瀘州護國戰爭紀念館防雷設計分析

摘 要：瀘州護國戰爭紀念館由于歷史原因，在雷電防護措施上存在諸多問題和隱患，并且由于其建筑構造及外觀不能受影響等特殊性，其防雷工程設計又有別于普通的建筑物防雷工程。文章從專業防雷的角度，本著對文化遺產負責、科學防護雷電的目的，對護國戰爭紀念館的防雷工程設計進行探討。

關鍵詞：護國戰爭紀念館；文物；防雷工程設計

引言

四川省文物保護單位護國戰爭紀念館，位于四川省瀘州市納溪區永寧街道五頂山社區（原棉花坡鎮五頂山社區）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。護國戰爭紀念館雖幾經滄桑，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文化。

1 防雷措施原則

護國戰爭紀念館內均為磚木結構古建筑，通過對護國戰爭紀念館進行了防雷現狀調查及防雷保護設計現場勘查，我們了解到，該建筑年代均較久遠，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，無任何防雷設施。根據《建筑物電子信息系統防雷技術規范》（GB50343-2004）和《建筑物防雷設計規范》（GB50057-2010）關于雷電防護分級的規范要求，本次防雷工程的防護級別可做如下劃分三類建筑物，應設直擊雷防護措施及采取防閃電侵入措施。根據《文物建筑物防雷工程勘察設計和施工技術規范（試行）》要求，文物建筑物防雷需采取直擊雷防護措施，當文物建筑具有低壓電氣線路和電子系統時，應加裝防LEMP措施，同時防雷裝置應具備人身安全防范措施。

2 建筑物防雷設計方案

從整體上看，護國戰爭紀念館的防雷問題主要存在下述幾個因素：

建筑構造：護國戰爭紀念館屬于清咸豐年間建筑，年代久遠。其建筑結構為磚瓦木質結構建筑，屋脊由小青瓦堆砌而成，無任何防雷接閃措施。

所處位置：護國戰爭紀念館位于山丘上一塊較大平地，兩側是多層建筑物，前后空曠，故所處的地理位置以及空曠環境，導致雷擊概率增加、雷擊強度增大。

接地不理想：由于建筑年代都較為久遠，當時的人們對科學防雷的認識還不是很完善，因此護國戰爭紀念館的相應建筑沒有采取接地處理措施。

綜上所述，需對護國戰爭紀念館進行有效的防雷保護措施。

2.1 直擊雷防護

2.1.1 防護方案說明

古建筑防雷，與一般意義上的防雷有所不同。針對護國戰爭紀念館來說，建筑是采用磚木結構，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是一個更為復雜的問題。

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

根據實際情況，接閃器選擇直接裝設在建筑物上的避雷帶結合避雷針的方式，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范圍。

2.1.2 防護方案

本方案考慮在建筑物屋頂的屋脊主梁上設置一條避雷帶，避雷帶采用Φ10圓鋼作為主材。具體實施方案即每隔1.0米在屋脊設置一個支撐桿，避雷支撐桿根據現場的情況結合古建筑防雷整體的美觀與協調要求，采用定制專用避雷帶支撐卡。避雷支撐卡整體呈現“丫”形，將“丫”形的底端固定于屋頂上，另一端設置成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（可根據現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現場最后確定）

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，該地網的引出線還應按規范要求，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，提高雷擊防護能力。接地引下線需做穿管處理，在固定后應刷和外墻相仿顏色做舊處理。

根據對護國戰爭紀念館附近的現場勘測，結合直擊雷防護的要求，需要在紀念館后面兩側各做一人工輔助地網，再在倆小院天井內各做一人工輔助地網，地網的實施方案附后。

2.1.3 接地系統的處理

存在問題：無接地裝置。

規范依據：依據GB50343-2004《建筑物電子信息系統防雷技術規范》第5.2.6條規范：接地裝置應優先利用建筑物的自然接地體，當自然接地體的接地電阻達不到要求時應增加人工接地體。

施工規范依據如下：GB50057-2010《建筑物防雷設計規范》第5.2.7條的規范要求：當設置人工接地體時，人工接地體宜在建筑物四周散水坡外大于1m處埋設成環形接地體，并可作為總等電位連接帶使用；GB50057-2010《建筑物防雷設計規范》第6.2條的規范要求：人工接地體在土壤中的埋設深度不應小于0.5m，宜埋設在凍土層以下。水平接地體應挖溝埋設，鋼質垂直接地體宜直接打入地溝內，其間距不宜小于其長度的2倍并均勻布置，銅質和石墨材料接地體宜挖坑埋設；接地裝置宜采用熱鍍鋅鋼質材料。鋼質接地裝置宜采用焊接連接，其搭接長度應符合以下規定：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，除應在接觸部位兩側施焊外，還應增加圓鋼搭接件；焊接部分應做防腐處理；接地裝置連接應可靠，連接處不應松動、脫焊、接觸不良。

2.1.4 施工方案

地網的形狀可依據施工現場所處的位置確定，大致可為“環”形、“一”字形。先開挖接地溝槽，地溝長度約為20米。由于是在風景區施工，考慮到建筑物四周地理限制，接地網可施工區域面積有限，因此本方案設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每隔3米進行安裝，并在溝槽內澆注降阻劑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，再向地網溝槽內回填充實土壤對地面恢復處理，完成地網的建設工程，使其達到≤30Ω的規范要求。

（備注：護國戰爭紀念館區域共需建設4處接地地網，分別紀念館后面兩側各做一人工輔助地網，再在倆小院天井內各做一人工輔助地網。由于地網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施工實際適當進行增減或調整，以最終達到接地電阻要求為準）

2.2 感應雷防護——交流電源防雷方案

2.2.1 供電線路的浪涌保護

存在問題：主要電源線路及重點設備供電電源的多級防雷。

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

整改依據：同樣依據GB50343-2004《建筑物電子信息系統防雷技術規范》第5.4.1條5.4.2條的規范要求：電源線路多級SPD防護，主要目的是達到分級泄流，避免單級防護隨時過大的雷擊電流而出現損壞概率高和產生高殘壓。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備電源端口的殘壓低于設備端口耐雷電沖擊電壓，確保設備安全。同時，浪涌保護器安裝的數量，應根據被保護設備的抗擾度和雷電防護分級確定。

整改措施：由于整個系統處于雷暴高雷區，為了確保防雷效果，同時依據的規范要求，護國戰爭紀念館的電源線路需采用安裝電源浪涌保護器的措施，以避免因為電源線路帶來的雷電侵害。

根據護國戰爭紀念館的供電方式，可以在整個紀念館的總配電箱處安裝一個三相電源避雷器，型號為BSPB380-60P作為機房電源供電的第一級保護。該型號的電源避雷器為箱式設計，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度雷電流對電源系統及設備的沖擊，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 電氣設備、SPD接地網整改

存在問題：無接地裝置或接地阻值不符合要求。

規范依據：依據GB50343-2004《建筑物電子信息系統防雷技術規范》第5.1.2條的規范要求：需要保護的電子信息系統必須采取等電位連接與接地裝置。第5.2.6條規范：接地裝置應優先利用建筑物的自然接地體，當自然接地體的接地電阻達不到要求時應增加人工接地體。

問題分析與整改措施說明：不同用途的接地系統，共用一個總的接地系統時，接地電阻應滿足其中最小值的要求。對功能性接地，為保障其正常穩定工作，一般由電子信息系統設備決定，常見要求R≤2.0Ω、1.0Ω。對于保護性接地，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，如電力線路、設備的接地電阻由地電位和入地電流計算決定。根據規范要求結合現場的實際情況，由于被保護的供配電系統主要是一些照明、生活等用電設備的供電，并沒有集中的電子信息系統設備，因此，對于其電氣保護與感應雷防護接地而言，其接地電阻應按規范確定為R≤4Ω，本方案也以其為要求進行相應的電氣保護與感應雷防護接地系統的設計。

接地網可依據施工現場所處的位置確定，大致可為“環”形、“一”字形。先開挖接地溝槽，地溝長度約為40米，溝槽內每隔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，再向地網溝槽內回填充實土壤并對地面恢復處理，完成地網的建設工程，使其達到≤4Ω的規范要求。

（備注：由于地網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施工實際適當進行增減或調整，以最終達到接地電阻要求為準）

3 維護

每年雷雨季節前應對接地系統進行檢查和維護。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。必要時應挖開地面抽查地下隱蔽部分銹蝕情況，如果發現問題應及時處理。

4 結束語

文章對四川省瀘州護國戰爭紀念館的實際出發，依據現代防雷技術，詳細闡述了護國戰爭紀念館防雷工程設計依據，防雷設計的內容，對文物建筑物的防雷設計有一定參考價值。

隨著社會現代的發展，對文物建筑的保護和規劃的不斷更新，使得文物建筑物內遭受雷擊的概率不斷增加、雷擊方式不斷變化，應用現代防雷技術，結合文物建筑特點，做出詳實可行的防雷設計，以便更好的保護文物建筑，為保護古代文化的延續做出貢獻。

參考文獻

[1]GB50057-2010.建筑物防雷設計規范[S].

[2]05D501.建筑物防雷設施安裝圖集[S].

[3]86D563.接地裝置安裝[S].

[4]GB50165-92.古建筑木結構維護與加固技術規范[S].

[5]GB50343-2004.建筑物電子信息系統防雷技術規范[S].

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