时间:2023-03-21 17:14:38
序论:速发表网结合其深厚的文秘经验,特别为您筛选了11篇建筑类论文范文。如果您需要更多原创资料,欢迎随时与我们的客服老师联系,希望您能从中汲取灵感和知识!
(一)总体设计
结合工业建筑的周边环境,将景观与建筑整体进行改造设计。从景观设计方面,增加林荫步道与草坪,给师生提供休憩的场所和必要的隔离,教学区的外部文化气氛主要由景观来衬托。方案主体建筑在原有工业厂房的基础上重新设计,保留周边的交通状况,主体建筑包围在景观设计之中,符合学校安静的环境要求。从建筑设计方面,建筑尺度整体规划设计需满足教学要求,建筑外观从色彩、形式往更具活力的形象转变并附带一定的项目特色,并融合四周交通环境,使建筑在其中达到最适宜状态。从精神营造方面,学校建筑是一个承载文化行为的场所,与工业建筑具有较大的差别,在学校这样一个特殊的建筑类别中,具有一些有标志性的元素,以实现文教类建筑的文化性。
(二)部分保留
建筑的更新设计,并不意味着对旧建筑进行大拆大建,这样不仅破坏了一直以来延续着的城市文脉和城市印象,也是一种资源浪费。旧工业建筑中反映建筑与环境的关系的路网规划和用地面积规划可以实时保留,避免设计过程中的资源浪费;学校建筑不能一味的完全覆盖原有的,其定意义的场所也是值得被保留的,在文教类建筑的更新设计中,融入文化血脉的精神堡垒也将会成为学校的标志。
二、基于人性化的建筑内部空间转化设计
(一)改造原则
文教建筑的内部空间根据功能可以分为教学空间、厅堂空间和辅助空间,基于文教空间的特殊性,不同建筑内部空间的转化设计必须遵循一定的原则进行改造设计。
1.消极空间向积极空间的转化
工业建筑的内部空间是为机器生产提供便利的,其中还包括密闭无自然光的空间以适应工厂生产的需求,建筑内部功能并不是为提供人群的使用,甚至出现厕所在不同厂房区需要绕道过去的“舍近求远”现象,这些相对与文教类建筑是不适用的。这在建筑改造中应将此类消极元素通过设计的手段往积极的方面转变。
2.商业空间向教育空间的转化
工业建筑内部空间层高高,建筑框架简洁且清晰可见,各功能区开放性突出,这是商业生产的特点和要求,为保证厂房内通风和消防疏散,并能最大量的容纳生产机器且不使员工感到压抑。换之教育空间则恰恰相反,为了提供良好的教学环境,教室之间必须明确分隔,保证各教室的独立和一定的封闭性,并在建筑内的体现校园的年轻活力使得学生学习更有动力。
3.盈利空间向基础设施空间的转化
学校建筑与工厂建筑最大的区别在于其服务对象,一个是国家的基础教育设施,不论公立学校和民营学校,都在教学环境上要求越来越严格,而工厂的建设有其特定的行业规则,简单直观、宽敞适用、高效节能是最佳的原则。两个建筑类别之间差别巨大,这种转化是必须通过空间的设计来实现的。
(二)改造手段
1.面向使用感受的建筑空间尺度
旧工业建筑从建成就不是为了人群的使用,空间尺度就远远大于了人的使用要求,这种空间尺度需要进行改造和处理。适合的空间尺度直接影响到了空间的分布和人员流动情况以及使用者的心理感受。横竖方向上过大的尺度,空间十分的空旷反而给在空间内的人更大的压迫感,独立空间不进行围合导致过度的开放,则会引起空间内的容人被打扰的烦躁感。面向文教的旧工业建筑改造的空间尺度,与面向其他类的旧工业建筑改造中有很大的不同,其中商业性和开放性都减少,空间使用感受直接、高效、便捷,并根据大、中、小的空间尺度,分配不同的功能需求。教室与食堂及其他教育所需空间尺度各有规则,各个功能空间独立分开,且保证干净明亮,在教学楼每层设计公共开放空间供学生、教师的课外交流,根据每层学生的数量设计开放程度与尺度。
2.面向指定功能的建筑空间分布
对于文教空间,人的活动会有明确的目标——教学或管理,立足于旧工业建筑的人群动态研究,结合文教空间的设计思维,文教建筑空间分布的功能指向性极为重要,教学空间和配套的辅助空间必不可少并越来越趋向丰富和全面,其别注重交流活动。建筑内部空间的分布是丰富的线形,在流线中节点的塑造变得十分重要,这些节点成为“故事”的发生地,同事也是“教”与“学”的发生地。在文教类空间中,“交流”与“积累”占据学习生活的大部分,在对义乌商城学校内部空间的设计中,将公共交流区域与学习积累区域做得开放通透,以流线节点的形式分布在整个教学大空间中,成为学校内部空间的亮点。
建筑类专业的学生,在毕业工作时,往往会更加倾向于建筑业比较发达的东部沿海地区,很多毕业生都愿意到一线城市。但是从实际的情况来看,在上述地区,建筑行业人才基本上不存在短缺的情况,而中西部地区,在建筑行业,存在一定的人才缺口。由于中西部地区,建筑行业发展水平相对较低,薪资待遇水平也不是很高,在加上比较艰苦的生活条件,使得很多毕业生不愿意到中西部去,这就在一定程度上导致了就业地点分布的集中,从整体上看不够均匀。
1.2就业面较窄,需求量较小
建筑类专业的学生,其专业知识较深,专业性也比综合类专业强。因此,在就业过程中,主要是比较对口的单位,例如,建筑工程设计单位、建设行政管理单位和科研教育单位。重点本科院校或者硕士研究生,一般能够进入设计院等较好的单位工作,但是地方性的建筑大学,学生的专业基础和综合知识,相较于重点大学,要差一些,在就业过程中,主要是一些建筑施工单位。但是很多学生不愿意到一线的施工现场,因此,虽然施工单位需要的人才较多,但是经常出现招不够人的情况。而毕业生希望就业的单位,如一些设计局、园林规划局等单位,其人才缺口非常小,并且由于是国家事业单位,建筑类专业毕业生,想要进入上述单位工作,还需要参加公务员考试。总体上来看,地方性建筑大学的毕业生,就业面比较窄,需求量也不是很大。
1.3对就业期望值高
建筑类专业毕业生就业期望值高受以前学长们的影响,认为建筑类仍然是热门专业,抱着“皇帝的女儿不愁嫁”这种思想,再加上一些学校和成功校友的渲染,导致建筑类很多专业毕业生对自身期望值偏高。同时动手能力较弱,缺少老建筑人的艰苦奋斗精神和强烈的社会责任感。
1.4对就业单位挑剔
参加本次问卷调查毕业生中,希望到党政机关就业的有4人,希望到国有企业就业的有70人,希望到外资企业工作的有10人,希望到民营企业工作的有15人。毕业生在求职时存在的问题,在所调查的毕业生中,有近百分之七十的人希望可以进入到国有企业任职,百分之十的毕业生希望可以到外资企业任职,而只有百分之15毕业生希望到民营企业就职。与民营企业相比,国有企业工作比较稳定,福利待遇优厚。这也是毕业生绝大多数选择国有企业的原因,但正是因为毕业生盲目追求国有企业,而忽略一些条件较好的民营企业,是造成依然没有签订工作的原因之一。
1.5建筑类毕业生中女生就业压力突出由于建筑行业的工作性质和特点较为特殊,决定了建筑类毕业生中女生在就业时受到招聘单位的挑剔。在当前中国就业环境下,女生就业存在众多困难。
2地方建筑类大学就业对策建议
2.1大学生加强自生素质的修养
扎实专业素质。打铁还需自身硬。建筑类专业是一个知识密集型的专业,大学生要想在以后的工作中取得成功,实现自我价值,在学校时就得打下坚固的基础,要博采众家之长。同时,建筑类专业更加强调专业实践能力,通过在学校老师领导的实践,汲取书本以外的营养,学会活学活用,在大学期间就为以后的工作打下扎实的素质。树立正确的就业观,增强创业能力。大学生在毕业时要树立正确的就业观。要树立先就业再择业的观念。由于从事建筑类工作的人员具有高流动性,对于建筑类毕业生而言,如果就业形势不乐观,可以先就业,再择业。也可以选择自主创业。做好职业生涯规划,大学生一定要未雨绸缪,做好充分的准备。凡事预则立,不预则废。大学生要提早做好职业生涯规划。指导者通过对大学生自身的主客观条件进行测定、分析、总结的基础上,针对性地提出帮助大学生确定自己的奋斗目标,并在此基础上明确其实现目标的思路、途径,使大学生在成长成才的道路上尽可能地少走弯路。在校期间要做好职业生涯规划,在选择就业之前做好充分的分析,毕业生才能选择合适自己的职务,而不要乱投一通,以致浪费人才资源。
2.2增强教育机构的创新能力
深化教学改革,高校应在不断加强基础设施建设的同时,加大对师资队伍建设的力度,同时深化教学体系和教学内容的改革。以市场为主导,以学生为主体,拓宽教学内容,增强学生的知识面,使高校培养的学生具备各种综合技能,并能够适应社会对高等人才的需求。高校要加强对学生的创新能力的培养,使大学生有能力进行自主创业,才能在工作中有出色的表现,给自己创造就业机会。加强毕业生的就业指导,高校要不断加强和改进就业指导工作,提高就业指导工作水平。从学生入学时起,高校就应在不同阶段对学生进行相应职业课程的指导,逐步进行职业规划,并在大三、大四加大指导力度。
2.3加强国家对大学生就业的扶持力度
制定积极的就业政策,政府要加大对高校大学生的就业扶持政策。在高校密集的地区,对已经成立的高校创新产业园区,政府要加强监管,规范相关的创新机制,引导大学生创业。以创业带动就业。鼓励民营公司聘用毕业生。到私营企业就业的毕业生,公安机关积极放宽建立集体户口的审批条件。对自主创业的毕业生,工商和税务部门要精简审批手续,予以积极支持。同时鼓励毕业生到民营单位、基层单位及广大农村就业。拓宽毕业生到基层就业的渠道。鼓励毕业生大基层,到中小公司,到艰苦的地方去工作。改善就业环境,切实保护大学生就业时的切身利益。政府出台措施平衡中小城市与北上广等大城市的人才竞争环境。为鼓励毕业生到农村等基层单位工作而创造有利条件,要切实关心这些高校毕业生的切身利益,对到基层单位工作的高校毕业生提供一些优惠政策,使他们到基层单位工作,发挥他们的聪明才智,在广阔的天地大有作为。切实维护女毕业生的合法权利,由于建筑类专业的工作特点,很多单位招聘员工时明确表示不招女生。这导致女生的就业难问题。政府部门应该通过立法制止这种违法行为,保证广大女性同胞的合法权益。同时,政府应该借助行政执法,遏制这种行为的蔓延。
二、做好日常就业指导
由于就业工作时间比较集中,往往会造成我们在进行就业指导工作时存在突击性,存在临时抱佛脚、现上轿现扎耳朵眼的情况。导致同学们面临第五学期的应聘缺乏紧迫性,缺乏热情,从而影响就业工作效率,错失好多的就业机会。为了解决这个问题,我们除了前边介绍的就业指导的固定措施外,还会在每学期都给大二、大三的同学找往年的毕业生进行工作经验介绍和现在的建筑行业现状,为他们传授成功的就业经验,也为他们推荐就业岗位和优秀的用人单位。我们每年还会多人次的派专业教师到校企合作企业或往届毕业生工作单位等企业进行调研和毕业生推荐,也会请企业的管理者或者相关的人力资源管理部门人员来学校为毕业生介绍应聘技巧和人事政策等就业指导相关内容。通过实践,我们发现这种多元化的日常就业指导有效的提高了学生们对就业工作的重视程度,极大的提高了他们找工作的热情,在如此严峻的就业环境下,保持了我们系的就业率与往年持平,就业质量保持在比较高的水平。
2、调查对象。课题组采取问卷的方式,分别从本校建筑工程管理和工程造价专业应届毕业生各班选取了10人共30人进行调查,参加人员均为已经参加了2个月以上顶岗实习的学生,岗位情况为:专业对口19人,相关岗位为5人,非相关岗位为6人,并对此进行统计分析。
3、调查方法。调查主要为问卷调查,辅之以谈话的交流的方式进行。
4、调查方案设计。调查主要分以下方面:学生顶岗实习情况、岗位能力与学校学习差距情况、企业培训与学生适应情况
二、调查过程
1、学生顶岗实习情况。这部分调查主要调查学生在企业的顶岗实习情况,主要包括性别、实习完成情况、学生实习期望与实际工作的差距、学生对本专业岗位能力的掌握情况、实习后对岗位工作的预期、学校开设实践课程对实习的帮助、学校学习与岗位能力的一致性、岗位实习时间安排问题等。通过调研,完成的实习岗位中,学生更偏重对口岗位实习,占到80%,性别偏向男性,学生中只有30%基本能完成实习:主要原因是学校的学习时间与顶岗实习时间冲突;大多数学生认为学生实习预期与实际达到效果相距较大,主要是企业对人员的培养主要从基础工作开始培养,学生的个人综合能力及对待工作的态度很大程度上决定了企业对学生的培养态度;30人中,有8人因为专业技能不到位,表现出对对口工作的担心,4人对本专业工作无兴趣,其余均表明对工程造价岗位工作的信心和个人能力的肯定。在课程方面,30个学生均表现出对目前专业课程的肯定,认为在加强实训的同时也不能丢掉基础理论学习;学生基本认为本次顶岗实习对个人学习有很强的促进作用,其中6名其他岗位实习学生的认为虽然为非专业岗位工作,但是在其适应能力对今后的工作具有很大的促进作用。
2、企业岗位需求及安排情况在被调研学生中,27人回答可以自己选择实习岗位,否则表示不愿意继续实习;3人表示不可以选择,安排的岗位为出差、助理、文员;在安排的岗位中,普遍为工程造价控制岗位,包括:施工员、预算员、招投标岗位。可见学生在顶岗实习过程中更多的是关注本人的职业生涯,对顶岗实习的认同感非常强烈;同时,认为顶岗实习对于今后的职业能力具有很大的锻炼作用。
3、岗位适应能力情况调研。在被调查学生中,大多数学生普遍认为顶岗实习过程中:
(1)岗位能力方面:可以很快的了解分配给自己工作内容,基本胜任可以胜任实习的工作,并且适应岗位工作;但企业管理层和项目人员对顶岗实习的学生态度还是一般。
(2)在沟通和适应能力方面绝对多数学生可以很顺畅地和其他同事进行沟通;在工作中,发现了以前未曾碰过的新问题或新情况,基本选择主动向老员工请教,但也有少数学生选择向其他实习的同学请教。
(3)通过顶岗实习找到能力欠缺部分后,基本希望能够回到学校由学校进行培养。
4、实习工作岗位满意度调研。我们可以基本得出结论:当学生获得本人满意的工作岗位以后,可以很快适应工作岗位,从而对岗位工作持以肯定态度,对工作环境基本认同,与工作环境相关联的生活条件、人际关系和管理机制等则表现出不同的态度,因人而异。
5、岗位指导教师调研。通过调研,可以看出顶岗实习企业对员工的成长比较重视,均配备导师;但企业指定导师对指导学生的态度则是一般,普遍反映这就要求学生有很强的沟通能力;因此,导师对学生的作用则会因人而异,完全取决于导师对学生的认可程度和学生的沟通能力;对导师指导的内容上也以专业技术和工作方式的指导为主;调查显示,实习学生有问题大多会咨询指定导师。
6、企业再培训情况。企业非常重视员工继续教育,培训和学习频率较高。但对于参加顶岗实习的学生,所给的机会较少。被调研的学生普遍希望能够获得企业的培训并获得较好的工作经验。
7、岗位实习中的问题调研。在调研过程中,反映普遍较多的是:实习时无法接触到要学习的技术技能;实习单位只给简单的杂事学生干,没有达到实习目的;在校期间所学内容不能满足实习要求。
三、高职建筑类专业校企合作的人才培养机制构建
1.形成校企合作调研机制明确工程造价专业人才培养目标。通过校企合作,健全完善专业建设风险预警机制,及时组织专业建设、改革发展的战略研究,根据市场变化,包括经济环境变化、生源变化等提出专业设置调整、人才培养目标、人才培养模式等的建议、意见和发展规划,及时制订和修改专业教学计划,编制专业主干课程教学大纲和实践课教学大纲,调整课程结构提供指导性意见和建议。
2.以建筑行业企业岗位素养为标准形成职业素养培养体系。校企联合进行建筑文化教育,使学生对所学专业有更深入了解;另一方面,通过课程教学和实地参观,让学生了解建筑行业和岗位;实训设施建设中,参照真实的岗位环境进行仿真建设,;购买的预算软件、制图软件、施工设备、测量设备等实训设备均为企业用工具软件和设备,学生在校实训与企业人员实际工作高度一致;改革考核方式,开展技能型考核操作,如利用测量仪器进行现场操作,实地测量,完成测量任务,并将职业素养教育列入日常教学考核中,主要评价学生通过学习后的职业素养能力的提高程度。
1、民族形式的设计不是新生事物。它是历史上传统复兴思想的延续,由于建造的不经济性和施工的不合理性,以及新建筑规模的扩大,建筑体量的巨增等因素,“民族形式”的设计显现出不适应性。
2、改革开放,打开国门,“现代主义”设计像开闸的洪水,迅猛发展,遍地生根。许多建筑几乎都按“形式服从功能”的思想设计,这一实用经济的设计思想仍将作为今后相当长时期内大量建筑设计的基础。
3、受西方后现代主义、解构主义以及建筑符号学、建筑类型学、建筑心理行为科学等交叉科学理论的影响。建筑设计表现一种“前卫设计”倾向。这一倾向的特点表现为形式构成模仿西方设计,追求奇特与动感,具有广告性及标志性,建筑类型集中于娱乐、商业及服务业建筑,具有商业化表现。
4、新西洋建筑开始出现,运用西洋古典建筑片段形式作为建筑的造型手段。这些局部西洋古典形式就像商品包装,或是一种商业标志,若去掉这些附着物,完全是一副现代建筑的面目,出现这一设计倾向的社会根源或许在于人们的崇洋心理。
5、“乡土设计”指在中国特定的地域文化圈中,运用自然生长的乡土建筑的形式、空间。建造满足现代生活功能的新建筑,这一倾向试图留住地域文化的根,但在追寻地方性的同时逐渐失去地方性。
6、智能化设计己有萌芽。随着高科技成果的不断出现,人们将完全进入全信息社会,高科技智能化设计将成为21世纪建筑的主流。
前言
在人类生存的环境中有许多自然灾害,如地震、暴雨、冰雹、水灾、旱灾、火灾、雷击等等。对此,人们总是想方设法进行防御,或减轻它们所造成的损失。雷击就是严重的自然灾害之一。但就我国而言,过去防雷设计在整个建筑设计中所占的比重很小。电气设计人员不重视,其他专业的设计人员更不重视,但雷击所造成的损失却无法轻视。如1989年山东黄岛油库遭受雷击并引起大火,损失惨重。
就防雷历史而言,我国建国初期大多是按照日本的45°~60°保护角确定避雷针的保护范围,用三叉小针铜避雷针、铜引下线和1m×1m铜板作为接地装置。50年代初期,引进苏联技术,采用抛物线或折线计算法,用铁管或镀锌元钢做避雷针,用镀锌元钢做引下线,地下打入3~5m长的镀锌铁管或钢材作接地极,以致现在的避雷带和避雷网均采用镀锌钢筋或扁钢。
80年代以前,我国没有建筑物防雷规范,建筑电气设计人员只能凭自己的认识设计避雷针。自1957年北京市两大雷击事故发生以后,我国大量的古建筑物和群众集中的公共场所才开始安装避雷装置。1957年7月6日明十三陵长陵棱恩殿遭受雷击,劈掉西部吻兽,劈裂两根直径1.17m,高14.3m的大楠木柱子,死一人,伤三人;1957年7月8日中山公园内的一棵大树落雷,雷电流感应至附近的配电线路,然后传到中山公园音乐堂,烧毁了配电室、舞台和观众厅大顶棚。为此,北京市领导召开了紧急会议,决定对北京市重要古建筑物和人员众多的影剧院安装避雷针并指定由笔者负责设计。此后,从天安门开始,到劳动人民文化宫三大殿、景山万春亭、北海公园白塔,以至鼓楼、天坛祈年殿、颐和园排云殿、智慧海、十三陵长陵棱恩殿、明楼、戒台寺等30多处古建筑物和中山公园音乐堂等重要影剧院都相继安装了避雷装置。
1957年,笔者将过去积累的雷击事故调查和设计经验进行了总结,写出了“民用建筑物防雷保护”研究报告并且于1958年9月在建工部设计局于武汉召开的“全国电气设计人员交流大会”上,作了报告,发表了防雷观点和设计方法。报告中提出的雷击规律、防雷标准、保护方式、设计要点、屋顶板内钢筋作接闪装置的理论以及详细的设计实例和数十种做法大样得到了与会代表的一致赞同,以后被广泛采用。
1958年底,北京市建筑设计院研究室、中国科学院电工研究所和清华大学高压教研室共同成立了“北京建筑物防雷研究小组”。1962年5月出版的《民用建筑物防雷保护》和1980年9月出版的《建筑物防雷设计》就是在笔者1957年研究报告和小组研究成果的基础上写出来的。书中突出的观点是建筑物防雷设计的六项重要因素,即接闪功能、分流影响、屏蔽作用、均衡电位、接地效果和合理布线。现在看来,国内外的标准和规范都离不开这六要素,有的单位还把它们作为设计原则。笼式避雷网和等电位连接早在1958年就在人民大会堂的设计和工作实践中采用了,而国际上戈尔德(G.H.Golde)于1997年才在《雷电》一书(国际名著)中谈到等电位连接的做法,所以我国的防雷研究和实践并不落后。
笔者主审的我国第一部《建筑物防雷设计规范》(GBJ57-83)于1983年11月7日公布。第二部《建筑物防雷设计规范》(GB50057-94)(机械工业部设计研究院林维勇先生主笔)于1994年4月18日公布。该部规范吸收了许多国外先进的东西,将接闪器保护范围的计算方法改为滚球法并结合我国防雷设计的实际经验增加了许多新条款。这两部规范对指导我国建筑物防雷设计起了很大的作用。
70年代以前,人们听到的雷击事故多是击中建筑物或大树,严重的造成了建筑物烧毁或人员伤亡。那时被雷击的建筑物绝大多数是没有安装防雷装置(避雷针、避雷带或避雷网)。现在听到的雷击事故相对少了,其原因是,六层以上的多层建筑物和高层建筑物都安装了防雷装置。有时,接闪器接闪后,即使是微电子设备因雷电电磁脉冲感应受损,局外人也不知道,本单位做些局部修理也就完事了。其实,现在的雷击事故并不算少。雷击建筑物对某一栋楼而言可能是百年不遇的事,但防雷装置接闪则是较常见的,这也是正常的。
接闪装置接闪后,建筑物引下线附近的设备会受到雷电流的感应,这就是雷电电磁脉冲干扰。90年代以前,国际和国内的规范都没有关于雷电电磁脉冲的规定。1992年国际电工委员会建筑物防雷专委会(IEC-TC/81)才开始讨论这个问题。1995年2月,该机构了国际标准《雷电电磁脉冲的防护》(IEC1312-1.2.3)。目前我国尚没有类似的规定,这是近年来的问题。
随着电子技术的飞速发展,电子计算机早已步入社会的各行各业。建筑物内几乎无不设有复杂程度不同的微电子设备和计算机系统,民用建筑也不例外。雷电电磁脉冲干扰日益成为频发事故。面对这种挑战,设计人必须转变观念,把雷电电磁脉冲防护当作防雷设计的重点。这不只是电气一个专业的事,因为它涉及到电子设备的位置和管线的布置等问题。各个专业应充分协商,从整体上解决防雷设计上的问题。否则,建筑物设计得再好,也无法正常使用。
研究建筑物防雷应从雷击事故调查入手,找出雷击规律,然后,利用雷击模拟实验,对所总结的规律和所提出的解决方案予以验证。研究人员应根据科技的发展,不断吸收新东西对满足不断变化的社会需要,如计算机的发展导致的对雷电电磁脉冲防扩的需要。
下面将对防雷设计的基本原则、雷击规律、近年来国际上提出的新概念以及随着科技发展出现的新问题分别予以论述。
1.雷电电磁脉冲
雷电电磁脉冲(LightningElectromagneticPulse),简称LEMP,是天空打雷时产生的作为干扰源的强大闪电流及其电磁场。它的感应范围很大,对建筑物、人身和各种电气设备及管线都会有不同程度的危害。这种危害就是雷电电磁脉冲所产生的干扰。
建筑物内的雷电电磁脉冲干扰指以下三种情况:
(1)天空中雷电波的电磁辐射对建筑物内电力线路和电子设备的电磁干扰;
(2)建筑物的防雷装置接闪时,强大的瞬间雷电流对建筑物内电力线路和电子设备的干扰;
(3)由外部各种强、弱电架空线路或电缆线路传来的电磁波对建筑物内电子设备的干扰。
现代电子技术日益向高精度、高灵敏度、高频率和高可靠性方向发展。这些电子设备非常灵敏,但耐压很低,一般电子设备都承受不了正负5伏的电压波动。以各种微机为例,当雷电电磁脉冲的磁场强度超过0.07高斯时,就会引起微机的误动作,当磁场强度超过2.4高斯时,就会造成微机的永久性损坏。因此,我们必须对雷电电磁脉冲采取必要的防护措施,以便在先进的建筑物内实现良好的电磁兼容性(ElectromagneticCompatibility)。
防御雷电电磁脉冲干扰的理想防雷设计方案是笼式避雷网,它利用的是法拉第笼原理。建筑物的金属结构物遍及各处,不用很多钢材就可很容易连接起来形成法拉第笼,从而建筑物内的电子设备得到很好的屏蔽。屏蔽做得好,不仅能防御空间电磁波的辐射,而且还可使建筑物内部的分流和均压达到最佳效果。这里要说明,屏蔽的做法应根据建筑物内电子设备的要求决定。由于设备的性质不同,因此,有的要求仅对设备本身做屏蔽,有的要求在设备与设备之间做屏蔽,还有的要求在机房做屏蔽。正因为这个问题的重要,所以1995年国际电工委员会建筑物防雷分委会(IEC/TC-81)在《雷电电磁脉冲的防护》的标准中提出了防雷保护区(LPZ)的概念,国际上刚开始实行这种规定,而我们国家还没有提出。笔者认为,设计人员可以按照微电子设备的多少、繁简、重要程度、摆放位置及进出管线的具体情况自行划分防雷区以取得良好的屏蔽、等电位和接地效果。
因此,防御雷电电磁脉冲对室内布线的要求非常严格。由于用作引下线的钢筋混凝土柱内的钢筋和整个建筑物的屏蔽网都在外墙处,雷电流需经此处的钢筋分流到接地装置上,所以外墙处的电流密度大,电磁场强。因此,建筑物中的电源和通信等线路的主干线不应靠近外墙,最好设置在建筑物的中心部位,如电梯井在中心部位,可设置在电梯井的近旁。建筑物内的各种电气馈线都要穿金属管保护或采用双层屏蔽电缆(或同轴电缆)。在一些有特殊要求的线路电源侧,还应加装电涌保护器、隔离变压器、稳频、稳压以及滤波等装置。
防御雷电电磁脉冲对接地的要求也很严格。电子系统的低频信号工作接地应采用单点接地系统,在整个建筑物内应为树干式结线布置。各层或各段的低频信号工作接地均应直接接到单点接地板上,不得形成环路。单点接地系统不应与用作防雷引下线的柱子平行,以防强磁场干扰。由于是利用建筑物结构钢筋作屏蔽,因此必须采用综合共同接地方式,即将防雷接地、电源的工作接地、各种装置的外壳、铁管外皮和高频电子设备的信号接地都统一接到建筑物的基础上或室外接地装置上。为避免杂散电流,单点接地系统必须采用绝缘线,其主接地板必须置于建筑物的最底层且直接与基础或室外接地装置连接。各层单点接地系统的区域接地板或终端接地板如需要与综合共用接地系统的装置接地板连接,应在它们之间加装不大于直流300V的放电管或压敏电阻。综合共用接地的电阻一般应在1欧姆以下,对于特殊的电子设备,可在0.5欧姆以下。确定接地电阻时,应考虑各种设备对接地电阻值的要求,在所要求的各种阻值下,应取最低值。
在低压220/380V供电系统中,应采用三相五线(TN-S)系统,以便于装置接地(PE)线和中性(N)线分开,PE线应接到各层或各段装置接地的终端地板上。为了防御雷电电磁脉冲,建筑物的电源、电话、广播等线路最好采用埋地电缆引入,所用电缆应为铠装电缆或同轴电缆且外皮两端均要接地。
2外部防雷装置与内部防雷装置
国际电工委员会编制的标准(IEC1024-1)将建筑物的防雷装置分为两大部分:外部防雷装置和内部防雷装置。笔者认为,这样划分很有必要,建筑物的防雷设计必须将外部防雷装置和内部防雷装置作为整体统一考虑。
外部防雷装置(即传统的常规避雷装置)由接闪器、引下线和接地装置三部分组成。接闪器(也叫接闪装置)有三种形式:避雷针、避雷带和避雷网,它位于建筑物的顶部,其作用是引雷或叫截获闪电,即把雷电流引下。引下线,上与接闪器连接,下与接地装置连接,它的作用是把接闪器截获的雷电流引至接地装置。接地装置位于地下一定深度之处,它的作用是使雷电流顺利流散到大地中去。
内部防雷装置的作用是减少建筑物内的雷电流和所产生的电磁效应以及防止反击、接触电压、跨步电压等二次雷害。除外部防雷装置外,所有为达到此目的所采用的设施、手段和措施均为内部防雷装置,它包括等电位连接设施(物)、屏蔽设施、加装的避雷器以及合理布线和良好接地等措施。
随着电子设备的广泛使用,雷电电磁脉冲的危害也相对严重起来。1992年6月22日国家气象局中心大楼发生雷击事故,北京-东京的同步线路的调制解调器被击坏,致使线路中断46小时,另一主机的一块异步板被击坏,导致8条线路中断,影响了国际通讯。其他地点因雷电电磁脉冲干扰而导致电子设备损坏的例子还有不少。这类例子说明,只设计外部防雷装置而不配之内部防雷手段,接闪器再好,也无法获得好的防雷效果。
防雷工程是一种系统工程。笔者早在1960年作人民大会堂工程总结及写作《建筑物防雷设计》一书时就提出了建筑物防雷设计的六项重要因素,目的是提醒人们要整体地、全面地考虑建筑物防雷设计。这六项要素是:
(1)接闪功能:指实现接闪功能所应具备的条件,包括接闪器的形式(避雷针、避雷带和避雷网)、耐流耐压能力、连续接闪效果、造价以及接闪器与建筑物的美学统一性等。
(2)分流影响:指引下线对分流效果的影响。引下线的粗细和数量直接影响分流效果,引下线多,每根引下线通过的雷电流就小,其感应范围就小。引下线相互之间的距离不应小于规范中的规定。当建筑物很高,引下线很长时,应在建筑物的中间部位增加均压环,以减小引下线的电感电压降。这不仅可以分流,而且还可以降低反击电压。
(3)均衡电位:指使建筑物内的各个部位都形成一个相等的电位,即等电位。若建筑物内的结构钢筋与各种金属设置及金属管线都能连接成统一的导电体,建筑物内当然就不会产生不同的电位,这样就可保证建筑物内不会产生反击和危及人身安全的接触电压或跨步电压,对防止雷电电磁脉冲干扰微电子设备也有很大的好处。钢筋混凝土结构的建筑物最具备实现等电位的条件,因为其内部结构钢筋的大部分都是自然而然地焊接或绑扎在一起的。为满足防雷装置的要求,应有目的地把接闪装置与梁、板、柱和基础可靠地焊接、绑扎或搭接在一起,同时再把各种金属设备和金属管线与之焊接或卡接在一起,这就使整个建筑物成为良好的等电位体。
(4)屏蔽作用:屏蔽的主要目的是使建筑物内的通信设备、电子计算机、精密仪器以及自动控制系统免遭雷电电磁脉冲的危害。建筑物内的这些设施,不仅在防雷装置接闪时会受到电磁干扰,而且由于它们本身灵敏性高且耐压水平低,有时附近打雷或接闪时,也会受到雷电波的电磁辐射的影响,甚至在其他建筑物接闪时,还会受到从该处传来的电磁波的影响。因此,我们应尽量利用钢筋混凝土结构内的钢筋,即建筑物内地板、顶板、墙面、及梁、柱内的钢筋,使其构成一个六面体的网笼,即笼式避雷网,从而实现屏蔽。由于结构构造的不同,墙内和楼板内的钢筋有疏有密,钢筋密度不够时,设计人应按各种设备的不同需要增加网格的密度。良好的屏蔽不仅使等电位和分流这两个问题迎刃而解,而且对防御雷电电磁脉冲也是最有效的措施。此外,建筑物的整体屏蔽还能防球雷、侧击和绕击雷的袭击。
(5)接地效果:指接地效果的好坏。良好的接地效果也是防雷成功的重要保证之一。每个建筑物都要考虑哪种接地方式的效果最好和最经济。笔者认为,当钢筋混凝土结构的建筑物符合规范条件时,应利用基础内的钢筋作为接地装置。当达不到规范中规定的条件或基础包在防水卷材层内时,可做周圈式接地装置,但应将周圈式接地装置预先埋在基础槽的最外边(不必离开建筑物3m以外)。接地体靠近基础内的钢筋有利于均衡电位,同时还可节省为挖深沟所花费的人力和物力。在基础完工后再挖深沟则易影响基础的稳定性。
对木结构和砖混结构建筑物,必须做独立引下线并采用独立接地方式。当土壤电阻率大,使用接地极较多时,也可做周围式接地装置。因为周圈式接地装置的冲击阻抗小于独立接地装置的冲击阻抗,而且有利于改善建筑物内的地电位分布,减小跨步电压。采用独立式接地方式时,以钻孔深埋接地极(约4~12m)的效果为最好,深孔接地极容易达到地下水位,且能减少接地极的用钢量。
(6)合理布线:指如何布线才能获得最好的综合效果。现代化的建筑物都离不开照明、动力、电话、电视和计算机等设备的管线,在防雷设计中,必须考虑防雷系统与这些管线的关系。为了保证在防雷装置接闪时这些管线不受影响,首先,应该将这些电线穿于金属管内,以实现可靠的屏蔽;其次,应该把这些线路的主干线的垂直部分设置在高层建筑物的中心部位,且避免靠近用作引下线的柱筋,以尽量缩小被感应的范围。在管线较长或桥架等设施较长的路线上,还需要两端接地;第三,应该注意电源线、天线和屋顶高处的彩灯及航空障碍灯等线路的引入做法,防止雷电波侵入。除考虑布线的部位和屏蔽外,还应在需要的线路上加装避雷器、压敏电阻等浪涌保护器。因此,设计室内各种管线时,必须与防雷系统统一考虑。
3安全隔离距离与等电位连接
在建筑物内部,就总体来说,防雷措施可分为安全隔离距离和等电位连接两大类。安全隔离距离指在需要防雷的空间内,两导电物体之间不会发生危险的火花放电的最小距离,即不会发生反击的最小距离。等电位连接的目的是减小或消除内部防雷装置各个部位上所产生的电位差,包括靠近进户点的外来导体上的电位差。
笔者主张,若采用安全距离法就应严格按照《建筑物防雷设计规范》(GB50057-94)规定的各类防雷措施去计算;若采用等电位连接法,就应彻底实现等电位。木结构和砖混结构结构应采用安全距离措施,钢筋混凝土结构和钢结构应采用等电位连接措施。
1957年首次为天安门(木结构建筑物)补做防雷装置时,在其上部设置了明装避雷带和避雷网;在其内部采用了安全距离措施。由于是补装,难度相当大,对内部达不到安全距离的管线都做了改装或加强了绝缘并把进户处的各种架空电源线、电话线和广播线一律拆除,改为地下电缆。为确保木结构建筑物的安全,工程人员每年都在结构上稍有变形的部位加固,到1986年,在天安门大顶内加固总共用了60吨钢材。此时,再也不能给建筑物增加荷重了,因此中央决定将天安门城楼上的建筑物全部拆掉,彻底翻建。这给我们的防雷设计带来了有利条件。所以,1969年第二次设计天安门防雷装置时,就采用了等电位连接措施(外部防雷装置仍用原方案),在城台上的地面(包括屋内地面)下的“金砖”下面铺设了一层钢筋网(即等电位面)并将各种金属管线(包括屋顶彩灯管线)、斗拱上的防鸟铁丝网、检阅台前的铁栏杆和铁旗杆等物体统一连接到等电位面上,此外,又增加了引下线的根数,使之达到等电位的条件。
1958年,人民大会堂工程采用了彻底的等电位防雷设计,这是我国首次将等电位避雷网应用于工程。人民大会堂是钢筋混凝土框架结构和钢结构相结合的建筑物,又是现浇施工做法,对防雷装置的设计十分有利。其防雷方案是:在各建筑段的屋顶上分别采用明装避雷网、暗装避雷网和四周避雷带相结合的方式,接闪装置均与楼板内的钢筋连接成一体;柱子内的钢筋用作引下线;基础内的钢筋用作接地装置。从基础到梁、板、柱到屋顶的避雷带和避雷网的全部连接点(包括各种管线的连接点)都是焊接的,从而构成一个笼式避雷网,所以我们说它是最彻底的等电位连接工程。1963年,瑞士的波哥(K.Berger)提出,利用建筑物内的结构钢筋作防雷系统时,钢筋之间如有多点绑扎,则不必焊接就可以构成电气导通系统,他还做了试验。所以,我们以后就不全部焊接了,但作为引下线的柱内钢筋,仍必须焊接两根主筋。1974年审查《建筑物防雷设计规范》时,规定为:可以绑扎或焊接。人民大会堂工程是全国最重要的工程,当时是不敢不焊接的。
就防火而言,等电位连接和安全隔离距离至关重要。火灾多属不易预防的事故,对多数建筑物,能采取等电位连接措施的,应做彻底的等电位连接;不能采取等电位连接措施的,应尽量保证安全隔离距离,以防发生火灾。
4常规防雷装置与非常规防雷装置
常规防雷装置即传统上所使用的防雷装置,包括避雷针、避雷带、避雷线和避雷网。它是继1759富兰克林发明避雷针后各国防雷专家经200多年研究和实践的成果,有充分的理论根据、实验数据和长期的实际运行经验。
非常规防雷装置指某些厂商近年推出的所谓的新式防雷装置。本文所指的所谓新式防雷装置是半导体消雷器、导体消雷器、优化避雷针和流注提前发射接闪器等(本文这里不指激光引雷装置、火箭引雷装置和水柱引雷装置等)。各种消雷器的设计思想是企图中和雷云电荷,把雷电荷消灭掉或限制放电电流;各种提前发射接闪器的设计思想是企图把避雷针的接闪效果提高,即扩大保护范围。这几种防雷产品到目前为止都没有被国际防雷组织所承认。
其实,从1996年起到现在,北京的学术界和工程技术界围绕消雷器进行过多次讨论并发表了许多文章。许多专家都认为消雷器的“中和”理论和“限流”理论站不住脚。1997年9月18~23日中国电机工程学会高电压专委会过电压与绝缘配合分专委会在合肥举行了学术讨论会。论题之一就是半导体消雷器,与会者进行了热烈的讨论。特别值得一提的是一位高工为验证半导体消雷器的通流能力而做的一次实验。该实验充分表明,半导体消雷器的通流能力极低。会议《纪要》曰:“与会代表认为,迄今为止,理论和实践未能证明此类非常规防直击雷产品具有产品说明书所表述的性能,实践也未显示出此类产品具有比常规防防直击雷装置更优越的性能,还有许多问题尚待研究和解决,因此此类非常规防直击雷产品不再在工程中采用。还有少数代表对此尚有不同意见。”
实际上,消雷器厂商所卖的只不过是接闪器。其引下线、接地装置及内部防雷装置还得靠设计人按常规方法去设计,而这些都是建筑设计中的环节,卖接闪器的厂商也参与不了设计。另外,非常规防雷装置的价格极高,以半导体消雷器为例,其价格比常规避雷针高几十倍至几百倍(见表1)
由表1可以看出非常规防雷装置比常规防雷装置贵得多,而且非常规防雷装置还有很多问题有待解决。因此防雷设计人员和使用单位应认清这种情况,必须选择优质而经济的产品。
5球雷
在国际建筑物防雷标准(IEC/TC-81)和我国的《建筑物防雷设计规范》中,均没有对球雷的防护作出规定。在笔者的调查中,北京地区的球雷事故还是不少的,球状闪电约占闪电统计总数的13.7%。尽管国内外科技人员对球状闪电的形成机理尚无一致的观点,但对其性质、状态和危害还是比较清楚的。
球雷(即球状闪电)是一种橙色或红色的类似火焰的发光球体,偶尔也有黄色、蓝色或绿色的。大多数火球的直径在10~100cm左右。球雷多在强雷暴时空中普通闪电最频繁的时候出现。球雷通常沿水平方向以1~2m/s的速度上下滚动,有时距地面0.5~1m,有时升起2~3m。它在空中漂游的时间可由几秒到几分钟。球雷常由建筑物的孔洞、烟囱或开着的门窗进入室内,有时也通过不接地的门窗铁丝网进入室内。最常见的是沿大树滚下进入建筑物并伴有嘶嘶声。球雷有时自然爆炸,有时遇到金属管线而爆炸。球雷遇到易燃物质(如木材、纸张、衣物、被褥等)则造成燃烧,遇到可爆炸的气体或液体则造成更大的爆炸。有的球雷会不留痕迹地无声消失,但大多数均伴有爆炸声且响声震耳。爆炸后偶尔有硫磺、臭氧或二氧化碳气味。球雷火球可辐射出大量的热能,因此它的烧伤力比破坏力要大。
下面是一个典型的球雷实例:1982年8月16日,钓鱼台迎宾馆两处同时落球雷,均为沿大树滚下的球雷。一处在迎宾馆的东墙边,一名警卫战士当即被击倒,该战士站在2.5m高的警卫室前,距落雷的大树约3m,树高20多米。球雷落下的瞬间,他只感到一个火球距身体很近,随后眼前一黑就倒了。醒来后,除耳聋外并无其他损伤。但该警卫室的混凝土顶板外檐和砖墙墙面被击出几个小洞,室内电灯被打掉,电灯的拉线开关被打坏,电话线被打断,估计均为电磁感应的电动力所致。另一处在迎宾馆院内的东南区,距警卫室约100m,也是沿大树滚下。距树2m处有个木板房(仓库),该房在三棵14~16m高大槐树包围之中,球雷沿东侧的大树滚下后钻窗进屋,窗玻璃外有较密的铁丝网,但没有接地,铁丝网被击穿8个小洞,窗玻璃被击穿两个小洞。球雷烧焦了东侧木板墙和东南房角,烧毁了室内墙上挂的两条自行车内胎,烧坏了该室的胶盖闸,室内的电灯线也被烧断。落雷大树下放有十多盘钢筋、8辆铁推车和6个空汽油桶。这此金属物都是招引雷电的条件。
防护球雷并不困难,应该在规范或标准中规定相应的措施。就防护球雷措施而言,最好是笼式避雷网,如果达不到笼式避雷网条件,就在建筑物的门窗上安装金属纱网并接地;堵好建筑物墙面上不必要的孔洞;烟囱与出气管上口均要加装铁丝网并接地;储存或损伤易燃易爆物体的仓库和厂房的烟囱和放气管应加装阻火器并接地。对高大树木下的重要建筑物尤其要采取防护球雷的措施。
6雷击规律
认识雷击事故的规律非常重要,只有掌握了规律,防雷设计才能取得良好的效果。在雷雨天,天空的雷云与地面上的物体各带不同的电荷,当电荷积累到一定的程度,就会产生电场畸变而发生落地雷击。但如果地上某处没有足够强大的上行先导,则雷电是不会打到该处的。
北京紫禁城内的建筑物落较多,其原因在于:紫禁城周围是护城河,河内现在仍有水;通往护城河的古河道有4条:一条是玉河,它流入护城河的西北角;一条是潮白河的支流,它流入护河的东北角;一条是大通河,它流入护城河的正东部;另一条是潞河的支流,它流入护城河的东南角。故宫内各栋建筑物下的基础均潮湿,过去东南部的水位较高,地下不到2m就能见水,可见故宫院内地下的土壤电阻率相对较低;另外院内又有高大的古树。这些即为易发生雷击的内因,这些内因决定着该地区电场易产生电场畸变,瞬间发生的上行先导容易与雷云的下行阶段先导会合,从而形成落地雷。这就是紫禁城范围内的明显雷击规律。
笔者自1954年到1988年在北京地区调查过的建筑物雷击事故共有170多处,其中,因雷击引起火灾的占37.7%,导致人员死亡的占6.9%,致伤的占15.4%,球雷雷击事故占13.7%。现将分析总结得出的北京地区总的雷击规律归纳如下:
(1)河、湖、池、沼旁边的建筑物易受雷击。如1961年6月21日颐和园昆明湖东边的文昌阁被雷击掉西房角及坡顶瓦,内部电线被感应烧断;1988年8月6日通县永乐店草厂乡黄厂村北部湖力的茅草房落球雷,击死一人。
(2)古河道上的建筑物和河流桥上的构筑物易受雷击。如紫禁城内自1954年至1992年共落雷16次(据文献记载,明、清两代共发生过25次火灾,其中写明为雷击所致的5次,未说明原因的也可能是雷击所致);1988年8月30日卢沟桥中部北侧石狮子的头被击掉。
(3)在潮湿地区以及过去是苇塘或坑洼地带的区域上建造的建筑物易受雷击。如1957年7月31日陶然亭地区建工局一公司工棚(该处过去是苇塘)的收音机天线落雷,墙内铁丝被熔化;1965年7月22日北郊土冷库(即几十栋内装冰块以贮藏食物的平房)的老虎窗被雷电击中起火。
(4)在四周大片土壤电阻率高,中间局部土壤电阻率低的环境中或在高、低电阻率分界之处建造的建筑物易受雷击。如1981年8月2日八里庄善家坟公安局仓库西墙外大树落雷,雷电入室打碎5个电警棍盒,盒内33根电警棍被感应烧坏(该仓库的西南两面为稻田)。
(5)局部漏雨或局部房角新修缮且十分潮湿的建筑物易受雷击。如十三陵长陵棱恩殿落雷(当时该殿西部房角刚刚修缮且很潮湿)。
(6)突出高或孤立的建筑物易受雷击。如1957年7月29日原朝阳门北部的吻兽被雷击掉;据十三陵当地老农说,十三陵大多数的明楼或正殿均被雷击过(明楼和正殿都属高而孤立的建筑物)。
(7)曾经遭受过雷击的地区和建筑物容易再落雷。如1956年×月×日、1957年7月8日和1957年8月16日北京鼓楼东部吻兽曾三次被雷击。
(8)金属屋顶易受雷击。如1957年7月8日原民航局礼堂的铁皮屋顶被雷击裂3处,顶内明配线被感应烧成3段,1988年8月6日北京火车站东北角出租汽车站的铝合金房顶落雷。
(9)收音机天线、电视共用天线易受雷击。如1986年10月13日左家庄柳芳东里的居民楼电视共用天线遭受雷击,1992年8月3日和平里民旺胡同的居民楼电视共用天线也遭受雷击。
(10)地下管线多或管线交叉处易落雷。如1963年8月4日天安门广场大旗杆西侧(现人行过街地道的西南出口)一位卖冰棍的老太太被雷击倒(该处地下敷设的管线较多且是转角处)。
(11)铁路沿线和终端易受雷击。如1965年7月22日东郊百子湾棉花仓库室外堆场靠近铁道终端的一个棉花垛被雷击中燃烧;1984年8月6日东郊百子湾物资局储运公司水泥库铁路西侧站台上的水泥袋落雷,烧焦约20个水泥袋的纸边。
(12)山区泉眼、风口或地下有金属矿床的地方易受雷击。如1985年6月18日西山下马岭水电站室外变电构架进出线的主线落雷,烧焦母线2处,每处约长1~3m。
(13)高大的烟囱和工厂的排气管最易接闪。如1957年8月16日朝外门诊部的烟囱被雷击裂;1979年4月8日东郊宋家庄化工三厂南北两厂的室外化工设备构架上的两个排气管同时接闪并点燃。
(14)高大的树木和屋顶旗杆容易落雷。如1967年6月11日前门劝业场屋顶木旗杆被雷击坏;1993年8月19日日坛公园西北角一棵大树被雷劈掉树叉,树干也被劈裂。
北京地区总的落雷走向是:西山八里庄紫村城朝阳门宋家庄百子湾通县。这些地方多数是古河道或地下水线,其建筑物下的土壤电阻率小,潮湿或水位高。
笔者认为,以上这些雷击规律虽是北京地区的,但颇具普遍性,因而对防雷、防火很有价值(因篇幅有限,以上各种规律只各举2个例子)。
7.建筑物防雷设计的整体观念
所谓整体观念是指设计和安装防雷装置时,对建筑物的内外都要有整体观念。这里的建筑内外不单是指内部防雷装置和外部防雷装置。建筑物内的整体观念是指设计和安装时,要对内部防雷装置和外部防雷装置做整体的统一的考虑;建筑物外的整体观念是指对一个院落、一个小区以及附近的环境要做全面的防雷规划,同时还不能违反小区规划的要求例如:所安装的避雷针杆塔是否影响小区的美观,所用的避雷针、避雷带或避雷网是否与建筑物的立面相配以及低矮建筑物能否由高大建筑物或高大烟囱上的避雷装置所保护等等。对接地装置也要综合统一考虑,例如,相距较近的建筑物能否共用接地体,地下管网能否用接地体的一部分,以及能否在一个大院或小区内为将来综合共用接地创造等电位连接的条件等等。
值得指出,利用建筑物附近的大树作为避雷针杆塔是一个较好的做法。大树最易接闪且越长越高,有时比建筑物还高。因此,避雷针应安装在树顶,引下线应沿树干设置而且应与建筑物的防雷装置相结合。这样既节约又美观,同时还保护了名贵的树木。利用大树安装避雷针不仅能防直击雷,而且能防球雷、绕击雷和侧击雷。例如,北京北海公园团城内在大树上安装的避雷针已运行了20多年,效果很好,但必须采取保护树干生长的措施。
现在各个城市的绿化越搞越好,高大的树木也越来越多。有的建筑物虽然安装了避雷针,但大树距建筑物很近并且比建筑物还高,在这种情况下,建筑物上的避雷装置实际上等于虚设。因为大树接闪的机会多,易引来直击雷和球雷,对邻近的建筑物威胁更大。所以说建筑物的防雷设计和安装应将外部防雷装置、内部防雷装置、建筑物外的环境及至全小区的防雷装置进行整体统一的考虑。不仅电气专业的设计者要有整体观念,建筑专业的设计者对防雷也要有整体观念。这是现代防雷设计观念转变的重要问题之一。
参考文献
1.王时煦等.建筑物防雷设计.中国建筑工业出版社1980年9月第一版,1985年11月第二版
2.R.H.Golde.雷电.水利电力出版社,1983年12月
3.林维勇.介绍IEC/TC81澳大利亚霍巴特92年会议和防闪电电磁脉冲标准的编制.1993年机械部设计研究院印
在雨季到来之前一段时间,施工人员就应该为建筑工程做好准备工作。包括施工计划、安排以及对近期天气状况的关注等等。如果降水量较大,还应该准备进行防汛,置办好防汛工具。具体来说主要的方面如下所示:
第一,施工项目的进度安排。在对施工进度进行计划的过程中,管理人员需要对工程所需要的土方量以及相应的预制工作进行明确。包括内外墙所用的粉刷材料,砌体工程以及防水设施等等。通常情况下,防水工程都应该在晴天进行,否则会影响到工程的质量。可见,为了应对雨季的施工,施工人员需要具有全局观念,合理地安排工作内容,尽量做到不影响施工。
第二,给排水的防冻防雨准备。对于住宅类建筑所涉及到的管线来说,如果需要埋设在地下,应该注意到防冻线。如果有一些外漏的管道,也应该利用草垫或者是其他的保温材料来对其进行覆盖,避免出现冻坏的问题。为了保证排水的便利性,施工人员需要在雨季到来之前开挖沟渠,保证流水的畅通无阻。
第三,施工道路的修整合加固。如果施工道路表面已经出现的凹凸不平或者是土质不实的问题,在进入雨季汛期之前就应该对道路进行修整。施工人员首先需要做好检查工作,准备相应数量的碎石和炉渣材料。在对路面进行清理和修复的过程中,应该保证路面具有一定的坡度,这样可以直接将路面的积水排到水沟当中,保证路面的畅通,提升建筑工程的便利性。
第四,防雨保温材料的准备工作。在对住宅类建筑进行防水和保温时,可以采用防雨的油布以及稻草等材料,同时准备一定数量的防寒用品,因为雨季的气温要明显偏低,如果对建筑的保温工作没有到位,必然会直接影响到建筑物的整体质量。
2 雨季施工各工程部分的具体预防措施
第一,土方和基础工程部分。对于工程的土方部分和基础工程来说,由于其很容易受到雨水的影响,因此,在具体的防护过程中应该做到以下几个方面:在雨季进行挖槽时,需要将边坡的稳定性考虑到其中。这样才能防止边坡被雨水冲击出现塌陷的问题。适当的时候,可以在边坡上假设一定的钢铁网片结构,并且在其上面涂上一定厚度的混凝土材料。另外,也可以用塑料的布遮盖边坡结构。工作面不应该设置过大,最好在规定的时间内就可以完成,否则就会直接影响施工的工期。在基础部位达到标准高度的时候,施工人员需要及时地对其进行验收,并且加设一定厚度的垫层结构。如果雨水过大,达到了建筑的基础部位,就应该充分利用排水沟的优势作用,集中所有的力量进行排水。对于雨季之前回填的土方结构来说,应该及时地对其进行压实,在其表面产生一定的坡度。这样雨水就可以自行排出。如果降水量相对较大,大面积的施工是不可取的,应该做好防水工作,保证土方不被淋湿。如果基础部分施工完毕,正赶雨季,应该及时地做好回填工作。工作人员还应该对地下室结构的浮力因素进行考虑,并且采用相应的措施提升地下室结构的抗浮能力。一般情况下,如果降水量较大,水泵已经起不到基本的作用,工作人员就应该充分利用箱型基础,在第一时间内将积水灌倒其中,待雨水量减少时再进行具体的排水工程。对于建筑的土方结构和基础工程来说,在雨季之前施工人员需要做好这些准备工作,进而保证房屋建筑免受雨水的侵蚀。
第二,砌体工程和砼工程部分。此部分应掌握以下要点:砖在雨期必须集中堆放,不宜浇水。砌墙时要求干湿砖块合理搭配。砖湿度较大时不可上墙。砌筑高度不可超过1米。雨期遇大雨必须停工。砌砖收工时应在砖墙顶盖一层干砖,避免大雨冲刷灰浆。大雨过后受雨水冲刷过的新砌墙体应翻砌最上面两层砖:稳定性较差的窗间墙、独立砖柱,应架设临时支撑或及时浇筑圈梁;砌体施工时,内外墙要尽量同时砌筑。遇台风时,应在风向相反的方向加临时支撑;以满足砌筑需要为宜。拌好的砂浆要注意防止雨水的冲刷;雨后继续施工,须复核已完工砌体垂直度和标高,并检查砌体灰缝,受雨水冲刷严重之处须采取必要的补救措施。遇到大雨应停止浇筑砼,已浇部位应加以覆盖。砼浇筑现场要预备大量防雨材料,以便浇筑时突然遇雨进行覆盖;模板支撑下回填要夯实,并加好垫板,雨后及时检查有无下沉。
3 雨季施工的安全措施和技术要求
严控各种规程制度,凡参与人员-律禁穿拖鞋、硬质等易滑鞋。所有机械操作棚要搭设牢固,防止倒塌漏雨。机电设备应采取防雨、防淹措施,安装接地安全装置、机动电闸箱的漏电保护装置要可靠:施工机械的排气孔要用塑料布或其他防雨材封堵:坑、沟内的机械最好移至地面、以防雨耐寒;现场施工电缆要集中摆设,防止杂乱无章、及时更换绝缘外套老化或破损的电缆线;不必要的电缆线要及时收回。经常检查,发现问题要及时处理。
引言
在科学技术日新月异的新时代,随着社会经济的发展,现代人们的生活物质水平也得到了大幅度提高,因此在现代的房屋建筑中,电气设备也越来越多,从而为人们创造美好生活奠定了坚实的基础。然而由于近几年来经报道的雷电灾害屡见不鲜,由于雷电的袭击给人们的生活和生命财产安全造成了极大地影响,甚至给社会带来巨大的损失。尽管随着科学技术的日新月异和建筑行业的高速发展,现代建筑的防雷措施都非常完善,然而由于电子科技的高速发展和智能化建筑的不断涌现,从而使得现代建筑必须要进行电气工程防雷,从而才能提高建筑的防雷水平,确保用户的生命财产安全,与此同时,随着建筑行业的高速发展,建筑行业中各种先进的技术层出不穷,从而为建筑电气工程防雷创造了有利的条件。但是,就目前建筑电气工程防雷的实际情况而言,传统的防雷方式和技术已经不能够满足现代建筑的需要,因此,为了提高建筑电气工程防雷水平,还必须要加大对建筑电气防雷的分析研究力度,从而才能够总结出更加科学完善的建筑电气工程防雷技术,进而才能够为社会的安居乐业和经济的高速发展奠定坚实的基础。本文从雷电的形成及其危害出发,对建筑电气工程防雷进行了深入的分析,然后对建筑电气工程防雷问题进行了详细论述。希望能够起到抛砖引玉的效果,使同行相互探讨共同提高,进而为我国今后的建筑电气工程防雷起到一定的参考作用。
一、雷电的形成及其危害
1雷电的形成
雷电是一种大气放电现象。当太阳把地面晒得很热时,地面的热空气携带大量的水汽不断地上升到高空,形成大范围的积雨云,积雨云的不同部位聚集着大量的正电荷或负电荷,形成雷雨云,而地面因受到近地面雷雨云的电荷感应,也会带上与云底相反极性的电荷。当云层里的电荷越积越多,达到一定强度时,就会把空气击穿,打开一条狭窄的通道强行放电。当云层放电时,由于云中的电流很强,通道上的空气瞬间被烧得灼热,温度高达6000—20000℃,所以发出耀眼的强光,这就是闪电,而闪道上的高温会使空气急剧膨胀,同时也会使水滴汽化膨胀,从而产生冲击波,这种强烈的冲击波活动形成了雷声。
二、建筑防雷
1外部防雷装置与内部防雷装置
国际电工委员会编制的标准(IEC1024-1)将建筑物的防雷装置分为外部防雷装置和内部防雷装置。外部防雷装置由接闪器、引下线和接地装置三部分组成。接闪器是指避雷针、避雷带和避雷网,它位于建筑物的顶部,其作用是引雷或叫截获闪电,即把雷电流引下。引下线,上与接闪器连接,下与接地装置连接,它的作用是把接闪器截获的雷电流引至接地装置。接地装置位于地下一定深度之处,它的作用是使雷电流顺利流散到大地中去。内部防雷装置的作用是减少建筑物内的雷电流和所产生的电磁效应以及防止反击、接触电压、跨步电压等二次雷害。除外部防雷装置外,所有为达到此目的所采用的设施、手段和措施均为内部防雷装置,它包括等电位连接设施(物)、屏蔽设施、加装的避雷器以及合理布线和良好接地等措施。
2防雷电感应和雷电波侵入
雷电放电时,在附近导体上产生的静电感应和电磁感应,它可能使金属部件之间产生火花。因此被保护建筑物内的金属物接地,是防雷电感应的主要措施。首先,是做好等电位联结。对一、二类防雷建筑物内平行或交叉敷设的金属管道,其净距小于100mm时,应采用金属线跨接,是防止电磁感应所造成的电位差能将小空隙击穿,而产生电火花,每隔≤30m做好接地。
由于雷电对架空线或金属管道的作用,雷电波可能沿着这些管线侵入屋内,危及人身安全或损坏设备。因此,做好进线端的防雷保护,做好均压环及防侧击雷是防雷电波侵入的主要措施。 一、二类防雷建筑低压进线全线采用直埋地引入,将线路架空引入户内时不少于15m的一段应换电缆(金属铠装电缆直埋地,护套电缆穿钢管)进户,并在架空与电缆换接处做好避雷保护。二类防雷建筑当架空线直接引入时,除在入户处加装避雷器,并将进户装置铁件做好接地外,靠近建筑物的两根电杆上的铁件也应做好接地,且冲击接地电阻≤30Ω,所有弱电进线的保护应同强电进线。防雷建筑要做好均压环及防侧击雷保护。均压环从三层开始,环间垂直距离≤12m,所有引下线、建筑物的金属结构和金属设备均与环可靠连接,均压环可利用结构圈梁内的钢筋(钢筋必须贯通成环路)。一类防雷建筑30m以上,二类防雷建筑45m以上,三类防雷建筑60m以上,要做好防侧击雷保护,沿建筑物外墙做一周水平避雷带,带与带间垂直距离≤6m,外墙上所有金属栏杆,门窗均与避雷带可靠连接,避雷带再与引下线可靠连接。竖直敷设的金属管道及金属物的顶端和底端与防雷装置可靠连接,目的是在于等电位,并且由于两端连接使其与引下线形成并联线路,使雷电流更讯速的入地。
3防雷电流经引下线和接地装置时产生高电位对金属设备或电气线路反击的措施
建筑幕墙是由金属构架与板材组成,不承担主体结构荷载与作用的建筑护结构。建筑幕墙除了有技术发展较成熟的玻璃幕墙、金属幕墙和石材幕墙外,还有现在发展得较快的多用于大空间的点驳式幕墙和新型的气循幕墙、智能幕墙与光电幕墙。建筑幕墙是现代建筑派的主要表现特征,在新世纪的现代化城市建筑中具有不可替代的艺术地位。
建筑幕墙一般应用在人群密集的、大型的公共建筑,重要的高层、超高层建筑物的外墙上。幕墙建筑的火灾危险性大,因为玻璃、石材是脆性材料,其抗火性差,温度达到250度时玻璃即会炸裂。一般幕墙的玻璃、石材、复合铝板均不耐火,当受热或遇火烧时易变形、破碎毁坏而造成幕墙大面积掉落,火焰就从幕墙破碎洞口的外侧卷进上层室内。另外,垂直幕墙与建筑物各楼层楼板、房间间墙的缝隙未经处理或处理不恰当,且消防系统不完善情况下,浓烟也可通过缝隙向上层扩散弥漫,造成人员窒息,而火苗则通过缝隙往上层窜。这些缝隙和幕墙破裂的洞口就成了引火通道,串烟串火,酿成更大的火灾。国内外都有这样不少惨痛的例子。此外,室内的大火可将石材幕墙挂石板的不锈钢板和钢材软化而失去强度致使石板剥离从天而降,威胁行人安全。可见,幕墙的防火不当不但严重影响建筑物的使用安全性,还严重危害人民生命财产安全和其他公众利益,所以幕墙的防火是一项非常重要的工作,建设主体各方都不可掉以轻心。
《建设工程质量管理条例》明确了建设主体各方的质量责任和义务,尤其明确了设计单位必须按照工程建设标准进行设计,并对其设计质量负责;施工单位对建设工程的施工质量负责。也就是说,设计单位,施工单位,对质量行为负终身责任。笔者以过去设计的经验及现在监督的个案例子,结合《工程建设标准强制性条文》和一些相关规范着重在设计、施工方面对建筑幕培防火、防雷措施提出一些技术处理要点。
一、幕墙的防火设计
幕墙的防火,设计要先行,设计是前提是基础。所以防火设计应做到:
(1)明确设计责任。建筑设计单位主要应考虑幕墙工程的防火、防雷、光环境污染和连接预埋件的结构安全等因素,并对建筑幕墙工程提出具体设计要求并负相应的设计责任。幕墙设计单位应具备相应的专业设计资质,严格按照有关规范和相关标准及制度对幕墙防火方面的选材、节点、细部构造进行设计。
(2)建筑幕墙的设置、层数、长度、面积和防火分区、防火间距及建筑幕墙的防火节点的耐火极限要求等应符合《建筑设计防火规范》和高层民用建筑设计防火规范》。
(3)建筑幕墙作为护构件要求密封性好,尤其是玻璃幕墙其开启部分面积要求不宜大于幕培墙面面积的15%:且开启部分宜采用上悬结构,开启角度不宜大于45度。所以,以建筑幕墙为护结构的建筑物基本上是属于封闭性建筑物,防火设计应遵循预防为主、防消结合的工作方针,采取可靠的防火措施立足自防自救,幕墙防火措施要与建筑主体的消防系统结合考虑。
(4)设计幕墙分格时要力求杆件与柱、梁、墙、楼板位置一致,避免交叉。一般地,幕墙立挺与柱要重合,幕墙横梁与建筑物楼板或主框梁、防火墙裙要吻合,避免一玻璃跨越两个防火分区,这样幕墙的主杆件才可以与建筑物主体可靠连接,防火区才得以封闭。
(5)个别情况下,幕墙横梁与楼面标高不一致时,应在楼面外沿设置水平放置的铝型材填充,铝型材用透明结构胶与玻璃粘结。
(6)窗间墙、窗槛墙的填充材料应采用不燃烧材料。当其外墙面采用耐火极限不低于lh的不燃烧体时,其墙内填充材料可采用难燃烧材料。
(7)无窗间墙和窗槛墙的玻璃幕墙,应在每层楼板外沿设置耐火极限不低于lh,高度不低于0.8m的不燃烧实体裙楼;或在幕墙内侧每层设间距<=2m的自动喷水喷头。
(8)玻璃幕墙与每层楼板、隔培处的缝隙,应采用不燃烧材料严密填实,楼板和隔墙处形成水平或垂直防火带。
(9)防火层的厚度和宽度应根据防火材料的耐火极限来决定。防火层应采用隔离措施。防火层的板应采用经防腐处理且厚度不小于1.5mm的耐热钢板,不得采用铝板。防火层的密封材料应采用防火密封胶,防火密封胶应有法定检机构的防火检验报告。
(10)幕墙使用的防火、保温材料应采用不燃烧性或难燃性材料,其品种、材质、耐火等级、铺设厚度、燃烧性能必须达到规范要求,其表面应有防潮措施。
(11)装修材料的使用严格按《建筑内部装修设计防火规范》要求采用燃烧性能等级为A或B1级的材料,当材料的防火等级不明确时,应取样进行检测。
(12)目前,幕墙工程多由施工企业自行设计,其设计文件图纸必须由原设计单位审核,审核单位不能仅从总体方案、立面效果、平立面分格方面粗审,要真正起到技术审核把关的作用。
(13)原设计单位在设计建筑主体消防系统时,要同时结合考虑幕墙的防火措施,避免出现消防盲区而留下火灾隐患。幕墙四周天花处,可设烟感探测器及消防喷淋加以保护,当火苗初起,烟感探测器马上报警,喷水设备启动,将火灾消灭在萌芽状态中。
二、幕墙防火施工
幕墙防火的施工是幕墙防火有效的关键和保证。
(1)承包幕墙施工的单位必须具备相应的资质。建筑幕墙工程施工企业应根据设计要求提出有关施工安装的技术要求并对幕墙材料、幕墙结构设计和加工制作部件等的工程质量负责。
(2)建筑幕墙工程施工企业必须严格按照经有资质的审核单位审定的设计文件和施工图进行施工,不得擅自修改。
(3)防火材料的安装应有固定措施,确保安装牢固,做到不松懈不遗漏,拼缝不留缝隙。防火棉厚度不能少于60mm,铺设要饱满均匀无遗漏,且不能与玻璃有直接接触。
(4)防火材料不得与幕墙玻璃直接接触,防火材料朝玻璃面处宜用装修材料覆盖。
(5)搁置玻璃幕
设要饱满均匀无遗漏,且不能与玻璃有直接接触。
(4)防火材料不得与幕墙玻璃直接接触,防火材料朝玻璃面处宜用装修材料覆盖
(5)搁置玻璃幕墙防火棉的金属板应为厚度不小于1.2mm的镀锌钢板,而金属和石材幕墙的防火层必
必须采用经防腐处理且厚度不小于1.5mm的耐热钢板,两者均不得采用铝板。
(6)镀锌钢衬板不得与铝合金型材直接接触,衬板就位后应进行密封处理。
(7)幕墙四周与主体结构之间的缝隙应采用防火保温材料填塞,不得采用水泥砂浆等干硬性材料填塞,内外表面应采用密封胶连续封闭,接缝要严密,做到不渗漏不漏气。
(8)双面胶带、泡沫棒硅酮密封胶的填充棒)、复合铝板等易燃、可燃材料,在实际的工程应用中,大量使用时要有相当的防火措施,使用铝板时,尽量使用单层铝板。
(9)在施工过程中,幕墙防火构造、防火节点应作隐蔽验收。防火材料应有产品合格证或材料耐火检验报告。
(10)施工完毕,必须检查所有的防火节点、防火隔断是否都密封严密,各层间防火隔断是否都按要求用防潮材料将矿棉等不燃烧材料包裹进行填塞,其防火隔断能否满足防火规范要求。其检验手段一般采用观察和触摸方法,必要时可在防火节点处用火苗试试是否漏气、串烟,是否真正达到既防火又防烟的作用。
三、幕墙的防雷
建筑幕墙的金属骨架是良导体,幕墙的防雷措施不当,可能会遭到雷电的侧击破坏,严重的可能招至火灾,所以幕墙的防雷必须严格按照有关规范进行设计和施工。
(1)墙的防重设士人应迷细3解建坦主生的防重装置和幕墙、门窗洞口的防雷装置引出线,要充分利用幕墙、门窗型材的金属导电特性,确定一个合理、安全、经济的防雷设计方案。
(2)幕墙应形成自身的防雷网,并与主体结构的防雷体系有可靠的连接。幕墙自身的防雷网不宜大于100平方米。
(3)建筑物每隔三层要装设均压环,环间垂直距离不应大于12m,均压环内的纵向钢筋必须采用焊接连接并与接地装置连通。所有引下线、建筑物的金属结构和金属设备均应连到环上。
(4)根据《建筑物防雷设计规范》,幕场防侧击措施如下:一类防雷建筑物从30m起每隔不少于6m沿建筑物四周设水平避雷带并与引下线相连30m以上幕墙的金属物与防雷装置连接。应将二类防雷建筑物45m以上,三类防雷建筑物60m以上幕墙的金属物与防雷装置连接。
(5)对设有许多较重要的敏感电子系统,如通信设备、电子计算机、电子控制系统等现代化设备的建筑物,为了增加屏蔽作用,可将防侧击雷和等电位措施从地面首层做起,即将首层以上的外墙上的建筑幕墙、铝和金门窗、金属栏杆等较大金属物与防雷装置连接。
(6)幕墙防侧雷做法:幕墙位于均压环处的预埋件的锚筋必须与均压环处的梁的纵向钢筋连通,固定在设均压环楼层上的立柱必须与均压环连通,位于均压环处与梁纵筋连通的立柱上的横梁必须与立柱连通。
(7)幕墙立面上,水平方向每8m以内位于未设均压环楼层的立柱,必须与固定在设均压环楼层的立柱连通。
(8)幕墙顶的防雷可用避雷带或避雷针,由建筑物防雷系统统一考虑。建筑幕墙位于女儿墙外侧时可沿屋顶周边设避雷带,其安装位置略为突出女儿墙顶部;也可用屋顶其他明设金属物作为接闪器;也有直接利用建筑幕墙与女儿墙之间的封顶金属板作接闪器,这时要求金属板厚度大于0.5mm,板与板之间的搭接长度大于100mm,金属板无绝缘覆盖层,金属板与女儿墙内的钢筋连接成电器通路。在女儿墙部位幕墙构架与避雷带装置的连接节点应明露。
(9)幕墙避雷导线与铝合金材料连接时应满足等电位要求。当用铜质材料与铝合金材料连接时,铜质材料外表面应经热镀锌处理。导线连接接触面应紧密可靠不松动。
(10)金属和石材幕墙的还规定导线应在材料表面的保护膜除掉部位进行连接。
(11)铝板幕墙在选材上注意宜选用单层铝板而不要选用铝塑复合板,因为复合板中间夹有的聚己烯塑料是不能导电而致使复合板幕墙无法接地,无法预防雷电对建筑物幕墙的危害,且用该料做成的幕墙不耐用。单层铝板不仅几十年不变形、寿命长,更重要的是其导电性能好,易和幕墙一起接地预防雷击。
(12)幕墙防雷处的接地电阻应小于10欧。
四、结束语
随着《建设工程质量管理条例》和《建设工程标准强制性条文》的颁布实施,我国的建设活动走向了规范化和法规化道路,迈进了法制化管理轨道,不仅明确了建设主体各方的质量责任、义务及刑法法律责任,而且还确立了凡涉及人民生命财产、人身健康、环境质量和其他公众利益的为必须严格执行的强制性标准条文,为参与建设活动各方执行标准规范质量行为保证工程质量和建筑物的安全性及使用功能提供了法律和技术依据。建设主体各方要明确自己的职责,按建设程序办事,严格按规范设计和施工。
参考文献:
[1]JGJ133-2001金属与石材幕墙工程技术规范[S].
[2]建设部加强建筑幕墙工程管理的暂行规定[Z][建建(1997)167号]。
[3]JGJ102-96玻璃幕墙工程技术规范[S].
随着现代社会的发展,建筑物的规模不断扩大,其内各种电气设备的使用日趋增多,尤其是计算机网络信息技术的普及,建筑物越来越多采用各种信息化的电气设备。我国每年因雷击破坏建筑物内电气设备的事件时有发生,所造成的损失非常巨大。因此建筑物的防雷设计就显得尤为重要。
直击雷和感应雷是雷电入侵建筑物内电气设备的两种形式。直击雷是雷电直接击中线路并经过电气设备入地的雷击过电流;感应雷是由雷闪电流产生的强大电磁场变化与导体感应出的过电压,过电流形成的雷击。根据国家标准《建筑物防雷设计规范》GB50057-94(2000年版)规定,建筑物的防雷区划分为LPZOA,LPZOB,LPZ1,LPZn+1等区(各区的具体含义本文不再赘述)。将需要保护的空间划分为不同的防雷分区,是为了规定各部分空间不同的雷击电磁脉冲的严重程度和等电位联结点的位置,从而决定位于该区域的电子设备采用何种电涌保护器在何处以何种方式实现与共同接地体等电位联结。
建筑物直击雷的保护区域为LPZOA区,其保护设计已为电气设计人员所熟知,根据国家标准《建筑物防雷设计规范》GB50057-94(2000年版),设计由避雷网(带),避雷针或混合组成的接闪器,立柱基础的钢筋网与钢屋架,屋面板钢筋等构成一个整体,避雷网通过全部立柱基础的钢筋作为接地体,将强大的雷电流入大地。建筑物感应雷的保护区域为LPZOB,LPZ1,LPZn+1区,即不可能直接遭受雷击区域;感应雷是由遭受雷击电磁脉冲感应或静电感应而产生的,形成感应雷电压的机率很高,对建筑物内的电气设备,尤其低压电子设备威胁巨大,所以说对建筑物内部设备的防雷保护的重点是防止感应雷入侵。由感应雷产生的雷电过电压过电流主要有以下三个途径:(1)由供电电源线路入侵;高压电力线路遭直击雷袭击后,经过变压器耦合到各低压0.38KV/0.22KV线路传送到建筑物内各低压电气设备;另外低压线路也可能被直击雷击中或感应雷过电压。据测,低压线路上感应的雷电过电压平均可达10KV,完全可以击坏各种电气设备,尤其是电子信息设备。(2)由建筑物内计算机通信等信息线路入侵;可分为三种情况:①当地面突出物遭直击雷打击时,强雷电压将邻近土壤击穿,雷电流直接入侵到电缆外皮,进而击穿外皮,使高压入侵线路。②雷云对地面放电时,在线路上感应出上千伏的过电压,击坏与线路相连的电器设备,通过设备连线侵入通信线路。这种入侵沿通信线路传播,涉及面广,危害范围大。③若通过一条多芯电缆连接不同来源的导线或者多条电缆平行铺设时,当某一导线被雷电击中时,会在相邻的导线感应出过电压,击坏低压电子设备。(3)地电位反击电压通过接地体入侵;雷击时强大的雷电流经过引下线和接地体泄入大地,在接地体附近放射型的电位分布,若有连接电子设备的其他接地体靠近时,即产生高压地电位反击,入侵电压可高达数万伏。建筑物防直击雷的避雷引入了强大的雷电流通过引下线入地,在附近空间产生强大的电磁场变化,会在相邻的导线(包括电源线和信号线)上感应出雷电过电压,因此建筑物避雷系统不但不能保护计算机,反而可能引入了雷电。计算机网络系统等设备的集成电路芯片耐压能力很弱,通常在100伏以下,因此必须建立多层次的计算机防雷系统,层层防护,确保计算机特别是计算机网络系统的安全。
由此可见,对建筑物内各电气设备进行防感应雷保护设计是必不可少的一项内容;设计的合理与否,对电气设备的安全使用与运行有着至关重要的作用。
目前,在感应雷的防护当中,电涌保护器的使用已日趋频繁;它能根据各种线路中出现的过电压,过电流及时作出反应,泄放线路的过电流,从而达到保护电气设备的目的。
根据国家标准《建筑物防雷设计规范》GB50057-94(2000年版)第6.4.4条规定:电涌保护器必须能承受预期通过它们的雷电流,并应符合以下两个附加要求:通过电涌时的最大钳压,有能力熄灭在雷电流通过后产生的工频续流。即电涌保护器的最大钳压加上其两端的感应电压应与所属系统的基本绝缘水平和设备允许的最大电涌电压协调一致。
现在,我们根据国家标准《建筑物防雷设计规范》GB50057-94(2000年版)附录六规定的各类防雷建筑物的雷击电流值进行电涌保护器的最大放电电流的选择。
一、一类防雷建筑物
1、根据国家标准《建筑物防雷设计规范》GB50057-94(2000年版)附录六规定,其首次雷击电流幅值为200KA,波头10us;二次雷击电流幅值为50KA,波头0.25us;根据图1,全部雷电流i的50%按流入建筑物防雷装置的接地装置计,另外50%按1/3分配于线缆计);首次雷击:总配电间第根供电线缆雷电流分流值为200*50%/3/3=11.11KA;后续雷击;总配电间每根供电线缆雷电流分流值为50*50%/3/3=2.78KA;如果进线电缆已经进行屏蔽处理,其每根供电线缆雷电流的分流值将减低到原来的30%,即11.11KA*30%=3.3KA及2.78KA*30%=0.8KA,而在电涌保护器承受10/350us的雷电波能量相当于8/20us的雷电波能量的5~8倍,所以选择能承受8/20us波形电涌保护器的最大放电电流为11.11*8=88.9KA;即设计应选用电涌保护器SPD的最大放电电流为100KA,以法国SOULE公司产品为例,选用PU100型。根据国家标准《建筑物防雷设计规范》GB50057-94(2000年版)第6.4.7条规定,该级电涌保护器应在总配电间处安装,即在LPZOA,LPZOB与LPZ1区的交界处安装。
2、根据国家标准《建筑物防雷设计规范》GB50057-94(2000年版)第6.4.8,第6.4.9条规定,在分配电箱处,即在LPZ1与LPZ2区的交界处安装电涌保护器,其额定放电电流不宜小于5KA(8/20us),故此处应选用电涌保护器SPD的最大放电电流为40KA,额定放电电流为10KA;以法国SOULE公司产品为例,选用PU40型。
二、二类防雷建筑物
1、根据国家标准《建筑物防雷设计规范》GB50057-94(2000年版)附录六规定,其首次雷击电流幅值为150KA,波头10us;二次雷击电流幅值为37.5KA,波头0.25us;根据图1,全部雷电流i的50%按流入建筑物防雷装置的接地装置计,另外50%按1/3分配于线缆计;首次雷击:总配电间每根供电线缆雷电流分流值为150*50%/3/3=8.33KA;后续雷击:总配电间每根供电线缆雷电流的分流值为37.5*50%/3/3=2.08KA;如果进线电缆已经进行屏蔽处理,其每根供电线缆雷电流的分流值将减低到原来的30%,即8.33KA*30%=2.5KA及2.08KA*30%=0.6KA,而在电涌保护器承受10/350us的雷电波能量相当于8/20us的雷电波能量的5~8倍,所以选择能承受8/20us波形电涌保护器的最大放电电流为8.33*8=66.6KA;即设计应选用电涌保护器SPD的最大放电电流为65KA,以法国SOULE公司产品为例,选用PU65型。根据国家标准《建筑物防雷设计规范》GB50057-94(2000年版)第6.4.7条规定,该级电涌保护器应在总配电间处安装,即在LPZOA,LPZOB与LPZ1区的交界处安装。
2、根据国家标准《建筑物防雷设计规范》GB50057-94(2000年版)第6.4.8,第6.4.9条规定,在分配电箱处,即在LPZ1与LPZ2区的交界处安装电涌保护器,其额定放电电流不宜小于5KA(8/20us),故此处应选用电涌保护器SPD的最大放电电流为40KA,额定放电电流为10KA;以法国SOULE公司产品为例,选用PU40型。
三、三类防雷建筑物
1、根据国家标准《建筑物防雷设计规范》GB50057-94(2000年版)附录六规定,其首次雷击电流幅值为100KA,波头10us;二次雷击电流幅值为25KA,波头0.25us;根据附图1,全部雷电流i的50%按流入建筑物防雷装置的接地装置计,另外50%按1/3分配于线缆计;首次雷击:总配电间每根供电线缆雷电流分流值为100*50%/3/3=5.55KA;后续雷击:总配电间每根供电线缆雷电流分流值为25*50%/3/3=1.39KA;如果进线电缆已经进行屏蔽处理,其每根供电线缆雷电流的分流值将减低到原来的30%,即5.55KA*30%=1.7KA及1.39KA*30%=0.4KA,而在电涌保护器承受10/350us的雷电波能量相当于8/20us的雷电波能量的5~8倍,所以选择能承受8/20us波形电涌保护器的最大放电电流为5.55*8=44.4KA;即设计应选用电涌保护器SPD的最大放电电流为40KA,以法国SOULE公司产品为例,选用PU40型,根据国家标准《建筑物防雷设计规范》GB50057-94(2000年版)第6.4.7条规定,该级电涌保护器应在总配电间处安装,即在LPZOA,LPZOB与LPZ1区的交界处安装。
2、根据国家标准《建筑物防雷设计规范》GB50057-94(2000年版)第6.4.8,第6.4.9条规定,在分配电箱处,即在LPZ1与LPZ2区的交界处安装电涌保护器,其额定放电电流不宜小于5KA(8/20us),故此处应选用电涌保护器SPD的最大放电电流为40KA,额定放电电流为10KA;以法国SOULE公司产品为例,选用PU40型。
在供电线路中,电涌保护器的具体安装以较常用的TN-S系统,TN-C-S系统,TT系统为例,示意如下:
1)TN-S系统过电压保护方式
2)TN-C-S系统过电压保护方式
3)TT系统过电压保护方式
综上所述可见,在防雷保护设计中,总的防雷原则是采用三级保护:1、将绝大部分雷电流直接引入地下基础接地装置泄散;2、阻塞沿电源线或数据、信号线引入的过电压;3、限制被保护设备上浪涌过电压幅值(过电压保护)。这三道防线,缺一不可,相互配合,各行其责。目前通常作法是以下三点:
1)建立联合共用接地系统,形成等电位防雷体系
将建筑物的基础钢筋(包括桩基、承台、底板、地梁等),梁柱钢筋,金属框架,建筑物防雷引下线等连接起来,形成闭合良好的法拉第笼式接地,将建筑物各部分的接地(包括交流工作地,安全保护地,直流工作地,防雷接地)与建筑物法拉第笼良好连接,从而避免各接地线之间存在电位差,以消除感应过电压产生。
2)电源系统防雷
以建筑物为一个供电单元,应在供电线路的各部位(防雷区交接处)逐级安装电涌保护器,以消除雷击过电压。
3)等电位联结系统
国家标准《建筑物防雷设计规范》GB50057-94(局部修订条文)明确规定,各防雷区交接处,必须进行等电位联结;尤其建筑物内的计算机房等弱电机房,遭受直击雷的可能性比较小,所以在此处除采取电涌保护器进行感应雷防护外,还应采用等电位联结方式来进行防雷保护,本文不再叙述。
作为电气设计人员都非常清楚,建筑物的防雷保护设计是一项既简单又繁琐的内容,但对建筑物的安全使用,电气设备的正常运行有着至关重要的作用,所以还有待于各位电气设计人员作进一步的研究与探讨;同时必须严格按照国家规范,善为谋划,精心设计。本文仅此设计作了一点粗浅的探讨,所以文中不足之处,望同行不吝赐教。
参考文献
建筑内部装修工程相对建筑工程具有工期短,施工快的特点,如不及时发现,就会出现疏漏。因此,要有效控制建筑内部装修工程违法行为的出现,就要求监督员全面、准确的掌握辖区情况,充分发挥公安派出所三级管理的职能,建立健全多警联动机制,加大监督检查的频次和范围。对发现的违法违章行为严肃处理,绝不姑息。同时,广泛发动群众对进行违法装修的场所进行举报投诉,使违法违章的工程无处藏身。