电活动强度等。
4.2雷灾损害概率PX
雷灾损害概率的数值主要取决于雷灾对象的特性、雷电特征和雷电防护措施的种类及其效率。建筑物特性包括建筑物类型、用途与内容、内部装置类型和引入设施类型。雷电特征取决于雷电流的强度、陡度、电荷、单位能量和持续时间及其分布规律。
4.3雷灾损失LX
雷灾损失指特定的雷灾对象受到雷击时可能造成的潜在性损失。雷灾损失取决于雷击造成的损害程度和后续效应，其数值取决于处于危险场所的人数与总人数、公共服务的类型及其重要性、财产价值等。雷灾损失随着所考虑的4种损失类型而变化，对于每一种损失的类型，还随着导致损失的损害类型而变化。
结语
将雷电灾害风险评估工作引入高层建筑的防雷设计中，可以为建筑物的设计和防雷装置的安装提供有价值的理论参考，并可以减少雷电对建筑物的个人和电子信息系统设备的损害。同时，在保证安全的前提下，防雷装置的投资，运行和维护成本可以达到较好的技术和经济效益。通过不断优化雷电灾害风险评估方法，加强对雷电灾害预防工作的组织，管理和指导，建立健全风险评估管理体系，可以有效促进防雷减灾工作的健康发展。
参考文献
[1]侯安校.强雷区高层建筑雷电风险评估技术探讨[J].气象研究与应用,2014(2):98-102.
[2]邱洋.关于雷击风险评估技术的一些探讨[J].中国科技博览,2012,000(038):293-293.
[3]杨伟民,李阳斌,邓朝阳.高层民用建筑雷击风险评估设计思想及实例分析[J].气象研究与应用,2014.
[4]夏林.超高层建筑防雷设计应用实践[J].建筑电气,2019,v.38;No.259(06):19-25.
作者简介：杜平（1981.12）男，汉族，湖北宜昌人，本科学历，工程师，从事防雷专业工作。