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鸟巢、长城、佛香阁……都是怎么避雷的?背后有玄机

北京日报客户端 | 记者 骆倩雯

北京目前还处在汛期中,不时会受到雷电“骚扰”。街边的高楼大厦、还有一些特殊建筑都是怎么防雷的?记者采访发现,一些楼顶建筑的设计其实不单为了好看,还真正起到了避雷针或避雷带的作用。

避雷针、避雷带等,都是最基础的避雷装置。自1752年美国科学家富兰克林发明现代避雷针以来,尽管随着时代的变迁,建筑物的外形和结构日新月异,但避雷针就像一个老“古董”,其核心本质和功能从未改变。

避雷针

针对不同风格的建筑物,或者建筑物场合的特殊需求,避雷装置可以说是各具特色。

“花式”避雷,机关原来在这儿

北京市气象灾害防御中心高级工程师李京校介绍,有一些钢结构的建筑物,是不需要再额外安装避雷装置的,因为建筑物本身已经自带避雷效果。

比如国家体育场“鸟巢”,整个建筑的钢结构就能起到避雷的功能,当雷电击到钢结构上,电流会被引入大地,不会对建筑物本身造成伤害,“但鸟巢中间是露天敞开的,这部分安装了架空金属导线,相当于一个避雷带,也能起到防雷的作用。”李京校说。

而在一些建筑物的顶部,建筑物本身的特色和避雷装置融为一体。比如军事博物馆楼顶上的红色五角星,由于它的位置本身在楼顶,处于建筑物的最高处,同时又是一个大尺寸的金属体,所以它本身就相当于一个避雷针,可以避免直接雷击带来的伤害。还有一些高大建筑物的顶部安装有奥运五环标识,其本身就是金属体,同时和防雷引下线良好连接,所以也可以起到避雷针的作用。

最高处的五环也是一种避雷针

雄伟的万里长城又是如何避雷的呢?除了一些城楼安装了避雷针,还有一些是在其旁边安装了避雷“仿真树”。这些避雷仿真树从外观上看,跟普通的树木没有多少区别,但它的内在是金属体,用于接闪和泄放雷电流,同时不会对长城本体产生影响或破坏,外行人基本是看不出来的。“一般安装多少棵避雷树,间隔多少距离,高度多少合适,这都是经过严格测算的,树的高度会比长城要高,但不会太密。”李京校说。

避雷仿生树

还有一些文物建筑场所,因为要最大限度地保护文物古建,所以避雷装置采用了升降式避雷针的设计。“预警到雷电来临的时候升上来,没有的时候就降下去,最后收到一口井里。”李京校说,这样的避雷针是可以收缩的,建在文物建筑的外部,减少防雷装置对文物建筑本体以及外观的影响。

李京校说,有的古建,本身也自带有避雷装置。比如颐和园佛香阁,佛香阁的屋顶有一个铜制的椭圆形的球状体,现在已经被改造成避雷装置在使用。“当然古人建这个球体的时候并不是作避雷用,但它正好符合避雷装置的要求,当做了防雷接闪器来用。”不过,球体的厚度也是有要求的,不能太薄。

太和殿 避雷针(白丽娟提供)

百望山的古建筑

另外,室外空旷的广场和地下交通设施同样需要注意避雷。李京校说,在一些空旷的广场,类似金属旗杆、灯杆等装置,都可以起到避雷针的作用,但前提必须是有接地线和大地良好连接,以此泄放雷电流。地铁站一方面安装了浪涌保护器,另一方面本身建设时地下的钢筋结构就可以泄放电流。

浪涌保护器(俗称避雷器)

屋顶草坪、玻璃房避雷有点儿难

虽说如今避雷设施构造与时俱进,但时至今日,避雷也碰到了一些新难点。

李京校说,现在城市里有很多屋顶草坪的设计,能吸收二氧化碳是件好事,但防雷方面却带来了难度,“楼顶的花草太多,就不方便敷设避雷带,不太容易实现避雷网格”。据了解,在正常情况下,比如二类建筑物的屋顶,避雷网的面积要求在8×12平方米或者10×10平方米,可一旦有了花草树木,避雷网格就难以敷设。

还有如今常见的玻璃房,安装避雷装置也存在一定难度。针对这种情况,虽然安放玻璃所用的金属骨架,一定程度起到接闪雷电的作用,但这种办法效果还是有限,“万一雷电没有打在金属骨架上,而是直接打在玻璃上,就会有一定的危险性。”李京校说,这时虽有防雷设施,但效果会大打折扣。

今年7月,李京校曾在石景山一处建筑物的屋顶看到设置的玻璃围栏,该围栏的玻璃部分是建筑物的最高点,雷电通常都会打在最高点的位置,万一击中玻璃,玻璃碎了直接坠落,就会有很大的危险,“这样的设计其实存在安全隐患,如何更好地防雷,有待进一步探索和研究。”

小知识:避雷针如何“避雷”?

避雷装置最常见的,就是避雷针了,除此之外还有避雷带,一般铺设在楼顶上,如果是多条避雷带组合就构成一个避雷网。避雷针的高度不尽相同,要根据被保护对象的实际情况来测算。

避雷带

古建筑避雷带

避雷针可以防止直接雷击对建筑物造成伤害,但并不是说有了避雷针,建筑物就不会被雷击了。避雷针的原理,是在被保护物的顶端或附近安装一根接闪器,然后用符合规格的导线与埋在地下的泄流地网连接起来。当然,避雷针的规格必须符合国家标准,避雷针的高度需要根据被保护对象高度、二者之间的距离等数据进行计算确定。

现在避雷针有了个新名字——接闪杆。之所以有这个名字,是因为避雷针刚刚出现在中国时,人们以为它可以避免房屋遭受雷击,所以称其为避雷针。但事实上,避雷针保护建筑物的方式并不是避免房屋遭受雷击,而是引雷上身,然后通过其引下线和接地装置,将雷电流引入地下,从而起到保护建筑物的作用。相应的,避雷带也改成了接闪带,避雷网也叫接闪网,避雷线改为了接闪线,这些统称为接闪器。

避雷塔

记者了解到,尽管时代在变迁,避雷针的功能却还是最原始的,所以并不存在更新换代一说。它只会根据建筑物的不同,调整外观或构造。而避雷针(带)也不需要经常更换,除非是避雷针(带)的横截面积锈蚀超过了三分之一,否则不会影响其功能。屋顶如果新安装了设备,如太阳能热水器、光伏发电装置等,防雷装置则需要改进,必须确保新安装的设备也能在防雷保护范围内。

补白:北京每年平均被“雷击”两万次

不要以为北京发生雷电几率不大,实际上从统计数据来看,北京这些年雷电多的时候,一年达到3万多次(针对地闪而言),少的年份也有一两万次,平均来说,一年平均雷电次数在两万次左右。

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