1.高层建筑防雷现状
高层建筑通常是指10层及10层以上的住宅建筑(包括底层设置商业服务网点的住宅)和建筑高度超过24m的其他民用建筑。高层民用建筑的防雷类别按照建筑物防雷规范一般可以划分为第二类或第三类防雷建筑物。按要求高层建筑需要设置基本的防雷装置，包括接闪器、引下线、接地装置等外部防雷装置以及电涌保护器、等电位连接等内部防雷装置。通常情况，高层建筑采用装设在建筑物上的接闪网、接闪带等作为接闪器，利用柱内钢筋作为引下线，利用建筑物基础内钢筋网作为接地装置。当部分建筑物高度超过一定高度时，自首层起，每隔一定高度间隔利用四周圈梁外侧主筋焊接环通并且与引下线相连作均压环，建筑物采取总等电位连接措施和局部等电位连接措施。建筑物内设有第一级电涌保护器防雷电电磁脉冲及雷电波侵入。
2．高层建筑风险
《雷电防护第2部分:风险管理》规范中，建筑物风险评估主要的风险为人身伤亡损失风险R1，公众服务损失风险R2,文化遗产损失风险R3以及经济损失风险R4。各风险具有各自的风险分量，风险分量的计算公式为RX=NX×PX×LX。高层建筑的主要风险为人身伤亡损失风险R1以及公众服务损失风险R2。高层建筑多数属于现代建筑，大部分情况下文化遗产风险可不做考虑。而经济损失风险要确定是否需要防雷之后确定，在此之前也不需要考虑。按照《风险管理》所述，风险R1=RA+RB+RC+RM+RU+RV+RW+RZ，风险R2=RB+RC+RM+RV+RW+RZ。
3．高度影响风险值
在风险计算公式RX=NX×PX×LX中，建筑高度主要影响NX，即每年危险事件次数。NX的数值取决于建筑物各截收面积和雷击大地密度以及各种影响因素的乘积。建筑高度的变化影响到建筑物和建筑物附近的截收面积以及雷击服务设施及服务设施附近的截收面积的变化，从而影响到NX以及RX。以一长度为40米，宽度为20米的高层建筑为例，计算建筑高度不同时建筑物的风险值并画出图表。为了便于比较高度变化对风险值变化的影响，计算风险值时，将建筑分区视为单一的一个分区，影响NX数值的位置因子Cd按目前苏州地区建筑物暴露程度及周围物体的普遍情况设为0.5，建筑物的变压器因子Ct设为1，雷暴日引用建筑物防雷规范取28d/a。影响建筑物损害概率PX的各个因子，与建筑物是否设置防雷装置相关的按照建筑物设置基本的防雷装置保护的情况下确定，其他参数均采用均值或是通用值。建筑物各损失概率LX选取典型的平均值以及建筑物普遍采用的其他防护措施对应的取值确定。风险允许值取标准值0.00001。图表一为建筑高度20米起每增加10米时，风险R1、R2及R（R=R1+R2）的变化。从图表一中可以看出，在所选取的参数值情况下，随着高度的增加，建筑物的风险值增加不是线性的，而是以曲线方式增加。高度越高，风险值增加的越大，这个从截面积计算公式也能看出。放大图表一中的部分区域，画出图表二，可以看出风险R1在建筑高度50米时超过了风险允许值，风险R2在80米时超过风险允许值，二两者相加则在30米时高于风险允许值。可知对于高层建筑而言，当建筑物的高度大于一定的高度时，即使采取了基本的防雷措施，建筑物的风险值仍会大于风险允许值。这个高度会因为其他因素的变化而不同，安全风险值临界点高度会集中在一个高度区间，大于这个区间，风险值毋庸置疑都是大于风险容许值的。在高层建筑的风险中，R1、R2所占的比例也有所不同。图表三为建筑高度20米起每增加10米时，R1、R2占总风险的比例变化。从表中可以看出，随着建筑高度的增加，R2的比例逐渐减少，R1的比例逐渐增加，当建筑超过一定的高度时，R1、R2的占比趋于稳定。在高度为30米及以下时，R2/R大于R1/R，即公众服务损失风险占比大于人身伤亡的风险占比，在高度为40米及以上时，R1/R大于R2/R，即人身伤亡的风险占比大于公众服务损失风险占比。对于高层建筑而言，建筑高度较低时，公众服务损失风险较大，更应该着重于公众服务设施的防雷保护。在建筑高度较高时，则应加强预防人身伤亡的防雷保护措施。
4.减少风险值的方法
公式RX=NX×PX×LX中，建筑高度主要影响NX，在建筑高度固定的情况下，要减少NX，则要改变当地的雷暴日天数和建筑物所处位置的外在环境因素等，而改变这些是非常困难的。要减少建筑的风险，需要减少PX和LX。影响建筑物损失概率PX的因素主要为建筑物采取的各种防雷措施，有接触和跨步电压的措施，建筑物采取的防雷装置防雷等级，内部系统采用的SPD等级，建筑物的防电磁脉冲防护等级，内部布线等。减少PX的值，需要加强建筑物外部防雷装置和内部防雷装置措施。影响建筑物各损失概率LX的因素大多不能通过改变建筑防雷装置的设置而减少。但是可以通过改变几种缩减因子，如土壤类型，火宅危险程度及防火措施等来减少LX。其中最有效的是加强建筑物的防火措施，使建筑物火宅危险程度尽可能降至最低。仍以长度40米，宽度20米的高层建筑为例，影响NX的各个取值保持不变，调整PX及LX各影响因子，重新计算高度增加时建筑物的R1、R2以及R。影响建筑物损害概率PX的各个因子，与建筑物是否设置防雷装置相关的按照建筑物设置最高等级的防雷装置保护的情况下确定，其他参数均采用均值或是通用值。由此可知，风险值可以通过改变高层建筑的各个风险影响因子而减少。采取相应的措施有利于风险值的减少。但也可以看到，当建筑物超过一定的高度之后，改变风险因子也无法将风险值控制在允许值之内。所以对某些超高层建筑而言，即便是采取完备的防雷保护，部分建筑仍存在风险。这种情况下只能通过其他方式来减少人身伤亡损失风险和公众服务损失风险。强化防雷基础设施，增强人员安全意识，使高层建筑遭雷击后可能造成人员伤亡和财产损失减至最少。
5.结语
风险评估是一项复杂的工作。本文仅以高层建筑为例，简化评估方法，统一部分参数数据后，做简要分析。影响高层建筑评估风险值的变量还有所在地实际雷暴日天数，环境因子等很多变量。在具体的雷击风险评估工作中，还应该依据实际情况，具体分析。
作者：章锡萍 王晓丽 游亚卿 张娟 单位：苏州市防雷中心
