平罗玉皇阁防雷工程分析

平罗玉皇阁防雷工程分析

宋强 霍小梅

中科天际科技股份有限公司 宁夏 银川 750002

摘要：雷电属于自然界中特别常见且无法控制的一种自然现象，它的产生在一定程度上严重影响了人们的正常生活和生产，也间接对建筑物的构造及设备的应用产生影响。保护文物是千年大计，所以必须充分考虑文物建筑的防雷安全，其所使用的保护性防雷设备，不论是产品品质及实际应用数据，都应以可靠性为前提，力求将其遭雷击受损的概率降至最低。

关键词:文物建筑;智能；防雷

引言

平罗玉皇阁防雷工程，充分考察了当地的地质、气候、雷电情况、土壤结构，依据现有的国家规范标准，选用当今先进的工艺及设备材料，使本次防雷工程全面、严谨、合理、先进、有效。在平罗玉皇阁常规防雷设备基础上于安装2台雷电流峰值监测仪及低误报雷暴预警仪，通过以上这些设备形成雷电监测预警系统，能够有效的对防雷设备、接地电阻状况进行实时监测远程可视化的监控防雷接地装置，对雷电流可以有针对性的准确监测、预警；当发生报警信号可及时通知维保人员到现场检测维护，确保防雷接地装置、接地设备有效正常运行。

1、项目概述

平罗玉皇阁位于宁夏回族自治区平罗县，占地面积达36000m²，始建于明代永乐年间，之后又分别于清朝光绪元年和民国28年进行了扩建，逐渐形成了宁夏境内最大的道教古建筑群。整个建筑轴线清晰，层次分明，主殿高大宏伟，配殿小巧精致，雕梁画栋，飞檐层叠，其建筑可以称得上是精美绝伦，因而被称作宁夏平地古建筑的奇观，并收录在《中国道教风貌大全画册》之中，值得强调的是，虽然玉皇阁由前到后分别为明朝、清朝和民国三个时期由不同的工匠设计修建而成，但整体建筑布局合理，风格一致，结构严谨，珠联璧合，堪称一绝。平罗玉皇阁主要建筑有城隍殿、观音殿、娘娘殿、南天门、三清殿、玉皇殿、三母殿。陪衬主殿左右的是文昌阁、关帝阁，象征着文武双全，小巧别致的钟楼与鼓楼代表着晨钟暮鼓，回廊巧设，曲径通幽，自然体现出一番道家神韵。登天梯，过仙桥，登临高阁，上抚白云，下履轻风，大有飘飘欲仙之感。凭栏远眺，巍巍贺兰，滔滔黄河，平罗美景尽收眼底。

1963年2月，平罗玉皇阁被宁夏回族自治区政府公布为自治区级文物保护单位；2013年5月，被国务院公布为第七批全国重点文物保护单位。

2、防护需求

平罗玉皇阁古建筑群原防雷设施除三母殿顶部设置接闪杆以外，其余建筑均未采取任何直击雷防护措施。按照平罗县文物管理所的要求，并结合现场实际情况，通过防雷工程的设计与实施，防止或减少雷击击于建构筑物所发生的文物损害和人员伤亡，达到《古建筑防雷工程技术规范》第一级防雷古建筑，重点保护该文物建筑内古建筑和人员的安全。

在防雷工程的设计中应遵循如下原则：应尽量采用当今最先进和成熟的技术，使建立的防雷系统能够最大限度地实现文物建筑的防雷保护。安全可靠是文物保护的重点，必须充分考虑文物建筑的防雷安全，使用的防雷设备，不论是产品品质还是质量，都应以可靠性为前提，力求将其遭雷击受损的概率降至最低。经济合理原则防雷系统的设计在满足系统需求的前提下，应尽量选用性能价格比好、可靠性高，维护方便的方案和产品，比较低的成本来实现较完善的防雷保护。对文物建筑影响最小化原则所设计防雷方案和防雷设备选型在满足防雷需求的基础上，应尽量不造成文物的损伤及对原貌的影响，并应具有可逆性。

3、平罗玉皇阁古建筑防雷实施

3.1传统防雷装置实施

在厢房、城隍殿、观音殿、娘娘殿、南天门、三清殿、玉皇殿、三母殿等主体建筑顶部的正脊、垂脊处安装接闪带，在正吻、角吻及挑檐处安装异形接闪带，型号为Φ8紫铜棒，安装高度距屋面150mm；接闪支撑卡采用不锈钢固定支架，间距为1000mm。

在各文物建筑的顶角处或两侧对称处安装引下线，型号为70mm²防雷高压铜屏蔽铜芯引下线，引下线与接闪带连接的部分应采用热熔焊接（为了更好的对文物建筑进行保护，在容易引起火灾的部位采取压接或螺栓连接的工艺措施），引下线上安装断接卡，断接卡采用纯铜材质。

在供电线路进入处的总配电处安装一级电源防雷器；在监控室与消防泵房的分配电箱处安装二级电源防雷器；在监控室操作平台安装精细化保护的智能远程监控防雷PDU插座。

3.2智能防雷装置实施

在平罗玉皇阁周围空旷处安装低误报率雷暴预警仪1台，提前0-2小时的临近短时预警预报，当大气电场强度接近雷暴天气电场强度，会通过界面显示、声光报警、短信报警等方式提醒平罗玉皇阁的工作人员，可有效的对雷电的活动掌握，监测到雷电来临前可提前实施雷电灾害预警方案和进行人员的疏散具有相当高的预测性和准确性。

平罗玉皇阁作为全国重点文物保护单位，应安装雷电流峰值监测仪，雷电流峰值监测仪可实时监测记录防雷装置的信息（雷电流大小、雷电流极性、时间、次数），并上传至平台进行分析存储，利用PC客户端及手机APP实时查看各个监测终端的雷电记录信息。

通过在平罗玉皇阁主体建筑防雷装置的引下线上安装雷电流峰值监测仪，可以使工作人员准确地获知古建筑是否遭受雷击以及雷击时间、次数、强度等，

3.3合理的接地措施

玉皇阁主建筑群错落重叠，主建筑群建在120m*40m的基础上，建筑物基础层高达7、8m。90年代主建筑群基础承台下陷，为防止主建筑群下沉坍塌，通过承台上打孔插入钢筋，注入混凝土，用来加固基础。

平罗玉皇阁承台属于古建筑本体的一部分，所以不宜在承台上进行接地施工。本次设计采用A型接地装置，将垂直接地极安装在承台基础外侧，接地体的连接应采用焊接，焊接处的药皮敲净后，刷沥青做防腐处理，接地电阻小于10Ω，与电气设备共用的接地网接地电阻小于4Ω。

地网系统采用A型接地装置。水平接地体采用-40*4铜覆钢，垂直接地极采用电解离子接地棒。

设计方案：与引下线连接的单独人工水平接地体和人工垂直接地体，即在每根引下线终端的接地。要求如下：每一引下线接地极为1根，接地极的冲击接地电阻值R≤10Ω。

根据平罗玉皇阁所处地区的气候特点，最冷为1月，平均气温2.8°C -16°C，极端最低温度-28.2°C——38.9°C。冬季最冷的时候冻土层将会很深，因此应增加接地体的埋设深度，埋设深度应不小于0.8 m。

平罗玉皇阁防雷接地系统应满足直击雷接地电阻值R≤10Ω及感应雷接地电阻值R≤4Ω。当无法达到此规范要求时应添加环保降阻剂并适当增加接地极。

结语

平罗玉皇阁作为全国重点文物保护单位，具有非常高的文物价值，一旦遭遇雷击，文物建筑将严重受损，严重时会造成游客的人身伤亡及财产损失。为防止或减少雷击建筑物所发生的人身伤亡和文物、财产损失，完善的防雷保护系统，能够切实提高平罗玉皇阁文物建筑对雷电的防御能力。

参考文献

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[2]孙海，邹积慧，陈明强，等.建筑物内部雷电防护技术方案设计探究[J].农家参谋，2019(9)：206.

[3]《古建筑防雷工程技术规范》,GB51017-2014

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[5]《旅游景区雷电灾害防御技术规范》，QX-T264-2015