防雷技术与文物保护要求的有机融合——《文物建筑防雷技术规范》概要

　　2013年2月1日，《博物馆和文物保护单位安全防范系统要求》（GB/T16571-2012）正式实施；7月1日，《文物建筑防雷技术规范》（QX189-2013）正式实施。这两项标准的出台，对规范文物安防系统建设和防雷设施建设，提升文物安全防范水平，具有重要意义。本期视点邀请有关专家对这两项新标准进行解析，希望能给业界使用标准提供一些帮助。
　　雷电灾害是危害文物建筑安全的重要因素，防雷是文物安全防护的重要任务之一。1987年8月，北京故宫博物院景阳殿遭雷击引发火灾，大殿局部被烧毁。2004年5月，山西稷山县大佛寺大殿被雷击，受击点达13处之多，损失惨重。经过多年的技术创新和实践探索，目前文物建筑防雷已取得了重要成果，积累了丰富经验，进一步系统化、规范化、科学化，既已具备丰富的理论和实践基础，也是当前迫切需要。对此，中国气象局和国家文物局高度重视，自2011年两部门启动文物建筑防雷标准制定工作，委托相关科研单位，组织一批国内防雷和文物保护专家，经过多方调研，反复酝酿，多次研讨，广征意见，终成其稿。2013年5月14日中国气象局、国家文物局联合发布了《文物建筑防雷规范》（QX189-2013）（以下简称《规范》），同年7月1日实施。
　　《规范》主要规定了文物建筑防雷分类，防雷工程勘察设计、安装施工及维护与管理要求等内容。将通用的建筑防雷技术手段与文物建筑防雷有机结合，既保障防雷系统实用高效，同时突出文物建筑防雷的特殊性与针对性，尤其是强调了文物保护要求。
　　依价值与风险进行防雷分类
　　《规范》对文物建筑防雷分类依据可概括为一个前提和三个方面。前提是文物建筑位于可能发生雷电对地闪击的地区。三个方面，一为文物建筑的重要性，即其公布为文物保护单位的级别；二为文物建筑所处环境及发生雷击的可能性；三为是否有发生雷击的历史。据此，《规范》将文物建筑防雷分为三类。第一类建筑包括全国重点文物保护单位和雷击风险较大的省级文物保护单位的文物建筑。第二类防雷文物建筑包括省级文物保护单位和雷击风险较大的市、县级文物保护单位的文物建筑。其他市、县级文物保护单位的文物建筑为第三类。
　　雷击风险较大的依据是年预计雷击次数不小于0.05 次/a、或有雷击史、或高度超过26米。年预计雷击次数是指一年内，建筑物单面积内遭受雷击的次数，其数值与建筑物所在地的地况、当地雷暴日、建筑物的等效面积等有关。

勘察、设计内容明确具体

　　勘察是文物建筑防雷工程建设的重要环节，勘察是否全面，数据是否准确，风险分析是否科学，直接影响着方案设计的内容与工程实施的有效性。《规范》提出文物建筑防雷勘察有四个方面8项具体内容。一是文物本体现状，包括：1.文物建筑的保护级别、结构材质说明、管理使用情况；2.文物建筑现状总平面图，单体的平面和正、侧立面图，并辅以照片。二是文物设施设备状况，包括：1.文物建筑防雷装置的现状，增建、改建的必要性说明；2.文物建筑内金属构件和较大金属物体的情况；3.文物建筑内的低压电气系统和电子系统的组成状况。三是文物周边环境情况，包括：1.文物建筑所在地的地理、地质、土壤、气象、环境等条件和雷电活动规律，以及文物建筑本身和邻近区域内雷击灾害的史料；2.文物建筑周边的高大树木及构筑物情况。四是文物建筑常驻人员和流动人员情况。勘察一般要由项目单位和设计单位共同完成，在勘察的基础上对文物建筑雷击风险进行科学评估，并对设计提出总体要求。
　　设计是为文物建筑防雷确定防范方式、技术、手段和设备的重要环节。《规范》对设计内容有7项要求：1.工程概述；2.明确设计依据；3.确定文物建筑防雷类别；4.提出文物保护要求，分析防雷方式、设备器材、施工工艺对文物本体和外观风貌的影响；5.作出设计说明，包括防雷方式的选定、设备器材的确定及技术计算书，管线敷设和器材安装的文物保护措施等；6.进行图纸设计，提供接闪带平面图和安装后形态的立面图，引下线与接地装置图，在文物建筑构件上的安装大样图等；7.列出主要设备、器材清单。设计者要针对文物建筑具体情况，做到“量体裁衣、对症下药”，切忌“照抄照搬，空洞无物，器材堆砌”。
　　在做好勘察、设计的基础上，《规范》要求文物防雷建筑设计方案文本应当包括设计任务书、勘察报告、设计说明、设计图纸、设计概算或预算五个部分。各部分基本要求是任务要明确，勘察要准确，设计要科学，图纸要规范，概预算要合理。

防雷装置选择立足实效

　　防雷装置是组成防雷系统的重要序设备。文物建筑的防雷装置既要符合一般建筑防雷的通用标准，同时又要满足文物建筑雷击防范的特殊需要。为此，《规范》分别对接闪器、引下线、接地装置的规格、材质和布设方式提出了有针对性的要求。
　　接闪器，由拦截闪击的接闪杆、接闪带、接闪线、接闪网以及金属屋面、金属构件等组成。文物建筑接闪器要根据勘察现状，选择采用接闪带（网）、独立接闪杆、接闪带（网）与短接闪杆组合等形式。选取的原则是应充分结合文物建筑的类型和屋顶制式，优先采用对文物建筑影响最小的方法。接闪方式选择的条件和规格为：
　　1．当屋顶面积较大，需要设置接闪网，其网格尺寸第一类防雷文物建筑为≤10米×10米或12米×8米，第二类为≤20米×20米或24米×16米，第三类不设接闪网。
　　2．考虑文物建筑本体安全及风貌，在本体上不宜建设接闪器时，可在文物建筑周边建设独立接闪杆，接闪杆保护范围按滚球法计算确定。滚球法是国际电工委员会（IEC）推荐的接闪器保护范围计算方式之一，其原理是以某一规定半径的球体，在装有接闪器的建筑物上滚过，滚球体由于受建筑物上所安装的接闪器的阻挡而无法触及到的某些范围，即接闪器保护范围。《规范》要求第一类防雷文物建筑保护范围滚球半径是45米，第二类是60米，第三类是75米。需要注意的是，独立接闪杆材质、色调和形式的选择要根据文物建筑及其环境特点，以不破坏或者最小影响文物建筑历史环境风貌为原则。
　　3．当文物建筑上有大尺寸金属物，如铁杵、铁链、金属宝顶等符合接闪器材料规格时，可作为接闪器。文物建筑屋面上的金属物体，如宝瓶、鳌头等可就近与接闪器连接。
　　引下线，是指用于将雷电流从接闪器传导至接地装置的导体。《规范》要求文物建筑引下线布设，要从接闪器下端焊接牢固后沿山墙、后檐墙、墙角或塔身、檐柱顺直引下，经最短路径连接。建筑物正面应避免明敷，以不影响文物风貌。引下线数量，要根据文物建筑的基底面积和防雷需要合理确定，其中第一类防雷文物建筑引下线间距不小于18米，第二类不小于25米，第三类无间距要求，但数量不少于两根。
　　接地装置，是指接地体和接地线的总合，用于传导雷电流并将其流散入大地。接地体是埋入土壤中或混凝土基础中作散流用的导体。《规范》提出接地装置一般采用相互联接形成闭合环形接地装置，但当文物建筑保护要求较高时，也可采用独立接地体。接地装置的冲击接地阻值是雷电流能够有效传导疏散入大地的关键性指标，《规范》对此进行了强制性规定，第一类防雷文物建筑阻值小于等于10欧姆（Ω），第二、三类小于等于30欧姆（Ω）。当因土壤电阻率较高，接地装置的冲击接地电阻值难以达到要求时，《标准》给出了4种降阻方法，一是采用多支线外引接地装置，二是接地体埋于较深的低电阻率土壤中，三是采用降阻材料；四是置换低电阻率的土壤。各地也可以根据实际，试验研究其他有效、实用的降阻方法。
　　防雷装置布设还必须充分考虑防雷装置本身对人员安全的影响，《规范》对此做出了两项强制性规定。对引下线布设可能造成的触电压，规定：距地面2.7米以下的外露引下线导体，用耐1.2/50 μs冲击电压100 kV的绝缘层隔离，或用不小于3 毫米厚的交联聚乙烯层隔离。对防雷接地可能引发的跨步电压，规定：接地装置距文物建筑出入口或人行道等人员可能经过的地方，水平距离应不小于3米。当客观原因小于3米时，应敷设5厘米厚沥青层或15厘米厚砾石层使地面电阻率大于50kΩm。同时，设置护栏、警示牌，降低人员进入此范围内的可能性。

安装施工符合文物保护要求

　　文物安全防护工程实施基本原则是在确保设施、设备发挥安全效能的前提下，坚持对文物本体及历史风貌的最小干预、最小扰动、最小影响。《规范》遵循上述原则，对防雷装置施工提出了具体要求，并对安装方法做了图示。其中，文物保护要求有：“接闪带（网）安装，要在不损害文物建筑构件的前提下，沿文物建筑屋面的正脊、垂脊、戗脊、屋面檐角等易受雷击的部位随形敷设，屋面正脊兽等装饰物应置于接闪带（网）之下”。“引下线安装，在沿文物建筑木结构敷设时，引下线或固定支架应采取抱箍等不损伤文物构件的方式固定，并与木结构之间做绝缘处理”。“引下线敷设、接地体安装过程中，对文物建筑地面、基础等有扰动的部位，应按原状恢复”等。在文物防雷工程设计、安装和施工中遇到其他文物保护问题，则需要在严格遵守文物保护原则，在专家的指导下，并参考国家文物局《文物建筑防雷工程勘察设计与施工技术要求规范（试行）》，科学妥善提出解决的方式和手段。（中国文物信息网　作者：常 铖）