高层智能建筑物防雷施工技术要点分析
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摘 要：雷电属于自然现象范畴，但随着人类社会生产、生活边际的一再扩张，建筑物及生产设施受到雷击的机率也在提升，尤其“高层建筑”更是如此。“高层智能建筑”对于电力稳定性、安全性要求极高，必须最大程度上消除雷电造成的干扰，避免雷击出现的各种事故，相对于传统高层建筑防雷作业而言，提出了更高的要求和更复杂的管理标准。
关键词：高层智能建筑 防雷技术 电磁脉冲 施工要点
中图分类号：TU974 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2019）09（b）-0019-02
1 高层智能建筑物界定及雷击破坏的特征
随着我国城市化水平、科技水平、经济水平的不断提升，在“高层建筑物”的基础上大量智能化设备接入，进而形成了所谓的“高层智能建筑物”，它泛指在保持“高层建筑”高度特征的同时，在建筑内部充满大量电子型设备，诸如电梯系统、网络系统、光电系统、报警系统等——相对建筑设施及一般电气设备而言，“电子设备”对于电力系统光波动十分敏感，其自身正常运行状态下对抗干扰要求高，整个智能建筑的复杂性又决定了过电压能力低、绝缘等级小等缺陷，往往不需要雷击直接“命中”就会出现灾难性事故——例如，广泛分散于高层智能建筑中的计算机系统，当雷击电磁脉冲（LEMP）的磁感应强度超过0.07高斯，就会发生设备宕机，超过2.4高斯就会造成设备永久性破坏;因此，针对高层智能建筑物的防雷工作，应从传统的避雷针、避雷网等狭隘认知中走出来，系统而全面地了解雷击破坏的新特征。
第一，雷击破坏影响范围扩展到“全行业”。高层智能建筑在支撑资源上大致包括两种，其一是“电力能源”、其二是“建筑空间”，这两方面资源几乎贯穿于现代全部行业。换而言之，对于“高层化”和“智能化”建筑需求的产业，在现代化社会已经不是“个案”，航空航天、电子商务、石油化工、金融经济等各领域中，特别是在“寸土寸金”的城市空间中，高层建筑的出现原本就是为了节约建筑用地，这就极容易造成不同行业容纳到同一个高层智能建筑物的现象，一旦出现雷击破坏其影响也是不加分辨的。
第二，雷击破坏损失从“直接性”变为“间接性”。传统建筑、人工设施等受到累积破坏，基本上都是“直接性”的，后期及时修复建筑损失即可。而对于高层智能建筑而言，发生雷击破坏之后，直接损失并不大，但会在很长一段时期内无法使用對应的电气设备、网络系统、通讯网络等，造成巨大的间接性经济损失。例如“金融证券”系统一旦被破坏，造成的间接损失范围更大。
第三，雷电灾害的影响对象具有“普遍性”。自然界的雷电灾害是无规律可循的，但针对人造建筑的损害却可以进行清晰的界定，基于“传统高层建筑”向“高层智能建筑”的发展过程中，雷击破坏的物理形式也从“二维空间”转变为“三维空间”入侵，即雷击空间扩大的基础上，“入侵途径”不再单纯地是利用闪电直击、过电压波沿线传输，而是更多地基于脉冲电磁场的方式，采取“全方位、无空隙”的破坏，因此防雷技术的关键在于规避雷电电磁脉冲（LEMP），由此形成的“普遍性”损害也可以理解为对智能电子设备的“无差别”破坏。
第四，雷电灾害的渗透渠道呈现“多元性”。高层智能建筑发生雷电灾害现象，受到损失最大的并非建筑体，而是转移到电子器件、设备、系统等对象上，鉴于相关要素的复杂性，很难预估哪一类组成部分容易受到损害，这也体现出雷电灾害渗透的“多元性”，理论上任何对于LEMP敏感的部分都可能是“入侵途径”。
2 高层智能建筑物防雷施工技术实例分析
本质上，高层智能建筑防雷施工是一项保护强电、弱电结合态的多种学科防护机制，在施工方面繁琐复杂，依赖固有经验及方法很难满足避灾要求。目前国内的研究成果中，相对成熟的是电磁暂态计算程序（EMTP），但作为数据分析工具，EMTP仍然要考虑建筑物参数、雷电流参数、输出模块设计等，并不能基于软件系统平台达到“一劳永逸”;有关软件技术及运用不属于本文探讨主体，以下结合实例展开相关分析。
某高层建筑水平高度大于24m（如图1所示），按照传统建筑物防雷设计标准，必须达到二类防雷建筑物要求，具体涉及到的建筑防雷标准中，引下线不少于两根，采用建筑物四周对称分布（间距≤18m），单根引下线冲击接地电阻≤10Ω，建筑物周边没有附属部分，适合采用避雷网（如图1所示）。基于近年来互联网技术的发展，该传统建筑内部各项功能趋向落后，亟待将“电气化”向“网络化”、“电子化”、“智能化”方向升级，据此该建筑物内部增设了大量计算机、网络等相关的电子元件设备，原有建筑物防雷施工技术有待进一步升级，基于建筑物暂态响应数据计算软件，主要对三类指标进行了分析。
第一，关于电气参数计算结果的数据分析。结合图1，利用电磁暂态计算程序（EMTP）模拟建筑长、宽、高（X、Y、Z轴筛选单位距离），可分别获取建筑物不同维度下的电容、电感等参数，通过对比获取高层智能建筑物在承受雷电击中后的最大承受能力，进一步分析三维空间中电磁耦合性。
第二，关于电流空间分布数据的对比分析。结合建筑物本身特征，重点针对建筑物内部钢筋结构转化等值的耦合π型电路单元，依据局部防雷的原则，利用EMTP软件计算出各个支路上的电流相应数据，例如，女儿墙中钢筋直径为8mm、电阻为0.014Ω·m，将这一数据导入EMTP软件中分别获取引流临界值;按照这一操作方法，将整个智能建筑物内部全部电磁稳态计算对象进行统筹归纳，可获取较大规模的上的精准数据。 第三，关于雷电磁场分布数据计算数据分析。在建筑物示意图中，模拟不同位置空间的引下线数量，结合雷电击中的不同位置（直击、侧击），对比建筑物内部的电磁场强度，在这一数据分析方面有着较多的“验证性成果”，事实表明无论雷电从哪一个角度击中建筑物，往往在“中间部分”的磁场相对较弱，越靠近引下线附近的电磁場就越强，因此可以将建筑物内“智能元素”尽量安排在中间区域。
3 高层智能建筑物防雷施工技术要点归纳
结合以上数据分析，映射出智能建筑防雷施工技术在固有技术经验中的创新思路，利用软件系统进行计算时，还要进一步根据世纪工程数据展开，在技术要点上可归结为“整体防雷”、“局部防雷”（直击、侧击）和“雷击电磁脉冲防护”三种，具体涉及“女儿墙”、“SPD装备”等要素，如图2所示。
3.1 整体防雷施工技术要点
传统高层建筑的防雷机制，主要是采用“引流”的方式将雷电引入地下，这一过程中会在建筑物周围形成强大的磁场，对于“智能建筑”而言，反而更容易破坏电子设备，这一过程可描述为“雷电LEMP→空间耦合途径→智能系统受损”;电磁脉冲是“场”，雷电电流为“路”，据此针对高层智能建筑物的防雷施工技术必须加强建筑物本身保护，不能“一引了之”，一方面要保留避雷针、避雷网等直接雷击防护措施，另一方面要规避“感应雷”的危害，按照电磁防护标准进行系统设计、分区保护，即“内部保护”形式，例如线缆屏蔽、三维屏蔽体等。
3.2 局部防雷施工技术要点
局部防雷包括直击、侧击两种防护形式，在施工技术要点上，要加强引下线、接闪器、接地装置三部分的配合，其中“接闪器”包括传统防雷装置中的避雷针、避雷网、避雷带等，引下线和接地装置不能采取直接贯通，以规避强大电磁场的形成，可将电流引入女儿墙内的避雷带，利用建筑内部的钢筋结构实现电磁场规避。
3.3 雷击电磁脉冲防护技术要点
雷击电磁脉冲（LEMP）是对高层智能建筑危害最大的形式，在防雷施工技术要点方面，涉及滤波、过压、过流、隔离等措施，我国现阶段采用的主要测量是安装电涌保护器（SPD），结合电磁兼容原理展开分层次防护。客观上，该房户技术需要将建筑空间划分为不同的“内部放雷区”，在进一步采取屏蔽保护、均压保护、接地保护等综合策略。
总体而言，高层智能建筑防雷施工技术还是一个科技前沿问题，国内外相关理论、实践都存在不完善之处，我国高层智能建筑发展方兴未艾，还有待进一步完善与探索。
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