贺兰山体育场雷击风险评估及防雷措施探索

贺兰山体育场雷击风险评估及防雷措施探索
李凤琴 谭 华 李翠莲 王忠莲
（宁夏银川市气象局 宁夏银川 750002）
【摘要】贺兰山体育场是我国西部地区最为先进的体育场地之
一，场馆内分布着大量的电子、电气系统，在雷电多发季节做好防
雷工作至关重要。本文通过对银川雷暴气候特征背景分析，对贺兰
山体育场雷击风险进行分析评估，并提出合理防雷措施，为大型体
育场馆做好雷电防护工作提供决策依据。
【关键词】体育场馆；大型建筑物；电子电气系统；雷电防护；
风险评估
银川市科技攻关项目《设施园艺气象服务保障系统开发》资助。
引言
位于银川市西夏区的贺兰山体育场是我国西部地区最为先进的
体育场地之一，2012 年11 月21 日竣工并投入使用，该体育场设
有国际标准400 米田径场、近7800 平方米足球场，可容纳4 万人
观看比赛，拥有国际先进水平的多功能体育设施和先进的声光电系
统，能满足举办国际单项、国内综合性体育大赛要求，是举办大型
赛事、文体活动、全民健身于一体的综合性甲级体育场。由于体育
场设备先进，场馆内分布着大量的电子、电气系统，这些弱电系统
一旦遭受雷击破坏，直接影响现场比赛和直播，因此加强体育场内
建筑和信息系统设备的雷电风险评估和防护至关重要。
1. 银川市雷电气候特征及活动规律
银川市年平均雷暴日为19.7d，属宁夏雷暴发生的中雷区，雷
暴灾害主要出现在每年3-10 月，集中出现在5-9 月间，雷暴日数
站全年总雷暴日数的93% ；以7 月出现日数最多，占年总雷暴日数
的29% ；6、8 月雷暴日数分别占全年总数的21% 和23%，8 月为
雷暴灾害出现的次高峰期；9 月份以后雷暴减少，11 月至翌年2 月
几乎未出现过雷暴灾害。一天中午后气温相对偏高，在热力和空气
动力作用下对流发展旺盛午后至傍晚是银川市雷电频发高峰时段，
雷暴灾害发生频次占总雷暴次数的60% 以上；其次为20 时至清晨
08 时，可占总次数的30% 左右；08~12 时雷暴发生次数仅占总雷
暴数的5% 左右。
2. 体育场建筑、结构特点
贺兰山体育场南北向长约450m、东西向长800m，占地面积约
560 亩，由主体建筑和室外配套的热身场地和全民健身场地构成，
其中主体建筑高45m，外罩棚跨度260m，总建筑面积10 万㎡。封
闭式建筑面积6.4 万㎡，可容纳4 万观众，设有8 条400m 标准跑
道径赛场和国际标准田赛场地，有标准天然草坪足球场，看台下建
筑包括体育竞赛区、观众活动区、新闻媒体区、礼宾区、场馆运行区、
安保及交通运行区、体育场多功能经营区和设备机房等附属用房。
体育场四周形成观众室外集散广场，广场配套有大型的体育活动场
地、道路、绿地、停车场等设施，室外体育配套设施包括热身训练
用的8 条400m 标准跑道和标准田径场地以及标准足球热身场，室
外足球、篮球、网球、轮滑场地等20 片运动场地。贺兰山体育场
主体结构形式采用现浇钢筋混凝土框架剪力墙结构体系和钢桁架，
外罩棚为空间钢桁架的结构形式，整个建筑造型具有民族特色，钢
结构工程用钢量约5000 吨。
3. 体育场雷击风险评估
3.1 主建筑物雷击风险
体育场内主建筑物等高大建筑物在雷电天气发生时，如果接闪
直击雷电流，雷电流在入地过程中产生的电磁脉冲将会对建筑内电
子信息系统造成直接经济损失。
主建筑物截收相同雷击次数的等效面积：
Ae=[LW+2H（L+W）√ H（200-H）+πH（200-H）]×10-6 ；
建筑物年预计累积次数：N=K•Ng•Ae（次/a），其中K 为校正
系数，通常情况下K 取1，当建筑物位于旷野且孤立时K 取2 ；位
于银川西夏区体育中心园区中部的贺兰山体育场金属屋面的砖木结
构主建筑物取1.7。
3.2 场内人员人身雷击风险
体育场四周的集散广场以及20 多片运动场地均为露天场所，
不能采取全面区域保护措施，因此雷雨天气无法避免产生雷击事故。
体育场室外活动场、比赛场地和停车场等设施位置开阔，极易受直
接雷影响，导致出现人身伤害事故。而如果体育场建筑物内防直击
雷措施不完善，或封闭式场馆内等电位连接不合理等情况下都有可
能致使人员雷击伤亡事故发生。
3.3 电子、电气信息系统雷击风险
低压供电部分构成体育场的电气系统，通信设备、计算机、控
制系统、无线电以及电子装置等敏感电子部分构成了体育场的电子
系统。贺兰山体育场安装有现代化的监控管理系统、保安监控系统、
通信及计算机网络系统、综合布线系统、多媒体会议系统、有线电
视系统、智能化照明和灯光音响系统、中央空调系统、大型电子计
分板和中小型电子计分显示器、消防监测系统等电子、电气系统设
备，这些电子、电气设备绝缘强度低、过电压和过电流耐受力差，
对电磁干扰敏感等，一旦体育场建筑物遭受直击雷或体育场附近出
现雷击事故，雷电过电压、过电流和电磁脉冲即沿供电线路、信号
线、天线、金属管道、空间辐射等侵入建筑室内危及室内电子电气
设备的正常工作，出现安全运行故障或对其造成永久性破坏，影响
现场体育比赛和赛事转播，其中电气系统失效可直接导致电子系统
瘫痪，监控、消防系统雷击后极易引起火灾而进一步扩大灾害影响，
造成场内人员人身伤害事故发生等安全问题，产生不良社会影响。
建筑物及室内设施年雷击次数预算公式为：N=N1+N2（次/a）；因
雷电引起的体育场电子系统设备损坏的可接受的最大年均雷击次数
（Nc）计算公式为：
Nc=5.8×10-1.5/c ；
其中C=C1+C2+C3+C4+C5+C6，C1 代表信息系统安设的主建
筑材料结构因子，体育场建筑物屋顶及主题结构为钢筋混凝土材
料，因此C1 为0.5 ；C2 表示信息系统重要程度因子，体育场是集
成化程度较高的低电压微电流设备，取C3=3.0 ；C4 代表电子信息
系统设备所处雷电防护区（LPZ）因子，当设备处在LPZ2 或更高
层防护区时，C4=0.5，设备处在LPZ1 防护区内，C4=1.0，设备处
在LPZ0B 区内时，C4=1.5~2.0 ；C5 代表电子信息系统雷击事故的
后果因子，信息系统是不能随意中断的，当遭雷击业务中断但未产
生不良后果时，C5=0.5，中断后未出现严重后果时，C5=1.0，中断
且产生了严重后果时，C5=1.5~2.0 ；C6 为建筑及其信息设备所处
区域雷暴等级因子，贺兰山体育场处于宁夏中雷区，C6=1。
将上述数值代入公式进行计算，然后将计算出的值再代入防雷
装置效率公式：E=1-Nc/N，即得出体育场电子信息系统、电气系
统防雷装置雷电防护效率。
4. 防雷措施
通过对贺兰山体育场雷击风险评估得到量化的风险指标，以指
导所建场馆的防雷设计和施工，确保防雷设施的安全可靠、技术先
进和经济合理，同时提高雷电灾害防护意识，杜绝雷击隐患。
①体育场大型建筑物和电子信息系统应严格按照雷电防护法律
法规规定装设防雷装置，并定期接受防雷中心年检，及时发现雷击
事故隐患并进行处理。
②加强重要体育赛事的气象服务工作，做好大赛期间防雷安全
等气象服务保障；在体育场馆内装设雷电预警接收、发布装置和显
示系统，及时接收并公布气象部门灾害性天气预警信息，采取相应
防护措施，确保世界各地参赛者、观众及游客的人身安全。
③加强雷电科普和防雷常识宣传，增强体育场馆工作人员和进
场人员防雷知识和应急能力，提高体育场管理人员灾害性天气领导、
指挥和应对能力，在雷电等灾害事故发生后，能及时、迅速采取有
效措施组织、协调场馆内人员躲避雷暴，掌握自救和互救知识，避
免和降低人民群众生命财产损失。
参考文献
[1] 张智. 宁夏雷暴灾害的气候特征[J]. 自然灾害学报，
2007，增刊（16）
[2] 周道刚，熊晓洪，廖晓娟，等. 环境雷击风险评估方法探讨，
2006，增刊I（27）
作者简介：李凤琴（1966-），女，汉族，宁夏银川人，本科学
历，副研级高工，从事气象应用方面的工作。