贺兰山体育场雷击风险评估及防雷措施探索

贺兰山体育场雷击风险评估及防雷措施探索
1qK!Vc!uRR0李凤琴 谭 华 李翠莲 王忠莲
#Y]l'M_ B{R0（宁夏银川市气象局 宁夏银川 750002）
&js(Z&rn Y|h0【摘要】贺兰山体育场是我国西部地区最为先进的体育场地之中国论文网Mk4f{m`F ]
一，场馆内分布着大量的电子、电气系统，在雷电多发季节做好防中国论文网
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雷工作至关重要。本文通过对银川雷暴气候特征背景分析，对贺兰中国论文网(^wa1g
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山体育场雷击风险进行分析评估，并提出合理防雷措施，为大型体中国论文网Ug8T"JnL9|'[
育场馆做好雷电防护工作提供决策依据。中国论文网w.u#L/b:Dr[$jiPa
【关键词】体育场馆；大型建筑物；电子电气系统；雷电防护；中国论文网 P+~([;XRF%A'Q@ I+g
风险评估中国论文网G T.N oDSL&f
银川市科技攻关项目《设施园艺气象服务保障系统开发》资助。中国论文网8e:_{/o*g"`I,MHg
引言中国论文网%?({[*rtq8}7~8gz&w
位于银川市西夏区的贺兰山体育场是我国西部地区最为先进的
-x@G7xY k F[1a.h ~7T+x5w0体育场地之一，2012 年11 月21 日竣工并投入使用，该体育场设中国论文网[#A}u3qN8n h
有国际标准400 米田径场、近7800 平方米足球场，可容纳4 万人
I/I-UG9G B6B{EW0观看比赛，拥有国际先进水平的多功能体育设施和先进的声光电系中国论文网B-{tRL:q7d
统，能满足举办国际单项、国内综合性体育大赛要求，是举办大型中国论文网-xAh4O^
赛事、文体活动、全民健身于一体的综合性甲级体育场。由于体育中国论文网
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场设备先进，场馆内分布着大量的电子、电气系统，这些弱电系统中国论文网$wUdh,K*C6i)S
一旦遭受雷击破坏，直接影响现场比赛和直播，因此加强体育场内中国论文网+W4n}6yx
建筑和信息系统设备的雷电风险评估和防护至关重要。
P2z2HG T2TT+D01. 银川市雷电气候特征及活动规律
[ q U4GObFAV0银川市年平均雷暴日为19.7d，属宁夏雷暴发生的中雷区，雷
A [/q @M]4j*I P&N9_n.P0暴灾害主要出现在每年3-10 月，集中出现在5-9 月间，雷暴日数中国论文网k)`fvg
站全年总雷暴日数的93% ；以7 月出现日数最多，占年总雷暴日数中国论文网;^zW5fQMr
的29% ；6、8 月雷暴日数分别占全年总数的21% 和23%，8 月为中国论文网6y!q0d$a5X%G
雷暴灾害出现的次高峰期；9 月份以后雷暴减少，11 月至翌年2 月中国论文网%^)X1b,O-vq+sZ
几乎未出现过雷暴灾害。一天中午后气温相对偏高，在热力和空气中国论文网3q6c{(C;m;a9k
动力作用下对流发展旺盛午后至傍晚是银川市雷电频发高峰时段，中国论文网7p Hl.nX5b2w8]S{
雷暴灾害发生频次占总雷暴次数的60% 以上；其次为20 时至清晨
tYp3BJ.d'@008 时，可占总次数的30% 左右；08~12 时雷暴发生次数仅占总雷
yY6\uJsSQ&z At0暴数的5% 左右。中国论文网p/w;j9}8Z
2. 体育场建筑、结构特点中国论文网#dv-EC_
贺兰山体育场南北向长约450m、东西向长800m，占地面积约中国论文网}:px+Z;pHC)DP.H
560 亩，由主体建筑和室外配套的热身场地和全民健身场地构成，中国论文网|"O)z%Ybj
其中主体建筑高45m，外罩棚跨度260m，总建筑面积10 万㎡。封
XIDuHQnV `z0闭式建筑面积6.4 万㎡，可容纳4 万观众，设有8 条400m 标准跑中国论文网,E(h;^l*R_
道径赛场和国际标准田赛场地，有标准天然草坪足球场，看台下建
?)IO s3~*f0筑包括体育竞赛区、观众活动区、新闻媒体区、礼宾区、场馆运行区、中国论文网(vHA,P0r7z.f M
安保及交通运行区、体育场多功能经营区和设备机房等附属用房。中国论文网(Z9Q*V[{R1_
体育场四周形成观众室外集散广场，广场配套有大型的体育活动场
(N"h6Hng2j+n"N)W0地、道路、绿地、停车场等设施，室外体育配套设施包括热身训练
U*GVj9{/FY4xPA0用的8 条400m 标准跑道和标准田径场地以及标准足球热身场，室中国论文网bk OG:s:Aj%l
外足球、篮球、网球、轮滑场地等20 片运动场地。贺兰山体育场中国论文网@&p9RBI7FzoY
主体结构形式采用现浇钢筋混凝土框架剪力墙结构体系和钢桁架，中国论文网|)QRudC
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外罩棚为空间钢桁架的结构形式，整个建筑造型具有民族特色，钢中国论文网&u.g/VmDl7]}
结构工程用钢量约5000 吨。
t,Z9[9H-o03. 体育场雷击风险评估中国论文网0?U|0Gc+i,g
3.1 主建筑物雷击风险
1Zd(l8r |.Y+}{0体育场内主建筑物等高大建筑物在雷电天气发生时，如果接闪
&M!i5ZxDvt_ Tz,b0直击雷电流，雷电流在入地过程中产生的电磁脉冲将会对建筑内电
.eu v~Be5\l3p C9f0子信息系统造成直接经济损失。
YD3v4_5g`C$a$i0主建筑物截收相同雷击次数的等效面积：
q\[,J!t(A7g0Ae=[LW+2H（L+W）√ H（200-H）+πH（200-H）]×10-6 ；
AbZYL(s(B#^W0建筑物年预计累积次数：N=K•Ng•Ae（次/a），其中K 为校正中国论文网5Ej A'{)zr#\5Tdv
系数，通常情况下K 取1，当建筑物位于旷野且孤立时K 取2 ；位
;@ N"p4tC3~a:F:eZ0于银川西夏区体育中心园区中部的贺兰山体育场金属屋面的砖木结中国论文网5O{vZ8c:q4o2K
构主建筑物取1.7。
-i8Dr S}&x2e03.2 场内人员人身雷击风险
7Hb~*JNFYO0体育场四周的集散广场以及20 多片运动场地均为露天场所，中国论文网Iy'z'Kz*A
不能采取全面区域保护措施，因此雷雨天气无法避免产生雷击事故。中国论文网,s r)ym%I_D5Z
体育场室外活动场、比赛场地和停车场等设施位置开阔，极易受直
z H+RCth.u0接雷影响，导致出现人身伤害事故。而如果体育场建筑物内防直击中国论文网}Pn*NA'qm}
雷措施不完善，或封闭式场馆内等电位连接不合理等情况下都有可中国论文网;dBCl'C(p9C8iU
能致使人员雷击伤亡事故发生。
g!@ lHS%b4B5G03.3 电子、电气信息系统雷击风险中国论文网g)n}(NG
低压供电部分构成体育场的电气系统，通信设备、计算机、控中国论文网/h%_*]!P:P0W%W
制系统、无线电以及电子装置等敏感电子部分构成了体育场的电子
0Ky rlr(wp%o6r+| c0系统。贺兰山体育场安装有现代化的监控管理系统、保安监控系统、
Uc7qC/rt!tI4M0通信及计算机网络系统、综合布线系统、多媒体会议系统、有线电中国论文网!pEJ,dp~
视系统、智能化照明和灯光音响系统、中央空调系统、大型电子计
(~CbA(Ke0分板和中小型电子计分显示器、消防监测系统等电子、电气系统设
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q6j0备，这些电子、电气设备绝缘强度低、过电压和过电流耐受力差，
$e0U,f+HW$IY#k0对电磁干扰敏感等，一旦体育场建筑物遭受直击雷或体育场附近出
Cu!RN B&c0rC4}0现雷击事故，雷电过电压、过电流和电磁脉冲即沿供电线路、信号中国论文网Xc\-`m
线、天线、金属管道、空间辐射等侵入建筑室内危及室内电子电气中国论文网NK_lv+@q
设备的正常工作，出现安全运行故障或对其造成永久性破坏，影响中国论文网;Lz@*] D i
现场体育比赛和赛事转播，其中电气系统失效可直接导致电子系统中国论文网5BW/K,T4yn!|A(ke_
瘫痪，监控、消防系统雷击后极易引起火灾而进一步扩大灾害影响，
Dt9R;k[St`G0造成场内人员人身伤害事故发生等安全问题，产生不良社会影响。中国论文网 }kI:x5lh9s Xh
建筑物及室内设施年雷击次数预算公式为：N=N1+N2（次/a）；因中国论文网rBSLI(T6e1R:nC
雷电引起的体育场电子系统设备损坏的可接受的最大年均雷击次数
m-pK)pS_,tH2FT0（Nc）计算公式为：
-\&?T/eBCK0Nc=5.8×10-1.5/c ；中国论文网f9u0o([;~,x{0`
其中C=C1+C2+C3+C4+C5+C6，C1 代表信息系统安设的主建
+h3rf7?+c-T)j~q2^1{0筑材料结构因子，体育场建筑物屋顶及主题结构为钢筋混凝土材中国论文网 Nw@tan
料，因此C1 为0.5 ；C2 表示信息系统重要程度因子，体育场是集中国论文网.{"D~lN
成化程度较高的低电压微电流设备，取C3=3.0 ；C4 代表电子信息中国论文网TuW'm{m0si
系统设备所处雷电防护区（LPZ）因子，当设备处在LPZ2 或更高中国论文网qfm`T;L
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层防护区时，C4=0.5，设备处在LPZ1 防护区内，C4=1.0，设备处中国论文网u#jr2WZ0p+`%L8^
在LPZ0B 区内时，C4=1.5~2.0 ；C5 代表电子信息系统雷击事故的中国论文网vVcQ\Z#t9`&v5~
后果因子，信息系统是不能随意中断的，当遭雷击业务中断但未产中国论文网4h'ycSy2mcXQ
生不良后果时，C5=0.5，中断后未出现严重后果时，C5=1.0，中断中国论文网'\npCn)f@5VO
且产生了严重后果时，C5=1.5~2.0 ；C6 为建筑及其信息设备所处
Y1q(Ocp;kw0区域雷暴等级因子，贺兰山体育场处于宁夏中雷区，C6=1。中国论文网y#jvkhW]
将上述数值代入公式进行计算，然后将计算出的值再代入防雷中国论文网 }i4T5uL k)_"It
装置效率公式：E=1-Nc/N，即得出体育场电子信息系统、电气系
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R+xT0统防雷装置雷电防护效率。中国论文网-[+mx8mgH ^
4. 防雷措施
p6gw-K/E1?0通过对贺兰山体育场雷击风险评估得到量化的风险指标，以指中国论文网U%n4x/@Hf#IAa1ts
导所建场馆的防雷设计和施工，确保防雷设施的安全可靠、技术先中国论文网2?0`'B"r8f {
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进和经济合理，同时提高雷电灾害防护意识，杜绝雷击隐患。中国论文网b9M:J$lW#y3i i
①体育场大型建筑物和电子信息系统应严格按照雷电防护法律中国论文网1o]:iK&mB
法规规定装设防雷装置，并定期接受防雷中心年检，及时发现雷击中国论文网!Wnu'gL3B
事故隐患并进行处理。
.CPMI0Yyg:i0②加强重要体育赛事的气象服务工作，做好大赛期间防雷安全中国论文网xo,_{8j`
等气象服务保障；在体育场馆内装设雷电预警接收、发布装置和显中国论文网W:w@Y%{ tp,d.g
示系统，及时接收并公布气象部门灾害性天气预警信息，采取相应
]ztQ:J;h0防护措施，确保世界各地参赛者、观众及游客的人身安全。中国论文网 \K/j&^;F-`.?w
③加强雷电科普和防雷常识宣传，增强体育场馆工作人员和进
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x*}(Lt E0场人员防雷知识和应急能力，提高体育场管理人员灾害性天气领导、中国论文网7fO^8X)t
指挥和应对能力，在雷电等灾害事故发生后，能及时、迅速采取有
^.gjB.EW9w0效措施组织、协调场馆内人员躲避雷暴，掌握自救和互救知识，避中国论文网Wk3[`4J*HW
免和降低人民群众生命财产损失。中国论文网)~cW@R
参考文献中国论文网)X(L8iB8g
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2006，增刊I（27）中国论文网:` z!QN3uvE*G&n
作者简介：李凤琴（1966-），女，汉族，宁夏银川人，本科学
+PY+YcL&zb:hU0历，副研级高工，从事气象应用方面的工作。中国论文网 P'T(G4AI9OM