古建筑防雷保護(hù)工程實例分析
中國傳統(tǒng)古建筑多為全木結(jié)構(gòu)或磚木結(jié)構(gòu)。因被雷電擊中而造成直接破壞或引起火災(zāi)一直是傳統(tǒng)古建筑主要存在的安全隱患。本文以三峽工程湖北庫區(qū)最大的文物保護(hù)工程屈原祠仿古新建工程為實例，淺析古建筑防雷保護(hù)工程實施。
中國傳統(tǒng)古建筑多為全木結(jié)構(gòu)或磚木結(jié)構(gòu)。因被雷電擊中而造成直接破壞或引起火災(zāi)一直是傳統(tǒng)古建筑主要存在的安全隱患之一，歷史上因被雷電擊中而發(fā)生火災(zāi)至全部建筑被損毀殆盡的例子不在少數(shù)。為了盡量減少雷電對古建筑的破壞程度，現(xiàn)代古建筑保護(hù)工程均有防雷設(shè)計要求。一般的防雷處理方式是根據(jù)設(shè)計要求在建筑物屋面的翼角和屋頂正脊上安裝引導(dǎo)線，將雷電引至地面，從而達(dá)到保護(hù)建筑物本體的目的。其判斷依據(jù)是根據(jù)對建筑物周邊的接地電阻值進(jìn)行檢測，判斷是否達(dá)到國家及設(shè)計防雷要求。若測得接地值無法達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求，則要進(jìn)行升級處理方式，即防雷補充接地工程，直到接地電阻值達(dá)到設(shè)計規(guī)范要求。本文以三峽工程湖北庫區(qū)最大的文物保護(hù)工程屈原祠仿古新建工程為實例，介紹并分析古建筑防雷保護(hù)工程。
1 建筑工程概況
屈原祠始建于唐代，是為紀(jì)念我國偉大愛國主義詩人屈原而建的紀(jì)念性祠堂。因興建三峽水利樞紐工程，位于秭歸縣歸州鎮(zhèn)的老屈原祠將于水位上漲至175米后被淹沒，屈原祠將以仿古新建形式建于秭歸新縣城茅坪鳳凰山。新建的屈原祠占地面積12500余平方米，建筑面積5800平方米，由山門、前殿、正殿、南配房、北配房、南碑廊、北碑廊、南陳列室、北陳列室、南廂房、北廂房、享堂、屈原墓冢、消防監(jiān)控室、衛(wèi)生間15座建筑組成，分為屈原祠、屈原墓兩部分。屈原祠以山門、前殿、正殿為中軸線對稱布局，屈原墓建于屈原祠東面，由神道、享堂、屈原墓冢組成。正殿、前殿、南、北廂房、享堂為木結(jié)構(gòu)建筑，屈原墓冢為石結(jié)構(gòu)建筑，其余為鋼筋混凝土仿古建筑。屈原祠仿古新建工程由國務(wù)院三峽工程建設(shè)委員會批準(zhǔn)立項，湖北省文物局負(fù)責(zé)具體組織建設(shè)。其主體工程于2006年底開始建設(shè)，2009年初建設(shè)完成并通過驗收。同時，屈原祠所在秭歸縣鳳凰山古建筑群，被國家文物局批準(zhǔn)為第六批全國重點文物保護(hù)單位。因此，屈原祠仿古新建工程的建設(shè)意義十分重大，一直受到各級政府部門的高度重視和社會各界的廣泛關(guān)注。
在屈原祠主體工程竣工后，建設(shè)單位邀請秭歸縣防雷控制中心對該建筑群防雷控制數(shù)據(jù)進(jìn)行檢測，具體是對建筑物接地電阻值進(jìn)行測量。經(jīng)過檢測，屈原祠最主要的正殿接地電阻值為15.4Ω，前殿接地電阻值為16.0Ω，均未達(dá)到《建筑物防雷設(shè)計規(guī)范》GB50057-94（2000年版）的要求。因此，必須進(jìn)行防雷補充接地工程。而屈原祠主體工程施工單位不具備防雷補充工程施工資質(zhì)，建設(shè)單位另委托了宜昌市一家具有防雷工程專業(yè)資質(zhì)的單位承擔(dān)該工程的方案設(shè)計編制及施工。
2 環(huán)境及地質(zhì)勘察分析
防雷工程承擔(dān)單位首先對屈原祠建設(shè)環(huán)境及地質(zhì)情況進(jìn)行勘察分析。屈原祠建設(shè)新址鳳凰山面對三峽大壩。三峽大壩建成以后，鳳凰山成為長江中的半島，屈原祠正好處于向東開口的喇叭型地形的尖端，當(dāng)西南暖濕氣流輸送到此將形成上升氣流，加上充足的水汽條件，極易出現(xiàn)雷暴天氣。據(jù)當(dāng)?shù)貧庀筚Y料統(tǒng)計，秭歸縣年平均雷暴日數(shù)大約為54天，因而雷電活動較為頻繁。
由于茅坪鎮(zhèn)地區(qū)的地表為片麻巖角閃石風(fēng)化顆粒狀的沙石土層，其水分含量少，因此這種土壤的電阻率一般都很高。根據(jù)現(xiàn)場勘察，屈原祠所處的地質(zhì)條件北面多為花崗巖石層，其他為強風(fēng)化砂地質(zhì)。由于這兩種土壤電阻率都很高，導(dǎo)電性能差，雷電過程會產(chǎn)生強大的閃電電流，當(dāng)建筑物落雷時，通過接閃器、引下線，接地體將雷電流擴散于大地之中。土壤的電阻率越小，雷電流擴散越快，越安全；土壤電阻率越大，雷電流擴散越慢，越危險。如果沒有良好的接地，就會直接危及建筑物的安全。綜合屈原祠所處的地理環(huán)境和地質(zhì)條件，簡單的利用建筑物基礎(chǔ)接地是很難達(dá)到規(guī)范要求，必須增設(shè)補充接地設(shè)施才能達(dá)到防雷設(shè)計要求。
3 方案設(shè)計
針對屈原祠建設(shè)地址秭歸縣鳳凰山的地質(zhì)地貌情況，防雷工程承擔(dān)單位開始編制專項防雷工程設(shè)計方案。首先，屈原祠防雷施工方案主要設(shè)計技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及驗收依據(jù)是：
⑴《建筑物防雷設(shè)計規(guī)范》（GB50057-94）（2000版）
⑵《中華人民共和國文物保護(hù)法》
⑶《建筑物電子信息系統(tǒng)防雷技術(shù)規(guī)范》
（GB50343-2004）
綜合考慮到屈原祠內(nèi)各建筑等級、結(jié)構(gòu)形式及工程預(yù)算，對院落內(nèi)規(guī)模最大、等級最高、受雷電影響最大的前殿和正殿兩棟建筑進(jìn)行防雷補充接地工程。
接地是防雷的重要環(huán)節(jié)，雷電防護(hù)的根本原理即是通過不同的方式將雷電流泄放引入大地，從而保護(hù)建筑物、人員或設(shè)備的安全。為了將來電氣設(shè)備、電子設(shè)備的工作接地和保護(hù)接地容易實施和達(dá)到規(guī)范要求的接地電阻值，該接地系統(tǒng)采用基礎(chǔ)接地與人工接地做為聯(lián)合接地裝置。基于屈原祠所處的兩種地質(zhì)條件和各建筑物所處的位置，做防雷接地設(shè)計：
考慮到屈原祠內(nèi)各個建筑所處的位置及地質(zhì)條件，對屈原祠正殿、南北廂房、前殿設(shè)置一圈閉合環(huán)形接地網(wǎng)。
接地網(wǎng)具體做法是：距各建筑物基礎(chǔ)1-3米（因地質(zhì)條件限制可適當(dāng)放寬）處增加一圈水平接地體和垂直接地體，水平接地體采用40×4的熱鍍鋅扁鋼，垂直接地體視地質(zhì)條件而定，對土壤條件好的采用1.5米長，50×50的熱鍍鋅角鋼；對是花崗巖地質(zhì)，我們采用鉆深孔，在孔內(nèi)各放置一根6米長Φ65鍍鋅無縫鋼管做為垂直接地體，再灌注降阻劑填滿巖石與該鋼管接地體之間縫隙。水平接地體與垂直接地體焊接后，用高效無毒降阻劑和黃土回填來改變土壤結(jié)構(gòu)，使之接地電阻符合國家防雷規(guī)范要求R≤10Ω。
4 工程施工
方案確定后，防雷工程承擔(dān)單位立即組織人員開始施工。按照方案要求，施工人員在距離正殿建筑輪廓線4米，前殿建筑輪廓線3米外，按建筑物輪廓線開挖一閉合地槽。在開挖槽過程中，土壤多為三類黃土，未見花崗巖。將規(guī)格為40×4的熱鍍鋅扁鋼放置槽底，做為水平接地體。在建筑物防雷引導(dǎo)線接地點開挖一條地槽與外地槽相連，用同樣規(guī)格的熱鍍鋅扁鋼與水平接地體焊接成一體。根據(jù)地質(zhì)情況，選擇將1.5米長，50×50的熱鍍鋅角鋼做為垂直接地體，與水平接地體焊接成型。通過監(jiān)理檢查驗收后，灌注高效無毒降阻劑和回填黃土將槽填滿，以此來改變土壤結(jié)構(gòu)，分層夯實地面。以上防雷工程所用材料都有出廠證明和產(chǎn)品合格證，并嚴(yán)格通過監(jiān)理檢查驗收后才能使用。經(jīng)過1個月的緊張施工，承擔(dān)單位完成全部防雷補充接地工程任務(wù)。經(jīng)再次檢測，正殿接地電阻值為3.9Ω，前殿接地電阻值為4.5Ω，達(dá)到防雷設(shè)計規(guī)范要求，并通過防雷檢測中心驗收。
通過現(xiàn)代化防雷補充接地手段，在不影響古建筑外觀及建筑形式的前提下，較好的達(dá)到了建筑物防雷要求，降低了建筑物雷電安全隱患，值得在古建筑保護(hù)工程中推廣應(yīng)用。
