高層智能建筑物防雷施工技術要點分析

喬忠玲

摘 ? 要：雷電屬于自然現象范疇，但隨著人類社會生產、生活邊際的一再擴張，建筑物及生產設施受到雷擊的機率也在提升，尤其“高層建筑”更是如此。“高層智能建筑”對于電力穩定性、安全性要求極高，必須最大程度上消除雷電造成的干擾，避免雷擊出現的各種事故，相對于傳統高層建筑防雷作業而言，提出了更高的要求和更復雜的管理標準。

關鍵詞：高層智能建筑 ?防雷技術 ?電磁脈沖 ?施工要點

中圖分類號：TU974 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-098X（2019）09（b）-0019-02

1 ?高層智能建筑物界定及雷擊破壞的特征

隨著我國城市化水平、科技水平、經濟水平的不斷提升，在“高層建筑物”的基礎上大量智能化設備接入，進而形成了所謂的“高層智能建筑物”，它泛指在保持“高層建筑”高度特征的同時，在建筑內部充滿大量電子型設備，諸如電梯系統、網絡系統、光電系統、報警系統等——相對建筑設施及一般電氣設備而言，“電子設備”對于電力系統光波動十分敏感，其自身正常運行狀態下對抗干擾要求高，整個智能建筑的復雜性又決定了過電壓能力低、絕緣等級小等缺陷，往往不需要雷擊直接“命中”就會出現災難性事故——例如，廣泛分散于高層智能建筑中的計算機系統，當雷擊電磁脈沖（LEMP）的磁感應強度超過0.07高斯，就會發生設備宕機，超過2.4高斯就會造成設備永久性破壞;因此，針對高層智能建筑物的防雷工作，應從傳統的避雷針、避雷網等狹隘認知中走出來，系統而全面地了解雷擊破壞的新特征。

第一，雷擊破壞影響范圍擴展到“全行業”。高層智能建筑在支撐資源上大致包括兩種，其一是“電力能源”、其二是“建筑空間”，這兩方面資源幾乎貫穿于現代全部行業。換而言之，對于“高層化”和“智能化”建筑需求的產業，在現代化社會已經不是“個案”，航空航天、電子商務、石油化工、金融經濟等各領域中，特別是在“寸土寸金”的城市空間中，高層建筑的出現原本就是為了節約建筑用地，這就極容易造成不同行業容納到同一個高層智能建筑物的現象，一旦出現雷擊破壞其影響也是不加分辨的。

第二，雷擊破壞損失從“直接性”變為“間接性”。傳統建筑、人工設施等受到累積破壞，基本上都是“直接性”的，后期及時修復建筑損失即可。而對于高層智能建筑而言，發生雷擊破壞之后，直接損失并不大，但會在很長一段時期內無法使用對應的電氣設備、網絡系統、通訊網絡等，造成巨大的間接性經濟損失。例如“金融證券”系統一旦被破壞，造成的間接損失范圍更大。

第三，雷電災害的影響對象具有“普遍性”。自然界的雷電災害是無規律可循的，但針對人造建筑的損害卻可以進行清晰的界定，基于“傳統高層建筑”向“高層智能建筑”的發展過程中，雷擊破壞的物理形式也從“二維空間”轉變為“三維空間”入侵，即雷擊空間擴大的基礎上，“入侵途徑”不再單純地是利用閃電直擊、過電壓波沿線傳輸，而是更多地基于脈沖電磁場的方式，采取“全方位、無空隙”的破壞，因此防雷技術的關鍵在于規避雷電電磁脈沖（LEMP），由此形成的“普遍性”損害也可以理解為對智能電子設備的“無差別”破壞。

第四，雷電災害的滲透渠道呈現“多元性”。高層智能建筑發生雷電災害現象，受到損失最大的并非建筑體，而是轉移到電子器件、設備、系統等對象上，鑒于相關要素的復雜性，很難預估哪一類組成部分容易受到損害，這也體現出雷電災害滲透的“多元性”，理論上任何對于LEMP敏感的部分都可能是“入侵途徑”。

2 ?高層智能建筑物防雷施工技術實例分析

本質上，高層智能建筑防雷施工是一項保護強電、弱電結合態的多種學科防護機制，在施工方面繁瑣復雜，依賴固有經驗及方法很難滿足避災要求。目前國內的研究成果中，相對成熟的是電磁暫態計算程序（EMTP），但作為數據分析工具，EMTP仍然要考慮建筑物參數、雷電流參數、輸出模塊設計等，并不能基于軟件系統平臺達到“一勞永逸”;有關軟件技術及運用不屬于本文探討主體，以下結合實例展開相關分析。

某高層建筑水平高度大于24m（如圖1所示），按照傳統建筑物防雷設計標準，必須達到二類防雷建筑物要求，具體涉及到的建筑防雷標準中，引下線不少于兩根，采用建筑物四周對稱分布（間距≤18m），單根引下線沖擊接地電阻≤10Ω，建筑物周邊沒有附屬部分，適合采用避雷網（如圖1所示）。基于近年來互聯網技術的發展，該傳統建筑內部各項功能趨向落后，亟待將“電氣化”向“網絡化”、“電子化”、“智能化”方向升級，據此該建筑物內部增設了大量計算機、網絡等相關的電子元件設備，原有建筑物防雷施工技術有待進一步升級，基于建筑物暫態響應數據計算軟件，主要對三類指標進行了分析。

第一，關于電氣參數計算結果的數據分析。結合圖1，利用電磁暫態計算程序（EMTP）模擬建筑長、寬、高（X、Y、Z軸篩選單位距離），可分別獲取建筑物不同維度下的電容、電感等參數，通過對比獲取高層智能建筑物在承受雷電擊中后的最大承受能力，進一步分析三維空間中電磁耦合性。

第二，關于電流空間分布數據的對比分析。結合建筑物本身特征，重點針對建筑物內部鋼筋結構轉化等值的耦合π型電路單元，依據局部防雷的原則，利用EMTP軟件計算出各個支路上的電流相應數據，例如，女兒墻中鋼筋直徑為8mm、電阻為0.014Ω·m，將這一數據導入EMTP軟件中分別獲取引流臨界值;按照這一操作方法，將整個智能建筑物內部全部電磁穩態計算對象進行統籌歸納，可獲取較大規模的上的精準數據。