CN102722634A - 一种区域雷电灾害风险评估方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种区域雷电灾害风险评估方法，其特征在于：包括有以下步骤：a、首先确定区域雷电灾害风险评估指标体系U；b、制定各评估指标体系的危险等级标准V；c、引用层次分析法计算各指标权重系数W；d、引用隶属度函数计算各定量指标隶属度R：e、模糊综合评价，对相关矩阵进行计算；f、确定风险等级、风险来源及提出雷电防护措施。本方法适用范围广，满足于易燃易爆、铁路、大型桥梁、旅游等不同行业、不同类型的建（构）筑物雷击风险评估。采用合理的层次综合分析法，对各类区域雷击风险进行定性和定量综合分析，有效解决了各层次影响因素难以量化的问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种评估方法，具体来讲是一种区域雷电灾害风险评估方法。
背景技术
首先，现有的雷电灾害风险评估方法，如IEC62305-2（风险管理）、GB/T21714等标准中的评估方法，其评估对象基本只能为单个建筑物，并不适用于大范围内多个建（构）筑物的雷电灾害风险评估，主要由于计算机、电子产品及网络设备等的广泛适用，某建（构）筑物遭受雷击之后，对其周围建（构）筑物的影响越来越明显，所以，某评估项目区域内的雷电灾害风险不仅仅是简单地将各建（构）筑物的风险叠加到一起，当成整个项目区域的雷电灾害风险。其次，现有的雷电灾害风险评估方法，其使用前提是必须提供评估项目的雷电防护整体设计方案，无法满足为项目提供选址规划、防雷设计的需求；再次，建（构）筑物的雷电灾害风险评估结论单一，不同类型的建（构）筑物的雷电灾害风险评估报告几乎一致，不具有实用性；且雷电灾害风险来源不明确，可操作性不强。
发明内容
本发明的目的在此提供一种区域雷电灾害风险评估方法，适用于建（构）筑物群体的区域雷电灾害风险评估。该方法结合了模糊综合评价法和层次分析法，深入研究了区域雷电灾害风险的各种影响因素，提出了区域雷电灾害风险评估递阶层次结构模型。
本发明是这样实现的，一种区域雷电灾害风险评估方法，其特征在于：包括有以下步骤：
a、首先确定区域雷电灾害风险评估指标体系U；
b、制定各评估指标的危险等级标准V；
c、引用层次分析法计算各指标权重系数W；
d、引用隶属度函数计算各定量指标隶属度R：
e、模糊综合评价，对相关矩阵进行计算；
f、确定风险等级、风险来源及提出雷电防护措施。
根据本发明所述的一种区域雷电灾害风险评估方法，其特征在于：所述计算各指标权重系数W，具体步骤为：
（1）构造判断矩阵：采用1-9及其倒数的标度方法，但当相互比较因素的重要性能够用具有实际意义的比值说明时，判断矩阵相应元素的值则取这个比值；
从层次结构模型的第二次开始，对每一层次各个准则的相对重要性进行两两比较，然后根据1-9比较尺度给出对应的成对比较矩阵，直到最下层，用aij表示第i个因素相对于第j个因素的比较结果，且aij=1/aji；
（2）单层次排序：根据判断矩阵，计算判断矩阵的特征根和特征向量问题，即对判断矩阵A，计算满足 
最大特征根与特征向量，式中
为A的最大特征根， W为对应于
的正规化特征向量，W的分量Wi是相应指标单排序的权重值，计算出最大特征值为
，其对应的特征向量归一化为：W=（W1，W2，W3）；
（3）一致性检验：一致性检验涉及一致性指标
，平均随机一致性指标
，一致性比例，一致性检验的步骤如下：
1）计算一致性指标
2）确定相应的平均随机一致性指标
3）计算一致性比例并进行判断
当
<0.1时，认为判断矩阵的一致性可以接受的，即W=（W1，W2，W3）为判断矩阵的权向量；当
>0.1时，认为判断矩阵不符合一致性要求，需要对该判断矩阵进行重新修正。
根据本发明所述的一种区域雷电灾害风险评估方法，其特征在于：采用了定量指标与定性指标相结合的方法制定各评估指标的危险等级标准V，评估指标的危险等级标准是确定指标隶属度的基准，本方法各指标的危险等级为5个等级，根据各指标的定义及性质，定量指标的危险等级划分采用数值范围，而定性指标的危险等级划分采用文字描述。
根据本发明所述的一种区域雷电灾害风险评估方法，其特征在于：
采用了升、降半梯形和三角形来确定各定量指标的隶属度；
设等级V1，V2，V3，V4，V5的取值区间中点分别为v1,v2,v3,v4,v5，其中rij为第i个指标实际值，
为第i个指标隶属第j级的隶属度；
极小型指标参量的隶属度计算公式如下：
对于最低级(j=1)：
对于中间等级(j=2,3,4)：
对于最高级(j=5)：
极大型指标参量的隶属度计算公式如下：
对于最高级(j=5)：
对于中间等级(j=2,3,4)：
对于最低级(j=1)：
。
根据本发明所述的一种区域雷电灾害风险评估方法，其特征在于：
模糊综合评价的基本模型用公式表示为：
其中， 
代表合成算子，本方法采用了三级模糊综合评价模型，模糊综合评价过程是由低层次向高层次逐步循环进行的,根据方法中区域雷电灾害风险评估分级标准，风险的大小用g表示，g值越小代表区域内项目雷击致灾风险越低，g值越大代表区域内项目雷击致灾风险越高，g值区间[0,10]，其中g=r1+3r2+5r3+7r4+9r5，r1、r2、r3、r4、r5为区域雷电灾害风险评估的隶属度Ⅰ级、Ⅱ级、Ⅲ级、Ⅳ级、Ⅴ级。
本发明的优点在于：1、适用范围广，IEC62305仅适用于普通建筑物及其服务设施，本课题成果评估对象不受局限性，满足于易燃易爆、铁路、大型桥梁、旅游等不同行业、不同类型的建（构）筑物雷击风险评估。2、利用IEC62305进行雷击风险评估，必须取得项目的整体设计方案，无法满足项目规划、选址对雷击风险评估需求。本成果有效结合雷电活动时空分布、地域和项目属性，适用于建设项目规划、选址、投入运行等不同阶段雷击风险评估。3、IEC62305结论具有通用性，无法体现交通、大型桥梁、高层建筑、易燃易爆等行业的不同特殊性，而本课题成果充分考虑了项目区域范围内的雷电风险、地域风险、承灾体风险和周边环境影响，提出针对性和可操作性强的雷击风险评估措施和建议。4、采用先进合理的层次综合分析法，对各类区域雷击风险进行定性和定量综合分析，有效解决了各层次影响因素难以量化的问题。
附图说明
图1 区域雷电灾害风险评估相关技术步骤
图2 区域雷电灾害风险评估递阶层次结构模型（预评估模型）
图3 区域雷电灾害风险评估递阶层次结构模型（现状评估模型）
图4是雷暴风向玫瑰图
图5 极小型指标参量的隶属函数图
图6极大型指标参量的隶属函数。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做出详细的说明：
本发明提供一种区域雷电灾害风险评估方法，步骤：
a、首先确定区域雷电灾害风险评估指标体系U；在工程项目施工之前，分析工程项目批准的规划区域内闪电定位资料、地形地貌和土壤特征，以及项目可行性研究报告、设计资料等,重点分析项目建成后雷电灾害风险等级及风险来源。本方法在深入研究IEC62305、GB/T21714、GB 50343-2004、GB_50057等标准中影响因子的基础上，主要考虑致灾因子（雷电风险）、孕灾环境（地域风险）和承灾体（承灾体风险）三大影响要素，同时，每一要素又按其性质分成若干层次，即上一层次的要素对下一层次的要素起着支配作用。综上所述，区域雷电灾害风险评估递阶层次结构模型据此建立。
b、制定各评估指标的危险等级标准 
；
区域雷电灾害风险评估采用了定量指标与定性指标相结合的方法，评估指标的危险等级标准是确定指标隶属度的基准，本方法各指标的危险等级为5个等级。根据各指标的定义及性质，定量指标的危险等级划分采用数值范围，而定性指标的危险等级划分采用文字描述。
本方法需要对所有最底层次（无下属指标）的指标进行危险等级的划分。
（1）、结合GB50343建筑物电子信息系统防雷技术规范（送审稿）中第3.1节的少雷区、多雷区、高雷区、强雷区的区分为20天、40天、60天、90天，因此，雷暴日的危险等级标准如表1所示。
表1 雷暴日分级标准
| 危险等级 | Ⅰ 级 | Ⅱ 级 | Ⅲ 级 | Ⅳ 级 | Ⅴ 级 |
| 雷暴日（d/年） | ［0，20） | ［20，40） | ［40，60) | ［60，90) | [90，∞） |
（2）、雷暴路径是评估区域所在地气象台、站资料确定的雷暴移动在当地不同方向的百分率。雷暴路径等级划分从8个方向（正东、东南、正南、西南、正西、西北、正北、东北）考虑。
雷暴路径等级的划分原则是雷暴路径越集中、锐度越大，则危险等级高。具体五个等级划分如下：
Ⅰ级 雷暴最大3个移动方向百分比之和小于40%。
Ⅱ级 雷暴最大3个移动方向百分比之和大于40%，小于50%。
Ⅲ级 雷暴最大2个移动方向百分比之和大于40%，小于45%；或者最大3个移动方向百分比之和大于50%。
Ⅳ级 雷暴路径主方向的百分比大于30%，小于35%；或者最大2个移动方向百分比之和大于45%。
Ⅴ级 雷暴路径主方向的百分比大于35%。
其中各级雷暴路径方向出现频数比例常数可以根据不同地区的雷暴方向具体情况进行微调。
（3）、雷击密度指雷击大地的年平均密度（
），定义为某地区年平均单位面积上落雷次数的均值。具体五个等级划分如表2：
表2 雷击密度分级标准
| 危险等级 | Ⅰ 级 | Ⅱ 级 | Ⅲ 级 | Ⅳ 级 | Ⅴ 级 |
| 雷击密() | ［0，1） | ［1，2） | ［2，3） | ［3，4） | [4，∞） |
雷电流强度指某地区多年统计的地闪雷电流的平均值。具体五个等级划分如表3：
表3 雷电流强度分级标准
| 危险等级 | Ⅰ 级 | Ⅱ 级 | Ⅲ 级 | Ⅳ 级 | Ⅴ 级 |
| 雷电流强度（kA） | ［0，10） | ［10，20） | ［20，40） | ［40，60） | [60，∞） |
（4）、土壤电阻率危险等级的划分依据是建筑物防雷装置检测技术规范GB_T214312008中附录D（规范性附录）中的表D.1中的土壤电阻率分级，并结合相关专家知识经验及“雷击选择性”（试验结果证明，雷击位置经常在土壤电阻率较小的土壤上，而电阻率较大的多岩石土壤被击中的机会很小），选取其中甚高（3000
）、高（1000）、中（300
）、低（100
）值分别为土壤电阻率的Ⅰ级、Ⅱ级、Ⅲ级、Ⅳ级、Ⅴ级之间的临界值。具体五个等级划分如表4：
表4 土壤电阻率分级标准
| 危险等级 | Ⅰ 级 | Ⅱ 级 | Ⅲ 级 | Ⅳ 级 | Ⅴ 级 |
土壤电阻率( | [3000，∞） | [1000，3000） | [300，1000） | [100，300） | [0，100） |
（5）、土壤垂直分层指在土壤电阻率玫瑰图中不同方向上土壤电阻率的最大差值
。土壤分区危险等级的划分依据是建筑物防雷装置检测技术规范GB_T214312008中附录D（规范性附录）中的表D.1中的土壤电阻率分级，结合相关专家知识经验及“雷击选择性”（试验结果证明，具有不同电阻率土壤的交界地段为易遭受雷击的地点，交界地段的土壤电阻率变化越明显，则越易遭受雷击），选取其中特低（10
）、甚低（30
）、低（100
）、中（300
）的值分别为土壤分区的Ⅰ级、Ⅱ级、Ⅲ级、Ⅳ级、Ⅴ级之间的临界值。具体五个等级划分如表5：
表5 土壤垂直分层分级标准
| 危险等级 | Ⅰ 级 | Ⅱ 级 | Ⅲ 级 | Ⅳ 级 | Ⅴ 级 |
土壤电阻率最大差值 ( | [0，10） | ［10，30） | ［30，100） | ［100，300） | ［300，∞） |
（6）、采用四点法测量土壤电阻率，得出深度直到电极间距a的视在土壤电阻率，绘制各种电极间距与测得的视在土壤电阻率的关系曲线。采用兰开斯特-琼斯法判断土壤水平分层，在曲线出现曲率转折点时，即是下一层土壤，其深度为所对应电极间距的2/3处。由曲线得出各层的土壤电阻率，土壤电阻率最大的层的值用ρmax表示、土壤电阻率最小的层的值用ρmin表示，设△ρ=ρmax-ρmin。土壤分区危险等级的划分根据《接地系统的土壤电阻率、接地阻抗和地表电位测量导则 第1部分：常规测量》GB/T17949.1-2000。具体五个等级划分如表6：
表6 土壤垂直分层分级标准
| 危险等级 | Ⅰ 级 | Ⅱ 级 | Ⅲ 级 | Ⅳ 级 | Ⅴ 级 |
土壤电阻率水平差值△ρ( | [0，100） | ［100，300） | ［300，1000） | ［1000，3000） | ［3000，∞） |
（7）、地形地貌危险等级的划分依据GB50343-2010中附录A中不同校正系数的相应的地形情况及专家经验知识。结合我国的地形特征，具体五个等级划分如下：
Ⅰ级 平原。
Ⅱ级 丘陵。
Ⅲ级 山地。
Ⅳ级 河流、湖泊以及低洼潮湿地区、山间风口等。
Ⅴ级 旷野孤立或突出区域。
其中在评估过程中，确定区域等级时按照“就高不就低”的原则进行。
（8）、安全距离危险等级的划分依据GB_50057_2010建筑物防雷设计规范中建筑物的防雷分类（主要选取其中因电火花而引起火灾、爆炸等危险场所的分类）。具体五个等级划分如下：
Ⅰ级 不符合以下Ⅱ级、Ⅲ级、Ⅳ级、Ⅴ级的情况者。
Ⅱ级 满足下列条件之一者：
①距离评估区域1000米内具有0区或20区爆炸危险场所的建筑物。
②距离评估区域1000米内具有1区或21区爆炸危险场所的建筑物，
因电火花而引起爆炸，会造成巨大破坏和人身伤亡者。
③距离评估区域800米内制造、使用或贮存火炸药及其制品的危险建
构筑物，且电火花不易引起爆炸或不致造成巨大破坏和人身伤亡者。
④距离评估区域800米内具有2区或22区爆炸危险场所的建构筑物。
⑤距离评估区域800米内有爆炸危险的露天钢质封闭气罐。
Ⅲ级 满足下列条件之一者：
①距离评估区域800米内具有0区或20区爆炸危险场所的建筑物。
②距离评估区域800米内具有1区或21区爆炸危险场所的建筑物，因
电火花而引起爆炸，会造成巨大破坏和人身伤亡者。
③距离评估区域500米内具有1区或21区爆炸危险场所的建构筑物，
且电火花不易引起爆炸或不致造成巨大破坏和人身伤亡者。
④距离评估区域500米内具有2区或22区爆炸危险场所的建构筑物。
⑤距离评估区域500米内有爆炸危险的露天钢质封闭气罐。
Ⅳ级 满足下列条件之一者：
①距离评估区域500米内具有0区或20区爆炸危险场所的建筑物。
②距离评估区域500米内具有1区或21区爆炸危险场所的建筑物，因
电火花而引起爆炸，会造成巨大破坏和人身伤亡者。
③距离评估区域200米内具有1区或21区爆炸危险场所的建构筑物，
且电火花不易引起爆炸或不致造成巨大破坏和人身伤亡者。
④距离评估区域200米内具有2区或22区爆炸危险场所的建构筑物。
⑤距离评估区域200米内有爆炸危险的露天钢质封闭气罐。
Ⅴ级 满足下列条件之一者：
①距离评估区域1000米内凡制造、使用或贮存火炸药及其制品的危险
建筑物，因电火花而引起爆炸、爆轰，会造成巨大破坏和人身伤亡者。
②距离评估区域200米内具有0区或20区爆炸危险场所的建筑物。
③距离评估区域200米内具有1区或21区爆炸危险场所的建筑物，因
电火花而引起爆炸，会造成巨大破坏和人身伤亡者。
（9）、相对高度指评估区域外1km范围内的建构筑物、雷击可接闪物最高点与区域内建构筑物高度的一种相对关系。相对高度危险等级的划分依据GB_50057_2010建筑物防雷设计规范中表A.1中的不同位置系数相应的位置描述。具体五个等级划分如下：
Ⅰ级 评估区域被比区域内项目高的外部建构筑物或其它雷击可接闪物所环绕。
Ⅱ级 评估区域外局部方向有高于评估区域内项目的建构筑物或其它雷击可接闪物。
Ⅲ级 评估区域外建构筑物或其它雷击可接闪物与评估区域内项目高度基本持平。
Ⅳ级 评估区域外建构筑物或其它雷击可接闪物低于区域内项目高度。
Ⅴ级 评估区域外无建构筑物或其它雷击可接闪物。
（10）、电磁环境反应的是关于雷电电磁辐射对微电子设备的干扰与破坏。一旦评估区域外1km范围内遭受雷击，则强大的雷电流将产生电磁感应，从而对评估区域产生电磁影响。设评估区域周边1km范围内的接闪点与评估区域内最近建构筑物的距离为Sa，由公式
及可知
其中i为雷电流强度，单位：kA，距离Sa单位：km。
电磁环境危险等级的划分依据建筑物防雷装置检测技术规范GB_T2143122008中附录C的第C.1.2条：由于雷击电磁脉冲的干扰，对当时的计算机而言，在无屏蔽状态下，当环境磁场强度大于0.07GS时，计算机会误动作；当环境磁场强度大于0.75GS时，计算机会发生假性损坏；当环境磁场强度大于2.4GS时，设备会发生永久性损坏，及结合电子计算机场地通用规范GB_2887_2000中的第4.3.5.2条：机房内磁场干扰强度不大于800A/m（10GS左右）的要求，因此，电磁环境的Ⅰ级、Ⅱ级、Ⅲ级、Ⅳ级、Ⅴ级之间的临界值分别为：0.07高斯、0.75高斯、2.4高斯、10高斯。具体五个等级划分如表7：
表7 电磁环境分级标准
| 危险等级 | Ⅰ 级 | Ⅱ 级 | Ⅲ 级 | Ⅳ 级 | Ⅴ 级 |
 | [0，0.07） | [0.07，0.75） | [0.75，2.4） | [2.4，10） | [10，∞） |
| （A/m） | [0，5.57） | [5.57，59.7） | [59.7，191） | [191，800） | [800，∞） |
（11）、使用性质是指区域内建（构）筑物的重要性、规模、雷电敏感性、易损性等。使用性质危险等级的划分依据是GB_50057_2010建筑物防雷设计规范中建筑物的防雷分类、民用建筑设计通则等，并结合了不同行业建构筑物对雷击的敏感性、易损性及项目规模。其中1～3层为低层；4～6层为多层；7～9层为中高层；10层以上为高层；公共建筑及综合性建筑总高度超过24m者为高层（不包括高度超过24m的单层主体建筑）；建筑物高度超过100m时，不论住宅或公共建筑均为超高层；汽车站、火车站的等级划分均参考铁道部文件来确定。具体五个等级划分如表7-1：
表7-1 使用性质分级标准
| Ⅰ级 | Ⅱ级 | Ⅲ级 | Ⅳ级 | Ⅴ级 |
| 低层、多层、中高层住宅，高度不大于24m的公共建筑及综合性建筑。 | 高层住宅，高度大于24m的公共建筑及综合性建筑。 | 建筑高度大于100m的民用超高层建筑；智能建筑；其他人员密集的商场、公共场所等。 | ||
| 乡/镇政府、事业单位办公建构筑物。 | 县级政府、事业单位办公建构筑物。 | 地/市级政府、事业单位办公建构筑物。 | 省/部级政府、事业单位办公建构筑物。 | 国家级政府、事业单位办公建构筑物。 |
| 小型企业生产区、仓储区。 | 中型企业生产区、仓储区。 | 大型企业生产区、仓储区。 | 特大型企业生产区、仓储区。 | |
| 配送中心 | 物流中心 | 物流基地 | ||
| 小学。 | 中学。 | 大学、科研院所。 | ||
| 一级医院。 | 二级医院。 | 三级医院。 | ||
| 地/市级及以下级别重点文物保护的建构筑物，地/市级及以下级别档案馆；丙级体育馆；小型展览和博览建筑物。 | 省级重点文物保护的建构筑物，省级档案馆；乙级体育馆；中型展览和博览建筑物。 | 国家级重点文物保护的建构筑物，国家级档案馆；特级、甲级体育馆；大型展览和博览建筑物。 | ||
| 县级信息（计算）中心。 | 地/市级信息（计算）中心。 | 省级信息（计算）中心。 | 国家级信息（计算）中心。 | |
| 小型通信枢纽（中心），移动通信基站。 | 中型通信枢纽（中心）。 | 国家级通信枢纽（中心）。 | ||
| 民用微波站。 | 民用雷达站。 | |||
| 县级电视台、广播台、网站、报社等的办公及业务建构筑物。 | 地/市级电视台、广播台、网站、报社等的办公及业务建构筑物。 | 省级电视台、广播台、网站、报社等的办公及业务建构筑物。 | 国家级电视台、广播台、网站、报社等的办公及业务建构筑物。 | |
| 城区人口20万以下城/镇给水水厂。 | 城区人口20万—50万城市给水水厂。 | 城区人口50万—100万城市给水水厂。 | 城区人口100万—200万城市给水水厂。 | 城区人口200万以上城市给水水厂。 |
| 县级及以下电力公司；35kV及以下等级变（配）电站（所）；总装机容量100MW以下的电厂。 | 地/市级电力公司；110kV（66kV）变电站；总装机容量100MW—250MW的电厂。 | 大区/省级电力公司；220kV（330kV）变电站；总装机容量250MW—1000MW的电厂。 | 国家级电网公司；500kV及以上电压等级变电站、换流站；核电站；总装机容量1000MW以上的电厂。 | |
| 四级/五级汽车站；四等/五等火车站。 | 三级汽车站；三等火车站；小型港口。 | 二级汽车站；二等火车站；中型港口；支线机场。 | 一级汽车站；一等火车站；大型港口；区域干线机场。 | 特等火车站；特大型港口；枢纽国际机场。 |
| 三级/四级公路桥梁。 | 二级公路桥梁。 | 一级公路桥梁；Ⅲ级铁路桥梁。 | 高速公路桥梁；Ⅱ级铁路桥梁；城市轨道交通。 | Ⅰ级铁路桥梁。 |
| 银行支行。 | 银行分行；证券交易公司。 | 银行总行；国家级证券交易所。 | ||
| 二级/三级加油加气站。 | 一级加油加气站；四级/五级石油库；四级/五级石油天然气站场；小型/中型石油化工企业、危险化学品企业、烟花爆竹企业的生产区、仓储区。 | 一级/二级/三级石油库；一级/二级/三级石油天然气站场；大型/特大型石油化工企业、危险化学品企业、烟花爆竹企业的生产区、仓储区。 | ||
| 从事军需、供给等与军事有关行业的科研机构和军工企业。 | 从事火炮、装甲、通信、防化等与军事有关行业的科研机构和军工企业。 | 从事航天、飞机、舰船、导弹、雷达、指挥自动化等与军事有关行业的科研机构和军工企业；军用机场；军港。 |
注：在评估过程中，确定区域等级时按照“就高不就低”的原则进行。
（12）、雷击事故造成的人员伤亡程度与区域内的人员数量及其分布有关，本评估方法中的人员数量为评估区域内的定额人员数量。根据生产安全事故和调查处理案例（493号令）中第三条：根据生产安全事故造成的人员伤亡，事故分级。临界值分别为：3人、10人、30人。考虑到人员数量这个指标体现的是人员密度，可以将此临界值根据具体项目加一个修正系数，即以30人、100人、300人，1000为Ⅰ级、Ⅱ级、Ⅲ级、Ⅳ级、Ⅴ级之间的临界值。具体五个等级划分如表8：
表8 人员数量分级标准
| 危险等级 | Ⅰ 级 | Ⅱ 级 | Ⅲ 级 | Ⅳ 级 | Ⅴ 级 |
| 人员数量（人） | ［0，100） | ［100，300） | ［300，1000） | ［1000，3000） | [3000，∞） |
（13）、区域内建（构）筑物一旦遭受雷击，则可能对区域外1km以内的设施及人员造成不同程度的影响，其影响程度主要取决于区域内建（构）筑物雷击后所产生的爆炸及火灾危险。本方法中的影响程度主要从区域内建（构）筑物雷击后可能产生的爆炸及火灾危险环境考虑。影响程度的危险等级划分依据是《汽车加油加气站设计与施工规范》GB/T50156-2002，加油加气站分为一、二、三级，总容量依次减小，加油和压缩天然气加气合建站只分为一、二级；《石油库设计规范》GB50074-2002，石油库分一、二、三、四、五级。闪点分甲、乙（A、B两级）、丙（A、B两级）三级；《烟花爆竹工厂设计安全规范》GB50161-92中的建筑物危险等级、危险场所类别。具体五个等级划分如表9：
表9 影响程度分级标准
| 危险等级 | 区域内项目危险特征 |
| Ⅰ级 | 区域内项目遭受雷击后一般不会产生危及区域外的爆炸或火灾危险。 |
| Ⅱ级 | 区域内项目有三级加油加气站，以及类似爆炸或火灾危险场所。 |
| Ⅲ级 | 区域内项目有二级加油加气站，以及类似爆炸或火灾危险场所。 |
| Ⅳ级 | 区域内项目有一级加油加气站，四级/五级石油库，四级/五级石油天然气站场，小型、中型石油化工企业，小型民用爆炸物品储存库，小型烟花爆竹生产企业，危险品计算药量总量小于等于5000kg的烟花爆竹仓库，小型、中型危险化学品企业及其仓库，以及类似爆炸或火灾危险场所。 |
| Ⅴ级 | 区域内项目有一级/二级/三级石油库，一级/二级/三级石油天然气站场，大型、特大型石油化工企业，中型、大型民用爆炸物品储存库,中型、大型烟花爆竹生产企业，危险品计算药量总量大于5000kg的烟花爆竹仓库，大型、特大型危险化学品企业及其仓库，以及类似爆炸或火灾危险场所。 |
（14）、占地面积S计算方法：S=S1+S2，其中，S1是区域内项目所有建筑物基底面积之和，S2是区域内项目所有构筑物的占地轮廓之和。占地面积的划分依据GB_50343_2004建筑物电子信息系统防雷技术规范中附录A等效面积Ae的计算方法，占地面积越大，则等效面积 Ae越大，进而加大了该建构筑物的年雷击次数。具体五个等级划分如表10：
表10 占地面积分级标准
| 危险等级 | Ⅰ 级 | Ⅱ 级 | Ⅲ 级 | Ⅳ 级 | Ⅴ 级 |
| 占地面积(m2) | [0,2500） | [2500,5000） | [5000,7500） | [7500,10000） | [10000,∞） |
等效高度He指建构筑物的物理高度外加顶部具有影响接闪的设施高度。计算方法：He=H1+H2，H1：建构筑物物理高度，H2：顶部设施高度。若有排放爆炸危险气体、蒸气或粉尘的放散管、呼吸阀、排风管等，H2按照以下方法进行计算。
有管帽的H2参照表11确定。
表11 H2值
| 装置内外气压差kPa | 排放物对比空气 | H2（m） |
| <5 | 重于空气 | 1 |
| 5~25 | 重于空气 | 2.5 |
| <=25 | 轻于空气 | 2.5 |
| >25 | 重于或轻于空气 | 5 |
⑵无管帽时H2=5m。
GB_50057_2010建筑物防雷设计规范中表4.2.1有管帽的管口处处于接闪等效高度的危险等级划分依据器保护范围内的空间、表5.2.12接闪器布置的一类、二类、三类防雷建筑物的滚球半径分别为30m，45m，60 m，并结合相关专家经验知识，等效高度的Ⅰ级、Ⅱ级、Ⅲ级、Ⅳ级、Ⅴ级临界值分别取30m，45m，60 m，100 m，100米是根据超高层建筑物而来。具体五个等级划分如表12：
表12 等效高度分级标准
| 危险等级 | Ⅰ 级 | Ⅱ 级 | Ⅲ 级 | Ⅳ 级 | Ⅴ 级 |
| 等效高度(m) | ［0,30） | ［30,45） | ［45,60） | ［60,100） | [100,∞） |
（15）、建构筑物所用材料结构不同，使得建构筑物对雷电敏感性也就不同。材料结构的危险等级划分依据GB_50343_2004建筑物电子信息系统防雷技术规范附录中相关建筑物材料结构因子的划分。具体五个等级划分如下：
Ⅰ级 建构筑物为木结构。
Ⅱ级 建构筑物为砖木结构。
Ⅲ级 建构筑物为砖混结构。
Ⅳ级 建构筑物屋顶和主体结构为钢筋混凝土结构。
Ⅴ级 建构筑物屋顶和主体结构为钢结构。
（16）、电子系统是由敏感电子组合部件构成的系统。其划分依据是根据评估对象所属行业、评估对象规模和评估对象重要性来考虑。具体五个等级划分如表13-1,13-2(电子系统分级标准)
表13-1
表13-2
（17）、电气系统是由低压供电组合部件构成的系统，也称低压配电系统或低压配电线路。电气系统的危险等级划分依据GB50052_2009供配电系统设计规范中的负荷分级及供电要求，及GB_50343_2004建筑物电子信息系统防雷技术规范中附录A中的表A.1入户设施的接受面积的线路类型。具体五个等级划分如下：
Ⅰ级 电力负荷中仅有三级负荷，室外低压配电线路全线采用电缆埋地敷设。
Ⅱ级 电力负荷中仅有三级负荷，符合下列情况之一者：
①室外低压配电线路全线采用架空电缆，或部分线路采用电缆埋地敷
设。
②室外低压配电线路全线采用绝缘导线穿金属管埋地敷设，或部分线
路采用绝缘导线穿金属管埋地敷设。
Ⅲ级 符合下列情况之一者：
①电力负荷中有一级负荷、二级负荷，室外低压配电线路全线采用电
缆埋地敷设。
②电力负荷中仅有三级负荷，室外低压配电线路全线采用架空裸导线
或架空绝缘导线。
Ⅳ级 电力负荷中有一级负荷、二级负荷，符合下列情况之一者：
①室外低压配电线路全线采用架空电缆，或部分线路采用电缆埋地敷
设。
②室外低压配电线路全线采用绝缘导线穿金属管埋地敷设，或部分线
路采用绝缘导线穿金属管埋地敷设。
Ⅴ级 电力负荷中有一级负荷、二级负荷，室外低压配电线路全线采用架空裸导线或架空绝缘导线。
以上指标参量仅作为建（构）筑物的预评估考虑因素，当对建（构）筑物进行现状评估时，需要添加防御参量。
（18）、防雷工程整体质量的优劣体现了区域内建构筑物（包括其电子系统、电气系统、其他附属设施等）的雷电防护水平。风险分级充分考虑防雷设施完备合理、设计符合规范、设计是否通过气象主管部门审核、工程是否通过气象主管部门验收等因素。防雷工程危险等级划分依据是根据建构筑物防雷设备是否合理，防雷装置是否按照GB_50057_2010《建筑物防雷设计规范》中的要求来设计、安装，防雷装置设计是否经过当地气象主管机构审核、批准等。具体五个等级划分如下：
Ⅰ级 区域内各建构筑物的防雷措施完备合理，设计符合规范、标准要求，通过气象主管部门的审核与验收。
Ⅱ级 区域内各建构筑物的防雷设计符合规范、标准要求，通过气象主管部门的审核与验收。
Ⅲ级 区域内各建构筑物的防雷设计符合规范、标准要求，没有经过气象主管部门的审核与验收。
Ⅳ级 区域内各建构筑物的防雷措施不完备。
Ⅴ级 满足下列条件之一者：
① 域内各建构筑物的防雷设施不符合国家相关规范、标准的要求。
②区域内各建构筑物无任何防雷设施。
（19）、防雷检测是国家设立的防雷检测机构对建构筑物防雷设施进行检测的技术管理工作，检测结果直接反应了建构筑物防雷设施是否符合国家相关规范、标准的要求。防雷检测危险等级划分依据是否严格按照《建筑物防雷装置检测技术规范》中的检测要求和方法、检测周期、检测程序、检测数据整理等具体要求对建构筑物进行检测、管理。具体五个等级划分如下：
Ⅰ级 区域内所有建构筑物均按照规定的检测周期进行防雷检测，且合格。
Ⅱ级 区域内所有建构筑物检测合格，但没有按照规定的检测周期进行。
Ⅲ级 区域内建构筑物按照规定的检测周期进行防雷检测，部分不合格。
Ⅳ级 区域内建构筑物没有按照规定的检测周期进行防雷检测，且部分不合格。
Ⅴ级 没有按照规定的检测周期进行。
（20）、防雷设施的日常检查维护是保证防雷设施安全、可靠、稳定运行的重要环节，防雷设施的产权单位或物业管理部门应当指定熟悉雷电防护技术的专门人员负责做好防雷设施的检查维护工作。防雷设施维护危险等级划分依据是否严格按照《建筑物防雷第2 分部分:指南B——防雷装置的设计、施工、维护和检查》中的要求对建构筑物进行有效的管理、维护等。具体五个等级划分如下：
①管理制度完善，对防雷设施的设计、安装、隐蔽工程、图纸资料、年检测试记录、日常维护检查记录等资料能够做到归档妥善保管。
②能够及时对不符合技术规范要求的防雷设施进行整改。
③有专门人员负责防雷设施的日常检查、管理维护、有专用检测维护设备。
防雷设施维护风险等级划分如下：
Ⅰ级 ①②③条全部满足。
Ⅱ级 满足①②条。
Ⅲ级 满足条件②。
Ⅳ级 满足条件③。
Ⅴ级 条件①②③均不满足。
（21）、雷电预警能够给区域内管理部门提供雷电来临信息，以便及早做出安排，起动雷击事故应急预案，在一定程度上临时规避雷电致灾风险。防雷设施维护危险等级划分依据是根据项目区域内管理部门是否有比较完善的雷电预警服务，是否制定雷击事故应急预案及宣传教育、培训等。具体五个等级划分如下：
①区域所在地有雷电预警服务。
②区域内单位制定有雷击事故应急预案。
③区域内单位定期或不定期对相关人员进行雷电防护安全教育和培训。
Ⅰ级 条件①②③全部满足。
Ⅱ级 满足条件②③或①②。
Ⅲ级 满足条件①③。
Ⅳ级 满足条件①或②或③。
Ⅴ级 条件①②③均不满足。
（22）、区域雷击风险评估分级标准
表14
c、引用层次分析法计算各指标权重系数W
权重系数是表示某一指标在指标项体系中的重要程度，它表示在其它指标不变的情况下，这一指标的变化，对结果的影响。区域雷电灾害风险评估指标体系中不同评估指标在区域雷电灾害风险评估中的作用是不同的，为了反映不同指标的重要程度，就需要对各个指标参量赋予不同的权重。本方法各指标的权重系数采取目前比较认可的层次分析法来计算，其计算过程主要根据以往数据和专家的知识、经验，其优点在于评估过程中能够反映决策专家对整个系统管理的倾向。具体步骤为：
（1） 构造判断矩阵
所谓判断矩阵是指位于同一层次的各个指标的相对重要性的判断值。判断矩阵元素的值反映了人们对每一层次各因素的相对重要性的认识，一般采用1—9及其倒数的标度方法。但当相互比较因素的重要性能够用具有实际意义的比值说明时，判断矩阵相应元素的值则取这个比值。
表15构造判断矩阵(成对比较)
| 标度 | 含义 |
| 1 | 表示两个因素相比，具有同样的重要性 |
| 3 | 表示两个因素相比，一个因素比另外一个因素稍微重要 |
| 5 | 表示两个因素相比，一个因素比另外一个因素明显重要 |
| 7 | 表示两个因素相比，一个因素比另外一个因素强烈重要 |
| 9 | 表示两个因素相比，一个因素比另外一个因素极端重要 |
| 2、4、6、8 | 上述两相邻判断的中间值 |
| 倒数 | 因素i与j 比较判断值aij，则因素  |
从层次结构模型的第二次开始，对每一层次各个准则的相对重要性进行两两比较，然后根据1—9比较尺度给出对应的成对比较矩阵，直到最下层。用aij表示第i个因素相对于第j个因素的比较结果，且aij=1/aji，成对比较矩阵如下式1所示
（2） 单层次排序
这一步，主要是根据判断矩阵，可以归结为计算判断矩阵的特征根和特征向量问题，即对判断矩阵A，计算满足AW=λmaxW最大特征根与特征向量，式中λmax为A的最大特征根W为对应于λmax的正规化特征向量，w的分量wi是相应指标单排序的权重值。举例如表16：
表16 判断矩阵
上述判断矩阵中aij的表示第i行因素与第j列因素比较判断值。根据上述矩阵计算出最大特征值为λmax，其对应的特征向量归一化为：W=(W1，W2，W3)。
（3）一致性检验；
在特殊情况下，判断矩阵可以具有传递性和一致性。一致性检验主要涉及三个指标即：一致性指标（
），平均随机一致性指标（
），一致性比例（），一致性检验的步骤如下：
1）计算一致性指标 
2）查表确定相应的平均随机一致性指标
平均随机一致性指标
详见表17。
表17 平均随机一致性指标
（1000次正互反矩阵计算结果）
| 矩阵阶数 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 |
 | 0 | 0 | 0.52 | 0.9 | 1.12 | 1.26 | 1.36 |
| 矩阵阶数 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 |
 | 1.41 | 1.46 | 1.49 | 1.52 | 1.54 | 1.56 | 1.58 |
3）计算一致性比例
并进行判断
当
<0.1时，认为判断矩阵的一致性可以接受的，即W=(W1，W2，W3)为判断矩阵的权向量；当
>0.1时，认为判断矩阵不符合一致性要求，需要对该判断矩阵进行重新修正。
以土壤结构为例，需要对土壤结构的下属指标参量：土壤电阻率、土壤垂直分层和土壤水平分层之间构造比较判断矩阵。土壤电阻率>土壤垂直分层>=土壤水平分层，且差别不大，则土壤电阻率下属三个指标参量之间的比较判断矩阵如表18。
表18土壤结构的判断矩阵
| 土壤结构 | 土壤电阻率 | 土壤垂直分层 | 土壤水平分层 |
| 土壤电阻率 | 1 | 3 | 3 |
| 土壤垂直分层 | 1/3 | 1 | 3/2 |
| 土壤水平分层 | 1/3 | 2/3 | 1 |
根据矩阵计算方法，表16矩阵计算出最大特征值λmax=3.018，其对应的特征向量归一化为： W=（0.598，0.228，0.174）。
根据矩阵计算方法，表6-6矩阵的一致性指标
计算方法：
根据本书中第三章表3-3平均随即一致性指标，一致性比例
计算方法：
即
＜0.1，认为土壤电阻率判断矩阵的一致性可以接受的，即W=（0.598，0.228，0.174）为土壤电阻率下属指标参：土壤电阻率、土壤垂直分层和土壤水平分层的权向量。
d、引用隶属度函数计算各定量指标隶属度R
各指标与其危险等级之间存在的一定隶属程度即为隶属度。定量指标与定性指标的隶属度确定方法完全不同，前者需要结合危险等级标准和隶属函数来计算，后者只需要将危险等级标准描述与评估项目的现实情况相对比，可得出其完全隶属于某一个危险等级。
本方法中为了使定量指标有一个统一的衡量标准,采用了升、降半梯形和三角形来确定各定量指标的隶属函数。
不管是极小型指标参量还是极大型指标参量，设等级V1，V2，V3，V4，V5的取值区间中点分别为v1,v2,v3,v4,v5，其中rij为第i个指标实际值，
为第i个指标隶属第j级的隶属度。
极小型指标参量的隶属函数详见图4：
极小型指标参量的隶属度计算公式如下：
① 对于最低级(j =1)：
② 对于中间等级(j =2,3,4)：
③ 对于最高级(j =5)：
极大型指标参量的隶属函数详见图5：
极大型指标参量的隶属度计算公式如下：
① 对于最高级(j =5)：
② 对于中间等级(j =2,3,4)：
③ 对于最低级(j =1)：
在指标参量的隶属度计算之前，需要确定该指标参量的参数。对于极小型指标参量，本书中以雷暴日为例。例如，雷暴日参数为46.6，根据极小型指标参量的隶属函数和1雷暴日等级划分标准，令v1,v2,v3,v4,v5，分别为7.5, 22.5,37.5,52.5,82.5（取等级范围中间值）。因此根据极小型隶属函数处理方法计算如下：
因此，可以得出雷暴日的隶属度如表19所示：
表19 雷暴日隶属度
| 危险等级 | Ⅰ级 | Ⅱ级 | Ⅲ级 | Ⅳ级 | Ⅴ级 |
| 雷暴日 | 0 | 0.17 | 0.83 | 0 | 0 |
e、模糊综合评价，对相关矩阵进行计算
模糊综合评价的基本模型用公式表示为：
其中， “
”代表合成算子。本方法采用了三级模糊综合评价模型，模糊综合评价过程是由低层次向高层次逐步循环进行的。根据方法中区域雷电灾害风险评估分级标准，风险的大小用g表示，g值越小代表区域内项目雷击致灾风险越低，g值越大代表区域内项目雷击致灾风险越高，g值区间[0,10]，其中g=r1+3r2+5r3+7r4+9r5，r1、r2、r3、r4、r5为区域雷电灾害风险评估的隶属度Ⅰ级、Ⅱ级、Ⅲ级、Ⅳ级、Ⅴ级。
f、确定风险等级、风险来源及提出建设性的雷电防护措施。本方法的具体计算过程会计算出每一个指标的隶属度，其危险程度明显，在评估报告中对所有指标进行排列，分析、发掘发现来源，从而才能给出经济的雷电防护措施方案，合理的风险管理决策。
Claims (5)
1.一种区域雷电灾害风险评估方法，其特征在于：包括有以下步骤：
a、首先确定区域雷电灾害风险评估指标体系U；
b、制定各评估指标的危险等级标准V；
c、引用层次分析法计算各指标权重系数W；
d、引用隶属度函数计算各定量指标隶属度R：
e、模糊综合评价，对相关矩阵进行计算；
f、确定风险等级、风险来源及提出雷电防护措施。
2.根据权利要求1所述的一种区域雷电灾害风险评估方法，其特征在于：所述计算各指标权重系数W，具体步骤为：
（1）构造判断矩阵：采用1-9及其倒数的标度方法，但当相互比较因素的重要性能够用具有实际意义的比值说明时，判断矩阵相应元素的值则取这个比值；
从层次结构模型的第二次开始，对每一层次各个准则的相对重要性进行两两比较，然后根据1-9比较尺度给出对应的成对比较矩阵，直到最下层，用aij表示第i个因素相对于第j个因素的比较结果，且aij=1/aji；
（2）单层次排序：根据判断矩阵，计算判断矩阵的特征根和特征向量问题，即对判断矩阵A，计算满足 
最大特征根与特征向量，式中
为A的最大特征根， W为对应于
的正规化特征向量，W的分量Wi是相应指标单排序的权重值，计算出最大特征值为
，其对应的特征向量归一化为：W=（W1，W2，W3）；
（3）一致性检验：一致性检验涉及一致性指标
，平均随机一致性指标
，一致性比例
，一致性检验的步骤如下：
1）计算一致性指标
2）确定相应的平均随机一致性指标
3）计算一致性比例
并进行判断
当
<0.1时，认为判断矩阵的一致性可以接受的，即W=（W1，W2，W3）为判断矩阵的权向量；当
>0.1时，认为判断矩阵不符合一致性要求，需要对该判断矩阵进行重新修正。
3.根据权利要求1所述的一种区域雷电灾害风险评估方法，其特征在于：采用了定量指标与定性指标相结合的方法制定各评估指标的危险等级标准V，评估指标的危险等级标准是确定指标隶属度的基准，本方法各指标的危险等级为5个等级，根据各指标的定义及性质，定量指标的危险等级划分采用数值范围，而定性指标的危险等级划分采用文字描述。
4.根据权利要求1所述的一种区域雷电灾害风险评估方法，其特征在于：
采用了升、降半梯形和三角形来确定各定量指标的隶属度；
设等级V1，V2，V3，V4，V5的取值区间中点分别为v1,v2,v3,v4,v5，其中rij为第i个指标实际值，
为第i个指标隶属第j级的隶属度；
极小型指标参量的隶属度计算公式如下：
对于最低级(j=1)：
对于中间等级(j=2,3,4)：
对于最高级(j=5)：
极大型指标参量的隶属度计算公式如下：
对于最高级(j=5)：
对于中间等级(j=2,3,4)：
对于最低级(j=1)： 。
5.根据权利要求1所述的一种区域雷电灾害风险评估方法，其特征在于：
模糊综合评价的基本模型用公式表示为：
其中， 
代表合成算子，本方法采用了三级模糊综合评价模型，模糊综合评价过程是由低层次向高层次逐步循环进行的,根据方法中区域雷电灾害风险评估分级标准，风险的大小用g表示，g值越小代表区域内项目雷击致灾风险越低，g值越大代表区域内项目雷击致灾风险越高，g值区间[0,10]，其中g=r1+3r2+5r3+7r4+9r5，r1、r2、r3、r4、r5为区域雷电灾害风险评估的隶属度Ⅰ级、Ⅱ级、Ⅲ级、Ⅳ级、Ⅴ级。
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