隨著氣候變化及極端天氣現象的增多，雷電災害對建筑物，尤其是具有歷史文化價值的古建筑和文物古跡造成的威脅日益突出。古建筑不僅在結構上十分脆弱，而且其歷史原貌和文物內涵極易因雷擊、雷電感應及接地不良而受損。因此，在滿足國家防雷標準（如《建筑物防雷設計規范》、IEC 62305系列標準等）的基礎上，還必須充分考慮古建筑的保護性要求，采取“非侵入式”、“可逆性”和“保護原貌”的防雷技術措施。地凱科技就古建筑及文物古跡的防雷接地方案進行全面探討，從雷擊保護的原理、系統設計、參數選擇、施工工藝到后期維護均作出詳細說明。

二、古建筑防雷的重要性及設計要求

2.1 古建筑防雷的意義

古建筑及文物古跡大多經歷了數百年甚至上千年的歷史積淀，其結構和裝飾多采用傳統工藝，具有不可再生性。一旦發生雷擊，可能引起局部火災、結構破壞、文物局部熔毀甚至整體損毀；同時，雷擊所產生的過電壓和感應電流也可能通過導電構件傳導至內部文物，使其受到損害。因此，構建一套高效、可靠且適應古建筑特殊性的防雷接地系統，不僅是保護文物安全的技術要求，也是文物保護和傳承的重要舉措。

木結構建筑本體電阻率高達10^12Ω·m，雷擊瞬時溫度可達30000℃，可引燃木材的臨界能量僅需5.6J。據國家文物局統計，2010-2020年間全國發生古建筑雷擊事故283起，直接經濟損失超5.7億元。典型雷害形式包括：

直擊雷破壞：木構件碳化深度可達15cm/次

感應雷損毀：電子安防設備損壞率達72%

跨步電壓：花崗巖地坪傳導電壓可達200kV/m

文物保護特殊要求

需滿足《古建筑防雷技術規范》（GB/T 31043-2014）及《文物建筑防雷工程實施技術指南》要求：

安裝誤差≤±3cm（避免破壞原有結構）

材料耐候性≥50年（銅材純度≥99.9%）

隱蔽度要求：可見部分仿古處理色差ΔE≤1.5

2.2 古建筑防雷設計的特殊注意事項

保護原貌：古建筑在防雷設計中必須盡量保留原有風貌，施工工藝要做到“微創”、“可逆”，以免破壞歷史建筑的原始結構和裝飾。

非破壞性施工：在進行防雷接地時，應采用低損傷、可修復的施工工藝，如采用可拆卸式接地極、利用微鉆或激光定位等技術，減少對古建筑本體的干擾。

整體協調性：防雷系統的布置需與建筑的結構、材質和風格相協調，設計時應充分考慮建筑的文化、藝術和歷史價值，避免因設備外露或線路布置不當而影響古建筑整體美感。

系統冗余與穩定性：考慮到古建筑使用的特殊性和環境復雜性，防雷系統的設計要有一定的冗余度，確保即使部分元件失效，整體系統仍具有足夠的安全余度。

環境適應性：古建筑多位于老城區、風景區或自然保護區，施工時必須充分考慮周邊環境與土質、電化學腐蝕等問題，選擇耐腐蝕、適應性強的材料和構件。

古建筑與文物古跡防雷接地 古建筑與文物古跡防雷接地 古建筑與文物古跡防雷接地

三、古建筑防雷設計原理與關鍵技術參數

3.1 防雷原理

防雷系統總體上包括三個基本層次：

第一防線——避雷裝置：包括避雷針、避雷帶、避雷網等，作用在于捕捉并分流雷電直擊，確保雷電流通過設計路徑流入大地，防止雷擊直接作用于主體建筑。

第二防線——等電位聯結系統：將建筑內所有金屬構件和防雷系統進行等電位聯結，避免因雷擊引起局部電位差異而產生二次損傷。

第三防線——接地裝置：將雷電流有效導入地中，使接地系統具備足夠低的電阻，以消除或降低感應過電壓對建筑的危害。

3.2 關鍵技術參數

在設計古建筑防雷接地系統時，應依據建筑風險等級和實際情況選取合適的參數。以下為部分關鍵參數建議：

避雷針參數

材料選擇：選用耐腐蝕、高強度的銅包鋼或不銹鋼材料。

形狀與尺寸：尖端半徑應控制在1～3 mm以內；針體長度根據建筑高度及防護范圍確定，通常高度不少于建筑最高點100%（例如一座高度20米的古建筑，避雷針建議高度20～25米）。

安裝位置：避雷針應布置在建筑的制高點，但安裝方式需與古建筑結構充分協調，可采取隱蔽安裝或偽裝設計。

避雷導體（下導體）參數

截面面積：根據雷電流參數和冗余要求，導體截面積應不小于70 mm2，常用規格為100 mm2銅芯線。

絕緣要求：接觸古建筑主體部分時，采用防腐絕緣套管或采用金屬帶包裹，防止長期電化學反應。

布設形式：應采用最短、最直的路徑連接避雷針與接地極，同時避免與其他電力、通信線路交叉干擾。

接地系統參數

接地電阻：設計目標一般控制在≤10?Ω以內，古建筑環境及土質條件特殊時，建議采取分布式接地網技術，使部分關鍵節點的接地電阻降低到5Ω以下。

接地極材料：一般采用優質銅、鍍鋅鋼或復合材料，表面應經過防腐處理。

接地極結構：在古建筑場地，應優先采用水平接地網與垂直接地極相結合的方式，確保在不破壞地面原貌的前提下，達到良好的接地效果。

等電位聯結：對建筑內所有金屬構件、管線和防雷設備進行等電位聯結，聯結電阻應控制在1Ω以內。

感應防護措施

為降低雷電感應和傳導過電壓對內部文物的影響，可在室內采用局部屏蔽、浪涌保護器（SPD）等裝置，防止電涌損害珍貴文物。

四、地凱科技古建筑防雷接地系統設計方案

4.1 系統構成

古建筑防雷系統主要由以下部分構成：

避雷針及避雷帶/網

根據古建筑形態及高度設計避雷針位置，必要時可設置水平避雷帶（尤其適用于大面積庭院或屋頂平面較寬的建筑）。

下導體系統

將避雷針與接地極進行物理連接，下導體的布設要求盡量采用隱蔽布線，沿建筑外圍或內部拐角等位置設置，并與各建筑金屬構件構成統一的等電位系統。

接地極與接地網

在古建筑周圍布設接地極。對于園林、庭院式古建筑，接地系統可采取環形或分布式接地網設計，利用建筑外圍綠地或暗溝，既達到防雷效果，又不破壞古建筑景觀。

施工要求：接地極安裝時應采用非破壞性鉆孔技術、化學錨固或微侵入技術，盡量減少對古建筑基礎、地面鋪裝及文物環境的干擾。

等電位聯結與內部保護

建筑內所有金屬構件（如水管、窗框、門鉸鏈等）均需與防雷系統進行等電位聯結，形成完整的保護網絡。必要時，在文物保護區域內安裝浪涌保護器、隔離器等設備，進一步降低雷電波及效應。

4.2 系統設計原理解析

雷電流的分流與分散

當雷電流接觸避雷針時，通過低阻抗路徑分流至接地極，利用接地網將電流擴散在大面積土層內，防止局部過電壓集中。設計中要求避雷導體與接地極之間的連接電阻盡量低，確保電流迅速疏散。

感應過電壓防護

雷電感應電壓往往通過建筑金屬體及管線傳遞到內部設備和文物上，系統中通過等電位聯結將各部分電位均衡，降低電位差。同時，可在關鍵保護區域設置SPD，構成局部防護屏障。

非連續性與冗余設計

由于古建筑結構復雜且土質、電化學環境各異，設計時可采取多路分布式接地、分段防雷導體及局部防雷屏蔽，形成多重保護網。系統設計時應進行雷電電磁場仿真和雷擊風險評估，確保整體系統在不同工況下均具有足夠的冗余和穩定性。

4.3 參數示例與設計計算

以一座古建筑為例，其最高點海拔高度約20 m，建筑面積約500 m2，土壤為中性砂質壤土，目標接地電阻控制在≤10?Ω。設計參數示例如下：

避雷針：選用銅包鋼避雷針，高度定為25 m，針尖半徑1.5 mm；安裝位置設于建筑最高點屋脊或塔頂，保證雷電直接捕獲。

下導體：采用截面積不小于100 mm2的銅芯導體，沿建筑外廊布設，最長導體長度不超過30 m，且各節點連接電阻≤0.1?Ω。

接地系統：

主接地極選用長度2.5 m、直徑50 mm的鍍鋅鋼棒，每隔1.5～2 m布置一次，并采用橫向連接組成接地網。

設計中通過多根接地極并聯、橫向聯結，達到整體接地電阻≤8?Ω的目標。

在難以直接打入土層的區域，可采用化學灌注技術增強接地極與土體間的導電接觸。

等電位聯結：建筑內所有金屬物件通過專用等電位連接線（截面≥16 mm2）進行聯結，各聯結點電阻控制在≤1?Ω。

古建筑與文物古跡防雷接地 古建筑與文物古跡防雷接地

五、古建筑防雷接地施工工藝要求

在施工過程中，既要確保防雷系統技術指標的實現，又要遵循古建筑保護的原則。以下為主要施工工藝及注意事項：

5.1 施工前準備

現場勘查與風險評估

對古建筑進行詳細勘查，記錄建筑結構、材質、現有金屬構件及土質情況；利用現代檢測設備進行雷電風險評估，確定防雷系統的設計參數和布置方案。

技術交底與文物保護溝通

組織設計、施工、保護及管理各方專家進行交底，明確防雷系統的施工方法、施工工藝及施工后可逆性要求，確保施工過程中不會對古建筑原貌造成破壞。

5.2 施工工藝

避雷針及下導體安裝

避雷針安裝：利用專用固定支架或偽裝裝置，將避雷針安裝于建筑的制高點。安裝時應預先在不顯眼處進行鉆孔，確保固定件與古建筑結構的結合處采取化學錨固或可拆卸設計，便于后期維護和撤除。

下導體布線：采取隱蔽布線方式，在屋頂、檐槽、外墻立面預先規劃布線槽或利用已有構造空隙進行布設；對于必須外露的部分，采用與建筑裝飾風格協調的包覆材料，既保證導體粗壯、導電良好，又不破壞整體美觀。

接地極施工

鉆孔技術：針對古建筑場地，推薦采用微鉆或定向鉆孔技術，確保鉆孔直徑與接地極外徑基本匹配，同時避免對地面鋪裝、綠化帶等造成大面積破壞。

化學灌注與錨固：在鉆孔后，采用環保型化學灌注劑進行灌注，確保接地極與土層緊密接觸。施工過程中嚴格控制灌注劑用量和固化時間，以確保長期穩定性。

接地網布設：在古建筑外圍設計布設分布式接地網，網內各接地極通過橫向導體相互聯結，形成閉合環路，并預留檢修接頭。接地網安裝后，應進行電阻測試，確保每個節點接地電阻符合設計要求。

等電位聯結施工

建筑內外所有金屬構件、設備及防雷裝置均需進行等電位聯結。采用焊接、螺栓固定或專用等電位連接夾進行連接。

連接線的敷設應盡量貼近建筑結構表面或預埋于裝飾板內，保證安全性和隱蔽性，同時防止因振動、溫度變化導致松動或脫落。

5.3 施工質量控制與驗收

工序驗收

每道工序完成后，應組織專業檢測人員對避雷針、下導體、接地極及等電位聯結進行現場檢測。檢測項目包括：機械固定牢固性、連接電阻、接地電阻、導體連續性等，所有檢測數據均需記錄歸檔。

系統整體測試

完成安裝后，利用專用設備進行雷電模擬測試及高頻、低頻綜合檢測，確保系統整體響應符合設計要求。

保護措施復核

針對施工區域內的文物及古建筑部分，應組織文物保護部門進行復核，確保施工過程中未破壞原有裝飾、結構或環境景觀，所有施工痕跡均符合可修復、可逆的原則。

七、結論與建議

針對古建筑及文物古跡的防雷接地設計，必須在確保系統安全可靠的前提下，兼顧文物保護和歷史建筑風貌。本文提出的綜合解決方案從避雷針的選型、下導體的布設、接地系統的設計到施工工藝、維護管理等方面，均做出了詳細規劃與技術要求。關鍵在于：

充分調研現場環境、土質及建筑結構，制定切實可行的設計方案；

選用耐腐蝕、機械性能優良的材料，并在設計中采用冗余和分布式技術，確保系統長期穩定運行；

在施工過程中嚴格執行“非破壞性”、“可逆性”原則，最大限度減少對古建筑和文物原貌的影響；

建立完善的后期維護管理制度，確保防雷系統能夠隨著時間變化持續發揮保護作用。

審核編輯 黃宇