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鳥巢、長城、佛香閣......都是怎麼避雷的?背後有玄機

北京目前還處在汛期中,不時會受到雷電“騷擾”。街邊的高樓大廈、還有一些特殊建築都是怎麼防雷的?記者採訪發現,一些樓頂建築的設計其實不單為了好看,還真正起到了避雷針或避雷帶的作用。

避雷針、避雷帶等,都是最基礎的避雷裝置。自1752年美國科學家富蘭克林發明現代避雷針以來,儘管隨著時代的變遷,建築物的外形和結構日新月異,但避雷針就像一個老“古董”,其核心本質和功能從未改變。

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避雷針

針對不同風格的建築物,或者建築物場合的特殊需求,避雷裝置可以說是各具特色。

“花式”避雷,機關原來在這兒

北京市氣象災害防禦中心高階工程師李京校介紹,有一些鋼結構的建築物,是不需要再額外安裝避雷裝置的,因為建築物本身已經自帶避雷效果。

比如國家體育場“鳥巢”,整個建築的鋼結構就能起到避雷的功能,當雷電擊到鋼結構上,電流會被引入大地,不會對建築物本身造成傷害,“但鳥巢中間是露天敞開的,這部分安裝了架空金屬導線,相當於一個避雷帶,也能起到防雷的作用。”李京校說。

而在一些建築物的頂部,建築物本身的特色和避雷裝置融為一體。比如軍事博物館樓頂上的紅色五角星,由於它的位置本身在樓頂,處於建築物的最高處,同時又是一個大尺寸的金屬體,所以它本身就相當於一個避雷針,可以避免直接雷擊帶來的傷害。還有一些高大建築物的頂部安裝有奧運五環標識,其本身就是金屬體,同時和防雷引下線良好連線,所以也可以起到避雷針的作用。

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最高處的五環也是一種避雷針

雄偉的萬里長城又是如何避雷的呢?除了一些城樓安裝了避雷針,還有一些是在其旁邊安裝了避雷“模擬樹”。這些避雷模擬樹從外觀上看,跟普通的樹木沒有多少區別,但它的內在是金屬體,用於接閃和洩放雷電流,同時不會對長城本體產生影響或破壞,外行人基本是看不出來的。“一般安裝多少棵避雷樹,間隔多少距離,高度多少合適,這都是經過嚴格測算的,樹的高度會比長城要高,但不會太密。”李京校說。

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避雷仿生樹

還有一些文物建築場所,因為要最大限度地保護文物古建,所以避雷裝置採用了升降式避雷針的設計。“預警到雷電來臨的時候升上來,沒有的時候就降下去,最後收到一口井裡。”李京校說,這樣的避雷針是可以收縮的,建在文物建築的外部,減少防雷裝置對文物建築本體以及外觀的影響。

李京校說,有的古建,本身也自帶有避雷裝置。比如頤和園佛香閣,佛香閣的屋頂有一個銅製的橢圓形的球狀體,現在已經被改造成避雷裝置在使用。“當然古人建這個球體的時候並不是作避雷用,但它正好符合避雷裝置的要求,當做了防雷接閃器來用。”不過,球體的厚度也是有要求的,不能太薄。

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太和殿 避雷針(白麗娟提供)

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百望山的古建築

另外,室外空曠的廣場和地下交通設施同樣需要注意避雷。李京校說,在一些空曠的廣場,類似金屬旗杆、燈杆等裝置,都可以起到避雷針的作用,但前提必須是有接地線和大地良好連線,以此洩放雷電流。地鐵站一方面安裝了浪湧保護器,另一方面本身建設時地下的鋼筋結構就可以洩放電流。

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浪湧保護器(俗稱避雷器)

屋頂草坪、玻璃房避雷有點兒難

雖說如今避雷設施構造與時俱進,但時至今日,避雷也碰到了一些新難點。

李京校說,現在城市裡有很多屋頂草坪的設計,能吸收二氧化碳是件好事,但防雷方面卻帶來了難度,“樓頂的花草太多,就不方便敷設避雷帶,不太容易實現避雷網格”。據瞭解,在正常情況下,比如二類建築物的屋頂,避雷網的面積要求在8×12平方米或者10×10平方米,可一旦有了花草樹木,避雷網格就難以敷設。

還有如今常見的玻璃房,安裝避雷裝置也存在一定難度。針對這種情況,雖然安放玻璃所用的金屬骨架,一定程度起到接閃雷電的作用,但這種辦法效果還是有限,“萬一雷電沒有打在金屬骨架上,而是直接打在玻璃上,就會有一定的危險性。”李京校說,這時雖有防雷設施,但效果會大打折扣。

今年7月,李京校曾在石景山一處建築物的屋頂看到設定的玻璃圍欄,該圍欄的玻璃部分是建築物的最高點,雷電通常都會打在最高點的位置,萬一擊中玻璃,玻璃碎了直接墜落,就會有很大的危險,“這樣的設計其實存在安全隱患,如何更好地防雷,有待進一步探索和研究。”

小知識:避雷針如何“避雷”?

避雷裝置最常見的,就是避雷針了,除此之外還有避雷帶,一般鋪設在樓頂上,如果是多條避雷帶組合就構成一個避雷網。避雷針的高度不盡相同,要根據被保護物件的實際情況來測算。

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避雷帶

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古建築避雷帶

避雷針可以防止直接雷擊對建築物造成傷害,但並不是說有了避雷針,建築物就不會被雷擊了。避雷針的原理,是在被保護物的頂端或附近安裝一根接閃器,然後用符合規格的導線與埋在地下的洩流地網連線起來。當然,避雷針的規格必須符合國家標準,避雷針的高度需要根據被保護物件高度、二者之間的距離等資料進行計算確定。

現在避雷針有了個新名字——接閃杆。之所以有這個名字,是因為避雷針剛剛出現在中國時,人們以為它可以避免房屋遭受雷擊,所以稱其為避雷針。但事實上,避雷針保護建築物的方式並不是避免房屋遭受雷擊,而是引雷上身,然後透過其引下線和接地裝置,將雷電流引入地下,從而起到保護建築物的作用。相應的,避雷帶也改成了接閃帶,避雷網也叫接閃網,避雷線改為了接閃線,這些統稱為接閃器。

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避雷塔

記者瞭解到,儘管時代在變遷,避雷針的功能卻還是最原始的,所以並不存在更新換代一說。它只會根據建築物的不同,調整外觀或構造。而避雷針(帶)也不需要經常更換,除非是避雷針(帶)的橫截面積鏽蝕超過了三分之一,否則不會影響其功能。屋頂如果新安裝了裝置,如太陽能熱水器、光伏發電裝置等,防雷裝置則需要改進,必須確保新安裝的裝置也能在防雷保護範圍內。

補白:北京每年平均被“雷擊

兩萬次

不要以為北京發生雷電機率不大,實際上從統計資料來看,北京這些年雷電多的時候,一年達到3萬多次(針對地閃而言),少的年份也有一兩萬次,平均來說,一年平均雷電次數在兩萬次左右。

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