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布达拉宫如何防雷电?用屋顶承受直击雷的危害

发布时间:2019-06-12 16:42 来源:未知 编辑:admin

  编者按:每年的七八月是我国雷电高发季节,具有上百甚至上千年历史的古建筑,一旦遭遇雷击,损失不可估量。坐落在世界屋脊的布达拉宫,处于雷电灾害高发区,由当地人民摸索出的巧妙的防雷电技术,成为这座宏伟建筑能够在灾害面前屹立千载的一项重要保证。

  与巍峨的红山融为一体的布达拉宫,海拔3756米,相对高度117米,最高处金顶的海拔更是高达3770余米,是拉萨的制高点。这座宏伟的建筑群东西绵延360米,南北宽约300米,殿宇楼阁近1000间,面积达12万平方米。如此高度、如此体量的木石结构建筑群,能够在拉萨这个雷电灾害频发的地区岿然屹立,它到底有什么奇技妙招呢?

  其实,历史上的布达拉宫也曾发生过雷电袭击事故。史料记载:“布达拉宫始建于6世纪末,8世纪曾遭受雷击……”据西藏自治区防雷办主任、高级工程师桑旦分析,那次发生的雷电应该为直击雷,在当时的条件下,还没有太多的现代设备(比如电子产品、金属构件等)应用到布达拉宫,因而不可能产生感应雷(感应雷产生的感应电压往往会造成建筑物内的导线、接地不良的金属物导体和大型的金属设备放电而引起电火花)的危害。当时的直击雷引起了火灾,布达拉宫损毁严重。

  在抵御雷电灾害的过程中,当地人民积累了一些雷电相关知识。桑旦在这方面的研究上倾注了很大心血。他说,在西藏,将直击雷叫做“陀给”,而“陀给”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”。另外,他们对于产生雷电的正负电荷也有一定的认识,有谚语说“父在天上接正电,母在地下接负电”。这说明在很早以前,西藏人民对雷电灾害就形成了很多感性的认识,并通过谚语的方式进行传播。

  据介绍,在西藏比较大的寺庙前,一般都有两根非常高的旗杆,最初是用来防雷的,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,直接将雷电阻隔在寺庙之外,只是到了后来,两根旗杆才演变为纯粹的宗教象征,很多接地设施也被破坏,或因为不被重视而未能得到很好的维护,其避雷效果便无法发挥了。

  1645年,五世执掌西藏政教权柄后,开始重新修建布达拉宫。五世圆寂后,由摄政第悉·桑结嘉措继续修建布达拉宫,并于1693年完工。此次重修之后的近300年时间里,布达拉宫没有再遭受过大的雷电灾害的侵袭。难道五世在重修布达拉宫的时候已经考虑到对雷电灾害的防御?在没有现代防雷理论的指导和防雷仪器检测的情况下,大量的铜、金等金属建筑材料,如何阻隔雷击呢?

  桑旦说,五世重建布达拉宫时,实际上采取了很多防雷措施。位于红宫的主要灵塔金顶就相当于现代的避雷针。

  金顶高高在上,而且是用铜、金等导电性能良好的金属制成。在金顶下面,有很多金属吊饰相互连接,外表来看,人们通常会认为是起装饰作用的构件,实际上,它充当了避雷线的作用。屋檐底下,还有很多铜制管道,这些管道有两种作用,一是将屋顶的积水排到地下,二是与金顶相连接,将雷电引入地下。下雨时,雨水流到地面,水本身具有导电的功能,雷电会从金顶传输到铜管,再传输到地面,由此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,其厚度一般达90厘米,有些地方甚至达到1米,如此厚的墙,一方面能够抵御寒冷,另一方面,失去水分后,也能起到绝缘雷电的作用,在很大程度上能够抵御侧击雷。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,上述这些措施便有效地避免了侧击雷的危害。

  另外,在边玛墙上,有连排的彩幡金属,它们之间相互连接,相当于现代防雷中的避雷带。边玛墙的墙身上,还装饰有很多吉祥铜饰,这些铜饰对侧击雷也会起到一定的防御作用。

  通过这些措施,布达拉宫基本形成了点、线、带相结合的防御雷电灾害体系,这种体系在300年前就被精心设计并付诸实践,充分体现了西藏人民的聪明才智,其中许多做法对现代防雷技术有非常重要的借鉴意义。

  五世重修布达拉宫后,防雷措施虽然有力,但后来因为维护不当等原因,上世纪80年代和本世纪初,布达拉宫再次遭受雷击。

  据布达拉宫管理处处长强巴格桑介绍,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,电话线个监控显示器烧坏。两次雷击都发生在白宫,而比白宫高出10米、金顶林立的红宫却安然无恙,这是什么原因呢?

  强巴格桑说,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,重新修建时,铜佛虽然得到了安置,但没有按照原来的设计严格操作,从而导致了雷电灾害的发生。

  防雷工程师贡嘎也分析道,白宫上的消雷铜佛没有起到消雷作用,可能是在重新安置消雷铜佛的时候,未能将佛身与金属导线连接在一起,所以达不到防御雷电灾害的目的。金幢、消雷佛像、铜线,这三者应该连接在一起,才能将雷电顺利地引入地下。

  桑旦分析,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。

  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。

  在谈到布达拉宫今后的防雷措施时,桑旦也认为,这项工作面临很多困难和挑战,目前我国所制定的防雷规范在平原地区比较适用,但是在西藏,这套规范可能有一定的局限性。

  对于今后的防雷工作,桑旦认为,首先,要做好研究工作,对于西藏传统的防雷技术要了解清楚,让这些古老的防雷技术继续发挥作用。对于有缺陷的地方,要加以改进,比如以前对于地网建设的意识不强,在整改时,要对地网进行合理科学的设计。同时,还要借鉴国外和内地很多先进的技术和做法,将其应用到布达拉宫的防雷工程中。其次,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防雷装置。第三,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,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,这在以前是一大弱项。最后,在防雷改造的施工过程中,要严把质量关,既要达到经久耐用的效果,又要考虑便于维修、整改。

  2004年5月,山西省文物保护单位稷山县大佛寺大殿被雷击,受击点达13处之多,损失惨重。

  2005年4月29日,创建于梁陈时期的苏州紫金庵内的一棵银杏树冠突遭雷击,雷电击中紫金庵罗汉堂隔壁墙体,强大的电磁耦合感应在侧墙的电缆线上,随即感应电流击穿了紫金庵房内的配电箱,造成电线短路起火,幸好被值班人员及时发现,否则后果不堪设想。

  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。五、目前古建筑物防雷没有统一的国家标准。

  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。

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