廣州近日遭遇持續(xù)性強降雨與雷暴大風(fēng)天氣。4月20日晚，一段展現(xiàn)廣州塔在一小時內(nèi)連續(xù)遭受六次閃電“暴擊”的視頻在網(wǎng)絡(luò)引發(fā)熱議，部分公眾擔(dān)憂廣州塔的安全狀況。然而，實際上廣州塔具備主動“接閃”功能，可將雷電迅速導(dǎo)入大地，有效保護自身結(jié)構(gòu)、內(nèi)部設(shè)備及人員安全，并降低周邊建筑遭受雷擊的風(fēng)險。

作為中國首座、全球第三高的旅游觀光塔，廣州塔塔身高454米，加上天線桅桿共達600米。自2009年落成以來，每逢雷雨天氣，廣州塔與“火龍”般的閃電對接場景便成為市民眼中的震撼景象。

引雷針主動接閃

事實上，廣東塔并不是“被雷劈”而是“主動接閃”。據(jù)了解，廣州塔的塔尖安裝了雷電防御保護裝置——“引雷針”，這和一般建筑上安裝的避雷針不同，引雷針主要安裝在一個片區(qū)內(nèi)相比其他建筑更高大的建筑物頂部。它與地面通過接地裝置連接，形成導(dǎo)電通道。

在雷電天氣來臨時，引雷針能夠利用自身的金屬結(jié)構(gòu)來吸引閃電，并將電流引入地下，保護建筑物本身及其內(nèi)部的設(shè)備和人員免受雷電損害的同時，也可以降低廣州塔周邊建筑遭到雷擊的概率。

掩入云端的廣州塔。圖源廣州塔官方

那么，為何廣州塔會頻頻接閃？關(guān)象石表示，“廣州地處北回歸線以南，屬于南亞熱帶濕潤季風(fēng)區(qū)，熱量和水汽充沛、雷雨多且季節(jié)長，接閃次數(shù)多是自然的?！?/p>

廣東省雷電監(jiān)測網(wǎng)統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，廣州塔所處區(qū)域年平均雷擊大地密度高達29次/（年·平方公里），屬于強雷暴區(qū)。廣州塔總高度600米，而產(chǎn)生雷電的積雨云層的高度是500米至800米，在雷雨天氣里，廣州塔上端正好位于雷云內(nèi)部，加上尖端放電效應(yīng)，廣州塔在積雨云到來時，頻繁“接閃”就不可避免。

另一方面，這次廣州塔接閃頻繁也與近期廣州的強對流天氣有關(guān)。記者從中國氣象局了解到，19日至20日14時，廣東全省各級氣象部門發(fā)布暴雨預(yù)警信號235站次，其中紅色25站次，發(fā)布雷雨大風(fēng)預(yù)警信號189站次。今明兩天，廣東中南部等地還將有8-10級雷暴大風(fēng)或冰雹天氣。

頂腰底均有防雷設(shè)計

有了頂部的引雷針，再加上腰部和底部的防護裝置，廣州塔的一共擁有三重防雷保護。根據(jù)廣州塔公開宣傳資料，早在建筑設(shè)計階段，廣州塔就委托廣州市防雷設(shè)施檢測所對閃電雷擊風(fēng)險作了評估，并請防雷專家專門制定了一整套防雷保護措施。

廣州塔防雷系統(tǒng)設(shè)計師、廣州市設(shè)計院高級工程師林佩仰曾在采訪中表示，由于廣州塔塔身較高且頂部帶有天線桅桿，從云層直接打到天線桅桿的直擊雷是防雷首先要考慮的對象。

為此，設(shè)計師在天線桅桿上專門安置了防雷接閃裝置，并在塔身頂部設(shè)計了避雷網(wǎng)格，由它和塔身金屬鋼外筒、塔底的接地網(wǎng)格共同組成雷電的傳導(dǎo)線路。一旦發(fā)生直擊雷電，云層傳來的電流可以順著天線桅桿傳導(dǎo)到避雷網(wǎng)格，再沿著塔身金屬鋼外筒、塔底的接地網(wǎng)格傳到地下，不對塔身造成傷害。

除了塔頂可能遭遇直擊雷，高層建筑可能會發(fā)生側(cè)擊。關(guān)象石表示，越高的建筑物遭到側(cè)擊的概率越大。2020年4月13日，有目擊者見到東方明珠頂部燃燒得像一支火柴。起火原因正是強雷側(cè)擊打中了塔頂發(fā)射天線，引起天線外罩燃燒。

考慮到側(cè)面也可能被側(cè)擊雷擊中，廣州塔塔身的各樓層金屬欄桿、金屬門窗和玻璃幕墻等都直接跟塔身的防雷裝置聯(lián)結(jié)，且聯(lián)結(jié)點不少于兩處，確保側(cè)擊雷帶來的電流也可以順著防雷裝置被引到地面。

在結(jié)構(gòu)設(shè)計上，廣州塔也充分考慮了防雷擊的需求。塔身采用了鋼筋混凝土和鋼材的混合結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)不僅堅固耐用，而且具有良好的導(dǎo)電性?！皬V州塔利用塔頂?shù)匿摻Y(jié)構(gòu)（引雷針）作為接閃桿；塔身的結(jié)構(gòu)鋼筋（垂直鋼筋數(shù)不勝數(shù)）作為可利用的自然引下線；塔基內(nèi)的鋼筋網(wǎng)作為自然接地體，既安全可靠，又經(jīng)濟合理，這是完全符合國家和國際防護標(biāo)準(zhǔn)的，并且有很大的裕度?！标P(guān)象石表示。

同時，廣州塔還建設(shè)了雷電預(yù)警系統(tǒng)設(shè)備，用于監(jiān)測廣州塔附近雷暴云產(chǎn)生的大氣電場，以及云間閃電和云對地閃電的發(fā)生情況，結(jié)合大氣電場預(yù)警指標(biāo)對廣州塔塔頂戶外游玩空間進行預(yù)警。當(dāng)監(jiān)測到雷電天氣可能發(fā)生時，系統(tǒng)會自動啟動防雷措施，如關(guān)閉部分設(shè)備、引導(dǎo)游客撤離等，以減少雷擊帶來的損失。

廣州塔到底能承受多大雷擊？

我們知道，閃電發(fā)生的電流通常可達上萬安培，有的超級閃電的功率甚至可達幾十幾百億千瓦，比三峽水電站同時間的能量釋放高出百千倍。那么廣州塔的這些防雷設(shè)計到底能承受多大的雷擊？

對此，林佩仰曾直言：廣州塔的防雷設(shè)計已經(jīng)超過了現(xiàn)有建筑防雷技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的要求，部分設(shè)備的防雷能力甚至達到了軍火倉庫的程度。

“不用擔(dān)心是否能承受多大和多少次的多重雷擊?！标P(guān)象石也坦言，“從外部防雷（又稱直擊雷防護）角度看，廣州塔應(yīng)該是安全可靠的，但是要特別注意‘二次雷’，即雷擊電磁脈沖（LEMP）對電氣和電子系統(tǒng)的損害?！?/p>

資料顯示，雷擊電磁脈沖是地閃回擊過程產(chǎn)生的瞬時電磁場及其強大閃電流。建筑物內(nèi)通常敷設(shè)著各種電源線、信號線和金屬管道(如供水管、供熱管和供氣管等)，這些線路和管道常常會在建筑物內(nèi)的不同空間構(gòu)成環(huán)路。當(dāng)建筑物遭受雷擊時，雷電流沿建筑物防雷裝置中各分支導(dǎo)體入地，流過分支導(dǎo)體的雷電流會在建筑物內(nèi)部空間產(chǎn)生暫態(tài)脈沖電磁場。過強的LEMP對建筑物、人身和各種電氣設(shè)備及管線都會有不同程度的危害。