基于CAD作圖法的位置因子精細化雷擊風險評估的研究

李鑫　葉博　樂輝

摘要：位置因子作為雷擊風險評估中風險風量計算的重要參數，其取值大小直接影響評估結果的準確性，現行雷擊風險評估標準中給出的位置因子的取值，為典型經驗值，取值的隨意性導致了計算結果缺乏針對性，產生較大誤差。針對以上問題，提出了位置因子的量化計算方法，位置因子應為考慮周圍建筑物對評估對象影響時的雷擊等效截收面積與其為孤立建筑物時雷擊等效截收面積的比值。通過常見住宅小區進行實例計算，分析了現行計算標準的不足，驗證了量化計算方法的合理性和有效性。

關鍵詞：風險評估；位置因子；量化計算

中圖分類號：TM866 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2018）03-0091-03

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2018.03.022

Abstract： An important position as a risk factor of air parameters in the lightning risk assessment calculation，the accuracy of the evaluation results directly affects the accuracy of risk assessment results，location factor given current lightning risk assessment standard of the typical experience of value. The randomness of the value leads to the lack of pertinence of the calculation result and leads to great error. To solve the above problems，the calculation method of quantitative location factors put forward，location factors is the ratio of the thunderstrike equivalent area calculated as the buildings around it are taken into consideration to that of the thunderstrike equivalent area as the buildings are isolated. Finally，a common residential district is calculated，and the deficiency of the current calculation standard is analyzed. The rationality and validity of the quantitative calculation method are verified.

Key words： risk assessment； location factor； quantitative calculation

雷擊風險評估中，位置因子作為年均危險事件次數最主要的參數之一，其大小取值直接影響到風險評估計算的準確性，GB/T21714.2-2008[1]中給出了位置因子的取值表，眾多學者對其進行了深入研究。馬金福等[2]在雷擊風險評估中的位置因子的探討中，分析了周邊建筑物對評估對象截收面積的實際影響；甘慶輝等[3]按滾球半徑計算繞擊的方法，以評估對象的高度及其與周邊建筑物的距離，利用電氣-幾何模型對位置因子的取值進行了探討，得出位置因子為雷電流大于最大繞擊電流的概率；史雅靜等[4]根據兩種規范的不同提出了具體的計算公式并利用數據擬合的方式推導出一般情況建筑物的精細化計算模型；王芳等[5]結合雷暴路徑進行分析，提出了位置因子除了和高度相關還和雷暴路徑有關，而位置因子的選取又和雷擊截收面積密不可分；文獻[6-9]結合建筑物雷擊等效截收面積的定義對復雜和不規則建筑物截收面積的計算進行了研究，并得出了近似計算和CAD作圖法求解的具體方法。本研究將重點從評估對象周邊區域對其截收面積的影響方面對位置因子的取值進行分析計算，提出新的視角和解決思路。

1 位置因子取值

在雷擊風險評估中，對于位置因子的取值大小，GB/T21714.2-2008中給出了具體的取值大小（表1），表中提到了一個概念叫做“孤立建筑物”，但在具體的評估過程中，如何認定一個建筑物為孤立建筑物，周圍多遠的距離內有多高的建筑物，才可以認定一個建筑物是非孤立建筑物，按嚴格意義說，只有單獨一棟建筑物樹立在平原大地上才能認為是孤立建筑物[10]，從這個意義上來說，在人口較多的地區很少有評估對象是孤立存在的。表中提到的另一個說法是“周圍有相同高度或更矮的以及周圍有更高建筑物或樹木”， 這里存在同樣的問題，如何確定多遠的距離算是周圍，在一個城市內大部分建筑物都能同時滿足這兩個條件，既有相同高度或更矮的建筑物又有更高的建筑物，其前提是周圍的范圍取得足夠大。由此可以看出，位置因子在不同計算者取值時存在較大的隨意性，同時表1給出的4個離散取值不能體現不同建筑物之間的位置差異性，在具體項目計算中缺乏針對性，會導致誤差很大，需要一個更加合理有效的量化計算方法。

2 位置因子的量化計算方法

為了解決位置因子取值不合理的問題，本研究建立了一套位置因子的量化計算方法。由于在GB50057[11]和GB/T21714.2-2008中都提到了一個雷擊等效截收面積的概念，相關研究也提到了在計算雷擊等效截收面積的時候應考慮周邊區域的影響[9]，其實也就是位置因子的影響因素，而不論是考慮滾球半徑還是雷暴路徑的位置計算方式，其最終影響因素也是周邊的區域。所以，本研究通過實際圖例來給出位置因子的計算方式。圖1是2個相鄰非孤立的建筑物的平面圖，B為需要計算位置因子的建筑物，A為其周邊對其有影響的建筑物。

式中，Ao表示非孤立建筑物的雷擊等效截收面積的重疊區域；Ae表示考慮周圍建筑物對評估對象影響時的雷擊等效截收面積；Ad表示孤立建筑物雷擊等效截收面積。計算Ae時不應考慮與周邊建筑物雷擊等效截收面積重疊的區域，即應該剔除重疊區域的面積，而計算Ad時應將其當做孤立建筑物來計算其雷擊等效截收面積。

3 實例計算分析

圖2是一個常見住宅小區平面圖，假設周邊區域都為空地，小區內共有5棟建筑物，位置分布如圖2所示，建筑物長度為60 m，寬度為15 m，高度為20 m，5棟建筑物除位置不同之外其他參數完全一致。按GB/T21714.2-2008中現行的計算方法和給出條件，只進行單體建筑物的風險評估。因此，5棟建筑物的位置決定了其位置因子的大小，而位置因子的大小又決定了其年均危險事件次數的大小，由于幾棟建筑物雷擊風險評估其他取值相同，其雷擊風險評估的風險值大小不做具體計算，以其位置因子大小表征其雷擊風險的大小。

首先，按GB/T21714.2-2008中給定的取值表（表1）取值，5棟樓的位置因子均為0.5，其雷擊風險完全相同，無法體現雷擊風險評估計算的實際意義。

其次，可以通過雷電防御常理來判斷其位置因子和雷擊風險的大小，5號樓處在整個建筑群的最遠端，其遭遇雷擊的風險應該是最大，其位置因子也應該最大，2號樓處在建筑物的包圍圈中，無論雷云從哪個雷暴路徑經過，都會被其他建筑物阻攔和分擔雷擊風險，其雷擊風險應該是最小的，位置因子也是最小。

如果用GB50057中平行邊的概念計算5棟樓的雷擊截收面積進而計算其年預計雷擊次數來判斷雷擊風險，1、3、4、5號樓都有平行邊的存在，其雷擊截收面積會有一定量的減少，而2號樓由于沒有平行邊的存在，其雷擊截收面積最大，從而其計算的雷擊風險最大，該結果不符合常理。

最后，通過本研究提出的量化計算方法（圖3），以CAD作圖法計算其位置因子分別是1號樓0.524，2號樓為0.079，3號樓為0.651，4號樓為0.724，5號樓為0.896。2號樓雷擊風險最小，5號樓雷擊風險最大，計算結果與常理相符。

4種方法計算住宅樓小區的5棟建筑物雷擊風險如表2所示。由表2可以看出，量化計算方法考慮了周邊建筑物的影響因素，給出了定量的位置因子計算方法，消除了雷擊風險評估位置因子取值的隨意性，不再是定性地根據現場情況固定取值，與常理相符，較為合理。同時使用CAD作圖法計算較為方便快捷，在實際應用中較為有效。

4 小結

位置因子作為雷擊風險評估中風險風量計算的重要參數，其取值大小直接影響評估結果的準確性。在實際項目中，被評估對象所處環境往往較為復雜，應根據多方面的因素進行截收面積和位置因子的計算，量化計算方法對位置因子的取值具有一定的參考價值，也代表了雷擊風險評估的發展趨勢，隨著防雷體制改革和雷擊風險評估法律法規的更新，定量化精細化的工作還任重道遠[12-19]。

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