摘 要：作為重要的標(biāo)志性建筑，農(nóng)村牌坊日益增多。然而，由于農(nóng)村地區(qū)雷電活動(dòng)較為頻繁，農(nóng)村牌坊遭受雷擊損害風(fēng)險(xiǎn)增加。通過分析農(nóng)村牌坊的特點(diǎn)和雷電危害形式，探討農(nóng)村牌坊雷電防護(hù)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)和方法，旨在為保護(hù)農(nóng)村牌坊提供有效的雷電防護(hù)措施，降低雷擊風(fēng)險(xiǎn)。

關(guān)鍵詞：農(nóng)村牌坊；雷電防護(hù)；雷電危害形式；雷電防護(hù)裝置設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：TU895 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B 文章編號(hào)：2095–3305（2024）09–0-03

作為農(nóng)村地域文化的重要象征，農(nóng)村牌坊具有裝飾和標(biāo)識(shí)的作用，承載著豐富的歷史和文化內(nèi)涵。隨著新時(shí)代美麗鄉(xiāng)村建設(shè)不斷發(fā)展，農(nóng)村牌坊的結(jié)構(gòu)材質(zhì)、規(guī)模大小、豪華程度、附設(shè)電氣等方面逐漸復(fù)雜多樣，加上其通常位于農(nóng)村空曠地帶，且高度較高，極易成為雷電襲擊的目標(biāo)。2024年6月12日，在澳門特區(qū)政府地球物理氣象局發(fā)出惡劣天氣及雷暴警告期間，澳門大三巴牌坊立面上方第二層圣像壁龕受到雷電側(cè)向擊中，有石塊從壁龕處落下到大三巴前地石階，原因是澳門大三巴牌坊未安裝雷電防護(hù)裝置。雷電災(zāi)害可能導(dǎo)致牌坊結(jié)構(gòu)損壞、電氣設(shè)備故障甚至人員傷亡。因此，對(duì)農(nóng)村牌坊進(jìn)行科學(xué)、合理的雷電防護(hù)設(shè)計(jì)至關(guān)重要。

1 農(nóng)村牌坊的特點(diǎn)及雷電危害形式

1.1 農(nóng)村牌坊的特點(diǎn)

牌坊俗稱牌樓，是中國特有的門架式建筑物[1-2]。牌坊的主結(jié)構(gòu)有橫梁、立柱、額坊、夾柱石、樓等部分，還包括題字牌、花板、吻獸等裝飾物件[3-5]。從地理位置上看，農(nóng)村牌坊通常矗立在村口、道路交匯處或重要場(chǎng)所等較為開闊的區(qū)域，周邊往往缺少高大建筑物的遮蔽，使其在空曠的環(huán)境中顯得格外突出，易遭雷擊。就高度和造型而言，農(nóng)村牌坊的常見高度在2.5～12 m，以突顯其標(biāo)志性和莊嚴(yán)感。造型更是豐富多變，裝飾各種飾物，有金屬、石材、木質(zhì)、琉璃、彩帶、燈飾等，極易引起火災(zāi)。在結(jié)構(gòu)方面，其分為木牌樓、磚石牌樓、磚木混合牌樓、琉璃牌樓、銅制牌樓、彩牌樓、鋼筋砼牌樓等。一般古代木質(zhì)牌樓較為多見，其次為磚石結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)材質(zhì)導(dǎo)電性差。農(nóng)村牌坊的結(jié)構(gòu)、材質(zhì)、位置、高度、飾物等方面在一定程度上會(huì)增加雷擊的概率，缺乏專業(yè)雷電防護(hù)裝置設(shè)計(jì)，或雷電防護(hù)裝置不完善，在雷電天氣遭受雷擊的風(fēng)險(xiǎn)高。

1.2 雷電危害形式

1.2.1 直擊雷

雷電直接擊中牌坊，會(huì)造成多種危害。直擊雷蘊(yùn)含巨大電流，一旦直接擊中牌坊，可能等致金屬部件迅速升溫、熔化乃至汽化，由此產(chǎn)生的高溫會(huì)使周圍空氣迅速膨脹，形成機(jī)械沖擊力，進(jìn)而導(dǎo)致牌坊結(jié)構(gòu)體斷裂、變形或倒塌。雷電流產(chǎn)生的熱量會(huì)使被擊中部位的溫度急劇升高，致使牌坊的石材、木材等材料破裂、燒焦，不僅影響其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和外觀，而且若牌坊上有易燃的裝飾材料或周圍存在易燃物，甚至還可能引發(fā)火災(zāi)，進(jìn)一步破壞牌坊及其周邊環(huán)境。

1.2.2 感應(yīng)雷

雷電放電時(shí)，所產(chǎn)生的電磁場(chǎng)會(huì)在牌坊附近的金屬部件和電氣線路上產(chǎn)生感應(yīng)過電壓，進(jìn)而損壞設(shè)備。強(qiáng)大的電磁場(chǎng)會(huì)于牌坊附近的金屬構(gòu)件中感應(yīng)出電動(dòng)勢(shì)和電流。若這些金屬構(gòu)件（如欄桿、裝飾件等）構(gòu)成閉合回路，便會(huì)產(chǎn)生較大的感應(yīng)電流，致使局部發(fā)熱、熔化，甚至引發(fā)火災(zāi)，從而損壞牌坊結(jié)構(gòu)。同時(shí)，地面物體上的電荷分布會(huì)發(fā)生改變。農(nóng)村牌坊這類高大結(jié)構(gòu)，其頂部會(huì)積聚大量電荷。當(dāng)電荷積累到一定程度，可能產(chǎn)生放電現(xiàn)象，破壞牌坊的表面材料或內(nèi)部結(jié)構(gòu)。此外，若牌坊附近的其他物體（如樹木、電線桿等）遭受雷擊，雷電流通過接地系統(tǒng)向大地泄放時(shí)，會(huì)在接地電阻上形成較高的電壓。電壓可能通過相連的導(dǎo)體傳導(dǎo)至牌坊，對(duì)其造成損害。

1.2.3 雷電波侵入

雷電波有可能沿著牌坊附近的供電線路、通信線路等侵入，致使牌坊上的照明設(shè)備、監(jiān)控設(shè)備等電氣系統(tǒng)受損，導(dǎo)致電子元件被擊穿、燒毀，線路短路，影響其正常使用。

2 湛江雷電災(zāi)害事件分布特征

湛江地處北回歸線以南的低緯地區(qū)，具有豐富的熱帶氣候資源，易產(chǎn)生強(qiáng)烈發(fā)展的積雨云，雷暴活躍，所在的雷州半島是我國雷電活動(dòng)頻繁的地區(qū)之一。一年四季均有電閃雷鳴，年平均雷暴日數(shù)80～112 d，多雷暴年和少雷暴年差異大，多雷暴年的雷暴日數(shù)超過全年的1/3，約是少雷暴年雷暴日數(shù)的2倍。湛江的雷電活動(dòng)主要集中在夏季，雷暴天氣主要出現(xiàn)在4—9月。一天中，雷電活動(dòng)多發(fā)生在下午至傍晚時(shí)段，主要出現(xiàn)在14：00～20：00，17：00前后是雷暴發(fā)生的高峰期，午后熱雷雨占雷暴天氣的60%以上。2015—2023年湛江雷電災(zāi)害事件統(tǒng)計(jì)資料顯示，累計(jì)雷電災(zāi)害事件80起。其中，農(nóng)村雷災(zāi)事故42起，占城鄉(xiāng)雷災(zāi)事故總件數(shù)的52.5%。農(nóng)村身亡人數(shù)9人，占比100%。而2023年湛江市常住人口中農(nóng)村人口占比為51.93%。幾乎50%的農(nóng)村人口在雷電雷災(zāi)中處于極度危險(xiǎn)的境況。

農(nóng)村地區(qū)的雷災(zāi)事故比城鎮(zhèn)多，原因在于農(nóng)村地區(qū)人們的防雷減災(zāi)意識(shí)不強(qiáng)或?qū)ζ洳恢匾?，加上農(nóng)村地區(qū)建（構(gòu)）筑物在施工時(shí)不考慮專業(yè)雷電防護(hù)裝置設(shè)計(jì)或防護(hù)不到位。農(nóng)村牌坊、牌樓地處農(nóng)村重要交通路口，人員來往經(jīng)過頻繁，因此，農(nóng)村牌坊、牌樓等建（構(gòu)）筑物雷電防護(hù)設(shè)計(jì)尤為重要。

3 農(nóng)村牌坊雷電防護(hù)設(shè)計(jì)具體措施

3.1 農(nóng)村牌坊選址設(shè)計(jì)

牌坊優(yōu)先考慮地勢(shì)相對(duì)較低且較為平坦的區(qū)域。避免選擇山頂、山脊等容易遭受雷擊的突出位置，避免靠近水域、空曠的田野等雷擊風(fēng)險(xiǎn)較高的區(qū)域。遠(yuǎn)離高大的樹木、電線桿、鐵塔等容易引雷的物體，與周圍建筑物保持一定的距離。選擇電阻率較低的地點(diǎn)，且地質(zhì)穩(wěn)定、堅(jiān)實(shí)的地基，確保牌坊基礎(chǔ)穩(wěn)固，能承受雷電沖擊。

3.2 農(nóng)村牌坊接閃器設(shè)計(jì)

3.2.1 安裝接閃器

在牌坊頂部沿正脊、吻獸、屋頂檐部、斜脊、垂獸帶等邊緣部位敷設(shè)。頂部正中脊飾可以采用籠形方式加以保護(hù)。接閃帶應(yīng)采用熱鍍鋅圓鋼或扁鋼，直徑或厚度應(yīng)符合《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50057—2010）相關(guān)規(guī)范要求。若牌坊頂部較為平坦且面積不大，可沿頂部邊緣設(shè)置接閃帶，材料可選用熱鍍鋅圓鋼或熱鍍鋅扁鋼。接閃帶的敷設(shè)應(yīng)保持平整順直，無彎曲和起伏，在拐角處應(yīng)做成圓弧形彎曲，圓弧半徑不小于接閃帶直徑的10倍。

3.2.2 設(shè)置接閃針

對(duì)于較高的牌坊，可在頂部安裝接閃針，接閃針高度應(yīng)根據(jù)保護(hù)范圍計(jì)算確定。接閃針的形狀應(yīng)利用牌坊頂部的金屬部件聯(lián)通，盡量融入牌坊原本設(shè)計(jì)，以提高接閃效率和美觀程度。接閃針應(yīng)通過專用的支架固定在牌坊頂部，確保其穩(wěn)定性。

3.2.3 連接接閃器

接閃器與牌坊主體結(jié)構(gòu)應(yīng)可靠連接，連接點(diǎn)應(yīng)采用焊接或螺栓連接，焊接應(yīng)飽滿牢固，不要有夾渣虛焊、咬肉、氣孔及未焊透現(xiàn)象，焊接部分應(yīng)作防腐處理。螺栓連接應(yīng)緊固可靠，并采取防松措施，形成良好的電氣通路。

3.3 農(nóng)村牌坊引下線設(shè)計(jì)

3.3.1 引下線數(shù)量和位置

根據(jù)牌坊的結(jié)構(gòu)和尺寸，合理確定引下線的數(shù)量和位置，一般不少于2根，均勻分布在牌坊四周。引下線應(yīng)沿牌坊的立柱或墻體敷設(shè)，盡量保持直線，避免彎曲和纏繞。引下線的固定點(diǎn)間距應(yīng)均勻，水平部分不大于1 m，垂直部分不大于1.5 m。

3.3.2 引下線材料

引下線宜采用熱鍍鋅圓鋼或扁鋼，其截面積應(yīng)滿足雷電流泄放的要求。引下線在穿過牌坊樓板或沿牌坊墻壁而下時(shí)，應(yīng)加裝保護(hù)套管，以防止直接接觸。在牌坊引下線附近保護(hù)人身安全需采取的防接觸電壓和跨步電壓措施應(yīng)符合《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50057—2010）相關(guān)規(guī)定。

3.3.3 引下線的連接

引下線應(yīng)與接閃器和接地裝置可靠連接，連接處應(yīng)進(jìn)行防腐處理。引下線應(yīng)當(dāng)在與接地端子處預(yù)留檢測(cè)所需的部分。

3.4 農(nóng)村牌坊接地裝置設(shè)計(jì)

3.4.1 接地形式

采用共用接地系統(tǒng)，將牌坊的防雷接地、電氣設(shè)備接地和保護(hù)接地等連接在一起。接地極之間的連接應(yīng)采用焊接的方式，焊接長度不小于接地極直徑的6倍，且應(yīng)雙面施焊。

3.4.2 接地電阻

接地電阻值應(yīng)不大于10 Ω，若達(dá)不到要求，可采取增加接地極數(shù)量、使用降阻劑等措施減小接地電阻。接地裝置周圍應(yīng)敷設(shè)降阻劑，以降低土壤電阻率，增強(qiáng)接地效果。

3.4.3 接地極材料和埋設(shè)深度

接地裝置的施工和安裝不得擾動(dòng)古建筑的原有基礎(chǔ)（若該牌坊是古建筑）。接地極可采用角鋼、鋼管或銅板等材料，埋設(shè)深度不小于0.5 m，并要遠(yuǎn)離地下管道和電纜等設(shè)施。接地裝置不應(yīng)設(shè)置在人可能停留或經(jīng)過的區(qū)域；應(yīng)在接地裝置上方3 m范圍內(nèi)敷設(shè)5 cm厚瀝青層。外露或直接埋入土壤中的金屬構(gòu)件應(yīng)采取熱鍍鋅處理或使用耐腐蝕金屬材料（不應(yīng)使用鋁制材料）。接地極的埋設(shè)深度應(yīng)符合《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50057—2010）設(shè)計(jì)要求，在土壤電阻率較高的地區(qū)，可適當(dāng)加深埋設(shè)深度或采用多根接地極并聯(lián)的方式。

3.5 農(nóng)村牌坊等電位連接設(shè)計(jì)

3.5.1 內(nèi)部金屬部件連接

牌坊內(nèi)部的金屬結(jié)構(gòu)、金屬門戶、電氣設(shè)備金屬外殼等應(yīng)當(dāng)進(jìn)行等電位連接，以減少電位差。內(nèi)部金屬部件的等電位連接應(yīng)采用截面積不小于6 mm2的銅芯導(dǎo)線或銅帶進(jìn)行連接。

3.5.2 外部線路連接

針對(duì)進(jìn)入牌坊的架空線路和金屬管道，應(yīng)在入口處進(jìn)行接地處理，并與牌坊的等電位連接系統(tǒng)相連。針對(duì)外部線路的連接，架空線路應(yīng)在進(jìn)入牌坊前至少50 m處轉(zhuǎn)換為埋地電纜，金屬管道應(yīng)在入口處與接地裝置可靠連接，并在連接處安裝絕緣法蘭。

3.6 農(nóng)村牌坊屏蔽設(shè)計(jì)

3.6.1 設(shè)備屏蔽

牌坊內(nèi)的電氣設(shè)備應(yīng)當(dāng)置于內(nèi)部中心位置或安裝在金屬屏蔽箱或屏蔽室內(nèi)，以減少電磁干擾。電氣設(shè)備屏蔽箱或屏蔽室的屏蔽層應(yīng)采用導(dǎo)電性能良好的金屬材料，如銅板或鋁板，其厚度不小于0.5 mm，確保設(shè)備外殼良好接地，以增強(qiáng)屏蔽效果。

3.6.2 線路屏蔽

針對(duì)重要的電氣線路，可采用屏蔽電纜或穿金屬管敷設(shè)，以減輕感應(yīng)雷的影響。線路屏蔽時(shí)，屏蔽電纜的屏蔽層應(yīng)兩端接地，穿金屬管敷設(shè)的線路，金屬管應(yīng)兩端接地，并在管與管、管與箱盒的連接處進(jìn)行跨接。合理規(guī)劃設(shè)備之間的布線，使線纜盡量靠近金屬結(jié)構(gòu)或接地良好的物體，利用其起到一定的電磁屏蔽作用。

3.7 農(nóng)村牌坊浪涌保護(hù)器安裝

部分牌坊安裝了夜景照明設(shè)計(jì)，如LED燈夜景工程，對(duì)此，在牌坊的電源總進(jìn)線端和信號(hào)線路進(jìn)線端安裝相應(yīng)等級(jí)的電涌保護(hù)器。

4 農(nóng)村牌坊雷電防護(hù)裝置的維護(hù)與管理

每年雷雨季節(jié)前應(yīng)對(duì)雷電防護(hù)裝置進(jìn)行檢測(cè)。一般情況下，農(nóng)村牌坊的防雷檢測(cè)頻率應(yīng)為1年/次。針對(duì)處于高雷暴區(qū)域或雷電防護(hù)裝置曾遭受過雷擊損壞的牌坊，應(yīng)適當(dāng)增加檢測(cè)頻率。檢查接閃器、引下線、接地裝置等的連接情況和銹蝕程度，測(cè)量接地電阻值。

相關(guān)責(zé)任單位應(yīng)根據(jù)整改要求及時(shí)采取有效的措施進(jìn)行修復(fù)和改進(jìn)，確保雷電防護(hù)裝置正常運(yùn)行，例如，更換損壞的接閃器、補(bǔ)刷防腐漆、清理接地極周圍的土壤等。牌坊施工前，應(yīng)進(jìn)行專業(yè)的設(shè)計(jì)和規(guī)劃，確保牌坊的結(jié)構(gòu)穩(wěn)固，符合建筑規(guī)范和防雷質(zhì)量等安全標(biāo)準(zhǔn)，選擇有資質(zhì)、經(jīng)驗(yàn)豐富的施工隊(duì)伍，使用合格的建筑材料。設(shè)立雷電警示標(biāo)識(shí)，防止行人和村民直接接觸引下線。對(duì)于電線和信號(hào)線盤纏牌坊雷電防護(hù)裝置的問題，要及時(shí)清理加以解決。

政府部門應(yīng)將雷電防護(hù)裝置設(shè)計(jì)納入鄉(xiāng)鎮(zhèn)和農(nóng)村地區(qū)整體規(guī)劃，包括咨詢專業(yè)的雷電防護(hù)裝置設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)，確保牌坊的選址、結(jié)構(gòu)和材料選擇等方面符合雷電防護(hù)裝置要求。聯(lián)合氣象、住建、文化等部門編制農(nóng)村牌坊雷電防護(hù)裝置設(shè)計(jì)、施工、維護(hù)規(guī)范，保障農(nóng)村防雷減災(zāi)經(jīng)費(fèi)支持。村干部應(yīng)加強(qiáng)對(duì)相關(guān)責(zé)任人的雷電防護(hù)知識(shí)培訓(xùn)，向村民普及雷電知識(shí)，告知村民在雷雨天氣時(shí)避免靠近牌坊，在雷電發(fā)生時(shí)采取的正確的避險(xiǎn)措施，提高村民對(duì)雷電危害的認(rèn)識(shí)并增強(qiáng)其防范意識(shí)。

5 結(jié)束語

農(nóng)村牌坊的雷電防護(hù)設(shè)計(jì)是一項(xiàng)綜合性的工作，需要根據(jù)牌坊的特點(diǎn)和當(dāng)?shù)乩纂娀顒?dòng)情況，合理實(shí)施防護(hù)措施，確保雷電防護(hù)裝置的有效性和可靠性。同時(shí)，加強(qiáng)對(duì)雷電防護(hù)裝置的維護(hù)與管理，也是保障農(nóng)村牌坊安全運(yùn)行的重要環(huán)節(jié)。通過科學(xué)、合理的雷電防護(hù)設(shè)計(jì)和有效的維護(hù)管理，能夠有效降低農(nóng)村牌坊遭受雷電災(zāi)害的風(fēng)險(xiǎn)，保護(hù)人民生命財(cái)產(chǎn)安全和農(nóng)村文化遺產(chǎn)，傳承鄉(xiāng)村文化，助力鄉(xiāng)村振興。

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收稿日期：2024-06-26

作者簡介：吳生令（1995—），男，廣東湛江人，助理工程師，研究方向?yàn)槔纂姺烙?、氣象服?wù)和應(yīng)急管理。#通信作者：周炳輝（1982—）， 男，廣東湛江人，高級(jí)工程師，研究方向?yàn)槔纂姺烙?、?yīng)急管理、科普教育等，E-mail：3591422167@qq.com。