高速公路机电系统雷电灾害风险评估

张晨

摘 要：雷电灾害风险评估是防雷工作中的重要部分，通过风险评估可以有针对性地加强防雷措施，提高雷电防护效果。本文对雷电风险评估的技术方法进行了介绍，并针对高速公路机电系统设计雷电风险评估数据收集表单，从而更好地开展高速公路机电系统雷电灾害风险评估工作。

关键词：机电系统;雷电灾害;风险评估;防雷

中图分类号：TU856文献标识码：A文章编号：1003-5168（2020）28-0121-03

Risk Assessment of Lightning Disaster in Electromechanical

System of Expressway

ZHANG Chen

（Fujian Quanxia Expressway Management Co.， Ltd.，Xiamen Fujian 361021）

Abstract： Lightning disaster risk assessment is an important part of lightning protection work. Through risk assessment， lightning protection measures can be strengthened and lightning protection effect can be improved. This paper introduced the technical methods of lightning risk assessment， and designed lightning risk assessment data collection form for highway electromechanical system， so as to better carry out lightning disaster risk assessment of highway electromechanical system.

Keywords： electromechanical system;lightning disaster;risk assessment;lightning protection

雷電灾害风险评估是做好防雷工作的必要条件。做好雷电灾害风险评估工作，可以使工作人员有效认识和评价风险，并根据风险评估结果，对雷电防护措施中的薄弱环节进行改进，提高建筑物的雷电防护效果，最大程度上降低建筑物遭受雷击的风险。目前，雷电灾害风险评估的总体技术路线是基于《雷电防护第2部分：风险管理》（GB/T 21714.2—2015）提出的评估方法。本文以该标准为技术路线，根据高速公路机电系统的实际情况，对高速公路机电系统的雷电灾害风险评价工作进行介绍。

1 基本概念

1.1 损害成因：雷电击打的位置

雷电是造成雷灾的致灾因子，雷击的位置可以分为以下几种[1]：直接击中建筑物，称为S1;击打到建筑周边，称为S2;击打到与建筑物相连的设施，如电力线路等，称为S3;击打到建筑物相连设施的周围，称为S4。

1.2 雷击造成的损害类型

根据建筑物自身的特性，可以将雷电灾害造成的损害类型分为以下几种：造成人和动物的伤害，称为D1;造成物理伤害，称为D2;造成电气和电子系统的失效，称为D3。

1.3 各类损害类型造成的损失类型

每一种损害类型，会导致不同类型的损失，根据建筑自身的情况，可以将损失类型分为以下几种：造成人身伤亡，称为L1;造成公众服务损失，称为L2;造成文化遗产损失，称为L3;造成经济价值损失，称为L4。

雷电击打的位置、雷击造成的损害类型、各类损害类型造成的损失类型之间的关系如表1所示。

2 风险计算

分析完建筑物的损害成因、损害类型、损失类型后应进行风险计算。

2.1 风险和风险分量

雷电灾害风险指的是因雷电造成的年平均可能损失的相对值。不同损失会产生不同的风险，具体如下：由L1造成的人身伤亡损失风险，称为[R1];由L2造成的公众服务损失风险，称为[R2];由L3造成的文化遗产损失风险，称为[R3];由L4造成的经济价值损失风险，称为[R4]。其中，每一种风险，又可以分解为不同的风险分量，它们之间的对应关系见表2。各风险的大小等于对应风险分量的累加和，例如，[R3=RB+RV]。

2.2 风险分量计算

对于各损害类型D（D1至D3）来讲，其对应的风险[R]（[R1]～[R3]）是风险分量[RX]（[RA]，[RB]，…）的总和。风险分量可以根据公式（1）计算。

式中，[Nx]表示每年危险事件次数;[Px]表示建筑物的损害概率;[Lx]表示每一损害产生的损失率。

通过该式计算得到各风险值大小后，根据风险值和容许值的大小比较，判断建筑物的防雷措施是否安全。

3 雷击风险评估基本步骤

传统的灾害风险评估是根据承灾体脆弱性、孕育环境及致灾因子三要素进行分析，雷电灾害风险评估也是基于这三个要素进行评估的，雷电灾害风险评估主要分为以下几个步骤[2-4]。

①确定建筑物中各种损失类型及相应的损失风险R1～R4。

②识别并计算构成损失风险R1、R2、R3、R4的各风险分量RA、RB、…、RZ，各损失风险都是由风险分量构成。

③根据风险分量计算风险R1～R4。

④将风险R1、R2、R3的值与可容许风险值RT 比较，确定是否需要采取雷电防护措施，表1给出了损失风险的容许值范围。

⑤如需进行防雷措施经济性评价，则需要分别计算采取防雷措施所需要的成本以及没有采取防雷措施时的经济损失，比较两者的费用，如果采取防雷措施的成本小于没有防雷措施时的雷击经济损失，则安装防雷装置在经济上是合理的。这部分需要对建筑物的风险R4进行评估。

4 高速公路风险评估

高速公路主要建筑物分为收费站及其办公楼、桥梁、隧道三大部分。因此，对其进行雷电灾害评估时也将其分为这三个部分。每个模块收集的信息包括：建筑物的基本信息、建筑物电源线路的基本信息、建筑物通信线路的基本信息。根据风险分量的计算要求，收集的信息涵盖了风险分量计算所需的所有参数。通过实地调查、查阅设计或竣工图纸等方式收集参数。利用这些参数及公式（1）即可计算得到各风险分量的数值，再将风险分量相加即可得到对应损失风险的大小。最后，比较计算值与风险容许值，判断机电防雷中的薄弱部分，再对薄弱之处加强防雷措施，以更好地实现机电系统的雷电防护[4]。高速公路机电系统雷电灾害风险评估参数收集表单见表4和表5，根据规范要求填写表单，再计算各风险（各参数的填写标准详见《雷电防护 第2部分：风险管理》的附录A、B、C）。

常用的风险值计算方式主要分为人工计算和软件计算两种。这两种方式都存在着不足之处，人工计算方式较为耗时耗力，而且计算的准确性无法保证。软件计算弥补了人工计算方式的不足，减少了计算所需的时间，提高了计算的准确性。但是，软件需要进行设计和开发，开发需要时间和资金，而且软件的使用也不够便捷，需要在装有该软件的计算机上才能进行操作。此外，当风险计算的取值标准变动时，软件数据库表单的修改需要软件公司人员进行维护，无法在第一时间开展，会造成评估工作的拖延，影响工作开展。而通过Excel的方式，可以很好地解决人工计算和软件计算的问题。Excel既能快速地、精确地算出雷击风险值，又能方便地进行后台表单的维护。根据表4、表5制作合适的Excel表单，通过雷击风险的计算公式，建立各数据之间的函数关系，即可自动计算得到最终的评价结果，实现雷击风险的快速、准确计算。

5 结语

本文对雷电灾害风险评估技术方法进行了梳理和介绍，针对高速公路机电系统设计了雷电灾害风险评估表单，利用表单可以方便地收集机电系统雷电灾害风险评估所需的相关数据，从而更好地开展机电系统的雷电灾害风险评估工作。风险评估工作是高速公路机电系统雷电防护工作的重要部分，可以实现对已有项目防雷薄弱环节的诊断，并及时整改;也能实现对在建项目防雷设计的不足进行及时诊断，更改防雷设计和施工，减少因返工造成的经济损失。

参考文献：

[1]中华人民共和国质量监督检验检疫总局，中国国家标准化管理委员会.雷电防护 第2部分：风险管理：GB/T 21714.2—2015[S].北京：中国标准出版社，2015.

[2]马俊贵，纳丽，齐晓鹏，等.几种雷电灾害风险評估计算方法应用对比分析[J].气象与环境科学，2018（2）：129-133.

[3]黄伟信，周林，姚崧奇.阳茂高速公路机电系统的防雷设计[J].气象研究与应用，2010（S2）：201-203.

[4]胡永彬.高速公路机电系统工程质量管理研究[D].兰州：兰州交通大学，2018.