一种从定量的角度建立数学模型来计算建筑物或构筑物的雷击次数截收面积的方法，适用于雷电防护行业建筑设计院、全国各省区市气象局防雷中心、防雷公司、防雷办等相关单位进行雷击风险评估、雷电防护装置的设计、验收及检测工作，主要解决了在考虑周围物体的情况下计算建筑物或构筑物的雷击次数截收面积的问题。主要步骤是在三维立体空间里分别建立虚拟的本栋截收体和其它截收体，按照本栋重叠体积V1和其它重叠体积V2的比例对重叠截收面积S进行分配，获取其中属于本栋建筑物的部分的面积S1，再加上本栋建筑物所独有的截收面积S0，即为考虑周围物体时本栋建筑物的截收面积。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术专利是一种考虑周围物体(该物体可以是建筑物、构筑物或其它任何高于地面的有固定位置的设施或装置)时定量计算建筑物(包括构筑物，为简明起见，以下均统称为建筑物)的雷击次数截收面积的方法，适用于雷电防护行业，可供建筑工程设计院、各省区市气象局防雷中心、防雷公司、防雷办等相关单位对建筑物进行雷击风险评估、雷电防护装置的设计、验收及检测工作。
技术介绍
雷电是威胁建筑物及人身安全的一种常见的自然灾害，在对建筑物进行雷击风险评估、雷电防护设计以及防雷装置的验收及检测时，均需要计算建筑物的年预计雷击次数，以便对其进行合理的防雷分类。根据2011年10月I日开始实施的中华人民共和国国家标 准GB50057-2010《建筑物防雷设计规范》(以下简称GB50057)的规定，其计算公式如下N = k X Ng X Ae(公式 I ) 在公式I中，#是建筑物的年预计雷击次数(单位次/年)'k是校正系数，一般情况下取1，无数值单位;餘 是建筑物所处地区雷击大地的年平均密度，单位次/平方公里/年，一般根据当地的雷暴日数换算(根据GB50057，换算公式为'Ng = 0. I XT^其中似是当地的年平均雷暴日数)或根据当地的闪电定位系统的探测数据得来*是地面上与建筑物截收相同雷击次数的范围(以下简称截收范围)的等效面积(以下简称截收面积)，单位平方公里。总体来说，々和餘 这两个参数是比较容易确定的，只有如的计算过程比较复杂。GB50057在“附录A建筑物年预计雷击次数”中规定与建筑物截收相同雷击次数的等效面积应为其实际平面积向外扩大后的面积，对于长方体形态的建筑物，其在地面上的截收范围的平面图如附图I所示，是一个四角为圆角的矩形，该圆角矩形的长度为Z+匆，宽度为W+2D,四个圆角的半径为久其截收面积按下列公式计算Ae = X IO-6(公式 2) 公式2中'L、F、D —分别是长方体建筑物的长度、宽度和扩大宽度(单位米)； 所谓建筑物的扩大宽度队是从建筑物的边缘到其截收范围相对应一侧的边缘的距离，随建筑物的高度# (单位米)而变；当建筑物的高度#小于100米时，按下列公式得到D :D = [ HX (200-H ) J 1/2(公式 3) 当建筑物的高度"等于或大于100米时，按下列公式得到D D=H(公式4) 以上为GB50057中的规定。在不同的标准或规范中对扩大宽度和截收面积的定义有所不同，比如GB21714. 2-2008《雷电防护第2部分风险管理》中规定不论建筑物的高度是多少，扩大宽度都取值为三倍高度，即按下列公式得到^ D = 3H(公式 5) 与之相对应的，在GB21714中截收面积用Ad表示。扩大宽度和截收面积的不同定义不影响本专利技术专利的独立性和完整性。不管用哪一个标准或规范计算建筑物的截收面积，本专利技术专利的基本原理都是一样的，只需套用其扩大宽度^的相应公式即可。综上所述，长方体形态的建筑物根据公式2计算截收面积，其截收范围的平面图如附图I所示。GB50057同时规定，“当建筑物各部位的高不同时，应沿建筑物周边逐点算出最大扩大宽度，其等效面积应按每点最大扩大宽度外端的连接线所包围的面积”。因此，如果将建筑物顶面的周边和其截收范围的周边连接起来，则可以得到该截收范围在三维立体空间内的形态，如附图2所示为长方体建筑物的截收范围的剖面图。以上介绍的是周边没有其它物体的孤立建筑物的截收面积的计算方法，但事实上建筑物很少单独存在，现代城市里建筑物更是高度密集，这些相邻的建筑物其截收面积会相互影响，为此GB50057在其“附录A建筑物年预计雷击次数”中同时规定了在建筑物周边有其它建筑物时，对本栋建筑物的截收面积进行修正的计算方法，比如其中第3条规定“当建筑物的高度小于100m，同时其周边在2D范围内有比它高的其他建筑物时，…算出 的等效面积可减去DX (这些建筑物与所考虑建筑物边长平行以米计的长度总和)X 10_6(km2)”，第5条规定“当建筑物的高度等于或大于100m，同时其周边在2H范围内有等高或比它低的其他建筑物，且不在所确定建筑物以滚球半径等于建筑物高度(m)的保护范围内时，…算出的等效面积可减去(H/2) X (这些建筑物与所确定建筑物边长平行以米计的长度总和)X 10_6 (km2)”，等等。GB50057虽然给出了这些计算方法，但是其定义不够明确，规定不够详细，比如其中规定，“当这些建筑物不在所考虑建筑物的保护范围内时……”，如何判断一栋建筑物是否位于另一栋建筑物的保护范围内？如果该建筑物的一部分位于所考虑建筑物的保护范围内，该如何计算？再比如，GB50057中频频提到的一个计算参数是“这些建筑物与所确定建筑物边长平行以米计的长度”，但如果是圆形的或者与所考虑建筑物并不平行的建筑物，该如何计算？ GB50057对这些情况没有做出明确的定义或规定。同时，GB50057给出的计算方法对各种复杂情况的考虑不充分，比如其中对于本栋建筑物和其它建筑物在高度上的差别只有“等高或比它低”和“比它高”两个选项，不论高多少，都是同一个选项‘比它高’，所得到的计算结果都一样；对于本栋建筑物和其它建筑物之间距离上的差别，只有“在2D范围内”或“在2H范围内”两个选项，只要在这个范围内，不论距离多远，计算结果也都一样。这样高度雷同的计算结果显然无法反映不同的建筑物相互之间在高度和距离上的千差万别。而且，GB50057给出的计算方法，很大程度上需要人工判断和选取不同的条款、公式和相应的参数，在建筑物数量多、形状复杂的情况下，出错的概率是很大的。总而言之，GB50057给出的计算方法，是从定性的角度考虑，不利于建立数学模型，操作难度大，出错概率高，计算精准度差，实际上无法满足实际情况下日常工作的需求。在这种情况下，高磊经过研究，提出了一种科学合理地考虑周围物体时计算建筑物雷击次数截收面积的方法。该方法从定量的角度考虑，便于建立数学模型来计算，按照该方法开发软件，用户只需完成对本栋建筑物和其周边物体的测量及建模工作，其余计算工作都可由软件自动完成，使用方便，而且计算准确。
技术实现思路
建筑物很少单独存在，绝大多数建筑物附近或多或少存在有其它建筑物或者构筑物，各自的截收范围相互之间会有所重叠(借用数学里的概念，其截收范围相互之间有交集)，因此在计算某一座建筑物(以下称之为本栋建筑物)的截收面积时，如果不考虑其周边的其它建筑物，其计算结果无疑是不科学的。那么，在考虑周围物体时，该如何计算本栋建筑物的雷击次数截收面积呢？ 从附图2可见，建筑物的截收范围是建筑物顶面的周边各点向外放出扩大宽度的最外端的连接线所包围的范围，因此，可以从三维立体的角度来考虑周围物体对本栋建筑物的雷击次数截收面积的影响。具体来说，对于本栋建筑物，将其顶面(顶面可能是水平面或斜坡面，一个建筑物 可能有多个顶面)周边边线上的各点(称之为本点，其高度设为//)按照各自的扩大宽度取决于仏具体定义在不同的标准或规范中可能有所不同)向其四周的地面进行投射，可以得到各个本点位于地面上的各自的圆形的投射区域。相邻的本点，其投射区域可能有所重叠(有交集)。同理，也可以将顶面周边的各条边线按照各自的扩大宽度D向其四周的地面进行投射，其本质就是将边线上本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种量化计算建筑物(或构筑物)的雷击次数截收面积的方法，包括对本栋建筑物及其周围物体(建筑物或构筑物)进行测量和建模的过程，特征是在三维立体空间里建立虚拟的本栋截收体和其它截收体，按照本栋重叠体积V1和其它重叠体积V2的比例对重叠截收面积S进行分配，获取重叠截收面积中属于本栋建筑物的那部分面积S1，再加上本栋建筑物所独有的截收面积S0，即为考虑周围物体时本栋建筑物的截收面积。
【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：高磊，
申请(专利权)人：高磊，
类型：发明
国别省市：
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