摘要：地铁高架项目由于其使用性质，是雷电防护重要考虑场所。通过对车站主体和高架区间的综合防雷设计，着重于电子信息系统的设计，从而形成一个较为全面的防雷方案。
主体词：地铁高架项目,电子信息,防雷
0 前言
随着各大城市轨道交通项目不断上马，地铁、轻轨、市郊铁路、有轨电车以及悬浮列车等多种类型，这些号称“城市交通的主动脉”，在城市交通中发挥着越来越巨大的作用。
地铁建筑是投资巨大、人员密集的公共场所，通信、信号、FAS、BAS、AFC、SCADA等电子信息类设备系统众多且构成复杂，这些系统是维系地铁正常运营的中枢神经，一旦遭受雷击或雷电波侵入，将危及地铁正常的运输秩序，甚至造成重大的人员伤亡和巨大的经济损失。另外，雷击如果引起地铁火灾，后果不堪设想。其实地铁建筑并不是完全位于地下，如本文中提出的地铁高架站，由于其建设在地面上，存在严重雷害的威胁，因此很有必要对地铁项目雷害评估模型进行探讨并研究适合地铁项目的雷电防护方法。
1. 地铁高架站概述
该站位于某市地铁线路高架区间，车站主体结构采用一层钢框架构成的混合结构。钢结构屋盖由桩及地梁支承的钢柱以及框架横梁悬臂端支承的钢柱支承。弱电系统设备包括、民用通信机房、系统设备房OAPIDS、通信设备室、综合控制室、AFC控制室、安全门设备及控制室、信号设备室、警务室、车控室、综合维修室、AFC设备及维修室及弱电电缆、地铁内外部的通信、信号电缆等。各站沿线电源线、通讯线及信号线均沿高架敷设，
该站区不单单是有关车站主体和区间高架桥梁的防雷设计，主体还有大量信息系统、电源系统等大量弱电系统,所以内外部防雷在该项目的防雷设计中都要考虑到。
2. 车站主体防雷设计
2.1外部防雷设计
接地装置优先采用闭合环形网格状地网，以均衡地电位，防止发生反击。(图1.1)当网格状地网无法实现时，可沿建筑物外围四周敷设环形人工接地体。地铁交通内部涉及多个强弱电系统，因此采用综合接地系统，交流工作接地、直流工作接地、安全保护接地、防雷接地应共用接地装置。各系统(尤其是弱电系统)接地引入线应设置于接地网的中央位置，不宜靠近引下线和外圈梁设置，
图1.1 网格状接地网
由于车站主体，采用一层钢框架天面和混凝土立面构成的混合结构。因此引下线应该设计与普通建筑类似，每根引下线处应充分利用桩基础、承台结构主筋构成自然接地装置，在桩基础每桩利用外围结构主筋中对角4根主筋作为垂直接地体，同时沿桩身每隔2m利用箍筋将桩基外围主筋焊接连通构成钢筋笼。该站具有钢结构屋面，宜利用金属屋面作为接闪器。
2.2内部防雷设计
建筑物内部大量电子信息系统，一旦遭受雷击或雷电波侵入，将会造成重大的人员伤亡和巨大的经济损失。本文设计的某地地铁站主要含有以下10个电子信息系统：计算机网络系统、安全防范系统(含门禁)、火灾自动报警及消防联动控制系统、地铁环境与设备监控系统(BAS/EMCS)、有线广播及扩声系统、程控交换系统、通信系统信号系统、自动售检票系统(AFC)、乘客信息显示系统(PIDS)，本文着重考虑这10个电子信息系统的防雷设计。具体设计分为：
2.2.1 等电位连接
各电子信息系统机房应设等电位连接网络。电气和电子设备的金属外壳、机柜、机架、金属管、槽、电缆屏蔽层、信息设备防静电接地、安全保护接地、SPD接地端等均应以最短距离与等电位连接网络的接地端子连接。等电位连接网络的结构可采用S型或M型或两种结构形式的组合型(图2.2)。
图2.2信息系统等电位连接网络类型
当采用S型结构等电位连接网时，只允许单点接地，即信息系统的所有金属组件，除等电位连接点ERP外，均应与共有接地系统得各部件之间有足够的绝缘(大于10Kv,3.2/50μs)，接地线可就近接至本机房或设备内的接地端子板(或SE接地干线)，不必设专用接地线引至总接地端子板。当采用M型结构等电位连接网时，信息系统的所有金属组件严禁与接地系统各组件绝缘，应通过多点组合到接地系统中去并形成Mm型网络。通常，S型等电位连接网络可用于相对较小、限定于局部的系统，M型等电位连接网络宜用于延伸较大的开环系统。因此本站电子信息系统等电位连接网络参照表2-1
表5-12电子信息系统等电位连接
2.2.2屏蔽措施
为防御直击雷和降低雷电电磁干扰，应采用法拉第笼进行电磁屏蔽。法拉第笼可由该站的金属屋面、引下线、机房屏蔽以及接地系统构成(图2.3)，并且将电子信息系统主机房应选择在建筑物低层中心部位，机房内磁场干扰强度不大于800A/m(相当于10高斯)，设计将电子信息设备应离开外墙结构柱子的距离不小于1m。
图2.3利用结构钢筋和金属框架构成大空间屏蔽
2.2.3电涌保护器(SPD)的设计
电子信息系统宜安装多级SPD防雷电过电压。第一级安装在配电系统总出线处(配电盘);第二级安装在各系统供配电柜(箱)内;第三级安装在微电子设备前端(计算机终端电源稳压器或UPS电源前)。
车站沿高架桥轨道两侧架空敷设的33kV屏蔽高压电力电缆引入高压，降压后引入低压室，然后由低压变配电室引入各设备房或配电开关处，低压配电系统采用TN-S系统，(除入户部分外)电力电缆采用非屏蔽电缆。传输线路主要采用光缆敷设，经埋地管道进入通讯设备房，可认为基本不分流雷电流，但仍有部分通信线缆为非光纤传输介质。此外，进入建筑物的服务设施还包括水管等金属管道。
假定雷电流在接地装置、电力系统和其它金属管道间分配情况，为总雷电流I0的50%流入建筑物的LPS的接地装置中，而其余的50%的I0即Is进入各种设施(外来电力线、通讯线、金属管道等)间分配。
则SPD1的通流量I1为：
即为SPD1的冲击电流Iimp(10/350μs)，当使用(8/20μs)波形时，可通过单位能量推算知：
雷电流经过SPD1后，会有30%～50%的残余施加于SPD2上，这里考虑较坏的情况，假定有50%的残余雷电流施加于SPD2上，则SPD2的标称通流量为：
同理，其余各级SPD以此类推。将雷电流幅值带入公式计算各级SPD的通流量如下表所示。
根据当地雷电监测系统得出本车站主体所在区域：
雷电流io=132k A，计算本站电源系统SPD通流量。根据图2.4，该建筑物需安装三级SPD，通流量适中，大大节省了不必要的开支。
图2.4各级SPD通流量
3 区间高架防雷设计
3.1 接闪器
区间高架线路采用桥梁设计，标准轨道梁通过支座支承于帽梁上，结构采用“桥建分离”方案。接闪器采用50×5mm热镀锌扁钢沿两翼护栏顶敷设，每隔1～1.5m用绝缘膨胀螺栓将其固定牢固。由于线路中会架设相应的疏散平台，可利用其角钢横梁作为疏散平台的接闪器，同时将角钢横梁、钢立柱、底座板均须可靠焊接。
3.2 引下线
根据区间高架桥梁结构特点，宜利用桥墩结构钢筋作为引下线，均选取桥墩或立柱结构钢筋中至少2根竖向主筋作为引下线;在伸缩缝处用50×5mm热镀锌扁钢沿两侧分别引下，与桥墩处预留的接地防雷端子焊接。
3.3接地装置
充分利用桩基础、承台结构主筋构成自然接地装置，在桩基础每桩利用外围结构主筋中对角4根主筋作为垂直接地体，同时沿桩身每隔2m利用箍筋将桩基外围主筋焊接连通构成钢筋笼。冲击接地电阻值不大于10Ω。
3.4 等电位连接
每隔约30m在伸缩缝处用50×5mm热镀锌扁钢将区间高架桥梁两翼护栏顶的避雷带进行等电位连接。
沿轨道方向在疏散平台底座板处敷设一条50×5mm热镀锌扁钢，作为连接疏散平台钢支架的等电位连接干线，用螺栓将连接干线紧固在平台钢支架底座板上。
4 结语
由于雷电具有多变性、瞬时性、复杂性，所以对于地铁高架段这种重要建筑进行防护时，要对其内部体系进行全方面综合考虑。信息系统和一些弱点设备的雷电感应防护是本文考虑的重点。同时油库的防雷体系不仅要在设计上全面，还要在施工和验收过程中严格按有关规范操作。只有这样，才能产生一个完整的防雷体系，才能确保这个防雷体系的正常运行。
参考文献
[1] 刘永谦，地铁项目综合防雷设计探讨
[2] 问楠臻，王亚静. 也谈雷电监测资料在雷击风险评估中的应用. 建筑电气
