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从布达拉宫防雷历史与现状看古建筑防雷

2017年11月16日,由中国气象科学研究院牵头,集合中国气象探测中心、上海市防雷中心、西藏自治区防雷中心等单位共同完成的《布达拉宫雷电灾害防御基础研究》项目在成都通过了由十三位专家组成的验收组验收,傅正财教授担任验收专家组组长。
 
  项目负责人中国气象科学研究院张义军博士对整个项目进行了系统性汇报:通过项目的研究,了解了布达拉宫周边雷电环境特征、地质地理状况、雷电防护现状、雷电灾害风险评估及藏式古建筑物的雷电防护方法;在项目研究过程中建设了雷暴和闪电活动的监测平台,收集了布达拉宫雷暴和雷电活动特征数据,完成了布达拉宫周边闪电活动及雷电预警系统,完成了防雷现场勘查分析工作,提出了雷电防护综合策略;为后续布达拉宫雷电防护工程的实施提供了依据。
 
  布达拉宫防雷面临什么难题?
 
  2012年9月18日,时任西藏自治区副主席甲热·洛桑丹增一行来到中国气象局,就西藏重点文物以及布达拉宫雷电防护工作与气象部门相关专家进行了座谈。
 
  西藏年平均雷暴日介于57.1至78.8天之间,雷电发生的频率要高出与同纬度其他地区4~5倍。2005年,中国科学院、西藏自治区气象局和日本某大学的专家就西藏的雷电进行了详细观测,数据表明,西藏是我国的强雷暴区,拉萨的年雷暴日数达到90多天。
 
  西藏的雷电与内地其他地方有很大的区别,多为云闪,云地闪相对来说比较少。但因为西藏的海拔较高,处于大气对流层的中部,所以云闪的危害性也不能忽视。
 
  布达拉宫建筑群孤立高耸,屋顶有很多金属装饰,其最高处金顶海拔3770米,是拉萨的制高点,相对高度为117米,东西绵延360米,南北宽约300米,殿宇楼阁近1000间,面积达12万平方米。受全球气候变化的影响,西藏地区强降雨和雷暴天气增多。而目前我国所制定的防雷规范在平原地区比较适用,但是在藏地高原有一定的局限性。对于古建筑物的防雷,要起到很好的防雷效果,又不能破坏这些珍贵遗产原来的面貌,要尽最大可能保持布达拉宫原有的外貌形态,并使其艺术化,而不能出现与原建筑物不协调的任何细节差错。与古代防雷不同,现在引入了监控系统、电话、电线、消防管道等,因此,我们在今后的防雷工作中,除了直击雷和侧击雷,还要充分考虑感应雷的出现。在防雷改造的施工过程中,严把质量关,既要达到经久耐用的效果,又要考虑便于维护。
 
  甲热·洛桑丹增一行希望气象部门与文物部门相互配合,在保持原貌的基础上,帮助自治区政府解决布达拉宫防雷难题。
 
  布达拉宫防雷项目启动
 
  壮丽巍峨的布达拉宫始建于6世纪末,是独一无二的雪域高原上的世界文化遗产,是藏族文化的代表,藏族文化对世界和平起到了良好的推动作用,党和政府高度关注布达拉宫的保护。
 
  2014年4月11日,由中国气象科学研究院科研团队牵头的“布达拉宫雷电灾害防御基础研究项目”正式启动。该项目由西藏自治区政府组织立项,自治区文物局、自治区气象局联合中国气象科学研究院、中国气象局气象探测中心、上海市气象局组织实施。中国气象科学研究院研究员张义军担任项目负责人。
 
  “布达拉宫雷电灾害防御基础研究项目”旨在发展和完善布达拉宫周边的雷暴和闪电活动探测系统,建立雷暴和雷电活动监测平台,研究布达拉宫周边雷暴和闪电活动及其放电特征,调研布达拉宫的建筑结构特性、布线、电器设备状况和雷电防护现状,综合评估布达拉宫面临的雷电灾害风险和防御策略,建立布达拉宫雷电活动预警平台。同时,通过该研究提高关于藏式古建筑防雷技术知识研究,推进符合西藏地域特点和古建筑特点的“西藏地区古建筑防雷设计”地方标准的研究。
 
  西藏古代对雷电的认识
 
  公元8世纪的《五部遗教》(西藏吐蕃王朝时期断代史)中关于雷电有这样的记载:海水蒸发后漂浮在上空可以生成云,而在云里的大钟(地、水、火、风为四种基本元素,从此四种元素,形成一切色法,名为钟;其体广为一切色法所依附处,其极微尘普遍存在于一切色法集合体中,名大,合称为大钟。)相互接触后产生闪电,元素猛力碰撞后可以产生雷鸣,强度进一步增强发生打雷现象,真如火刀和石头碰撞一样,从而生出火花来。
 
  《小桑烟如意宝》相传是莲花生大师的作品,主要介绍藏传佛教中如何煨桑等方面的仪轨。其中记载:……桑烟的原因从哪里来?桑烟的原因从天上来,其父是空中响的雷,其母是空中闪的电,其子是烈马雪花石,是大海的水泡,有良药的功效,用香气来去除污垢。
 
  藏传佛教经典中关于雷电的描述,以及日常的生产生活经验的积累,丰富了藏民族对雷电的认识和防范技能。在西藏,直击雷叫做“陀给”,而“陀给(直击雷)”和“陀嘎(屋顶)”的语音非常接近,意思就是用屋顶来承受直击雷的危害,这在现代被称为绝缘防雷。藏语将侧击雷叫做“琼”,这是西藏劳动人民对于雷电的最初的感性认识。藏族谚语“父到天上做雷,母到地上接雷”就表明他们看见了天上和地面的相互作用的过程,并将正电和负电形象地称为“公电”和“母电”。这说明在很早以前,人们对于雷电灾害就形成了很多感性的认识,并通过谚语这种方式进行传播。
 

 
  藏族建筑的房屋屋顶,比较好的建筑材料是白玛草或阿贡土,也有一些农民会将柴火放在屋顶上。干了以后的白玛草和干柴火基本上不含水分,有绝缘的效果。而屋顶的土层较厚,土层下面是风干了的木头,也能起到绝缘的效果。这种用屋顶来防御雷电灾害的方法,主要应用于海拔4000米以下的农区和城镇。
 
  据说,在西藏,较大的寺庙前都有两根非常高的旗杆,而且有比较规范的接地线和地线网,相当于两根高耸入云的避雷针。
 
  (由莲花生大师选址的桑耶寺是西藏第一座剃度僧人出家的寺院,始建于公元8世纪吐蕃王朝时期。)
 
  布达拉宫遭遇的雷击
 
  据史料记载,布达拉宫始建于6世纪末,8世纪曾遭受雷击。1645年,开始重新修建布达拉宫,于1693年完工。之后的这300年没有雷击记录。
 
  1980年代至今,布达拉宫经受过两次雷击。1984年,布达拉宫白宫遭受雷击,墙体和消防管道部分受损。2001年,布达拉宫白宫再次遭受雷击,消防管道受损,用于排水的铜管遭雷击,电话线、电线被烧断,三个监控显示器烧坏。两次雷击都发生在白宫,而比白宫高出10多米、金顶林立的红宫却安然无恙。
 
  当地防雷中心技术员认为,上世纪六七十年代间,位于白宫顶部的金幢遭受破坏,在每个金幢的里面都有一尊消雷铜佛,在重新修建时,铜佛虽然得到了安置,但未能将佛身与金属导线连接在一起。金幢、消雷佛像、铜线,这三者应该是连接在一起,从而将雷电顺利地引入地下。
 
  西藏防雷工程师分析,这两次雷击均属于侧击雷,同时,由于电线、电话线、监控装置等现代电子设备的安装,也不排除部分感应雷的可能。
 
  从现代防雷技术的角度看,位于红宫的主要灵塔金顶就相当于现代的避雷针,高高在上,而且是用铜、金等导电性能良好的金属制成。在金顶下面,我们会看到很多金属吊饰相互连接,客观上在外表上给人以感官的视觉享受,实质上它又充当了避雷线的作用。在屋檐底下,还有很多用铜制成的铜管,这些管道有两种作用,一个是将屋顶的积水排到地下去,第二个作用就是与金顶相连接,将雷电引入地下,由于在下雨时,雨水流到地面,水本身有导电的功能,雷电就会从金顶传输到铜管,再传输到地面,避免了雷电对建筑物的损坏。除此之外,布达拉宫的边玛墙是用边玛草和阿贡土混合制成,非常坚固,失去水分后,它也能够起到绝缘的作用。在边玛墙上,有连排的彩幡金属,它起到了装饰的作用,但这些金属制品相互连接,就相当于现代防雷中的避雷带。在边玛墙的墙身上,还装饰有很多吉祥铜饰,这些铜饰对防御侧击雷有很好的作用。据研究,西藏的侧击雷比内地更多,但只要有承受的载体,其通流量往往比较小,这些措施有效地避免了侧击雷的危害。边玛墙的厚度一般达到90公分,有些地方甚至达到1米,如此厚度的墙,一方面能够抵御寒冷,在很大程度上也能抵御侧击雷。这样,在布达拉宫上就形成了点、线、带相结合的防御雷电灾害体系,这种体系在300年前就精心设计并付诸实施,说明了西藏劳动人民对于雷电灾害的清晰了解和科学认识,其许多做法对现代防雷都有非常重要的借鉴和指导意义,也充分体现了西藏人民的聪明才智。
 
  古建筑防雷施工存在哪些难点?
 
  与现代建筑相比,大多数古建筑周围的地理环境、地质条件不够理想,建筑物的外形结构也比较复杂。因此,古建筑防雷装置的施工安装具有特殊的难度,防雷效果相对现代建筑物也要差一些。存在的难点主要包括:一、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。二、许多古建筑建在崇山峻岭之中,地表多为岩石,接地电阻很难达到规范要求。三、一些古建筑物的基座比较高大,并附有很厚的石台阶环绕,做接地体和接地线很困难。四、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。
 
  值得强调的是,对建筑物做直击雷的防护,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,将直接影响古建筑的艺术风貌。在屋面敷设避雷带,设计施工在符合防雷技术标准的前提下,应将避雷带设计成古建筑屋面的轮廓线,选材应力求与屋面的色调一致。比如,目前避雷带的支撑架通常使用U形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形卡固定处的灰瓦易造成不同程度的损坏。业内专家建议,应尽快制定标准,设计对古建筑屋面不造成损坏的避雷针(带)固定方法。
 
  (《现代防雷技术与工程》潘忠林著,有关于古建筑防雷的详细阐述。)
 
  (与过去相比,现在的寺院多了许多供电线路、电子线路、消防管线,随之而来的就是雷电对电子电器设备的危害。)
 
  新的时代环境下,布达拉宫的雷电防范,也面临着新的挑战。西藏三大重点文物维修工程之一的布达拉宫维修工程副指挥长丁长征认为,西藏当地的防雷技术有其独特之处,有上千年的历史。“在布达拉宫安装现代防雷设施一定要谨慎,要经过多次论证,不应轻易地按现代防雷技术进行安装,弄不好防雷装置会成为引雷装置。” 另外,如果安装避雷针,既不能影响美观,又要起到安全的防雷效果 。
文章链接:中国安防展览网  

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