中國古建筑防雷技術研究

李 鵬

（中國國家博物館，北京 100000）

中國古建筑防雷技術研究

李 鵬

（中國國家博物館，北京 100000）

在中華民族悠久的歷史長河之中，有那么一類既具有實用價值，又富有藝術價值的建筑，當前還有相當一部分依舊保存得很好。這些建筑很多以木結構為主，一旦遭雷擊起火，易造成難以挽回的損失，故古建筑物的防雷保護非常重要。本文對古建筑物的防雷措施進行研究，指出其中所存在的一些問題，并針對這些問題提出相應的解決措施，有利于這些具有歷史價值的建筑物能夠承載著文化，長遠地發展下去。

古建筑；防雷技術；結構

引言

古建筑風格多樣又極其富有藝術價值，加上我國的古建筑物數量較多，因此占有著十分重要的地位。古建筑物中很多以木結構為主，一旦遭雷擊起火，就容易產生較大的文化、經濟損失，所以，古建筑物的保護問題是當前所面臨的一個重要問題。隨著信息科學技術的發展，很多信息化設備被運用到了古建筑中，特別是在一些由古建筑改建的游覽區和博物館，消防、安防、監控系統相當密集，古建筑信息系統集成化程度很高，存在的安全問題也非常突出。目前人們對古建筑物的防護意識還不夠重視，古建筑物防護中所采用的一些設備也較為落后，在防雷方面所起到的作用還不夠突出。雷電災害仍舊是威脅傳統建筑物的主要因素。

因此，有必要深入研究古建筑的防雷問題。

本文著重從古建筑物的結構、古建筑防雷現狀幾個方面的內容相對應地提出古建筑物防雷所要采取的措施和手段，必要時候提出一些典型案例，更為深入地對古建筑物的防雷技術進行研究。

一、古建筑物易遭受雷擊的結構原因

古建筑容易遭受雷擊的原因有多方多面的，而其結構特點是其中的主要原因之一。古建筑物因古人缺乏對自然知識的充分了解，許多都建在容易遭受雷電襲擊的位置，比如：地勢高的山上和土壤電阻率易發生突變的山腳。如泰山、華山等地。這些建筑風格為凸顯氣派、宏偉，常常修建了高聳的屋脊，卻不知這些屋脊卻為雷電的產生創造了更好的條件。如北京鐘鼓樓、武當山金頂。古時人們還不懂得利用混凝土澆筑，所以建筑的材料以磚木為主，這種材料一旦遭受雷電的攻擊其受損程度也極高，十分容易受到火災的破壞。在金屬物設置方面，許多古建筑物正脊中部埋設金屬寶盒，這些金屬物大大增加了建筑物接閃放電的可能性。如國子監辟雍殿頂部即為金頂。在內部存放物品方面，由于古建筑內部可能存放有大量金屬物，同樣存在雷擊隱患。大鐘寺古鐘博物館（以下簡稱大鐘寺）這種古鐘專題博物館，高大的殿堂內，陳列了近千余口銅質或鐵質的古鐘，金屬導電原理往往也構成了引發雷擊的因素，使雷擊概率加大。

二、古建筑防雷現狀分析

從近年情況來看，總體上古建筑防雷得到了進一步改善，對文物古建筑的保護起到了一定的作用，但仍然不盡如人意，具體表現在以下幾個方面：

部分古建筑物未得到有效保護。一直到1982年，我國部分省級、市級城市開始意識到雷電災害對古建筑物的損害，陸續設置了防雷裝置，但僅限于部分城市，還有許多古建筑物未得到有效保護。

在1993年5月1日《古建筑木結構維護和加固技術規范》（GB50165—92）實施之前，很多古建筑的防雷設計全靠設計者的經驗，不成熟、不完善。很多已有防雷設施未達到最新防雷技術標準的要求。通過恢復和修繕的古建筑雖多安裝了相應的防雷設備，然而，通過實踐檢測發現這些設備還有較多不完善之處，比如：對雷電襲擊的感應不夠敏捷；防雷引下線數量不符合最新標準要求；接地引下線過長過細，獨立垂直接地體數量少，接地裝置位置不適宜，接地體沖擊電阻值達不到最新標準要求；無均壓等電位措施；無防球雷措施；一些單位在設計防雷方案時未根據古建筑所在位置的具體情況分析、評估，降低了建筑物的防雷類別，從而降低了安全系數。

防雷模式沿用原來的單組建筑保護，未能從整體考慮并進行保護。

地理環境、地質條件及結構特點方面，古建筑物都不如現代建筑物理想，所以很多防雷設備的安裝具有更大的挑戰。很多古建筑物在修建之時是不可能考慮到后期需要投入的一些工程，因此，對古建筑物防雷設備的安裝極為不利。

出于文物保護需要，古建筑承載著傳統文化藝術，所以在修建之時不能隨心所欲地對這些建筑進行改建，而要盡可能保持其原來的面貌。這就給古建筑物防雷設備的安裝帶來了一個較大的挑戰。要遵循原有的面貌還是充分發揮防雷設備的作用是一個糾結又矛盾的問題。

三、古建筑的防雷措施

雷電作為一種自然現象，是不可避免而產生的。在古代，人們對自然災害一直保持著一種敬畏之情。而到了現代，在科學研究發展的背景下，人們逐漸打開了自然現象的神秘面紗，開始嘗試著規避這些自然災害的影響。對于雷電的防護，是人們一直面臨著的一個主要問題，雷電只要通過接閃、屏蔽、分流、均壓等電位、接地保護等防雷措施，層層設防，就可以化解。針對古建筑的特點，實事求是地運用防雷系統，定期對防雷裝置進行檢查、測試，經常保養、維修，就能夠在關鍵時刻發揮應有的作用。根據IEC62305和GB50057—2010有關規定，建筑物防雷可分為內、外部防雷，并把建筑物內、外環境劃分為LPZOA、LPZOR、LPZlLPZ(n+1)等不同的防雷區。

四、古建筑物內部防雷

（一）古建筑內部技防、信息系統的特點

大部分古建筑遺留下來，經過裝修改變成為博物館。由于參觀游覽和文物保護的需要，大量的信息設備進入古建筑內。目前已有較多國家的重點文物保護單位設置了相應的消防廣播、防盜報警及監視系統等設備。然而，這些設備多數要求探測率要百分之百，漏報為零，誤報盡可能小。古建筑的風險等級越高，防護級別也隨之提高，因而這些系統對雷電也非常敏感。

隨著信息技術的發展，古建筑物的數字化趨勢發展得也越來越完善，與此同時，對雷電的防護要求也在不斷地提升。當前，古建筑物的網絡化發展呈現兩種趨勢。較早時期進行改造的古建筑物，各個系統之間是獨立布線、各自分開的，沒有形成完整的形式，加大了工作的難度。隨著時間的推移，這種設備愈發完善，近年來改造的古建筑物其各個系統是通過網絡傳輸統一管理的，各個系統之間的信息可以共享，有效地節省了時間和成本。

目前古建筑要求凡是出屋的，上屋跟下屋連接，這段連接全部改成光纖傳輸。從中央控制室到每個屋都有一條光纖，出了室外全部是光纖。對于早期改造的古建筑，采用非光纜傳輸的，應采取相應的防雷屏蔽措施。

（二）具體內部防雷措施

1.電源防雷

雷電對電器的損害主要出現在電源部分。因此，對電源的防雷要采取相關的有效措施。電源配電線路可以根據其重要性進行程度不同的保護，開關型SPD與限壓型SPD之間的間距應不小于10m，限壓型SPD之間的間距應不小于5m。 SPD的接地線規格應符合規范，并以最短的距離在LPZ交界處就近接地(接地線長度一般應不大于0.5m)。

2.天饋、通信、數據等信號線路防雷

把從LPZOB區進入LPZl區的各類天饋線路在兩區交界處串接相應的天饋電涌保護器；把從LPZOA區進入LPZl區的各類通信、數據信號線路在兩區交界處串接相應的信號SPD。火災報警系統、防盜報警系統、監控系統等的信號線部分都需要加裝信號電涌保護器(SPD)。古建筑內部的網絡、通信系統也應加裝相應型號的信號電涌保護器。

3.均壓等電位

把從LPZ0區進入LPZl區各類金屬管包括鎧裝電纜的金屬外皮、光纖的加強筋在兩區交界處就近與防雷地或建筑基礎地做等電位連接，使沿各類金屬管和電纜侵入的雷電流泄流入地。

4.雷擊電磁脈沖干擾（LEMP）

對LEMP的防止，除需上述建筑物內部防雷措施外，還需防止從三維空間侵入的雷電磁場輻射干擾。防止雷電磁場干擾的最好方法是在建筑物的LPZ0區與LPZI區之間設置一個金屬屏蔽接地籠。在設計施工中，現代仿古建筑可以利用建筑內的鋼筋做成法拉第籠式避雷網，對磚木結構的古建筑可以利用防直擊雷的接閃器、引下線和接地體做成法拉第籠，接閃器網格、引下線間距應盡可能設置的密一些。經屏蔽后，絕大部分的LEMP被衰減，但對特別重要的設備，還可以放置在作為后續防雷區的屏蔽室內，以確保設備的安全。

五、結束語

古建筑物不僅是珍貴的物質文化遺產，也是一種蘊含著中華民族文化的非物質文化遺產，一旦毀壞便很難再恢復原樣。烏蘭浩特普惠寺大雄寶殿起火皆因雷擊，北京老舍紀念館也曾遭受雷擊，古建筑的防雷迫在眉睫。發展到當代，古建筑物的防護還需要我們結合當前高速發達的科學技術，把防雷工程視作為一種系統工程，提高防護意識，為古建筑的保存完好做出努力，為歷史文化遺產的保護做出貢獻。

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