古建筑一般是指古人遗留下来的具有较长历史年代的寺、庙、殿、楼、塔等建筑，它是研究古代社会政治经济、文化艺术、宗教信仰的历史资料，也是人类文化遗产的瑰宝。由于古建筑多为木结构，火灾荷载较大，一旦遭雷击起火，火势易蔓延，可能造成难以挽回的损失。而我国现存古建筑的防雷还存在许多问题，比如防雷引下线少，不易采取均衡电位措施，没有防球雷措施等。因此笔者撰文介绍几种常见的防雷技术，希望对古建筑防雷工作有所启示。

　　一、古建筑易遭雷击的原因和规律

　　1. 古建筑易遭雷击的原因

　　一般雷击类型可分为直击雷、感应雷、雷电波侵入和球雷四种。对古建筑危害较大的主要是直击雷和球雷。而要产生雷击，首先必须有足够的电量积累，达到一定的强度，击穿绝缘空气，形成电流通道；其次要有突出的物体造成其周围电场突变，感应出异号电荷。古建筑多为木结构，木材经过千百年变得十分干燥，在雨天潮湿，电阻率变小，并且内部年久积满灰尘，易积蓄净电，带有电荷容易引来雷电流。还有很多古建筑建于高山上，本身地势较高，且位置突出，更容易遭受雷击；同时有些古建筑内高大树木较多，也容易引雷殃及古建筑。

　　2. 古建筑的雷击规律

　　雷击规律的影响因素。大量雷害事故统计资料和试验研究证明，雷击的地点和建筑物遭受雷击的部位是有一定规律的，这些规律称为雷击规律。地面上建筑物的性质、形状，以及建筑物的结构、内部设备情况对雷击的选择都会产生影响。当雷电先驱发展到离地面不远的空中时，地面上的电场不断增强，在高大建筑物的尖顶和边缘上场强最大，构成雷电发展的良好条件。雷电先驱就自然被吸引到这些地方，因此高大建筑物就容易遭雷击。

　　A、地点上的规律。雷害事故表明，多数雷击发生在靠近河湖池沼和潮湿地区，其次是大树、旗杆、杉槁，球雷占8%.

　　B、雷击部位上的规律。古建筑易受雷击的部位多为屋角兽头、房脊和梁柱以及丰宝铜顶。北京十三陵长陵的棱恩殿、鼓楼、故宫的承乾殿皆因兽头、屋脊被雷击起火，也恰恰说明了这一规律。故此在防雷时应加以防范。

　　二、古建筑防雷技术

　　随着科技大发展，人们对雷电知识的了解逐步深入，防雷技术也不断更新，但主要有以下7种：避雷针防雷法、法拉第笼式防雷法、滚球防雷法、E·F避雷保护系统、消雷器防护法、避雷设施保护法、人工影响雷电防雷法。几种方法各有侧重，对古建筑较为适用的是避雷针防雷法。

　　1. 避雷针系统

　　防雷原理及使用范围

　　A、防雷原理。避雷针防雷法是利用避雷针高出被保护物的高度，使雷云下的电场发生畸变，从而将雷电流吸引到避雷针上，通过引下线和接地装置导入大地，使被保护对象免遭雷电直击。也就是说其实质并不是避雷，而是引雷。

　　B、适用范围。避雷针系统主要用于防直击雷，这一系统的接闪器有很多，如：避雷针、避雷线、避雷网、带等。由于古建筑防雷设置不仅要具有实效性，同时要尽量保持其原有风貌，所以多用避雷带、网作为古建筑防雷的接闪器。

　　2. 避雷针系统的局限性

　　A、保护范围不稳定。避雷针保护范围是一个伞形或屋脊形保护区，其张开角度受到接闪器设置高度、雷电强度等多种参数的影响，有的采用30，有的采用60，尽管关于保护角的计算公式很多，但如何确定一直是富兰克林防雷理论的最大困扰所在。

　　B、反击问题。当雷击避雷针或避雷带时，由于引下线的阻抗，对地电压可达到相当高的数值，以至于可能造成接闪器及引下线向周围设备跳火反击。避雷针系统还存在着感应电压的危害，以及接触电压和跨步电压等问题，但其对古建筑危害不大，在此不作详细讨论。

　　3. 球雷的预防

　　A、球雷概述。球雷很久以来就引起了人们的注意，根据球雷现象规律和许多球雷案例剖析及模仿实验表明：球雷是空中带静电荷气雾层运动相互作用放电电离的结果。其本质是一个由高速旋转电子封闭的等离子球体，之所以能形成球体，主要是空气中气雾层电离产生强电场和高频电磁振荡，产生一团漩涡状等离子体的缘故。漩涡体的存在或消失，取决于其内部的电磁平衡和能量补充。球雷是一个复杂的电荷系统，球体本身好似法拉第笼，对外不呈现电性，普通避雷针、网、带对其不起作用，并能从网、带孔洞缝隙中自由出入。故此，目前还没有同它斗争的较为有效、可靠的办法。

　　B、球雷的基本预防措施。由于球雷的难预防性，防护球雷的最好方法是采用屏蔽。对于一般的建筑（钢筋混凝土），可将门窗加上金属纱网与全部钢筋连成一片，构成一个笼式防雷网，可以防止球雷侵入。但对古建筑这样做是很困难的。对重要的古建筑应当做金属纱窗和金属纱门，将它可靠接地；对次要的古建筑，如不能补加金属纱门窗，应注意在雷雨天紧闭门窗，力争达到全封闭状态，以防球雷的侵入，但不可用纸裱糊门窗。

　　三、避雷设施的安装与管理

　　1. 安装及注意事项

　　接闪器。接闪器一般可分为避雷针、避雷线、避雷带、避雷网等，针对古建筑则主要有这样几种形式：A、避雷针是经常置于古建筑屋顶的，通常采用双支接闪器，置于大吻内自箭把伸出。此种做法美观但费时，一般置于大吻的一侧，用铁卡子卡牢，然后与导线焊接牢固，固定的长度为针长的三分之一左右。B、采用避雷带时，按大吻的轮廓用避雷线绕一圈，须离开构件10~375px ，用铁卡子卡牢。但保护范围不包括檐头时，避雷线应顺脊延续至翼角至檐头，并将垂兽、戗兽、翼角的小兽等都包括在内。C、有铜宝顶的建筑物，如果其范围够用时，可利用铜宝顶做接闪器，仅将倒替焊接在最上面铜块上即可。

　　导线（引下线）导线安装分为明、暗两种，对古建筑而言，应采用明线，易于检查施工。导线一般应垂直引下，但古建筑轮廓复杂，事实上不可能做到。当引下线沿古建筑轮廓弯曲时，应保证其弯曲段开口部分的直线距离，不小于弯曲段全长的十分之一，并避免弯折成直角或锐角。古建筑的导线安装应自上而下，先与接闪器焊接，至檐头斗拱部位，预先在瓦顶上打一个直径10 cm的圆洞，套在磁管内，将导线穿洞而下。

　　接地体。接地体应选择安装在土壤电阻率较低的地方，同时应考虑在行人较少的地方，以避免或减少跨步电压的危害。距离建筑物的台基不小于300 cm，埋深深度在100 cm以上。地极的形状有闭合形、一字形、放射形，闭合形又分为方形、三角形、圆形。我们一般采用闭合方形或一字形。方形地极用镀锌铁管4根，每角1根，管距不小于250 cm；一字形用管3~4根排列成一字形。安装时，管子打入地内，上露50 cm以便与导线连接，导线引至地极自作一弯与第一根管子接上，用卡子卡紧焊牢，同样将第二、三、四根与导线焊接。

　　2. 维护检查

　　为了使建筑物的防雷装置有可靠的保护效果，不仅要有合理的设计和正确的施工，还要注意经常维护检查。维护检查分为定期检查和临时检查。一般检查事项有如下几条：①是否由于修缮古建筑和建筑物本身变形引起防雷装置的保护情况发生变化；②检查有无因挖土方，敷设其他管线或种植树木而挖断接地装置；③检查各处明装导体有无因锈蚀或机械力的损伤而折断的情况；④检查接闪器有无因接受雷击而熔断或折断的情况；⑤检查引下线的绝缘保护处理有无破坏；⑥检查断接卡子有无接触不良情况；⑦检查木结构接闪器支架有无腐朽现象；⑧检查接地装置周围的土壤有无沉陷情况；⑨测量全部接地装置的流散电阻。

　　四、古建筑中高大树木的防雷

　　很多古建筑中都有不少高大树木，这些树木可能遭受直击雷或引下球雷，对古建筑造成破坏，因此应注意采取以下措施：

　　A、在树顶安装避雷针，沿树干敷设引下线，下部埋设接地装置；B、枯朽树木的洞穴应用灰膏封堵严密，防止积水，导致树木接闪；C、树木本身或根部不得缠绕钢筋，并不得在树下堆放大量金属物体；D、古建筑周围栽种树木时，树干应距建筑物不应小于5米，树冠不应小于3米。

　　以上是对古建筑防雷技术的初步探讨，可以看到防雷技术存在很大的缺陷，避雷针系统虽然经过安装设计上的调整，但仍存在不妥之处。相信随着对雷电认识的逐步加深，还会出现更完善、有效的防雷技术，能够更好地保护古建筑。

    一、关于古建筑物防雷类别的确定

　　目前普遍将国家防雷标准《建筑物防雷设计规范》（GB50057-94，2000版）作为新、改、扩建建筑物防雷标准执行。如何根据古建筑物的特殊结构和对防雷的要求，将古建筑物防雷标准纳入到GB50057-94之中，确定古建筑物防雷类别，是做好古建筑防雷工程设计、施工的基础。

　　按GB50165-92第5.3.1条的规定，古建筑物分为三类：

　　第一类：国家级重点文物保护单位的古建筑物；

　　第二类：省级重点文物保护单位的古建筑物；

　　第三类：其它古建筑物。

　　以上的古建筑分类如何与防雷分类结合，GB50165-92第5.3.4条第一款做了如下规定：防雷装置的选择与构造要求，对第一类古建筑，应专门研究，对第二类古建筑，应按第一类民用建筑考虑，对第三类古建筑，应按第二类民用建筑考虑。

　　根据国家现行建筑物防雷设计规范（GB50057-94，2000版），建筑物的防雷分类根据其重要性、使用性质、发生雷电事故的可能性和后果来确定。国家级重点文物保护单位的古建筑物根据其大小至少应划为二类以上防雷建筑物。

　　在GB50057-94中，第一类防雷建筑物是指有爆炸危险，因电火花而引起爆炸，会造成巨大损失和人身伤亡者。但古建筑屋架大多为木结构，亟易起火燃烧，在第一类古建筑物中属于“国宝”级的和列入联合国世界人类文化遗产的大型古建筑群应参照第一类防雷建筑物标准进行防护。因为这些古建筑物一旦遭雷击焚毁，将是国家和民族无可挽回的莫大损失，同时也是人类文化遗产的莫大损失，所以第一类古建筑物上述部分应划入第一类防雷建筑物重点保护，第一类古建筑物其余部分及第二类古建筑物应划为第二类防雷建筑物。第三类古建筑物中，当古建筑物有电源线、信号线等引入内部，有大型金属构件、金属物体、使用电子设备时，也应划为第二类防雷建筑物。除此之外的第三类古建筑物可划为第三类防雷建筑物。

    二、古建筑物的防雷措施

　　根据IECl024-1和GB50057-94（2000版）的有关规定，建筑物防雷可分为内、外部防雷，并按人、物和设备对雷电灾害的感受强度不同可把建筑物内、外环境划分为LPZ0A、LPZ0B、LPZl、LPZn+1等不同的防雷区。LPZ0A为建筑物的外部防雷保护区域，LPZ0B～LPZn+1为建筑物内部防雷保护区域。古建筑物的防雷设计必须将外部防雷装置和内部防雷装置作为整体统一考虑。

　　按照《古建筑木结构维护与加固技术规范》GB50165-92第5.3.3条的规定，古建筑物装设防雷装置，应符合下列要求：

　　1．应有防直击雷和防雷击电磁脉冲的装置；

2．应考虑雷击时所产生的接触电压、跨步电压和各种架空线路引来的危害；

　3．若建筑物内部有大型金属构件或存放有金属物体、金属设备，尚应考虑雷击电磁感应的影响。

、第三类古建筑物的防雷措施

　　1．直击雷的防护

　　（1）接闪器一般采用避雷带和短避雷针。

　　（2）避雷带应沿古建筑物屋脊的轮廓弯曲，避雷带应高出屋脊及其上的吻兽、塑像等500px。避雷带外侧的保护范围，应按滚球法计算，当脊或檐不在保护范围时，应增加避雷带的高度。

　　（3）正脊上较突出的尖塔、塑像、宝顶等处安装短避雷针，避雷带的外口沿垂脊飞檐的走向安装短避雷针。

　　（4）金属宝顶其外金属层厚度大于4mm时，可做接闪器，但必须与避雷带连接。

　　（5）引下线应从正脊的两端、房屋外立面四角布设，平均间距24米。但有些古建受外观或地基的限制，很难达到要求，可适当减少引下线的数量，加大引下线材料的直径。但一般不得少于1组，大型古建筑物不得少于2组。

　　（6）接地体的冲击接地电阻应不大于10Ω。

　　（7）安装避雷带的支持架间距不大于1米，支持架用U型卡固定在脊瓦上。

　　（8）建筑精美的牌坊，不易在其上安装避雷带，可在两侧安装避雷针。

　　（9）古树顶安装一支或多支短避雷针，引下线不要缠绕在树杆上，有条件的地方可缠绕树身周围做环形接地体。

　　2．防侧击的措施

　　（1）独立的古塔，塔身的上部应有防侧击的措施。一般在塔顶下三层外檐上安装避雷带，檐角加装短避雷针，并与该层的避雷带连接。

　　（2）具有二、三层檐的古建，除顶层装避雷带外，为防侧击，二、三层檐宜装避雷带。

　　（3）树木枝叶距古建3米以内时，树木应安装避雷针，其接地体与古建防直击雷的接地体连接。

　　3．防雷电波侵入的措施

　　（1）禁止架空线缆直接引入古建筑物，进入古建筑物的电源线、信号线应穿钢管埋地引入，其埋地长度不应小于15米。在低压电源架空电缆埋地前，应安装符合Ⅰ级分类试验的电涌保护器。信号线在室内进入设备端安装适配的信号电涌保护器。

　　（2）架空金属管道，在进入建筑物前，应与防雷接地相连。

　　4．防接触电压

　　每条引下线，在地面以上1.8m加装绝缘套管.以防止接触电压对人员的伤害。

　　5．防跨步电压

　　在地面下，围绕建筑物四周做闭合环行接地体，在该接地体包围的地面上电位基本均衡，防止了雷电流入地后产生的跨步电压对人员的伤害。引下线与接地体间的接地引线\接地体的敷设，要符合GB50057-94第4.3.5条的规定。

    三、古建筑物防雷工程设计、施工中存在的难点

　　1．古建筑物避雷针（带）引下线的间距，有时很难达到防雷规范的要求。

　　2．许多古建筑物建在崇山峻岭之中，地表多为岩石，接地电阻很难达到规范要求。

　　3．有些古建筑物的基座很高大，并附有很厚的石台阶环绕，做接地体和接地线很困难。

　　4．有些古建筑物年久失修，砖瓦破碎，檐木腐烂很难在其上加装防雷装置。

　　5．最重要的是目前古建筑物防雷没有统一的标准。

　　与现代建筑物相比，大多古建筑物周围的地理环境、地质条件不理想，建筑物的外形结构也比较复杂。因此，给古建筑物防雷装置的施工安装带来了一定的难度，防雷效果相对现代建筑物要差一些。

　　对建筑物做直击雷防护，需要敷设避雷针、避雷带、引下线和接地体。但这些物体的安装敷设，若不能与古建结构、形状巧妙地融为一体，将直接影响古建风貌和古建筑的艺术展现。对于屋面敷设避雷带，设计施工在符合防雷技术标准的前提下，应将避雷带设计成为古建筑屋面的轮廓线，选材应力求与屋面的色调一致。目前避雷带的支撑架通常使用U型卡固定在筒瓦和屋脊上，但因牢固程度和施工安装工艺问题，避雷带易倒伏，并对U型卡固定处的灰瓦易造成不同程度的损坏。建议制订标准，设计对古建筑屋面不造成损坏的避雷针（带）固定方法。