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(一)總體設計
結合工業建筑的周邊環境,將景觀與建筑整體進行改造設計。從景觀設計方面,增加林蔭步道與草坪,給師生提供休憩的場所和必要的隔離,教學區的外部文化氣氛主要由景觀來襯托。方案主體建筑在原有工業廠房的基礎上重新設計,保留周邊的交通狀況,主體建筑包圍在景觀設計之中,符合學校安靜的環境要求。從建筑設計方面,建筑尺度整體規劃設計需滿足教學要求,建筑外觀從色彩、形式往更具活力的形象轉變并附帶一定的項目特色,并融合四周交通環境,使建筑在其中達到最適宜狀態。從精神營造方面,學校建筑是一個承載文化行為的場所,與工業建筑具有較大的差別,在學校這樣一個特殊的建筑類別中,具有一些有標志性的元素,以實現文教類建筑的文化性。
(二)部分保留
建筑的更新設計,并不意味著對舊建筑進行大拆大建,這樣不僅破壞了一直以來延續著的城市文脈和城市印象,也是一種資源浪費。舊工業建筑中反映建筑與環境的關系的路網規劃和用地面積規劃可以實時保留,避免設計過程中的資源浪費;學校建筑不能一味的完全覆蓋原有的,其定意義的場所也是值得被保留的,在文教類建筑的更新設計中,融入文化血脈的精神堡壘也將會成為學校的標志。
二、基于人性化的建筑內部空間轉化設計
(一)改造原則
文教建筑的內部空間根據功能可以分為教學空間、廳堂空間和輔助空間,基于文教空間的特殊性,不同建筑內部空間的轉化設計必須遵循一定的原則進行改造設計。
1.消極空間向積極空間的轉化
工業建筑的內部空間是為機器生產提供便利的,其中還包括密閉無自然光的空間以適應工廠生產的需求,建筑內部功能并不是為提供人群的使用,甚至出現廁所在不同廠房區需要繞道過去的“舍近求遠”現象,這些相對與文教類建筑是不適用的。這在建筑改造中應將此類消極元素通過設計的手段往積極的方面轉變。
2.商業空間向教育空間的轉化
工業建筑內部空間層高高,建筑框架簡潔且清晰可見,各功能區開放性突出,這是商業生產的特點和要求,為保證廠房內通風和消防疏散,并能最大量的容納生產機器且不使員工感到壓抑。換之教育空間則恰恰相反,為了提供良好的教學環境,教室之間必須明確分隔,保證各教室的獨立和一定的封閉性,并在建筑內的體現校園的年輕活力使得學生學習更有動力。
3.盈利空間向基礎設施空間的轉化
學校建筑與工廠建筑最大的區別在于其服務對象,一個是國家的基礎教育設施,不論公立學校和民營學校,都在教學環境上要求越來越嚴格,而工廠的建設有其特定的行業規則,簡單直觀、寬敞適用、高效節能是最佳的原則。兩個建筑類別之間差別巨大,這種轉化是必須通過空間的設計來實現的。
(二)改造手段
1.面向使用感受的建筑空間尺度
舊工業建筑從建成就不是為了人群的使用,空間尺度就遠遠大于了人的使用要求,這種空間尺度需要進行改造和處理。適合的空間尺度直接影響到了空間的分布和人員流動情況以及使用者的心理感受。橫豎方向上過大的尺度,空間十分的空曠反而給在空間內的人更大的壓迫感,獨立空間不進行圍合導致過度的開放,則會引起空間內的容人被打擾的煩躁感。面向文教的舊工業建筑改造的空間尺度,與面向其他類的舊工業建筑改造中有很大的不同,其中商業性和開放性都減少,空間使用感受直接、高效、便捷,并根據大、中、小的空間尺度,分配不同的功能需求。教室與食堂及其他教育所需空間尺度各有規則,各個功能空間獨立分開,且保證干凈明亮,在教學樓每層設計公共開放空間供學生、教師的課外交流,根據每層學生的數量設計開放程度與尺度。
2.面向指定功能的建筑空間分布
對于文教空間,人的活動會有明確的目標——教學或管理,立足于舊工業建筑的人群動態研究,結合文教空間的設計思維,文教建筑空間分布的功能指向性極為重要,教學空間和配套的輔助空間必不可少并越來越趨向豐富和全面,其別注重交流活動。建筑內部空間的分布是豐富的線形,在流線中節點的塑造變得十分重要,這些節點成為“故事”的發生地,同事也是“教”與“學”的發生地。在文教類空間中,“交流”與“積累”占據學習生活的大部分,在對義烏商城學校內部空間的設計中,將公共交流區域與學習積累區域做得開放通透,以流線節點的形式分布在整個教學大空間中,成為學校內部空間的亮點。
2從觀察—體驗—構建出發的圖學類學習的方法
《圖學思維的研究與訓練》指出“思維過程由感知、存儲、輸入、加工、輸出5個環節組成。在感知部分,主體(人)依靠視覺、聽覺、觸覺等感官感知客觀世界中的事物,經過表象化和概念化處理,即采用分析、歸納、抽象等方法,變成具有共性的概念或表象,通過記憶存儲在人腦中。”根據其中提出的圖學思維的訓練方法,首先是“觀察促記憶”,要求有明確的觀察目的,把握觀察時機,學會觀察與分析相結合的方法。“默畫促記憶”要求通過默畫記住一些圖形等方法促進豐富的表象儲備。然后,通過“表象的聯想方法”拓展到不同形體的想象,再通過“表象的分析與綜合方法”是指要掌握分析法等,再通過“表象的比較方法”是指比較表象的不同點和相同點。最后達到“加強創造性表象能力的訓練”,超越過去的“再造想象”,可以進行創造性想象和設計。建筑制圖與陰影透視這門圖學課程內容中同時涵蓋了圖學教育和圖學藝術教育的內容。“圖學是工科學生的技術基礎課,培養的是畫圖和看圖能力;而圖學藝術教育是藝術熏陶課,培養的是審美與鑒賞能力,學會發現圖學中的潛藏之美,學會創造工程之美。”教學的最終目的是通過知識的學習達到創新思維及設計能力的培養。但長期以來此類教學的重點主要放在制圖技能和表達方法等知識的傳授上,從而忽視了對學生綜合素質及創新設計能力的培養。由于目前學生的普遍情況是三維空間想象能力欠缺,建立二維三維空間想象及轉換能力比較差。在課程的整體安排上,首先是建筑制圖知識的傳授,主要是制圖標準的學習和繪制。在此過程中,通過手工制作模型的過程,使同學們在識圖繪圖以及二維和三維建立空間對應關系。此類專業的根本在于專業設計能力的培養,目的是在建立對于各種形體關系,陰影、層次、效果具備豐富的知識儲備,并能夠靈活地運用在自己的設計當中。所以在課程的過程中加入了觀察的環節,可以在之后陰影透視部分的學習中,對建筑形體以及細部進行觀察,可以提高學生操作能力,由模型觀察入手,增加其感性認識與體驗,促進豐富的表象儲備,并且通過對模型的觀察,體驗二維圖紙和三維空間的對應關系,并通過同學間的交流,進行觀察層面知識的拓展;在觀察中,加強學生的體驗環節,直接體驗感受與設計相關的空間尺度感,建立大數據庫,拓展思維過程中知識的表象儲備;在通過對于陰影透視的觀察和繪制,觀察體驗光影關系、透視角度以及效果。在透視部分中,也增加了對于模型的觀察和體驗環節。課程最后安排了模型制作的實踐環節,通過對模型的構建制作,拓展學生的發散思維,同時也重新思考鞏固了其相關知識,利用已掌握的知識進行創造力的發揮。通過體驗促進豐富的表象儲備,最后通過構建達到創造性的想象和設計,實現與設計核心課程銜接的目的。當然,隨著信息技術的不斷進步,如BIM等軟件不斷涌現,模擬現實技術也將不斷進步,對于專業知識課程的學習,仍需不斷地了解和采用新技術新軟件充實。但課程的核心都應是學生創新思維能力的培養。
二、閑置產業類建筑再利用設計的成功模式
其一,北京798藝術區。798藝術區位于北京朝陽區大山子地區,是原國營798廠的廠區,是20世紀50年代蘇聯援建、東德設計建造的重點工業項目。部分建筑采用現澆混凝土拱形結構,有典型的包豪斯風格。2002年以來,一些藝術家和文化機構成規模地租用閑置廠房,并進行設計改造,內部設有藝術中心、畫廊、酒吧、藝術家工作室和廣告設計公司,經常開展繪畫展、攝影展,舉辦戲劇節、音樂會和時裝會,逐漸形成一個藝術社區,成為中國當代藝術的集中地,也成為世界了解中國當代文化的窗口。其二,上海新天地。新天地原來是一片石庫門里弄建筑,經過設計,原有的居住功能得到改造,獲得了餐飲、購物、演藝等商業經營功能,成為具有國際水平的休閑文化娛樂中心。改造后的新天地建筑外表保留當年的磚墻、屋瓦,內部按照現代都市人的生活方式、生活節奏和情感世界量身定做,盡顯現代休閑生活氣氛。人們漫步新天地,感覺仿佛時光倒流,但走進建筑內部,現代時尚氣息撲面而來,又感覺進入另一個世界。其三,蘇州河兩岸。登琨艷是上海舊工業建筑改造的第一人,1998年,他選定南蘇州路一處2000平方米的舊倉庫,把它設計改造成為自己的工作室。在設計裝修中,登琨艷盡可能保留倉庫原貌,主要是把小百葉窗更換成透亮的落地玻璃窗,地板和立柱的木紋依舊,墻體磚縫依稀可見。改造后的工作室顯得既古樸又前衛。登琨艷入駐后,一大批藝術家紛紛來租倉庫,成立工作室。據統計,蘇州河兩岸有藝術家工作室100多個,聚集了1000多位藝術工作者,成了一個活力四射的文化傳播中心。為改善城市生存環境,應對閑置產業類建筑進行科學合理的改造設計,重新塑造建筑外形,科學置換建筑功能,優化建筑內外環境,發揮閑置產業類建筑的文化價值、經濟價值和生態價值,提升城市品位和現代化形象,使閑置產業類建筑再度煥發活力。
三、重慶閑置產業類建筑再利用的設計策略
其一,創意產業園。重慶閑置產業類建筑背后積淀了深厚的工業文明和情感記憶,能夠激發藝術家的創作靈感。同時廠房內部空間寬敞,形態開闊,可以隨意分隔組合和靈活布局,也可以開展大型展覽宣傳,因而受到眾多藝術家的青睞。其二,居住空間。重慶閑置產業類建筑結構獨特、空間開闊、分割便利,可以改造成復式單身公寓,供經濟租賃,也可以建成城市廉租房。其三,開放型廣場(公園)。重慶閑置產業類建筑結構組成和空間形式能夠為場地設計節省大量開支,體現可持續發展的生態主題,在今天的城市生態建設中具有獨特優勢。改造重慶閑置產業類建筑廠區,開放城市空間,加強生態城市建設,具有重要的社會意義和現實意義。其四,大型商場和展覽中心。把重慶閑置產業類建筑廠區設計改造成大型商場和展覽中心,可以產生巨大的經濟價值,可以嘗試探索。其五,旅游度假區模式。把重慶閑置產業類建筑廠區設計改造成旅游度假區,是一個研究方向,尚未形成規模,實施方法和操作經驗尚未成熟,需要不斷摸索和實踐。
2、調查對象。課題組采取問卷的方式,分別從本校建筑工程管理和工程造價專業應屆畢業生各班選取了10人共30人進行調查,參加人員均為已經參加了2個月以上頂崗實習的學生,崗位情況為:專業對口19人,相關崗位為5人,非相關崗位為6人,并對此進行統計分析。
3、調查方法。調查主要為問卷調查,輔之以談話的交流的方式進行。
4、調查方案設計。調查主要分以下方面:學生頂崗實習情況、崗位能力與學校學習差距情況、企業培訓與學生適應情況
二、調查過程
1、學生頂崗實習情況。這部分調查主要調查學生在企業的頂崗實習情況,主要包括性別、實習完成情況、學生實習期望與實際工作的差距、學生對本專業崗位能力的掌握情況、實習后對崗位工作的預期、學校開設實踐課程對實習的幫助、學校學習與崗位能力的一致性、崗位實習時間安排問題等。通過調研,完成的實習崗位中,學生更偏重對口崗位實習,占到80%,性別偏向男性,學生中只有30%基本能完成實習:主要原因是學校的學習時間與頂崗實習時間沖突;大多數學生認為學生實習預期與實際達到效果相距較大,主要是企業對人員的培養主要從基礎工作開始培養,學生的個人綜合能力及對待工作的態度很大程度上決定了企業對學生的培養態度;30人中,有8人因為專業技能不到位,表現出對對口工作的擔心,4人對本專業工作無興趣,其余均表明對工程造價崗位工作的信心和個人能力的肯定。在課程方面,30個學生均表現出對目前專業課程的肯定,認為在加強實訓的同時也不能丟掉基礎理論學習;學生基本認為本次頂崗實習對個人學習有很強的促進作用,其中6名其他崗位實習學生的認為雖然為非專業崗位工作,但是在其適應能力對今后的工作具有很大的促進作用。
2、企業崗位需求及安排情況在被調研學生中,27人回答可以自己選擇實習崗位,否則表示不愿意繼續實習;3人表示不可以選擇,安排的崗位為出差、助理、文員;在安排的崗位中,普遍為工程造價控制崗位,包括:施工員、預算員、招投標崗位。可見學生在頂崗實習過程中更多的是關注本人的職業生涯,對頂崗實習的認同感非常強烈;同時,認為頂崗實習對于今后的職業能力具有很大的鍛煉作用。
3、崗位適應能力情況調研。在被調查學生中,大多數學生普遍認為頂崗實習過程中:
(1)崗位能力方面:可以很快的了解分配給自己工作內容,基本勝任可以勝任實習的工作,并且適應崗位工作;但企業管理層和項目人員對頂崗實習的學生態度還是一般。
(2)在溝通和適應能力方面絕對多數學生可以很順暢地和其他同事進行溝通;在工作中,發現了以前未曾碰過的新問題或新情況,基本選擇主動向老員工請教,但也有少數學生選擇向其他實習的同學請教。
(3)通過頂崗實習找到能力欠缺部分后,基本希望能夠回到學校由學校進行培養。
4、實習工作崗位滿意度調研。我們可以基本得出結論:當學生獲得本人滿意的工作崗位以后,可以很快適應工作崗位,從而對崗位工作持以肯定態度,對工作環境基本認同,與工作環境相關聯的生活條件、人際關系和管理機制等則表現出不同的態度,因人而異。
5、崗位指導教師調研。通過調研,可以看出頂崗實習企業對員工的成長比較重視,均配備導師;但企業指定導師對指導學生的態度則是一般,普遍反映這就要求學生有很強的溝通能力;因此,導師對學生的作用則會因人而異,完全取決于導師對學生的認可程度和學生的溝通能力;對導師指導的內容上也以專業技術和工作方式的指導為主;調查顯示,實習學生有問題大多會咨詢指定導師。
6、企業再培訓情況。企業非常重視員工繼續教育,培訓和學習頻率較高。但對于參加頂崗實習的學生,所給的機會較少。被調研的學生普遍希望能夠獲得企業的培訓并獲得較好的工作經驗。
7、崗位實習中的問題調研。在調研過程中,反映普遍較多的是:實習時無法接觸到要學習的技術技能;實習單位只給簡單的雜事學生干,沒有達到實習目的;在校期間所學內容不能滿足實習要求。
三、高職建筑類專業校企合作的人才培養機制構建
1.形成校企合作調研機制明確工程造價專業人才培養目標。通過校企合作,健全完善專業建設風險預警機制,及時組織專業建設、改革發展的戰略研究,根據市場變化,包括經濟環境變化、生源變化等提出專業設置調整、人才培養目標、人才培養模式等的建議、意見和發展規劃,及時制訂和修改專業教學計劃,編制專業主干課程教學大綱和實踐課教學大綱,調整課程結構提供指導性意見和建議。
2.以建筑行業企業崗位素養為標準形成職業素養培養體系。校企聯合進行建筑文化教育,使學生對所學專業有更深入了解;另一方面,通過課程教學和實地參觀,讓學生了解建筑行業和崗位;實訓設施建設中,參照真實的崗位環境進行仿真建設,;購買的預算軟件、制圖軟件、施工設備、測量設備等實訓設備均為企業用工具軟件和設備,學生在校實訓與企業人員實際工作高度一致;改革考核方式,開展技能型考核操作,如利用測量儀器進行現場操作,實地測量,完成測量任務,并將職業素養教育列入日常教學考核中,主要評價學生通過學習后的職業素養能力的提高程度。
雷擊風險評估是指根據建筑物所在地雷電活動規律,結合當地實際情況對本區域內發生的雷電可能導致的人員傷亡、財產損失程度等方面的進行綜合風險預測,從而為建筑項目的規劃、建設項目選址、整體布局及制訂防雷具體措施、雷擊事故應急處理方案等方面綜合分析,科學論證,在此基礎上對整個建筑項目提出指導性意見的一種科學評價方式。通過雷擊風險評估可以為建筑項目提供專業雷電防護整體分析,保證項目建筑中防雷工程的安全性、科學性、高效經濟性等。雷擊風險評估是開展綜合防雷、防御自然災害的一種的必經程序,它較好地體現了以防為主,防治結合的科學設計理念,對整個建筑項目的順利進行起到非常好的保障作用。它不同于防雷設計,防雷設計只是按照國家相關的管理規范來操作執行,對雷電防控方面缺乏系統性和針對性,只是從整體上進行安排,不具體,也不全面,在設計上存有許多的不足,防雷安全系數達不到預期目的,缺乏一定的風險管理和應急管理等。
1.2雷擊風險評估在建筑物控制火災方面的作用
科學合理地雷擊風險評估對項目建筑有較好的促進作用。
1.2.1高度的科學性
雷擊風險評估運用國家規定的、專業性非常強的知識對建設項目相關區域進行以下方面綜合性分析:大氣雷電區域環境檢測分析評估、當地雷擊發生率統計分析評估、當地雷電損害程度風險評估、雷電危害區域損失程度分析評估、對周邊環境的危害影響分析評價、風險管理及預防分析等方面進行全面科學分析,對建設基地的建筑物、供電系統、規劃布局、信息通訊系統、相關人員安全等方面提出具體的雷電防護建議及措施,盡最大限度為建筑項目提供更為科學的防雷設計方案,降低雷擊可能對整個建筑項目造成的傷害風險,確保工程的順利、經濟、高效運行。
1.2.2降低風險
雷電屬于自然現象,產生的原因受許多的自然因素影響,它不是以人的意志為轉移的,具有難以把握性,只是通過現有的科學知識進行分析,將雷擊的概率性降到最低化,任何人不可能將方案設計到百分之百的防護效果。通過開展雷擊風險評估,在一定程度上可以將雷擊對建筑造成的損失降低到現階段技術水平所能控制的范圍之內,從而有效降低了成本,提高投資效益。
1.2.3提供保障
科學合理的雷擊風險評估對以后的雷電突出事件提供一定的保障,當雷擊發生時,可以及時根據雷擊科學的風險評估中所制訂的應急預防及具體措施,對事故進行有效的應急救援,更好地將雷擊造成的損失降到最低。
1.3雷擊風險評估的內容及方法建筑雷擊風險評估論文
雷擊風險評估主要是對項目的綜合要素與當地雷電因素進行結合分析,如項目整體規劃、建筑物選址、布局、輔助設備配置等方面雷電風險評估等,方法主要有以下幾個類型:
1.3.1建筑項目的預期評估
它是指工程建設項目中建筑物選址、布局、分布等與當地的雷電資料進行縱向、橫向比較,對建筑物本身、重要的設備、通信方式等進行分析、論證,并提出科學合理的措施,為工程建設提供防雷科學依據。
1.3.2項目的方案評估
它是指項目設計方案中各個具體項目的雷電防護措施進行分析,結合當地實際,科學論證,計算分析并設計出相關項目的雷電防護方案,為工程的順利實施提供保障。
1.3.3項目現狀評估
它是指對工程項目中已有的相關的雷電防護措施是否符合雷電災害風險科學的標準,參數是否與相關的標準相符,對存有的問題進行指導并提出合理化的建議,努力將雷擊事故降低。
2建筑物火災危險因子在雷擊風險評估中的重要性
建筑物火災危險因子很多,在雷擊風險評估中的作用也不盡相同,其中的主要因素主要有以下幾個方面:
2.1建筑物的面積因素
研究表明,建筑物的面積不同雷擊風險也不相同,它具體又分為以下幾種情況:孤立的建筑物,它的雷電截收面積不是它本身的積極,而是用建筑物上沿接觸的斜率為1/3的直線,用建筑物在地面上旋轉1周后所描的區域面積,要大于孤立建筑物自身的面積。不是孤立建筑物時,它的雷電風險評估面積的接收面積要考慮到相關的附近建筑物的影響,用兩建筑物之間的距離的3倍于兩建筑物高度和的3倍進行比較,當3倍的距離大于3的高度時,也就是說這兩建筑物的面積沒有出現重疊部分,可以講這兩個建筑物是相互獨立的,按獨立建筑物評估,而當兩建筑物的3倍的距離小于3的高度時,實際的接收面積要將重合的部分面積進行除去進行計算,根據計算后的面積進行雷電風險分析評估。
2.2建筑物的類型因素
不同的建筑類型在雷電風險評估中的作用是不同的,即使是同一類型的建筑類型不同風險評估中的參數的運用也是不一樣的。如生活中常見的建筑物中,與人們的人身傷害有關的風險評估中,參數取值也不盡相同,取值高的建筑物有醫院、學校、商場、賓館、公共娛樂場所等,而在財產損失方面的風險評估時,取值較高的有商業建筑、辦公場所、醫院、工業建筑、醫院、學校等。
2.3位置因素
建筑物在地面的不同位置,對雷電風險評估有一定的影響,建筑物比周邊其他物體要高,暴露程度大些的建筑物的雷電風險評估系數要大些。如城市的高層建筑一般要高于農村建筑,風險取值也不同。
2.4建筑物內財物設施因素
建筑物內部的設施不同,發生火災時造成的程度有很大差別,一些易燃的物品,設備的復雜電路等在發生火災時,很難在短時間內處理好,極易造成嚴重的損失。如在一些卡啦OK等娛樂場所、賓館等,裝飾時用到大量易燃物品,在雷電風險評估中與一般的普通建筑有很大程度上的差別。
2.5建筑物內人員因素
不同素質的人在防火方面也有著不同性,對于防火專業知識不同的人員,在遇到特殊危險時,人員的緊急驅散程度方面有著很大的區別。由此造成的人身傷害程度也不一樣,在雷電風險評估時結果也不會完全相同的。
2構建用電安全防范系統
高層建筑應當設置用電安全防范系統,對建筑本體的用電安全進行監控,并防范安全事故的發生和擴大。目前通常采用構建電氣火災監控系統的方法,對配電線路剩余電流和電纜溫升進行監控,從而迅速判斷供配電系統是存在用電安全問題,是高層建筑防范用電安全事故的有效措施。監控系統的導線選擇、線纜敷設、電源及接地等,都應與消防系統的配置要求相同。同時,還需要根據功能分區、風險系數來合理設置系統的監測點,并與火災自動報警系統相協調,對建筑用電安全進行實時監控和防范。
3高層建筑防雷措施
3.1高層建筑的防雷接地策略
高層建筑的防雷系統包括內部防雷接地與外部防雷接地,外部防雷接地有接閃器、引下線、均壓環、避雷帶、接地網等,內部防雷接地有籠式避雷網、專用接地裝置等。高層建筑的防雷接地網,是水平方向由鋼筋綁扎或焊接形成的網格,如同一塊獨立的平板,在該平板上附加一定長度的豎向鋼筋接地體用以改變接地網電容。接地網的埋設并不是越深越好,應當根據地質情況設計埋深。引下線起到將避雷帶與自然接地體連接起來構成雷電流通路的作用,在高層建筑中通常利用柱或剪力強的主筋做為引下線,逐層串聯至屋頂避雷線。避雷帶由避雷線和支持卡子組成,設置于建筑物易受雷擊的女兒墻等部位,起到引雷效應,通過引下線將雷電流引向接地網最終傳輸至大地,防止建筑體遭受雷擊。除了外部防雷措施外,還需要構建內部防雷措施。
3.2側擊雷的防范措施和等電位聯結
側擊雷危害主要來自于窗框架、欄桿、建筑表面裝飾物等部位,側擊雷一般不需要專門設置接閃器來防范,可以將窗框架、欄桿、表面裝飾物接到建筑鋼構架或鋼筋主體上接地,或利用均壓環就近與防雷裝置接地。由于高層建筑的施工往往電氣預埋、門窗、幕墻等并非同一隊伍施工,在交接和施工配合上需要注意,以免留下盲點,通常情況下是從圈梁主筋引出圓鋼或扁鋼,與接地端子搭焊連接。等電位連接,就是用連接導線或過電壓保護器,將一定空間內的防雷裝置、金屬裝置、導體物、電氣電訊裝置等連接起來,以使建筑物地面、墻板、金屬管、線路等處于同一電位,避免在建筑物內部產生雷電反擊及危險的接觸電壓。
在雨季到來之前一段時間,施工人員就應該為建筑工程做好準備工作。包括施工計劃、安排以及對近期天氣狀況的關注等等。如果降水量較大,還應該準備進行防汛,置辦好防汛工具。具體來說主要的方面如下所示:
第一,施工項目的進度安排。在對施工進度進行計劃的過程中,管理人員需要對工程所需要的土方量以及相應的預制工作進行明確。包括內外墻所用的粉刷材料,砌體工程以及防水設施等等。通常情況下,防水工程都應該在晴天進行,否則會影響到工程的質量。可見,為了應對雨季的施工,施工人員需要具有全局觀念,合理地安排工作內容,盡量做到不影響施工。
第二,給排水的防凍防雨準備。對于住宅類建筑所涉及到的管線來說,如果需要埋設在地下,應該注意到防凍線。如果有一些外漏的管道,也應該利用草墊或者是其他的保溫材料來對其進行覆蓋,避免出現凍壞的問題。為了保證排水的便利性,施工人員需要在雨季到來之前開挖溝渠,保證流水的暢通無阻。
第三,施工道路的修整合加固。如果施工道路表面已經出現的凹凸不平或者是土質不實的問題,在進入雨季汛期之前就應該對道路進行修整。施工人員首先需要做好檢查工作,準備相應數量的碎石和爐渣材料。在對路面進行清理和修復的過程中,應該保證路面具有一定的坡度,這樣可以直接將路面的積水排到水溝當中,保證路面的暢通,提升建筑工程的便利性。
第四,防雨保溫材料的準備工作。在對住宅類建筑進行防水和保溫時,可以采用防雨的油布以及稻草等材料,同時準備一定數量的防寒用品,因為雨季的氣溫要明顯偏低,如果對建筑的保溫工作沒有到位,必然會直接影響到建筑物的整體質量。
2 雨季施工各工程部分的具體預防措施
第一,土方和基礎工程部分。對于工程的土方部分和基礎工程來說,由于其很容易受到雨水的影響,因此,在具體的防護過程中應該做到以下幾個方面:在雨季進行挖槽時,需要將邊坡的穩定性考慮到其中。這樣才能防止邊坡被雨水沖擊出現塌陷的問題。適當的時候,可以在邊坡上假設一定的鋼鐵網片結構,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蓋邊坡結構。工作面不應該設置過大,最好在規定的時間內就可以完成,否則就會直接影響施工的工期。在基礎部位達到標準高度的時候,施工人員需要及時地對其進行驗收,并且加設一定厚度的墊層結構。如果雨水過大,達到了建筑的基礎部位,就應該充分利用排水溝的優勢作用,集中所有的力量進行排水。對于雨季之前回填的土方結構來說,應該及時地對其進行壓實,在其表面產生一定的坡度。這樣雨水就可以自行排出。如果降水量相對較大,大面積的施工是不可取的,應該做好防水工作,保證土方不被淋濕。如果基礎部分施工完畢,正趕雨季,應該及時地做好回填工作。工作人員還應該對地下室結構的浮力因素進行考慮,并且采用相應的措施提升地下室結構的抗浮能力。一般情況下,如果降水量較大,水泵已經起不到基本的作用,工作人員就應該充分利用箱型基礎,在第一時間內將積水灌倒其中,待雨水量減少時再進行具體的排水工程。對于建筑的土方結構和基礎工程來說,在雨季之前施工人員需要做好這些準備工作,進而保證房屋建筑免受雨水的侵蝕。
第二,砌體工程和砼工程部分。此部分應掌握以下要點:磚在雨期必須集中堆放,不宜澆水。砌墻時要求干濕磚塊合理搭配。磚濕度較大時不可上墻。砌筑高度不可超過1米。雨期遇大雨必須停工。砌磚收工時應在磚墻頂蓋一層干磚,避免大雨沖刷灰漿。大雨過后受雨水沖刷過的新砌墻體應翻砌最上面兩層磚:穩定性較差的窗間墻、獨立磚柱,應架設臨時支撐或及時澆筑圈梁;砌體施工時,內外墻要盡量同時砌筑。遇臺風時,應在風向相反的方向加臨時支撐;以滿足砌筑需要為宜。拌好的砂漿要注意防止雨水的沖刷;雨后繼續施工,須復核已完工砌體垂直度和標高,并檢查砌體灰縫,受雨水沖刷嚴重之處須采取必要的補救措施。遇到大雨應停止澆筑砼,已澆部位應加以覆蓋。砼澆筑現場要預備大量防雨材料,以便澆筑時突然遇雨進行覆蓋;模板支撐下回填要夯實,并加好墊板,雨后及時檢查有無下沉。
3 雨季施工的安全措施和技術要求
嚴控各種規程制度,凡參與人員-律禁穿拖鞋、硬質等易滑鞋。所有機械操作棚要搭設牢固,防止倒塌漏雨。機電設備應采取防雨、防淹措施,安裝接地安全裝置、機動電閘箱的漏電保護裝置要可靠:施工機械的排氣孔要用塑料布或其他防雨材封堵:坑、溝內的機械最好移至地面、以防雨耐寒;現場施工電纜要集中擺設,防止雜亂無章、及時更換絕緣外套老化或破損的電纜線;不必要的電纜線要及時收回。經常檢查,發現問題要及時處理。
引言
在科學技術日新月異的新時代,隨著社會經濟的發展,現代人們的生活物質水平也得到了大幅度提高,因此在現代的房屋建筑中,電氣設備也越來越多,從而為人們創造美好生活奠定了堅實的基礎。然而由于近幾年來經報道的雷電災害屢見不鮮,由于雷電的襲擊給人們的生活和生命財產安全造成了極大地影響,甚至給社會帶來巨大的損失。盡管隨著科學技術的日新月異和建筑行業的高速發展,現代建筑的防雷措施都非常完善,然而由于電子科技的高速發展和智能化建筑的不斷涌現,從而使得現代建筑必須要進行電氣工程防雷,從而才能提高建筑的防雷水平,確保用戶的生命財產安全,與此同時,隨著建筑行業的高速發展,建筑行業中各種先進的技術層出不窮,從而為建筑電氣工程防雷創造了有利的條件。但是,就目前建筑電氣工程防雷的實際情況而言,傳統的防雷方式和技術已經不能夠滿足現代建筑的需要,因此,為了提高建筑電氣工程防雷水平,還必須要加大對建筑電氣防雷的分析研究力度,從而才能夠總結出更加科學完善的建筑電氣工程防雷技術,進而才能夠為社會的安居樂業和經濟的高速發展奠定堅實的基礎。本文從雷電的形成及其危害出發,對建筑電氣工程防雷進行了深入的分析,然后對建筑電氣工程防雷問題進行了詳細論述。希望能夠起到拋磚引玉的效果,使同行相互探討共同提高,進而為我國今后的建筑電氣工程防雷起到一定的參考作用。
一、雷電的形成及其危害
1雷電的形成
雷電是一種大氣放電現象。當太陽把地面曬得很熱時,地面的熱空氣攜帶大量的水汽不斷地上升到高空,形成大范圍的積雨云,積雨云的不同部位聚集著大量的正電荷或負電荷,形成雷雨云,而地面因受到近地面雷雨云的電荷感應,也會帶上與云底相反極性的電荷。當云層里的電荷越積越多,達到一定強度時,就會把空氣擊穿,打開一條狹窄的通道強行放電。當云層放電時,由于云中的電流很強,通道上的空氣瞬間被燒得灼熱,溫度高達6000—20000℃,所以發出耀眼的強光,這就是閃電,而閃道上的高溫會使空氣急劇膨脹,同時也會使水滴汽化膨脹,從而產生沖擊波,這種強烈的沖擊波活動形成了雷聲。
二、建筑防雷
1外部防雷裝置與內部防雷裝置
國際電工委員會編制的標準(IEC1024-1)將建筑物的防雷裝置分為外部防雷裝置和內部防雷裝置。外部防雷裝置由接閃器、引下線和接地裝置三部分組成。接閃器是指避雷針、避雷帶和避雷網,它位于建筑物的頂部,其作用是引雷或叫截獲閃電,即把雷電流引下。引下線,上與接閃器連接,下與接地裝置連接,它的作用是把接閃器截獲的雷電流引至接地裝置。接地裝置位于地下一定深度之處,它的作用是使雷電流順利流散到大地中去。內部防雷裝置的作用是減少建筑物內的雷電流和所產生的電磁效應以及防止反擊、接觸電壓、跨步電壓等二次雷害。除外部防雷裝置外,所有為達到此目的所采用的設施、手段和措施均為內部防雷裝置,它包括等電位連接設施(物)、屏蔽設施、加裝的避雷器以及合理布線和良好接地等措施。
2防雷電感應和雷電波侵入
雷電放電時,在附近導體上產生的靜電感應和電磁感應,它可能使金屬部件之間產生火花。因此被保護建筑物內的金屬物接地,是防雷電感應的主要措施。首先,是做好等電位聯結。對一、二類防雷建筑物內平行或交叉敷設的金屬管道,其凈距小于100mm時,應采用金屬線跨接,是防止電磁感應所造成的電位差能將小空隙擊穿,而產生電火花,每隔≤30m做好接地。
由于雷電對架空線或金屬管道的作用,雷電波可能沿著這些管線侵入屋內,危及人身安全或損壞設備。因此,做好進線端的防雷保護,做好均壓環及防側擊雷是防雷電波侵入的主要措施。 一、二類防雷建筑低壓進線全線采用直埋地引入,將線路架空引入戶內時不少于15m的一段應換電纜(金屬鎧裝電纜直埋地,護套電纜穿鋼管)進戶,并在架空與電纜換接處做好避雷保護。二類防雷建筑當架空線直接引入時,除在入戶處加裝避雷器,并將進戶裝置鐵件做好接地外,靠近建筑物的兩根電桿上的鐵件也應做好接地,且沖擊接地電阻≤30Ω,所有弱電進線的保護應同強電進線。防雷建筑要做好均壓環及防側擊雷保護。均壓環從三層開始,環間垂直距離≤12m,所有引下線、建筑物的金屬結構和金屬設備均與環可靠連接,均壓環可利用結構圈梁內的鋼筋(鋼筋必須貫通成環路)。一類防雷建筑30m以上,二類防雷建筑45m以上,三類防雷建筑60m以上,要做好防側擊雷保護,沿建筑物外墻做一周水平避雷帶,帶與帶間垂直距離≤6m,外墻上所有金屬欄桿,門窗均與避雷帶可靠連接,避雷帶再與引下線可靠連接。豎直敷設的金屬管道及金屬物的頂端和底端與防雷裝置可靠連接,目的是在于等電位,并且由于兩端連接使其與引下線形成并聯線路,使雷電流更訊速的入地。
3防雷電流經引下線和接地裝置時產生高電位對金屬設備或電氣線路反擊的措施
中圖分類號: P185.16文獻標識碼:A 文章編號:
雷電是大氣放電所產生的氣象,可以產生強烈的閃光、霹靂,掉在地上可以摧毀房屋、殺傷人畜、引發火災等。隨著近代高科技的發展,尤其是微電子技術的高速發展,雷電災害越來越頻繁,損失越來越大,原先的避雷針已無法保護建筑物、人和電器設備。80年代以后,雷災出現新的特點,這主要是因為一些高大建筑的興起,如高層智能大廈,微波站、天線塔等都會吸引落雷,從而使本身所在建筑及附近建筑遭到破壞。增設的各種架空長導線反倒引雷入室,使避雷裝置失去作用。
此外,微電子技術的高度發達,并且廣泛應用于各個領域,使得雷害對象出現了變化——從對建筑物本身的損害轉移到對室內的電器、電子設備的損害。以至發生人身傷亡事故。隨之防雷對象也由強電轉移到弱電。雷電產生的電磁感應已成為主要危害。所以,現代建筑防雷設計就必須高度重視雷電問題,加大力度去完善建筑物內部電子設備的安全保護措施。
我國建筑智能系統的研究和開發起點較低,因此我們的智能建筑廣泛存在著絕緣強度低,過電壓和過電流耐受能力差,對雷電引起的外部侵入造成的電磁干擾敏感等弱點,尤其是抗雷擊電涌能力差。如不加以有效防范,無法保證智能化系統及設備的正常運行。所以,目前關于智能建筑的雷擊電涌保護可靠性及安全運行問題,已成為人們關注的熱點。
1、建筑受雷擊的途徑
1.1 由附近的對地雷擊引起的地電位反擊
兩個相鄰的樓當附近有雷擊時,電位的變化是不同的,所以存在著電位差,它的大小決定于雷電大小、接地電阻和樓間距離。如樓間有信號線,則將承受高壓沖擊,據資料介紹,電纜或建筑物附近100米以內的雷擊,能感應5KV和1.25KA的浪涌。
1.2 對建筑物的直接雷擊
直接雷的電流通過避雷導體系統流入大地,除了使地電位升高外,當電流快速流過長導體時,因導體的自感而在導體的二端產生電勢,一根30米的避雷導線可產生1.5MV電勢,使附近的無金屬保護的靠墻電纜會出現“閃絡”,避雷導線和附近的電纜間還可由電容或電感耦合產生電壓,一個距避雷導線1米的10米×10米的回路,當避雷導線的電流為2kA/μs時,峰值電壓可達9.5kV。
1.3 由電力線被直接雷擊或感應雷擊
直接雷擊中高壓電力線上,通過變壓器的電容耦合產生浪涌電壓(在高壓線上200kA的雷擊,可在低壓屏產生6kV的浪涌電壓),足以引起設備損壞。直接打在高壓線上的雷擊概率較小,90%的雷電放電發生在云與云之間,電力線會因電磁感應或靜電感應產生二次雷擊。雷雨云之間的放電,因電磁輻射而在電力線上感應出脈沖,稱電磁感應雷;雷雨云的靜電荷電場,會在電力線表面感應出電荷,當該雷雨云的電荷與其它雷雨云接閃后,電力線表面的電荷被釋放,向二邊放電,稱靜電感應雷。上述兩種感應雷,在架空或埋地的導線上產生電流或電壓沖擊波,沿導線經接口進入設備,即所謂雷電波竄入,對監控系統危害極大。
1.4 雷電電磁脈沖波(LEMP)
雷電放電的dv/dt及di/dt均很高,其電磁輻射很大 。 雷 電 波 的 主 頻 為 1k~10kHz, 高 頻 為5MHz~10MHz。電磁波可通過建筑物的門、窗和電子設備機箱上的空洞、縫隙,直接作用于設備的元、器件,引起故障。雷電波的主頻不高,對大地而言,其穿透深度可達15~50m,埋在地下的通信和電力電纜將受到影響。
2、建筑物防雷設計因素
防雷是一項系統工程。
2.1接閃功能
指實現接閃功能所應具備的條件,包括接閃器的形式(避雷針、避雷帶和避雷網)、耐流耐壓能力、連續接閃效果、造價以及接閃器與建筑物的美學統一性等。
2.2分流影響
指引下線對分流效果的影響。引下線的粗細和數量直接影響分流效果,引下線多,每根引下線通過的雷電流就小,其感應范圍就小。
2.3均衡電位
建筑物的各個部分可以形成一個電勢相等的等電位。若建筑物內的結構鋼筋與各種金屬設置及金屬管線都能連接成統一的導電體,建筑物內當然就不會產生不同的電位,這樣就可保證建筑物內不會產生反擊和危及人身安全的接觸電壓或跨步電壓,對防止雷電電磁脈沖干擾微電子設備也有很大的好處。
2.4屏蔽作用
屏蔽的主要目的是保護建筑物內的通訊設備、電子計算機、精密儀器以及自動化控制系統不受雷電電磁脈沖的危險。應盡量利用鋼筋混凝土結構內的鋼筋,即建筑物內地板、頂板、墻面、及梁、柱內的鋼筋,使其構成一個六面體的網籠,即籠式避雷網,從而實現屏蔽。
2.5接地效果
良好的接地效果也是防雷成功的重要保證之一。每個建筑物都要考慮哪種接地方式的效果最好和最經濟。
2.6合理布線
指如何布線才能獲得最好的綜合效果。現代化的建筑物都離不開照明、動力、電話、電視和計算機等設備的管線,在防雷設計中,必須考慮防雷系統與這些管線的關系。為了保證在防雷裝置接閃時這些管線不受影響,設計室內各種管線時,必須與防雷系統統一考慮。
3、現代建筑防雷的新重點
智能建筑的發展使得傳統的建筑防雷設計不再能滿足建筑本身對雷電安全的需要。雷電防護已經不僅僅是對建筑本體的防護,更側重于對建筑內人身和電氣設備的安全的防護。防雷工作正在從以傳統的防直擊雷為主向防雷電感應過電壓對通迅、安防、自動控制等系統的設備的損害而轉變。其中重要的防雷觀念變化有:
3.1重視雷電電磁感應作用
以前建筑物防雷以防直擊雷為主,側重機械性破壞和雷電反擊;現在則以防感應雷擊為主,側重雷電的電磁感應效應。
3.2建筑物防雷的整體性
建筑物防雷的整體性體現在對建筑物防雷設計和安裝時,要對內部防雷裝置和外部防雷裝置做整體的統一的考慮。建筑物外的整體觀念是指對一個院落、一個小區以及附近的環境要做全面的防雷規劃,同時還不能違反小區規劃的要求例如:所安裝的避雷針桿塔是否影響小區的美觀,所用的避雷針、避雷帶或避雷網是否與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煙囪上的避雷裝置所保護等等。
4.防雷通信電源的管理
通信電源在防雷方面尤其應該引起重視。
4.1 加強對電源設備的重視
電源設備與通信網中的其他設備(如交換、傳輸等)有較大的不同,本質上,電源設備是機電設備而非通信設備。正因為如此,在通信業中,它得不到充分的重視,然而,必須看到,通信電源作為整個通信電信網的能量保證,它的作用是整體性和全局性的。雖然它不是通信網主流設備,但它卻是通信網中最重要、最關鍵的設備。
4.2 加強電源管理上的專業化
對通信電源要求通信網上的各級管理層次和建設、維護方面都應該有獨立的電源專業管理人員。因為通信電源是一個專業,而且是個包括多種系統和學科的大專業,因此,應該對它作相應的專業管理。
4.3 電源設備購置與維護的具體措施
4.3.1在購置通信電源過程中,除考慮性價比外,要考慮高可靠性、多種自動保護功能、寬電壓、良好的均流均衡性能、在線運行模式,要考慮是否嚴格按照高標準組織生產,另外系統故障率、防雷和電涌措施、交直流配電一體化等都應是分析考慮配置的重點。要選用可靠性高的設備,合理配置備份設備。
4.3.2供電方式要大力推廣分散供電,要有備品和備份,使用同一種直流電壓的通信設備,采用兩個以上的獨立供電系統。
4.3.3設備宜采用模塊化、熱插拔式,便于更換和維修。再一個就是平時應建立起對電源故障的應急措施,保證可靠供電。最后,要提高技術維護水平,大力推廣集中維護體制。
綜上所述,雷電危害是有目共睹的,但只要措施得當,就可以有效地降低雷害。
隨著現代社會的發展,建筑物的規模不斷擴大,其內各種電氣設備的使用日趨增多,尤其是計算機網絡信息技術的普及,建筑物越來越多采用各種信息化的電氣設備。我國每年因雷擊破壞建筑物內電氣設備的事件時有發生,所造成的損失非常巨大。因此建筑物的防雷設計就顯得尤為重要。
直擊雷和感應雷是雷電入侵建筑物內電氣設備的兩種形式。直擊雷是雷電直接擊中線路并經過電氣設備入地的雷擊過電流;感應雷是由雷閃電流產生的強大電磁場變化與導體感應出的過電壓,過電流形成的雷擊。根據國家標準《建筑物防雷設計規范》GB50057-94(2000年版)規定,建筑物的防雷區劃分為LPZOA,LPZOB,LPZ1,LPZn+1等區(各區的具體含義本文不再贅述)。將需要保護的空間劃分為不同的防雷分區,是為了規定各部分空間不同的雷擊電磁脈沖的嚴重程度和等電位聯結點的位置,從而決定位于該區域的電子設備采用何種電涌保護器在何處以何種方式實現與共同接地體等電位聯結。
建筑物直擊雷的保護區域為LPZOA區,其保護設計已為電氣設計人員所熟知,根據國家標準《建筑物防雷設計規范》GB50057-94(2000年版),設計由避雷網(帶),避雷針或混合組成的接閃器,立柱基礎的鋼筋網與鋼屋架,屋面板鋼筋等構成一個整體,避雷網通過全部立柱基礎的鋼筋作為接地體,將強大的雷電流入大地。建筑物感應雷的保護區域為LPZOB,LPZ1,LPZn+1區,即不可能直接遭受雷擊區域;感應雷是由遭受雷擊電磁脈沖感應或靜電感應而產生的,形成感應雷電壓的機率很高,對建筑物內的電氣設備,尤其低壓電子設備威脅巨大,所以說對建筑物內部設備的防雷保護的重點是防止感應雷入侵。由感應雷產生的雷電過電壓過電流主要有以下三個途徑:(1)由供電電源線路入侵;高壓電力線路遭直擊雷襲擊后,經過變壓器耦合到各低壓0.38KV/0.22KV線路傳送到建筑物內各低壓電氣設備;另外低壓線路也可能被直擊雷擊中或感應雷過電壓。據測,低壓線路上感應的雷電過電壓平均可達10KV,完全可以擊壞各種電氣設備,尤其是電子信息設備。(2)由建筑物內計算機通信等信息線路入侵;可分為三種情況:①當地面突出物遭直擊雷打擊時,強雷電壓將鄰近土壤擊穿,雷電流直接入侵到電纜外皮,進而擊穿外皮,使高壓入侵線路。②雷云對地面放電時,在線路上感應出上千伏的過電壓,擊壞與線路相連的電器設備,通過設備連線侵入通信線路。這種入侵沿通信線路傳播,涉及面廣,危害范圍大。③若通過一條多芯電纜連接不同來源的導線或者多條電纜平行鋪設時,當某一導線被雷電擊中時,會在相鄰的導線感應出過電壓,擊壞低壓電子設備。(3)地電位反擊電壓通過接地體入侵;雷擊時強大的雷電流經過引下線和接地體泄入大地,在接地體附近放射型的電位分布,若有連接電子設備的其他接地體靠近時,即產生高壓地電位反擊,入侵電壓可高達數萬伏。建筑物防直擊雷的避雷引入了強大的雷電流通過引下線入地,在附近空間產生強大的電磁場變化,會在相鄰的導線(包括電源線和信號線)上感應出雷電過電壓,因此建筑物避雷系統不但不能保護計算機,反而可能引入了雷電。計算機網絡系統等設備的集成電路芯片耐壓能力很弱,通常在100伏以下,因此必須建立多層次的計算機防雷系統,層層防護,確保計算機特別是計算機網絡系統的安全。
由此可見,對建筑物內各電氣設備進行防感應雷保護設計是必不可少的一項內容;設計的合理與否,對電氣設備的安全使用與運行有著至關重要的作用。
目前,在感應雷的防護當中,電涌保護器的使用已日趨頻繁;它能根據各種線路中出現的過電壓,過電流及時作出反應,泄放線路的過電流,從而達到保護電氣設備的目的。
根據國家標準《建筑物防雷設計規范》GB50057-94(2000年版)第6.4.4條規定:電涌保護器必須能承受預期通過它們的雷電流,并應符合以下兩個附加要求:通過電涌時的最大鉗壓,有能力熄滅在雷電流通過后產生的工頻續流。即電涌保護器的最大鉗壓加上其兩端的感應電壓應與所屬系統的基本絕緣水平和設備允許的最大電涌電壓協調一致。
現在,我們根據國家標準《建筑物防雷設計規范》GB50057-94(2000年版)附錄六規定的各類防雷建筑物的雷擊電流值進行電涌保護器的最大放電電流的選擇。
一、一類防雷建筑物
1、根據國家標準《建筑物防雷設計規范》GB50057-94(2000年版)附錄六規定,其首次雷擊電流幅值為200KA,波頭10us;二次雷擊電流幅值為50KA,波頭0.25us;根據圖1,全部雷電流i的50%按流入建筑物防雷裝置的接地裝置計,另外50%按1/3分配于線纜計);首次雷擊:總配電間第根供電線纜雷電流分流值為200*50%/3/3=11.11KA;后續雷擊;總配電間每根供電線纜雷電流分流值為50*50%/3/3=2.78KA;如果進線電纜已經進行屏蔽處理,其每根供電線纜雷電流的分流值將減低到原來的30%,即11.11KA*30%=3.3KA及2.78KA*30%=0.8KA,而在電涌保護器承受10/350us的雷電波能量相當于8/20us的雷電波能量的5~8倍,所以選擇能承受8/20us波形電涌保護器的最大放電電流為11.11*8=88.9KA;即設計應選用電涌保護器SPD的最大放電電流為100KA,以法國SOULE公司產品為例,選用PU100型。根據國家標準《建筑物防雷設計規范》GB50057-94(2000年版)第6.4.7條規定,該級電涌保護器應在總配電間處安裝,即在LPZOA,LPZOB與LPZ1區的交界處安裝。
2、根據國家標準《建筑物防雷設計規范》GB50057-94(2000年版)第6.4.8,第6.4.9條規定,在分配電箱處,即在LPZ1與LPZ2區的交界處安裝電涌保護器,其額定放電電流不宜小于5KA(8/20us),故此處應選用電涌保護器SPD的最大放電電流為40KA,額定放電電流為10KA;以法國SOULE公司產品為例,選用PU40型。
二、二類防雷建筑物
1、根據國家標準《建筑物防雷設計規范》GB50057-94(2000年版)附錄六規定,其首次雷擊電流幅值為150KA,波頭10us;二次雷擊電流幅值為37.5KA,波頭0.25us;根據圖1,全部雷電流i的50%按流入建筑物防雷裝置的接地裝置計,另外50%按1/3分配于線纜計;首次雷擊:總配電間每根供電線纜雷電流分流值為150*50%/3/3=8.33KA;后續雷擊:總配電間每根供電線纜雷電流的分流值為37.5*50%/3/3=2.08KA;如果進線電纜已經進行屏蔽處理,其每根供電線纜雷電流的分流值將減低到原來的30%,即8.33KA*30%=2.5KA及2.08KA*30%=0.6KA,而在電涌保護器承受10/350us的雷電波能量相當于8/20us的雷電波能量的5~8倍,所以選擇能承受8/20us波形電涌保護器的最大放電電流為8.33*8=66.6KA;即設計應選用電涌保護器SPD的最大放電電流為65KA,以法國SOULE公司產品為例,選用PU65型。根據國家標準《建筑物防雷設計規范》GB50057-94(2000年版)第6.4.7條規定,該級電涌保護器應在總配電間處安裝,即在LPZOA,LPZOB與LPZ1區的交界處安裝。
2、根據國家標準《建筑物防雷設計規范》GB50057-94(2000年版)第6.4.8,第6.4.9條規定,在分配電箱處,即在LPZ1與LPZ2區的交界處安裝電涌保護器,其額定放電電流不宜小于5KA(8/20us),故此處應選用電涌保護器SPD的最大放電電流為40KA,額定放電電流為10KA;以法國SOULE公司產品為例,選用PU40型。
三、三類防雷建筑物
1、根據國家標準《建筑物防雷設計規范》GB50057-94(2000年版)附錄六規定,其首次雷擊電流幅值為100KA,波頭10us;二次雷擊電流幅值為25KA,波頭0.25us;根據附圖1,全部雷電流i的50%按流入建筑物防雷裝置的接地裝置計,另外50%按1/3分配于線纜計;首次雷擊:總配電間每根供電線纜雷電流分流值為100*50%/3/3=5.55KA;后續雷擊:總配電間每根供電線纜雷電流分流值為25*50%/3/3=1.39KA;如果進線電纜已經進行屏蔽處理,其每根供電線纜雷電流的分流值將減低到原來的30%,即5.55KA*30%=1.7KA及1.39KA*30%=0.4KA,而在電涌保護器承受10/350us的雷電波能量相當于8/20us的雷電波能量的5~8倍,所以選擇能承受8/20us波形電涌保護器的最大放電電流為5.55*8=44.4KA;即設計應選用電涌保護器SPD的最大放電電流為40KA,以法國SOULE公司產品為例,選用PU40型,根據國家標準《建筑物防雷設計規范》GB50057-94(2000年版)第6.4.7條規定,該級電涌保護器應在總配電間處安裝,即在LPZOA,LPZOB與LPZ1區的交界處安裝。
2、根據國家標準《建筑物防雷設計規范》GB50057-94(2000年版)第6.4.8,第6.4.9條規定,在分配電箱處,即在LPZ1與LPZ2區的交界處安裝電涌保護器,其額定放電電流不宜小于5KA(8/20us),故此處應選用電涌保護器SPD的最大放電電流為40KA,額定放電電流為10KA;以法國SOULE公司產品為例,選用PU40型。
在供電線路中,電涌保護器的具體安裝以較常用的TN-S系統,TN-C-S系統,TT系統為例,示意如下:
1)TN-S系統過電壓保護方式
2)TN-C-S系統過電壓保護方式
3)TT系統過電壓保護方式
綜上所述可見,在防雷保護設計中,總的防雷原則是采用三級保護:1、將絕大部分雷電流直接引入地下基礎接地裝置泄散;2、阻塞沿電源線或數據、信號線引入的過電壓;3、限制被保護設備上浪涌過電壓幅值(過電壓保護)。這三道防線,缺一不可,相互配合,各行其責。目前通常作法是以下三點:
1)建立聯合共用接地系統,形成等電位防雷體系
將建筑物的基礎鋼筋(包括樁基、承臺、底板、地梁等),梁柱鋼筋,金屬框架,建筑物防雷引下線等連接起來,形成閉合良好的法拉第籠式接地,將建筑物各部分的接地(包括交流工作地,安全保護地,直流工作地,防雷接地)與建筑物法拉第籠良好連接,從而避免各接地線之間存在電位差,以消除感應過電壓產生。
2)電源系統防雷
以建筑物為一個供電單元,應在供電線路的各部位(防雷區交接處)逐級安裝電涌保護器,以消除雷擊過電壓。
3)等電位聯結系統
國家標準《建筑物防雷設計規范》GB50057-94(局部修訂條文)明確規定,各防雷區交接處,必須進行等電位聯結;尤其建筑物內的計算機房等弱電機房,遭受直擊雷的可能性比較小,所以在此處除采取電涌保護器進行感應雷防護外,還應采用等電位聯結方式來進行防雷保護,本文不再敘述。
作為電氣設計人員都非常清楚,建筑物的防雷保護設計是一項既簡單又繁瑣的內容,但對建筑物的安全使用,電氣設備的正常運行有著至關重要的作用,所以還有待于各位電氣設計人員作進一步的研究與探討;同時必須嚴格按照國家規范,善為謀劃,精心設計。本文僅此設計作了一點粗淺的探討,所以文中不足之處,望同行不吝賜教。
參考文獻
在建筑物施工過程中,防雷工程項目包括樁基礎的焊接、柱筋引下線通長焊接及均壓環、避雷網、避雷針、避雷器安裝等,一直伴隨著建設施工全過程。保證防雷工程項目施工質量的因素很多,如設計、材料、機械、地形、地質、水文、氣象、施工工藝、操作方法、技術措施、管理制度等,環節很多,要對這些環節嚴格控制,才能保證最后的工程質量。
建筑物防雷包括防直擊雷和防感應雷。防直擊雷就是引導雷云與避雷裝置之間放電,使雷電流迅速流散到大地中去,從而保護建筑物免受雷擊。防雷電感應則通過建筑物內部的設備、管道、構架、鋼窗等金屬物的接地裝置與大地作可靠的連接,將雷云放電后在建筑上殘留的電荷迅速引入大地。目前建筑工程常用的防雷措施有接閃器、引下線、接地裝置、避雷器、均壓環及金屬導體等電位連接等的施工和安裝。
1防雷工程施工常見問題
通過實際檢測測驗和經驗,施工過程防直擊雷和防感應雷措施中常出現以下問題:一是避雷帶、引下線、接地體、均壓環搭接的連接長度不夠,焊接不飽滿,焊接處有夾渣、焊瘤、虛焊、咬肉和氣孔,沒有敲掉焊渣等缺陷。二是地鋼筋網的連接點的錯焊、漏焊;作為外引接地聯結點或檢測點預埋件的漏設。尤其是建筑結構轉換層,因構造柱(墻)內主鋼筋調整、防雷引下線鋼筋錯接錯焊的情況發生。三是用結構鋼材代替避雷針(網)及其引下線時,焊接破壞鍍鋅層不刷防銹漆;或螺栓連接的連接片未經處理,片與片接觸不嚴密等。四是引下點間距偏大,引下線跨越變形縫處未加設補償器,穿墻體時未加保護管。接地體安裝埋設深度不夠或引出線未作防腐處理。五是屋面金屬物,如管道、梯子、旗桿和設備外殼等,未與屋頂防雷系統相連,或等電位聯結跨接地線線徑不足。六是電氣設備接地(接零)的分支線未與接地干線連接,實行串聯連接。多層住宅采用TN-S系統時,進線在總電表箱處沒有重復接地,沒有按要求在配電間作MEB。七是低壓配電接地形式、電涌保護器(SPD)的設置及安裝工藝狀況、管線布設和屏蔽措施等與防雷設計要求不符。
2防雷工程項目施工質量控制的主要措施
加強對防雷工程關鍵部位和工序的質量控制,針對施工中易出現質量通病的幾個環節,制定現場檢測預控措施,做到預防為主,動態跟蹤,保證防雷工程的施工質量。
2.1嚴格審查設計圖紙
一是不僅要熟悉電氣圖,對建筑設計中的結構、設備的布置也要有初步認識,領會設計中有關說明,對有些特殊的建筑工程項目系統,如弱電系統中的智能化工程、信息通訊、計算機、監控等,因為這些地點和設置在設計平面圖紙中一般都沒有明確標注,是以規范要求為施工標準進行預留預埋的,要注意對照強制性標準、施工驗收規范進行施工。如發現不符合現行施工規范要求或做法不妥,選用的防雷接地材料不當時,應及時與設計單位洽商確定,形成設計文件,以便依照執行及備案。二是一個建設項目,相關專業設計圖紙較多,審核防雷圖紙時,要對照建筑圖、結構圖、基礎圖。各項目銜接復雜,極易導致施工錯誤。若施工單位經驗不足,易因工種(序)配合不當而造成施工錯漏。對于施工中容易忽視和特別重要的問題應起草書面意見,以提醒施工單位執行。
2.2嚴格材料質量控制關,保證焊接質量
一是驗材料三證;二是看材料規格;三是查在施工中是否使用設計和規范規定的鍍鋅材料。在施工監檢過程中,作業人員往往隨手拿普通結構用鋼筋作幫條焊接,或用普通鋼材代替鍍鋅材料,或以冷鍍鋅材質代替熱鍍鋅材質,應及時糾正。防雷工程施工主要是焊接,焊接質量決定著工程質量。由焊接技術不過關的人員進行防雷接地,造成防雷工程不合格的情況時有發生,應嚴格審核專業防雷施工隊伍的資質等級和施工人員資格證。
2.3查驗地基接地焊接
地基接地焊接是接地施工中的第一環節。對于基礎圈梁焊接或樁基鋼筋與基礎鋼筋的焊接、基礎鋼筋與柱筋的焊接,都要嚴格按基礎圖和接地點逐一進行檢查,尤其要對伸縮縫處基礎鋼筋是否跨接連通進行確認。當整個接地網焊接完成后,馬上進行接地電阻值測試,確認是否符合設計要求。當電阻值不滿足設計要求時,再次檢驗焊接質量或按設計要求補做人工接地裝置。
2.4檢查引上點和跨鋼筋焊接質量
對以柱筋為引上線的接地網,要求施工人員采用每層按軸線標清每根柱子的位置及鋼筋焊接根數進行施工,防止漏焊或錯焊位置和焊接長度及質量不滿足設計及規范要求等[1-2]。要對引上點和跨鋼筋焊接質量仔細檢查,并要求對焊接引上線進行定位標識,以防向上層焊錯主筋造成接地中斷錯誤。特別是對于結構的轉換層,由于柱筋的調整,防雷引下線利用柱內主筋焊接引下容易錯焊、漏焊,要進行反復核實。
2.5核實等電位焊接及其他接地部位
對于要進行等電位焊接、重復接地的部位,如設備間、變配電室、消防機房、空調機房、電梯機房、給水管、冷卻塔、風機等部位的接地焊接要在施工日記上注明備查、核實。高層建筑45m高度以上,每向上3層在結構圈梁內敷設1條25mm×4mm的扁鋼與引下線焊成一環形水平避雷帶或用不少于2根圈梁主筋焊成均壓環。樓內水平敷設的金屬管道及金屬物應與防雷接地焊接,垂直敷設的豎向金屬管道,在其底部和頂部均應與防雷接地焊接。玻璃幕墻防雷等電位接地的施工,在對采用預埋鐵做法時,注意在柱主筋上作可靠的焊接,如果是后增加的玻璃幕墻,要根據建筑面積、建筑物的各種特點,出具詳細的防雷施工方案。屋頂上裝設的防雷網和建筑物頂部的避雷針及金屬物體應焊接成一個整體。
2.6按規范進行質量驗收
防雷工程應按工程進度及時做好隱蔽驗收。無論自然接地體還是人工接地體以及玻璃幕墻、避雷網格、避雷針等,在施工完后都要及時進行接地電阻值的測試。尤其是接地體或接地網施工完成后,應及時認定接地電阻值是否符合設計規定值。低壓配電接地形式、電涌保護器(SPD)的設置及安裝工藝狀況、管線布設和屏蔽措施等應與防雷設計要求相符;查看設計、施工資料,檢查SPD安裝的位置、數量、型號規格、技術參數應與設計相符合[3-4]。
3參考文獻
[1]中華人民共和國住房和城鄉建設部.建筑物防雷設計規范GB50057-94[S].北京:中國計劃出版社,2010.