雷击风险评估的利弊分析
关象石
一、 雷击风险评估(以下简称“雷评”)标准的由来
1980年成立的IEC/TC81(国际电工委员会第81委员会,防雷委员会)从1990年起到2001年共发布了编号为IEC61024/61312/61662/61663/616819的五大系列17个标准。IEC61662第一版是1995年出版的“雷击损坏危险度的评估”,1996年加入“LEMP危险度的评估”,2001年加入“风险控制-风险控制的环境和建筑物风险评估”。
2001年在佛罗伦萨召开的IEC第65届年会上,TC 81决定对上述17个标准重新编制。2006年1月出版了新的标准IEC62305-1/2/3/4。其中IEC62305-2:2006号“雷电防护 第2部分:风险管理”,2008年又转化为推荐性(又称自愿性)国标GB/T21714.2008。在IEC62305-1:2006的序言中指出,自IEC62305出版后,原来的17个标准被更新。此前,我国出台了几部行业和地方雷评标准。
《中华人民共和国标准化法》第六条规定:“需要在全国范围内统一的技术要求应当制定国家标准;对没有国家标准而又需要在全国某行业范围内统一技术要求,可以制定行业标准。……在公布国家标准之后,该项行标即行废止。对于没有国家标准和行业标准而又需要在省、自治区、直辖市范围内统一的工业产品的安全、卫生要求,可以指定地方标准。……在公布国家标准或者行业标准之后,该项地方标准即行废除。”
按《标准化法》的规定,本文不对应自行废止的行业标准及地方标准进行分析,也不对IEC61662进行分析,只使用等同采用IEC标准的GB/T21714.2—2008进行分析。
二、 GB/T21714.2—2008的主要内容和作用
在GB/T21714.2—2008“雷电防护 第1部分:总则”这个提纲挈领的文件中,除了描述雷电流参数、雷击造成的损害及损失的类型、防雷措施的基本原则和主要措施外,在第6章“雷电防护的必要性和经济合理性”中,扼要介绍了第2部分的内容。“引言”中称“是否需要采取防雷措施、安装防雷措施的经济效益和适当防雷措施的选择由风险管理来确定”,即由第2部分确定。第2部分的“引言”也指出“为减少雷击造成的损失,可能需要采取防雷措施。应当通过风险评估来确定是否需要防雷以及确定在需要防雷后要防到什么程度”,即雷评的目的或作用。
GB/T21714.2的4.1节介绍了雷电损害和损失的成因及类型,与第1部分内容相同。4.2节规定了风险和因雷击点位置不同而引起的各类风险分量。在第5章“风险管理”中规定了如下内容的基本步骤:
1) 对建筑物本身、内部的电气和电子系统、存放物的性质、人员数量等建筑物特性和一旦受损可能对周围环境的影响进行基本的调查和评估;
2) 评估可能发生的各类损失及风险;
3) 将各风险分量进行总合之后,与风险容许值进行比较,确定是否需要防雷;
4) 从经济角度评估防雷成本与产生的经济效益。
GB/T21714.2中展示了风险评估的基本步骤。
图 1 确定是否需要防雷的流程
图1标明,只有在R>RT时需要采取防雷措施。R为各风险分量的集合,RT为风险容许值。第二个菱形框问建筑物是否有外部防雷装置(指接闪器、引下线和接地装置)。如果建筑物是钢结构或钢筋混凝土结构,在利用屋面钢筋做自然接闪器(利用垂直钢结构或柱内钢筋做自然引下线,利用基础内钢筋做接地装置,可认为是有外部防雷装置),此时只需考虑电气和电子系统防雷击电磁脉冲(LEMP的防护系统SPM)的问题。图1说明当RA+RB<RT时,即人员伤亡的风险分量(RA)与建筑物物理损害的分量(RB)之和小于风险容许值时,可能仅需装设SPD就足够了。
图 2 评估采取保护措施的成本效益的流程
图2中CPM+CRI>CL,指的是只有当防雷费用CPM(含每年的维护费用、成本)与安装了防雷装置(LPS)后仍然有可能产生的损失费用CRL之和小于未安装LPS时可能产生的损失金额(GL)时,“采用防雷措施是经济合理的”,反之亦然。
1996年冬,我和刘吉克等七位同行在德国学习,课堂上我问了老师一个问题:我有一台七千元的计算机,按老师讲的加SPD防护成本约为一万元,为什么我们要花一万元去保护价值七千元的设备呢,更何况损失不一定会那么高,可能花几百元就能修复了。老师痛快地回答:“关先生你说的很对,你和我们都不会做这种傻事!”在与发达国家的专家、企业家交流过程中,我们感到,他们越是富有越会算账,特别节约。2004年7月何金良团长带我们到罗马大学参加IEC/TC81工作组会议,会场上只有桌椅和投影仪,连饮水都需要自己去走廊上的饮水机上投币取用。而我们国内的一个小会也会有鲜花、横幅、水果、饮料、香烟。
我国有句古语叫小药治大病,药不在贵贱,能治病就是好药。在GB/T21714.2的附录表B.1中规定:当没有人身防护措施时,因跨步电压和接触电压的危险概率为1,而在引下线附近挂一个警示牌,概率PTA则降到0.1。
关于IEC62305各部分之间的关系在第1部分的“引言”中用图1表示得很清楚,首先是存在雷击威胁,即GB50057中说的“在可能发生对地闪击的地区”,其次是按第2部分进行风险评估,第三是需防雷时直击雷防护用LPS,LEMP防护用SPM,分别见第3和第4部分的规定。而采用什么程度的防雷措施,则应按第2部分评估后确定的雷电防护水平(LPL),或严防死守(LPL为Ⅰ),或略有松动(LPL为Ⅱ)……或简单做一下(LPL为Ⅳ),其实质与GB50057之确定建筑物的防雷分类,再按第一、二、三类要求去防护是一致的。
笔者认为,IEC雷评标准并不很深奥,关键是要有许多资料配合。时下有关风险评估的文章“假、大、空”话连篇,一些人大量抄录IEC中的符号和公式故弄玄虚,这除了能够使雷评业务扩大化并没有更多实际意义。
三、 GB50057与IEC62305在雷评技术上的相关分析
1983年版《建筑物防雷设计规范》GBJ57-83出版时,IEC尚无防雷标准,防雷设计要做到“安全可靠,技术先进、经济合理”就必须区别对待,不能“一刀切”。因此GBJ57-83使用了建筑物的防雷分类,这一方法沿用至今。林维勇先生是执行“标准化法”中“国家积极鼓励采用国际标准和国外先进标准”的典范,又是“拿来主义”的正确贯彻者。鲁迅先生讲拿来主义时举了一个例子:一个年轻人继承了一座封建大宅院,内有大烟、姨太太,年轻人入住后先打扫卫生,请走姨太太并将大烟卖到了中药店。这是正确的拿来主义,而不是让姨太太侍候着猛抽大烟。这位哲人也告诉我们泼洗澡水时不要把盆里的婴儿一起泼出去。
我国幅员辽阔,东西南北气候差异很大,有海洋、江河、高山、盆地等复杂地貌,防雷不可能一刀切。我国近年来的基建规模很大,祖国城乡到处是建筑工地。仅以苏州市昆山区为例,每年新开工面积便达1500万平方米!我们能对每一栋建筑物进行雷评吗?当然不可能。原因一是工作量巨大,二是对工程进度会对影响,三是会增加工程造价,四是因资料不齐,会使雷评结论不准确。
GB50057从我国的客观实际出发,又学习了IEC雷评的技术内容,对建筑物是否需防雷和防到什么程度规定了如下内容:
1、在第三章“建筑物的防雷分类”中首先是明确前提条件“在可能发生对地闪击的地区”,才需考虑防雷。
2、按建筑物的重要性和使用性质,不考虑风险评估的结果,直接规定了哪些建筑物属第一类,或二类或三类。(参见GB50057中3.0.2,3.0.3中的第1~4节,5~8节,3.0.4中第1款内容)。
3、除上述规定内容外的其他建筑物的分类,大量吸取了IEC雷评的技术内容,其中涉及到:
a)使用性质:可分为省、部级办公建筑,重要和人员密集的公共建筑物,火灾危险场所以及一般住宅、办公楼、民宅和一般工业区的建筑物等。这些建筑物在GB50057的分类中是区别对待的;
b)引用IEC标准中年预计雷击次数的公式,按“位置因子Cp”规定了雷击次数中的校正系数(从1~2)NG(GB50057中采用Ng,即所在****击大地平均密度),无直接资料时,取0.1Nd年平均雷日,与IEC附录中公式(A.1)一致。Ae则用IEC中表A.1内容。由N值计算再联系到建筑物的使用性能,规定了N值的指标与建筑物防雷分类。
目前国内防雷工程或学术界对GB50057有两种截然相反的态度:一种认为没能全抄IEC,另一种则认为抄多了。比如, IEC62305规定不适用于电力架空线路、铁路牵引线路,而一些电力、铁路系统的专家站在本专业角度对GB50057的批评则有失偏颇。术业有专攻,隔行如隔山。当我们对一些规范提出质疑的时候,可否提出有依据的修改内容,并且更具有可操作性呢?
GB50057的条文说明3.0.1条指出:“不考虑以风险作为分类的基础。”IEC62305-2 2010中:“当预期风险是不可避免时,可以不管风险评估的结果如何而决定提供防雷”。笔者认为也可译为:当预期的风险是不可避免时,可直接决定提供防雷设计,此时不需做风险评估。如某雷区的石油罐,按第一类防雷建筑物设计就行了,你评了半天不还是给个第一类防雷建筑物的结论吗?又如某小区内有十几栋相同设计的住宅楼,你对A号楼做了雷评,B号、C号...还用做吗?你的雷评报告除了把A楼报告中的A换成B、C...还有什么区别?
GB50057的条文说明3.0.1条还指出:“按IEC62305-2 2010的做法很复杂,要求结合我国情况,以前的损失数据,特别是间接损失数据,我们缺少这些资料,而且要制作出应用软件,目前这是很难做到的。”笔者试以核电站为例,核电站的重要性众所周知,但谁又能提供我国核电站遭雷击的损失数据呢?加入WTO的条件之一是,我国必须将强制性标准中的强制性条文提交WTO(之后转IEC、ISO、ITU审核),看是否与国际标准冲突。GB50057是由林维勇先生提供的英译文,WTO没有不同意见反馈,说明国际标准是认可我国的GB50057的。
四、雷评的弊与利
泛泛的雷评除了工作量大、延长工期和增加费用的弊端外,还存在以下问题:
1)我国的法规分四层:中华人民共和国xx法、国务院条例、地方法规和部门法规。下位法规必须服从上位法规。笔者认为开展雷评的部门法规是与《行政许可法》相悖的。与十八大以来要求对行政审批进行改革的方向也是相悖的。正如前人大副委员长王汉斌批评的,是“为各自利益蠢蠢欲动”的部门利益在作怪。
2)用推荐性(自愿性)标准抵制强制性国标GB50057,造成了标准的混乱,直接违背了《标准化法》。
一次与杨少杰先生提及雷评,他谈了一个观点:雷评应开展区域性的评估,着眼是在某一区域,类似气象部门过去搞的“农业区域”,为政府提供咨询服务。这一点我很赞同,但部门的利益,追求“新的经济增长点”的问题就突出了。时下熙熙攘攘皆为利往,无利不起早,动了谁的钱,比挖了谁的祖坟的问题还要大些。要深化改革,有一句话说的好:割自己的肉把刀交给别人。
为雷评事,笔者思考了数年之久。本文也仅从利益角度,对方兴未艾的雷击风险评估业务进行分析。但一家之言,难免谬谈,欢迎讲道理的批评意见。