千百年来古建筑物遭雷击,或因雷电起火被焚毁的事件不胜枚举。例如:明朝时北京故宫前朝三大殿三次遭雷击被焚,永乐十九年,三殿(当时名奉天、华盖、谨身)遭雷击焚毁,十年后,明正统五年时才修复;嘉靖三十六年“大雷雨,戌刻火作”,三殿被焚殃及午门,至嘉靖四十一年才修复,更名为皇极殿、中极殿和建极殿;万历二十五年归极门雷击起火,延至三殿,一时具烬,20年后,天启四年才重建完工。清光绪十五年,天坛祈年殿遭雷击焚毁。中国古代建筑在世界建筑史上是无以伦比的,中国古代建筑,以其用途、规制、等级区分,外形上总体有庑殿式、歇山式、悬山式、硬山式;按屋顶形式区分有攒尖顶、卷棚顶等;按格局区分有殿、堂、楼、阁、亭、榭、廊、厦、坊、塔等;按建筑层级区分有单檐、重檐,以致多檐。除石坊、砖塔外,屋架主要为木结构,梁、柱、斗、拱、檩、椽、窗、扉均为木材制作。
雷电灾害是文物古建筑遭受破坏的主要自然灾害,雷击除直接击毁古代建筑物构件外,还因为中国传统古建筑物大多为木结构,雷击将直接导致古建筑物起火,这将使古建筑大面积遭受损毁。据了解,目前大部分古建筑物未得到有效的防雷保护或防雷装置设施不完善,亟待在全社会加强古建筑物的防雷保护意识,使珍贵的古代建筑遗存免遭雷击毁坏。千百年的古建筑遗存一旦损毁,将不可复得。
2014年8月4日城乡建设部发布了《古建筑防雷工程技术规范》编号GB51017-2014 ,自2015年5月1日起执行。这是参考现代建筑防雷技术和技法,依据建筑物防雷原理,进行中式古建筑防雷保护的规范标准,其中部分内容为强制性规范标准,这是文物界、建筑界和防雷界共同努力,制定的适合中式建筑的防雷设计标准和施工工艺标准。
一、关于古建筑物防雷级别的确定
按GB51017-2014《古建筑防雷工程技术规范》的分类,古建筑防雷分为第一级和第二级两个级别:第一级为国家级文物保护古建筑和部分易受雷击的省、直辖市级文物保护古建筑;其它为第二级。
按GB50057-2012《建筑物防雷设计技术规范》古建筑一般按第二类防雷建筑物设计、施工。
按GB50165-92《古建筑木结构维护与加固技术规范》的规定,古建筑物分为三类:第一类:国家级重点文物保护单位的古建筑物;第二类:省级重点文物保护单位的古建筑物;第三类:其它古建筑物。
二、古建筑物的防雷措施
古建筑物的防雷设计必须同时符合按GB51017-2014《古建筑防雷工程技术规范》、GB50057-2012《建筑物防雷设计技术规范》和GB50165-92《古建筑木结构维护与加固技术规范》三个规范标准以及一些地方规范标准的要求,并将外部防雷装置和内部防雷装置作为整体统一考虑。
(1)接闪器应采用避雷带和短避雷针。
(2)避雷带应沿古建筑物屋脊的轮廓弯曲,避雷带应高出正脊、斜脊、屋檐瓦当的高度,以及其上的吻兽、法轮宝顶和斜脊下端的垂兽等20cm。
(3)攒尖顶的亭、塔、殿等古建筑物的宝顶处,以及大型古建筑正脊上的吻兽、正脊中间较突出的尖塔、法轮宝顶处可安装短避雷针。
(4)金属宝顶其外部金属层厚度大于4mm时,可做接闪器。
(5)引下线应从古建筑物外立面四角、山墙、后檐墙布设,平均间距18米,须尽可能对称隐蔽安装。引下线一般不得少于2组,大型古建筑物不得少于4组。在引下线距地面1.8~0.3m处应有良好的保护覆盖物,避免与人员接触产生触电危险。
(6)古建筑物接地装置的布设应根据其用途、性质、地理环境和人员多少等情况来选择结构方式和位置,当接地体距建筑物出入口或人行道小于3 m时,接地体局部应深埋地面1m以下。接地体的冲击接地电阻应不大于10Ω。
(7)安装避雷带的支持架间距不大于1m,支持架用U型卡固定在脊瓦、筒瓦和瓦当上。
(8)古长城防直击雷的重点是城楼和敌楼,保护对象是古建筑物和游人。
(9)雕塑精美的石质牌楼,不易在其上安装避雷带,可在两侧安装避雷针。
(10)古树顶安装一支或多支短避雷针,引下线不要缠绕在树杆上,有条件的地方可缠绕树身周围做环形接地体。
(11)独立的古塔,塔身的上部应有防侧击的措施。一般在塔顶下三层外檐上安装避雷带,檐角加装短避雷针,并与该层的避雷带连接。
(12)具有二、三层檐的古建筑物,除顶层装避雷带外,为防侧击,二、三层檐宜装避雷带。
(13)树木枝叶距古建筑物3米以内时,树木应安装避雷针,其接地体与古建防直击雷的接地体连接。
(14)禁止架空线缆直接引入建筑物,进入建筑物的电源线、信号线应穿钢管埋地引入,其埋地长度不应小于15米。在低压电源架空电缆埋地前,应安装符合Ⅰ级分类试验的电涌保护器。信号线在室内进入设备端安装适配的信号电涌保护器。
(15)架空金属管道,在进入建筑物前,应与防雷接地相连。
(16)古建筑物内部等电位连接、屏蔽、以及合理布线和良好接地等措施。
(17)每条引下线,在地面以上1.8米加装绝缘套管,以防止接触电压对人员的伤害。
(18)在地面下,围绕建筑物四周做闭合环形接地体,在该接地体包围的地面上电位基本均衡,防止跨步电压对人员的伤害。