小蠻腰一小時(shí)接了六次閃電科學(xué)防雷釋疑眾憂 小蠻腰：我可以
廣州近日遭遇持續(xù)性強(qiáng)降雨與雷暴大風(fēng)天氣。4月20日晚，一段展現(xiàn)廣州塔在一小時(shí)內(nèi)連續(xù)遭受六次閃電“暴擊”的視頻在網(wǎng)絡(luò)引發(fā)熱議，部分公眾擔(dān)憂廣州塔的安全狀況。然而，實(shí)際上廣州塔具備主動(dòng)“接閃”功能，可將雷電迅速導(dǎo)入大地，有效保護(hù)自身結(jié)構(gòu)、內(nèi)部設(shè)備及人員安全，并降低周邊建筑遭受雷擊的風(fēng)險(xiǎn)。
作為中國(guó)首座、全球第三高的旅游觀光塔，廣州塔塔身高454米，加上天線桅桿共達(dá)600米。自2009年落成以來(lái)，每逢雷雨天氣，廣州塔與“火龍”般的閃電對(duì)接場(chǎng)景便成為市民眼中的震撼景象。
引雷針主動(dòng)接閃
事實(shí)上，廣東塔并不是“被雷劈”而是“主動(dòng)接閃”。據(jù)了解，廣州塔的塔尖安裝了雷電防御保護(hù)裝置——“引雷針”，這和一般建筑上安裝的避雷針不同，引雷針主要安裝在一個(gè)片區(qū)內(nèi)相比其他建筑更高大的建筑物頂部。它與地面通過(guò)接地裝置連接，形成導(dǎo)電通道。
在雷電天氣來(lái)臨時(shí)，引雷針能夠利用自身的金屬結(jié)構(gòu)來(lái)吸引閃電，并將電流引入地下，保護(hù)建筑物本身及其內(nèi)部的設(shè)備和人員免受雷電損害的同時(shí)，也可以降低廣州塔周邊建筑遭到雷擊的概率。
掩入云端的廣州塔。圖源廣州塔官方
那么，為何廣州塔會(huì)頻頻接閃？關(guān)象石表示，“廣州地處北回歸線以南，屬于南亞熱帶濕潤(rùn)季風(fēng)區(qū)，熱量和水汽充沛、雷雨多且季節(jié)長(zhǎng)，接閃次數(shù)多是自然的。”
廣東省雷電監(jiān)測(cè)網(wǎng)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，廣州塔所處區(qū)域年平均雷擊大地密度高達(dá)29次/（年·平方公里），屬于強(qiáng)雷暴區(qū)。廣州塔總高度600米，而產(chǎn)生雷電的積雨云層的高度是500米至800米，在雷雨天氣里，廣州塔上端正好位于雷云內(nèi)部，加上尖端放電效應(yīng)，廣州塔在積雨云到來(lái)時(shí)，頻繁“接閃”就不可避免。
另一方面，這次廣州塔接閃頻繁也與近期廣州的強(qiáng)對(duì)流天氣有關(guān)。記者從中國(guó)氣象局了解到，19日至20日14時(shí)，廣東全省各級(jí)氣象部門發(fā)布暴雨預(yù)警信號(hào)235站次，其中紅色25站次，發(fā)布雷雨大風(fēng)預(yù)警信號(hào)189站次。今明兩天，廣東中南部等地還將有8-10級(jí)雷暴大風(fēng)或冰雹天氣。
頂腰底均有防雷設(shè)計(jì)
有了頂部的引雷針，再加上腰部和底部的防護(hù)裝置，廣州塔的一共擁有三重防雷保護(hù)。根據(jù)廣州塔公開(kāi)宣傳資料，早在建筑設(shè)計(jì)階段，廣州塔就委托廣州市防雷設(shè)施檢測(cè)所對(duì)閃電雷擊風(fēng)險(xiǎn)作了評(píng)估，并請(qǐng)防雷專家專門制定了一整套防雷保護(hù)措施。
廣州塔防雷系統(tǒng)設(shè)計(jì)師、廣州市設(shè)計(jì)院高級(jí)工程師林佩仰曾在采訪中表示，由于廣州塔塔身較高且頂部帶有天線桅桿，從云層直接打到天線桅桿的直擊雷是防雷首先要考慮的對(duì)象。
為此，設(shè)計(jì)師在天線桅桿上專門安置了防雷接閃裝置，并在塔身頂部設(shè)計(jì)了避雷網(wǎng)格，由它和塔身金屬鋼外筒、塔底的接地網(wǎng)格共同組成雷電的傳導(dǎo)線路。一旦發(fā)生直擊雷電，云層傳來(lái)的電流可以順著天線桅桿傳導(dǎo)到避雷網(wǎng)格，再沿著塔身金屬鋼外筒、塔底的接地網(wǎng)格傳到地下，不對(duì)塔身造成傷害。
除了塔頂可能遭遇直擊雷，高層建筑可能會(huì)發(fā)生側(cè)擊。關(guān)象石表示，越高的建筑物遭到側(cè)擊的概率越大。2020年4月13日，有目擊者見(jiàn)到東方明珠頂部燃燒得像一支火柴。起火原因正是強(qiáng)雷側(cè)擊打中了塔頂發(fā)射天線，引起天線外罩燃燒。
考慮到側(cè)面也可能被側(cè)擊雷擊中，廣州塔塔身的各樓層金屬欄桿、金屬門窗和玻璃幕墻等都直接跟塔身的防雷裝置聯(lián)結(jié)，且聯(lián)結(jié)點(diǎn)不少于兩處，確保側(cè)擊雷帶來(lái)的電流也可以順著防雷裝置被引到地面。
在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上，廣州塔也充分考慮了防雷擊的需求。塔身采用了鋼筋混凝土和鋼材的混合結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)不僅堅(jiān)固耐用，而且具有良好的導(dǎo)電性。“廣州塔利用塔頂?shù)匿摻Y(jié)構(gòu)（引雷針）作為接閃桿；塔身的結(jié)構(gòu)鋼筋（垂直鋼筋數(shù)不勝數(shù)）作為可利用的自然引下線；塔基內(nèi)的鋼筋網(wǎng)作為自然接地體，既安全可靠，又經(jīng)濟(jì)合理，這是完全符合國(guó)家和國(guó)際防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)的，并且有很大的裕度。”關(guān)象石表示。
同時(shí)，廣州塔還建設(shè)了雷電預(yù)警系統(tǒng)設(shè)備，用于監(jiān)測(cè)廣州塔附近雷暴云產(chǎn)生的大氣電場(chǎng)，以及云間閃電和云對(duì)地閃電的發(fā)生情況，結(jié)合大氣電場(chǎng)預(yù)警指標(biāo)對(duì)廣州塔塔頂戶外游玩空間進(jìn)行預(yù)警。當(dāng)監(jiān)測(cè)到雷電天氣可能發(fā)生時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)防雷措施，如關(guān)閉部分設(shè)備、引導(dǎo)游客撤離等，以減少雷擊帶來(lái)的損失。
廣州塔到底能承受多大雷擊？
我們知道，閃電發(fā)生的電流通常可達(dá)上萬(wàn)安培，有的超級(jí)閃電的功率甚至可達(dá)幾十幾百億千瓦，比三峽水電站同時(shí)間的能量釋放高出百千倍。那么廣州塔的這些防雷設(shè)計(jì)到底能承受多大的雷擊？
對(duì)此，林佩仰曾直言：廣州塔的防雷設(shè)計(jì)已經(jīng)超過(guò)了現(xiàn)有建筑防雷技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的要求，部分設(shè)備的防雷能力甚至達(dá)到了軍火倉(cāng)庫(kù)的程度。
“不用擔(dān)心是否能承受多大和多少次的多重雷擊。”關(guān)象石也坦言，“從外部防雷（又稱直擊雷防護(hù)）角度看，廣州塔應(yīng)該是安全可靠的，但是要特別注意‘二次雷’，即雷擊電磁脈沖（LEMP）對(duì)電氣和電子系統(tǒng)的損害。”
資料顯示，雷擊電磁脈沖是地閃回?fù)暨^(guò)程產(chǎn)生的瞬時(shí)電磁場(chǎng)及其強(qiáng)大閃電流。建筑物內(nèi)通常敷設(shè)著各種電源線、信號(hào)線和金屬管道(如供水管、供熱管和供氣管等)，這些線路和管道常常會(huì)在建筑物內(nèi)的不同空間構(gòu)成環(huán)路。當(dāng)建筑物遭受雷擊時(shí)，雷電流沿建筑物防雷裝置中各分支導(dǎo)體入地，流過(guò)分支導(dǎo)體的雷電流會(huì)在建筑物內(nèi)部空間產(chǎn)生暫態(tài)脈沖電磁場(chǎng)。過(guò)強(qiáng)的LEMP對(duì)建筑物、人身和各種電氣設(shè)備及管線都會(huì)有不同程度的危害。