古建筑物防雷设计研究

收稿日期：2023-11-30

作者简介：李杨（1983—），男，内蒙古呼和浩特人，本科，副经理，从事雷电防护研究工作。

摘 要：由于自身以及环境特点，古建筑物容易遭遇雷击，为此需要做好防雷工作。在进行防雷时需要采取合理的手段以及设备，提升防护效果。基于此，对古建筑物雷击的结构以及方式进行介绍，重点从外部和内部两个角度提出了古建筑物防雷的具体手段，并提出了相应的保障策略，为古建筑物防雷工作开展提供参考。

关键词：古建筑物；防雷；策略

中图分类号：TU895                                文献标识码：A                                 文章编号：2096-6903（2024）03-0126-03

0 引言

古建筑物历史悠久，多是从古代保留至今的各种建筑，包括寺庙、楼、殿以及塔等，这些古建筑物不仅是重要的文化遗产，也是一个地区历史的载体，是历史文明的重要组成部分。气象灾害有很多种，除了暴雨洪涝、气象地质灾害以外，雷电灾害也是其中之一，雷电灾害对古建筑物产生一定的破坏，为此需要做好防雷工作。

国家文物局出台制定了《全国重点文物保护单位防雷安全专项检查方案》，要求各地区根据自身情况，做好古建筑物防雷工作。古建筑物防雷工作实施具有重要的作用，可以有效地保护古建筑物，拓展我国物质文化内涵。为此对古建筑物防雷工作实施情况进行分析，并提出对策，为相关工作开展奠定基础。

1 古建筑物防雷设计原则

1.1 灾害安全性

对于一些国家级文物保护的古建筑物而言，在进行防雷设计时需要确保安全。具体应用防雷技术时，需要严格遵守相关的设计规范，有效地保护国家文物，避免古建筑物出现损坏，从而更好地体现出古建筑物的价值。为此，在具体防雷工作中需要选择合适的材料，采用先进的防雷技术，有效提升防雷效果。

1.2 技术先进性

在保护古建筑物时，做好防雷工作可以避免古建筑物遭遇雷击。为了能够更好地开展防雷工作，需要做好技术创新工作，采用先进的科学技术，并对各项技术进行推广。还可以学习国际经验，结合我国古建筑物的具体情况，对保护手段进行优化，从而更好地保证古建筑物安全。

1.3 经济合理性

古建筑物防雷工作实施时需要投入一定的资源，为此需要对防雷工作的经济性进行全面的评估，核算防雷的具体成本。在防雷工作中需设置成本控制目标，并定期对成本控制工作的实施情况进行考核，有效提升防雷工作成本控制效果，降低成本。

1.4 持久性

要制定相应的保护规划，做好防雷基础工程建设，以为古建筑物安全提供保障。在保护古建筑物时，需要确保使用的防护装置合理、持久有效，保证防雷装置与建筑的协调一致。古建筑物防雷工作实施时，需要根据情况选择合适的防雷材料。选择材料时需要考虑质量、价格以及寿命，以保证防雷装置在古建筑中的持久性。

2 古建筑物易遭受雷击的结构特点及方式

2.1 结构特点

古建筑物与一般建筑物相比存在很多的不同，包括结构不同、用途不同、性质不同以及地理环境不同，因此相比于一般建筑物，古建筑物更容易遭遇雷击。

部分古建筑物建设在地势较高的区域，例如山上，这就容易遭遇雷击。在结构方面，古建筑物为了凸显建筑物的大气磅礴，大多具有高耸的屋脊，甚至一些建筑物在屋顶中含有锡背，这就为带电云层放电提供了一个良好条件。部分古建筑物在建造时，会在大殿中央埋设金属宝盒，这些金属物也会使得建筑物接闪放电的可能性变大。古建筑物在建造时材料大多是砖木，这些材料如果遭遇雷击很容易出现燃烧情况，从而使古建筑物遭到破坏[1]。

2.2 雷击方式

古建筑物遭遇雷击侵害的方式有5种：第一，直击雷。这种方式是闪电直接击中古建筑物，出现各种效应，比如说电效应、热效应等，对古建筑物产生一定的破坏。

第二，球雷。球雷相對来说比较复杂，人们对于球雷的研究也比较多，通过各种实验以及自然现象发现，球雷出现的原因是空气中带有静电的气雾层相互作用。这种雷电容易进入到古建筑物的内部。

第三，闪电电涌侵入。架空线路以及金属管道对于雷电具有一定的传导作用，闪电电涌可以通过这些物品进入古建筑物内部，对古建筑物产生一定的危害。特别是当前很多古建筑物在开发过程中，都增设了照明线路、监控线路以及消防线路等，增大了闪电电涌发生的可能性[2]。

第四，古建筑物周围如果存在大量的高大树木，这些树木遭遇雷击，可能会导致古建筑物发生灾害。

第五，地电位反击。地网之间需要有足够的安全距离，一般情况下需要超过20 m。如果安全距离小于20 m，一个地网接闪。产生高电位雷电流，便会对没有接闪的地网产生影响，从而使地上的系统遭遇危险。

3 古建筑物防雷手段

3.1 外部防雷

3.1.1 接闪器布设

为了更好地保护古建筑物，应选择接闪带（网）和接闪针相结合的接闪器。需在屋角的接闪带上焊接短针，短针的长度一般为30～50 cm，以更好地将雷电导入到大地。

在敷设接闪带时，需要重点关注正脊、吻兽、屋顶檐口、垂脊、垂兽和高出建筑物的烟囱等区域，这些区域容易遭遇雷击。同时为了能够提升防护效果，在敷设接闪带时需要避免出现直角弯曲、锐角弯曲这些情况，一般采用圆弧形弯曲。

3.1.2 引下线布设

引下线的数量少，在出现雷击时分流就会小，这就会导致每根引下线需要承担较大的雷电流，从而遭遇雷电反击以及二次效应。为此在布设引下线时，需要根据情况增加数量，充分地利用古建筑物的柱子。古建筑物在建造时使用的材料多是砖木，为此布设一般都是采用明敷的方式。在具体敷设时，需要确保引下线对称，在满足间距的基础上尽可能地增加引下线的数量。引下线自身电感会导致雷电感应情况出现，为了避免这种情况需要采用接地敷设的方式[3]。弯曲一般采用的是弧形弯曲，设置保护覆盖物。一般距离地面0.3～2.7 m，以避免游客接触产生意外事故。

3.1.3 布设接地装置

在布置接地装置时，需要选择合适的结构方式以及位置，具体考虑的因素包括古建筑物的用途、游客规模、地理环境等，对于一些游客数量比较多的、重要的古建筑物需要做好防止跨步电压措施。环形接地装置主要应用在一些宽度较窄的古建筑物上，在具体布设的过程中，需要保证接地装置与地下管线路之间具有安全距离。

如果由于条件限制不能满足规范的要求，则需要将接地装置连接在一起，使接地网内部的电场分布均衡，这样可以尽可能地降低跨步电压对游客产生的危害，在遭遇雷击时可以避免反击高压危害出现。为了进一步降低跨步电压对游客的危害，接地体如果距离古建筑物出入口的距离小于3 m，则需要将其埋在1 m以下。

3.1.4 树木防雷管理

古建筑物防雷工作实施时需要做好树木管理工作，可在树木顶端安装接闪针，同时并沿着树干敷设引下线，在树底埋设接地体，通过这种方式保护树木。如果需要栽树，则需要确保树干与古建筑物的间距，不得低于5 m，树冠高度不得低于3 m。

3.2 内部防雷

古建筑物防雷工作开展时除了进行外部防雷以外，还需要进行内部防雷。在建筑物中安装一些内部防雷装置，其目的是有效地避免建筑物雷电流出现的电磁效应、跨步电压等雷电灾害。内部防雷手段有很多，除了防雷装置以外，所有为防雷工作开展的措施、手段均属于内部防雷，比如良好接地、合理布线等。

很多古建筑物在保护开发的过程中都增设了一些现代设备，如广播、报警系统、监控系统等，这些系统一定程度上容易遭遇雷击。这些系统一旦受到雷击也会造成严重的后果。

根据内部环境，采取合理的手段进行防雷保护，具体的防护措施可以从以下3个方面入手：第一，对于古建筑物内部使用的各种金属保护管的外皮在LPZOA与LPZ1交界处与最近的防雷接地进行等电位连接，通过这种方式可以将侵入的雷电导入大地。

第二，把从LPZOB区进入LPZ1区各类天馈线路在LPZOB与LPZ1交界处安装相应的天馈电涌保护器（SPD）。把从LPZOA区进入LPZ1区的各类通讯、数据信号线路在LPZOA与LPZ1交界处安装相应的信号SPD。把从LPZOA区进入LPZ1区的电源线路在LPZOA与LPZ1交界处并安装相应的电源SPD。对这些SPD进行施工时，需要确保SPD能够承受的最大电压与其系统和设备能够允许的最大电压保持一致。对于通讯、数据等信號线路，在保护的过程中一般都是采用1～2级的SPD保护。在电源配电线路方面则需要根据设备的重要性以及具体天气环境设置不同等级的SPD保护，一般等级为1～3级[4]。不同等级SPD之间需要保留一定的间距，具体间距大小需要考虑SPD的类型。最后SPD的接地线需要严格遵守相关的规范，并且在LPZ交界处进行接地时需要保证距离最短，通过这种方式能够有效地提升防雷效果。

第三，雷击电磁脉冲干扰会严重影响到信息系统，如果古建筑物含有弱电电气设备，则需要做好相关的防护工作。雷击电磁脉冲干扰主要指的是出现雷击时会产生雷电磁场辐射干扰和利用各种传导进入古建筑物的电压、电流。为此防护雷击电磁脉冲干扰时需要从三维空间这一角度入手，避免雷电磁场辐射干扰。常用的方法是在建筑物LPZO区域和LPZ1区域中间位置设置屏蔽接地笼。在具体操作的过程中可以将古建筑物中的钢筋做成法拉第笼式避雷网。对于一些砖木结构的古建筑物，则需要使用接闪器、引下线等做出法拉第笼。接闪器之间的需要不宜过大，保证密集。引下线也需要设置得密集一些，通过这些措施可以有效地减弱雷击电磁脉冲干扰。对于一些重要的设备，在防护时需要将其放置在屏蔽室内，最大限度地保证安全[5]。

4 古建筑物防雷工作实施保障策略

4.1 做好防雷技术创新工作

在开展防雷工作时需要使用到一定的技术以及设备，为此需要做好相应的技术创新工作，为防雷工作开展提供技术支持。技术研发人员需要彼此进行沟通，学习国际上先进的防雷技术，根据我国的自身情况，对技术进行创新。

对研发人员进行专业的培训，在培训之前需要了解研发人员能力方面的不足，选择合适的培训内容，将线上培训和线下培训结合在一起，充分发挥培训的作用，增强研发人员能力。还可以适当地开展一些研讨交流活动，在交流时学习其他人员的工作经验及技术，取长补短，弥补自身能力方面的欠缺。最后还可以积极地进行研发人员引进工作，聘请具有丰富经验的雷电防护技术人员从事相关的工作，有效提升技术研发效果，不断对防雷技术进行研发，将先进技术应用到防雷工作中。

4.2 做好防雷成本控制工作

古建筑物防雷工作实施时需要使用到大量物资，耗费大量资金，为此需要做好成本控制工作，通过成本控制有效地降低成本。要对资金的使用情况进行审计，了解各项资金的具体使用，提升资金利用效率。在进行成本控制时，要对施工人员进行必要的教育，让施工人员了解到成本控制与自身的关系，积极参与到成本控制活动中。对于积极参与成本控制的施工人员以及工作人员需要进行必要的奖励，通过这种方式树立一个良好的学习榜样，从而使更多的人参与成本控制工作。

4.3 转变观念，重视防雷工作

防雷工作对于古建筑物保护工作实施具有重要的作用，然而实际上很多地区在保护古建筑物时对于防雷这些工作不够重视，针对这种情况需要转变观念，高度重视防雷工作开展，从而为防雷工作开展奠定一个良好的基础。

各地区要根据自身的情况，制定防雷保护制度，各古建筑物保护机构需要根据古建筑物的具体情况明确管理细则，并定期对各项防护工作的落实情况进行监督。通过监督发现防雷工作中存在的不足，并在以后的工作中进行优化。要定期对防雷工作的实施人员进行必要的教育，安排专业的专家进行相关防雷知识的讲解，提升实施人员的综合素质。

古建筑物防雷工作实施时需要使用到一定的设备，要定期对这些设备进行检查，查看各项设备正常运行，对于损坏的设备要及时地进行更换。对于出现故障的设备则需要进行检修。具体检查内容包括：检查接地装置在铺设过程中是否存在断裂情况，检查修缮古建筑时防雷装置变化情况，检查接闪器是否存在断裂的情况；检查引下线绝缘保护处理有无破坏等。如果发现问题，及时解决，以便充分发挥各项防雷设备的作用。

5 结束语

防雷工作实施对于古建筑物保护而言具有重要的作用，通过实施防雷工作可以避免古建筑物遭遇雷击，从而更好地保证古建筑物的完整。古建筑物防雷保护工作不是一朝一夕能够完成的，在具体实施时需要树立一个正确的观念，结合古建筑物的具体情况，做好技术研发创新工作，合理运用高科技手段，有效提升防雷效果，从而更好地保护古建筑物。

参考文献

[1] 王芬，王友乾.浅析古建筑防雷设计[J].中国新技术新产品， 2022（18）：146-148.

[2] 赵静.古建筑防雷技术浅探[J].文物世界，2020（2）：54-56.

[3] 姚东升，高超，刘通，等.古建筑防雷设计的探讨[J].陕西气象， 2019（4）：53-55.

[4] 许文奕，张红亮.当前古建筑防雷安全隐患及措施分析[J].时代农机，2018，45（5）：136.

[5] 吴观曙.古建筑防雷设计措施的应用研究[J].中国设备工程， 2018（5）：217-218.