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摘要
根据中华人民共和国GB 50057-2010《建筑物防雷设计规范》、GB/T 21714《雷电防护》和国际电工标准IEC 61662的规定和要求，运用C#语言编制计算机计算、分析、综合评估平台，通过对63个建设工程项目的风险评估分析计算验证，发现系统计算和分析结果与实际情况出入不大，基本能满足风险评估工作需要，为建设项目工程防雷工程设计提供科学依据，避免盲目性，保证防雷工程安全可靠、技术先进、经济合理。
关键词 雷击风险评估；计算方法；流程；系统
中图分类号S429文献标识码A文章编号0517-6611（2015）24-149-03
雷电是发生在大气中的声、光、电物理现象，其放电电流可达数十千安，甚至数百千安，雷电流产生巨大的破坏力和极强的电磁干扰。联合国“国际减灾十年”公布雷电灾害为自然界十大灾害之一，地球上平均每秒就会发生100次左右的闪电，强大的雷电流对建筑物和电子设备产生巨大的破坏作用。雷击风险评估是指以实现综合雷电防护为目的，运用科学原理和方法，对被评估对象可能遭受雷击概率及雷击后产生后果的严重程度进行分析计算，向建设单位提供科学合理且经济安全的雷电防护措施和建议。雷击风险评估属于灾害评估的一种，可分为新建项目预评估、在建项目方案评估和已建项目现状评估3种。
近年来，由于全球变暖加剧，极端天气频繁出现，雷击事故造成的人员伤亡和财产损失呈上升趋势[1]。最严重的2011年发生雷电灾害事故次数6 127次、人员死亡人数1 109人、经济损失50 635万元。随着国民经济的快速增长，民用住宅小区和国家大中型项目开工建设，对雷击风险评估工作提出了更高要求。我国幅员辽阔，各个地方的气候环境和地理环境情况差别很大，如果不区分域地统一采取措施，将会造成经济上的巨大浪费。根据中华人民共和国GB 50057-2010《建筑物防雷设计规范》[2]、GB/T 21714《雷电防护》[3]和国际电工标准IEC 61662的规定和要求，运用C#语言编制计算机计算、分析、综合评估平台，大大地减少风险值计算的工作量和计算误差。笔者在此通过雷击风险计算评估系统对建筑物的相关情况及所处的位置和周边环境进行科学计算和分析[4]，对雷击风险值进行定量化计算，为建设项目工程防雷工程设计提供科学依据。
1 资料与方法
1.1资料选取
选用当地气象台站多年气象观测数据、云南省闪电定位仪观测记录数据；工程项目立项审批报告相关数据、建筑物设计方案数据；工程所在地地质、土壤电阻率和地理环境要素等相关数据。
1.2雷击损失风险计算参数选取
雷击损失风险评估主要是计算由于雷电发生造成一定的生命伤亡、经济损耗以及其他方面的各种风险叠加，同时综合周边环境特性和闪电的时空分布规律。为项目区域范围内的建设项目的位置选定、功能布局、雷电防护等级（类别）和防雷设施设计、施工提供科学，也为雷电灾害事故应急预案评价方法提供建设性意见。
雷击损失风险内容共分为人员生命损失风险、公众服务损失风险、文化遗产损失风险、经济损失风险4类。雷击损失风险的计算结果主要取决于风险相关参数（表1），参数值的选取正确与否决定风险的计算结果[2]。
2 雷击风险分量计算
2.1 按风险管理要求进行雷击风险评估
2.1.1
雷击导致建筑物的各种损失对应的风险分量（Rx）。其计算公式为Rx=Nx×Px×Lx，式中，Nx为年平均雷击危险事件次数；Px为每次雷击损害概率；Lx为每次雷击损失率。
2.1.2
建筑物的雷击损害风险（R）。其计算公式为R=∑Rx，式中，Rx为建筑物的雷击损害风险涉及的风险分量。
2.2 建筑物及入户服务设施年预计雷击次数的计算
2.2.1
建筑物及入户设施年预计雷击次数（N）。其计算公式为N=N1+N2，式中，N1为建筑物年预计雷击次数（次/a）；N2为建筑物入户设施年预计雷击次数（次/a）。
2.2.2
建筑物年预计雷击次数（N1）。其计算公式为N1=K×Ng×Ae，式中，K为校正系数；Ng为建筑物所处地区雷击大地密度[次/（km2·a）]，Ng≈0.1×Td，其中，Td为建筑物所在地年平均雷暴日数（d/a）；Ae为建筑物截收相同雷击次数的等效面积（km2）。
2.2.3
建筑物等效面积（Ae）。当建筑物高度H<100 m时，其每边的扩大宽度D（m）和等效面积Ae（km2）按公式
D=H（200-H）
、Ae= [Lw+2（L+W）×D+πH（200-H）]×10-6计算确定。当建筑物高度H≥100 m时，其每边的扩大宽度应按等于建筑物的高H计算，建筑物等效面积按公式Ae= [Lw+2H（L+W）+πH2]×10-6计算确定，式中，Lw为建筑物a端到服务设施的距离；L、W、H分别为建筑物的长、宽、高（m）。
2.2.4
入户服务设施年预计雷击次数（N2）。按照公式N2=Ng×Ae′=Ng×（Ae1′+Ae2′）计算，式中，N2为入户服务设施年预计雷击次数（次/a）；Ae1′为电源线入户设施截收面积（km2）；Ae2′为信号线缆入户设施截收面积（km2）。
2.3可接受最大年平均雷击次数（Nc）的计算
其计算公式为Nc=5.8×10-1/C，式中，C为各类因子C1（材料结构因子）、C2（信息系统程度因子）、C3（信息系统耐压因子）、C4（信息系统防护因子）、C5（信息系统雷击因子）、C6（区域雷暴等级因子）之和，按照文献[2]中的规定取值。
2.4人身伤亡损失率（Lx） 其计算公式为Lx=（np/nt）×（tp/8 760），式中，np为可能受到危害的人员数量；nt为预期的建筑物内总人数；tp为以小时计算的可能受害人员每年处于危险场所的时间。
2.5公众服务中断损失率（Lx）
其计算公式为Lx=（np/nt）×（t/8 760），式中，np为可能失效服务的年平均用户数量；nt为接受服务的用户总数；t为用小时表示的年平均服务中断时间。
3 雷击风险分量计算流程
各类雷击风险分量Rx按以上运算公式计算，计算结果与雷击风险容许值Rt（其中人生伤亡损失风险Rt≤10-3，公众服务损失风险、文化遗产损失风险、文化遗产损失风险Rt≤10-3）[3]进行对比分析，综合考虑各种防护措施的技术可行性和施工成本，选择最有效的综合防护措施，雷击风险分量计算流程如图1所示。
4 编制雷击风险分析评估平台
建立气象要素历史数据库、闪电定位数据库、各类风险容许值数据库，运用C#计算机编制风险雷击计算进行风险雷击参数计算和综合分析，得出风险雷击评估数据。雷击风险计算分析评估系统计算机平台界面如图2所示。
通过雷击风险分析评估平台的计算结果（图3），结合工程项目的建筑设计参数、使用性质、地理环境、总体布局、功能等因素综合分析论证，提供科学合理的雷击风险评估结论。
5 结论
雷击风险评估是近年来才开展的一项针对新建、在建建设项目可能受到雷电破坏的可行性评价论证工作。由于开展的时间不长，雷击灾害造成损失的各类风险分量的计算仍停留在手工计算上，各项参数的选择存在不确定性。手工计算不仅费工费时，且容易出现计算误差。
风险评估系统工作经过近一年的应用，通过对63个建设工程项目的风险评估分析计算验证，系统计算和分析结果与实际情况出入不大，基本能满足风险评估工作需要。该系统的特点是界面清晰、操作简单；参数选择实现定量化；数据筛选、计算、统计实现自动化；参评对象选择模式分类；可根据工作需求调整、增添模块；实现人机对话功能。该系统虽然解决了雷击风险评估中的一部分实际问题，随着新项目的
开展和新技术的开发运用，还需要逐步改进和完善，以适应
雷击风评估工作的需要。
参考文献
[1]
徐丹.基于surferr平台的雷击风险评估系统设计[D].大连：大连理工大学，2013.
[2] 中国机械工业联合会.建筑物防雷设计规范：GB50057-2010[S].北京：中国计划出版社，2011.
[3] 四川中光高科产业发展集团.雷电防护：GB/T 21714[S].北京：中国标准出版社，2008.
[4] 陈阿仲，王兴国，周兴瑶.雷击风险评估的流程优化分析研究[C]//第26届中国气象学会年会气象灾害与社会和谐分会场论文集.中国气象学会，2009.
根据中华人民共和国GB 50057-2010《建筑物防雷设计规范》、GB/T 21714《雷电防护》和国际电工标准IEC 61662的规定和要求，运用C#语言编制计算机计算、分析、综合评估平台，通过对63个建设工程项目的风险评估分析计算验证，发现系统计算和分析结果与实际情况出入不大，基本能满足风险评估工作需要，为建设项目工程防雷工程设计提供科学依据，避免盲目性，保证防雷工程安全可靠、技术先进、经济合理。
关键词 雷击风险评估；计算方法；流程；系统
中图分类号S429文献标识码A文章编号0517-6611（2015）24-149-03
雷电是发生在大气中的声、光、电物理现象，其放电电流可达数十千安，甚至数百千安，雷电流产生巨大的破坏力和极强的电磁干扰。联合国“国际减灾十年”公布雷电灾害为自然界十大灾害之一，地球上平均每秒就会发生100次左右的闪电，强大的雷电流对建筑物和电子设备产生巨大的破坏作用。雷击风险评估是指以实现综合雷电防护为目的，运用科学原理和方法，对被评估对象可能遭受雷击概率及雷击后产生后果的严重程度进行分析计算，向建设单位提供科学合理且经济安全的雷电防护措施和建议。雷击风险评估属于灾害评估的一种，可分为新建项目预评估、在建项目方案评估和已建项目现状评估3种。
近年来，由于全球变暖加剧，极端天气频繁出现，雷击事故造成的人员伤亡和财产损失呈上升趋势[1]。最严重的2011年发生雷电灾害事故次数6 127次、人员死亡人数1 109人、经济损失50 635万元。随着国民经济的快速增长，民用住宅小区和国家大中型项目开工建设，对雷击风险评估工作提出了更高要求。我国幅员辽阔，各个地方的气候环境和地理环境情况差别很大，如果不区分域地统一采取措施，将会造成经济上的巨大浪费。根据中华人民共和国GB 50057-2010《建筑物防雷设计规范》[2]、GB/T 21714《雷电防护》[3]和国际电工标准IEC 61662的规定和要求，运用C#语言编制计算机计算、分析、综合评估平台，大大地减少风险值计算的工作量和计算误差。笔者在此通过雷击风险计算评估系统对建筑物的相关情况及所处的位置和周边环境进行科学计算和分析[4]，对雷击风险值进行定量化计算，为建设项目工程防雷工程设计提供科学依据。
1 资料与方法
1.1资料选取
选用当地气象台站多年气象观测数据、云南省闪电定位仪观测记录数据；工程项目立项审批报告相关数据、建筑物设计方案数据；工程所在地地质、土壤电阻率和地理环境要素等相关数据。
1.2雷击损失风险计算参数选取
雷击损失风险评估主要是计算由于雷电发生造成一定的生命伤亡、经济损耗以及其他方面的各种风险叠加，同时综合周边环境特性和闪电的时空分布规律。为项目区域范围内的建设项目的位置选定、功能布局、雷电防护等级（类别）和防雷设施设计、施工提供科学，也为雷电灾害事故应急预案评价方法提供建设性意见。
雷击损失风险内容共分为人员生命损失风险、公众服务损失风险、文化遗产损失风险、经济损失风险4类。雷击损失风险的计算结果主要取决于风险相关参数（表1），参数值的选取正确与否决定风险的计算结果[2]。
2 雷击风险分量计算
2.1 按风险管理要求进行雷击风险评估
2.1.1
雷击导致建筑物的各种损失对应的风险分量（Rx）。其计算公式为Rx=Nx×Px×Lx，式中，Nx为年平均雷击危险事件次数；Px为每次雷击损害概率；Lx为每次雷击损失率。
2.1.2
建筑物的雷击损害风险（R）。其计算公式为R=∑Rx，式中，Rx为建筑物的雷击损害风险涉及的风险分量。
2.2 建筑物及入户服务设施年预计雷击次数的计算
2.2.1
建筑物及入户设施年预计雷击次数（N）。其计算公式为N=N1+N2，式中，N1为建筑物年预计雷击次数（次/a）；N2为建筑物入户设施年预计雷击次数（次/a）。
2.2.2
建筑物年预计雷击次数（N1）。其计算公式为N1=K×Ng×Ae，式中，K为校正系数；Ng为建筑物所处地区雷击大地密度[次/（km2·a）]，Ng≈0.1×Td，其中，Td为建筑物所在地年平均雷暴日数（d/a）；Ae为建筑物截收相同雷击次数的等效面积（km2）。
2.2.3
建筑物等效面积（Ae）。当建筑物高度H<100 m时，其每边的扩大宽度D（m）和等效面积Ae（km2）按公式
D=H（200-H）
、Ae= [Lw+2（L+W）×D+πH（200-H）]×10-6计算确定。当建筑物高度H≥100 m时，其每边的扩大宽度应按等于建筑物的高H计算，建筑物等效面积按公式Ae= [Lw+2H（L+W）+πH2]×10-6计算确定，式中，Lw为建筑物a端到服务设施的距离；L、W、H分别为建筑物的长、宽、高（m）。
2.2.4
入户服务设施年预计雷击次数（N2）。按照公式N2=Ng×Ae′=Ng×（Ae1′+Ae2′）计算，式中，N2为入户服务设施年预计雷击次数（次/a）；Ae1′为电源线入户设施截收面积（km2）；Ae2′为信号线缆入户设施截收面积（km2）。
2.3可接受最大年平均雷击次数（Nc）的计算
其计算公式为Nc=5.8×10-1/C，式中，C为各类因子C1（材料结构因子）、C2（信息系统程度因子）、C3（信息系统耐压因子）、C4（信息系统防护因子）、C5（信息系统雷击因子）、C6（区域雷暴等级因子）之和，按照文献[2]中的规定取值。
2.4人身伤亡损失率（Lx） 其计算公式为Lx=（np/nt）×（tp/8 760），式中，np为可能受到危害的人员数量；nt为预期的建筑物内总人数；tp为以小时计算的可能受害人员每年处于危险场所的时间。
2.5公众服务中断损失率（Lx）
其计算公式为Lx=（np/nt）×（t/8 760），式中，np为可能失效服务的年平均用户数量；nt为接受服务的用户总数；t为用小时表示的年平均服务中断时间。
3 雷击风险分量计算流程
各类雷击风险分量Rx按以上运算公式计算，计算结果与雷击风险容许值Rt（其中人生伤亡损失风险Rt≤10-3，公众服务损失风险、文化遗产损失风险、文化遗产损失风险Rt≤10-3）[3]进行对比分析，综合考虑各种防护措施的技术可行性和施工成本，选择最有效的综合防护措施，雷击风险分量计算流程如图1所示。
4 编制雷击风险分析评估平台
建立气象要素历史数据库、闪电定位数据库、各类风险容许值数据库，运用C#计算机编制风险雷击计算进行风险雷击参数计算和综合分析，得出风险雷击评估数据。雷击风险计算分析评估系统计算机平台界面如图2所示。
通过雷击风险分析评估平台的计算结果（图3），结合工程项目的建筑设计参数、使用性质、地理环境、总体布局、功能等因素综合分析论证，提供科学合理的雷击风险评估结论。
5 结论
雷击风险评估是近年来才开展的一项针对新建、在建建设项目可能受到雷电破坏的可行性评价论证工作。由于开展的时间不长，雷击灾害造成损失的各类风险分量的计算仍停留在手工计算上，各项参数的选择存在不确定性。手工计算不仅费工费时，且容易出现计算误差。
风险评估系统工作经过近一年的应用，通过对63个建设工程项目的风险评估分析计算验证，系统计算和分析结果与实际情况出入不大，基本能满足风险评估工作需要。该系统的特点是界面清晰、操作简单；参数选择实现定量化；数据筛选、计算、统计实现自动化；参评对象选择模式分类；可根据工作需求调整、增添模块；实现人机对话功能。该系统虽然解决了雷击风险评估中的一部分实际问题，随着新项目的
开展和新技术的开发运用，还需要逐步改进和完善，以适应
雷击风评估工作的需要。
参考文献
[1]
徐丹.基于surferr平台的雷击风险评估系统设计[D].大连：大连理工大学，2013.
[2] 中国机械工业联合会.建筑物防雷设计规范：GB50057-2010[S].北京：中国计划出版社，2011.
[3] 四川中光高科产业发展集团.雷电防护：GB/T 21714[S].北京：中国标准出版社，2008.
[4] 陈阿仲，王兴国，周兴瑶.雷击风险评估的流程优化分析研究[C]//第26届中国气象学会年会气象灾害与社会和谐分会场论文集.中国气象学会，2009.