未接地的水泥预制板是雷电的帮凶和杀手
——重庆开县兴业小学雷害事件的调查分析报告
梅忠恕
5月23日16点左右，重庆市开县义和镇兴业村小学遭遇雷击，造成该校四、六年级学生7人死亡、40多人受伤。雷击事故发生后，中央领导同志对此高度重视，分别做出了重要指示或批示；气象部门领导立即赶赴现场调查。中央电视台《焦点访谈》、《经济半小时》、《新闻会客厅》、《法制在线》等重要栏目进行了专题报道和人物专访，全国各大媒体也给予了极大关注。
为了及时准确地了解雷灾原因，防止类似事件的再次发生，中国质量协会防雷电分会于5月31日组织了以梅忠恕为组长的调研小组前往雷灾现场进行实地考察，对这次造成重大人员伤亡的雷击事故进行了初步分析和判断，欢迎各界同仁参与讨论。
成都艾邦新实技术公司对本次考察提供了大力支持!
------本刊编辑部
摘?要：开县兴业小学的雷击群死群伤事件发生在两个教室，从事件的同时性、瞬发性和死伤者的分布来判断这就是典型的雷电旁侧闪击和电容感应电流的伤害。未接地的水泥预制板充当了雷电的帮凶和杀手。关键词：雷击事件旁侧闪击电容感应电流水泥预制板接地1前言
2007年5月23日，重庆市开县义和镇兴业小学校发生雷击群死群伤事件，全国震惊，各媒体广为报道，中央及各级地方领导都极为重视。为弄清这次雷害事件的真正原因，制订正确的防雷保护方案，中国质量协会防雷电分会派出专家小组前往事发地进行调研。经过调查组的深入调查和分析，确认了雷电伤害事件的类型，找到了雷击致群死群伤的真正原因，提出了防御雷害事件的措施。本文就是在此基础上提出的调研分析报告。2兴业小学雷害事件的调查
义和镇兴业村离义和镇20多公里，是一个分散在山区的小村落。兴业小学位于山头顶部一片较平坦的土地上。在村支书扈某与小学校长程先文老师的带领和帮助下，我们考察了受雷击的校舍和其内外环境，测绘了教室房屋的尺寸，记录了死亡和受伤同学的具体分布，详细询问了雷击事件的整个经过，得到了有关这次事件的第一手资料，现扼要介绍如下。2.1兴业小学概况????兴业小学校建立于1973年，1997年进行了改建，至今没有安装任何防雷设施。该校是一个隔年招生的不完全小学，有三个班，学生152人。它有四间教室，与老师办公室一起组成一个四合院平房结构，校门设在西面，正对校门是校办公室，校门的左右两边各有两间教室(图1)。校门前是一个球场，学校四周零星分布着一些树。
图1兴业小学校概貌2.2教室
遭雷击的为北面两间教室，教室的墙都是用石头砌成的，屋顶为水泥预制板，扣除横梁室内净空还有4米多高。教室内没有电灯和电源照明电线，也没有任何通信线。每个教室靠院内(南)侧各有一道门和两个窗口，而靠院外（北）侧各有四个窗口。东教室为四年级，它的北侧的四个窗口中，最东的两个窗口没有铁条(是木条)，其余二个窗口和南面二个窗口共四个窗口都有铁条；六年级所在的西教室的所有六个窗口都安装有铁条。屋顶水泥预制板和两个教室所有窗口的铁条都没有接地。教室建筑没有钢筋混凝土柱可充着接地，屋顶没有女儿墙，也没有落水管，下雨时雨水顺墙体自由下流。
图2遭雷击的两间教室(左为六年级教室,右为四年级教室)
每个教室内有五排课桌，每排有四张课桌，两张靠墙，两张在中间。每张课桌坐两个学生，老师的讲坛在教室的前部中央（图2和3）。
图3教室课桌分布
在遭雷击的两间教室(北面)外，有三颗向教室倾斜的树木，树杆离教室有5米多远，但树冠覆盖了教室屋面的约三分之一(图4)。树杆与树冠都没有遭雷击的痕迹。在两间教室屋面的中间南侧边缘处，有一根高约1.5m的金属杆。据校长介绍，它是用作旗杆(供升国旗使用)，是采用沥青安装固定的，与屋面的预制板没有直接的电气连接。我们多次请求，希望到房顶查看这根铁旗杆，但扈支书与程校长都说楼梯不安全，同时天下着雨，我们也不便坚持，因此没能仔细察看它，事后我们还感觉有点遗憾。
图4三棵树覆盖了教室屋面的三分之一2.3伤亡学生情况
遭雷击的只是学校北侧两间教室，为东西相连。东教室，四年级班，死亡2个学生，分别坐在第一和第二排靠南墙具有铁条的窗口旁的位置（图2）。西教室，六年级班，死亡5个学生，其中三个是坐在第一、第三和第四排靠南墙的位置，在他们的旁边有带铁条的窗口。另2个是坐在第三和第四排靠北墙的位置，也是靠近具有铁条的窗口（图5）。即是说，所有死亡的7个学生，都是坐在靠墙，靠具有铁条的窗口旁。
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图5死亡学生的具体位置分布
从几位死者的照片（图6）看，受雷电袭击部位都在肩部、胸部或背部，而不在头部。在受击处，衣服烧烂，烧焦，皮开肉绽。遗憾的是，看不到死者脚部和脚掌上的伤痕，也许是拍照者没有注意，这也是很重要的信息收集。
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图6被雷击死亡的学生
我们询问了两个没有受到任何伤害的六年级女学生，扈雪琴和吴燕，她们都是坐在西教室的中间，雷击时只稍有不舒适感觉，意识完全清楚，身体没受伤，甚至也没有受太大惊吓。她们说她们看到老师倒地后又起来为身上着火的同学灭火，烧伤了手。2.4一个家长的遭遇
据程老师和扈支书介绍，一个学生的家长，当时正好来到教室门前，感觉从身后上空，即从南方传过来一道闪电，随着一声巨响，他也被打倒地而失去知觉。2.5教室地下的土壤
在调查中，我们还发现，在教室的东头，有一片露头赤红色层状岩石(图7)，面积约3×6平方米。我们取了岩石样品带回，但还没来得及分析它们的成份。这表明教室的地下有大块的岩石。由于下着雨，虽然我们带了仪器，但不便测量学校区域土壤的电阻率。
图7教室的东头有一片露头赤红色层状岩石3雷击事件调查分析3.1雷击事件的分析——极高电压从何而来
雷击时两个教室里的学生们同时性的和突发性的被击死伤倒了一大片，说明有极高电压同时出现在两个教室。
分析学生们的死伤情况发现，死亡的都是靠墙的，没有受伤的都是坐在教室中间的，说明极高电压是从墙体击向学生们的。
分析墙体，它下面建在地上，上面支持屋顶。地上不会有电压，那就可以肯定这个极高电压是从墙体上面来的。
墙体上面覆盖的是屋顶，说明极高电压是从屋顶来的。所有各面墙体都有极高电压，说明整个屋顶都带有极高电压。
为何整个屋顶会有电压？这是问题的关键！原来，水泥预制板中有钢筋，全部预制板中的钢筋就组成了一个大大的金属网。因此，屋顶就是由金属网组成，雷击到屋面的边缘侧面，这个大金属网就把雷电的极高电压传播到屋顶的全部，屋顶的各个部分。
图8教室的外墙(西侧)3.2雷击群死群伤事件的解释
雷电从南方而来，击向旗杆，并瞬间转击到屋面的水泥预制板南侧边缘。教室北面的三棵树虽然比较高，但保护不到教室屋面的南侧，它们只能保护教室屋面的北侧。树没有遭雷击，说明雷电不是从北方来的，而是从南方来的。一个学生家长的遭遇与感觉也证实雷电从南方来。
雷击到屋顶南侧边缘，就是击到屋面上的由水泥预制板组成的金属网。于是，整个金属网，整个屋面就带有雷电的极高电压。
这个极高电压有多高呢？???老师是站着讲课的，就算老师的身高为1.6m，教室净空为4m，这样，老师的头顶到天花板的距离约为2.4m。老师只是被击昏倒地，说明老师没有受到这个极高电压的直击，而是受到的电容感应电流的袭击，否则老师就不可能活命了。此外，教室中有两根下悬吊着的钢筋钩，长度约1m(图9)，学生坐着上课，坐着的高度估计为1m，这样学生们的头顶与钢筋钩的空间距离为2m。坐在教室中间的学生没有受伤，说明他们没有受到电击，即是说，屋顶的极高电压未能击穿2～2.4m的间隙。学校地区海拔高度为800m，还是属于低海拔，按空气间隙的雷电冲击穿电压500kV/m计，屋顶出现的极高电压应低于100～120万伏左右。
如果预制板中的钢筋接了地，这个电压就被泄放入地，不会造成危害。如果有钢筋混凝土柱，这个电压也会通过柱中钢筋泄放大半，即使有一根金属落水管，虽然不是很好的接地引下线，也会短路墙体，使雷电带来的损失大大减小。可是，这些都是假设，学校教室即无避雷设施，也无接地处理，就只有看到雷电肆意妄为了。
话说回来，墙体以其4m高承受这个电压，每米高度约承受250～300kV，即25～30万伏。
在有金属条的窗口附近，假若金属条的长度为1m，即是说，对于这部墙体，1m的高度被金属条短路，只剩下3m高的墙体，因此窗台的电压（下窗台的电压等于上窗台的电压）就为33～40万伏。
学生和老师就是这样处于极高电压的包围，从头顶到四周都是极高电压，就如同处于汹涌的洪水中一样，是一种灭顶之灾！
靠墙坐的学生被这个25～40万伏击倒，叫做旁侧闪击，就是高电压从身旁击向人们。关于旁侧闪击，请参阅《雷击人身伤害与防雷知识要点》[1]，文中有详细的解释。
紧靠在窗口旁坐的学生承受着最高的电压，于是他们不幸身亡，而其他的学生，则受重伤。接近窗口处的学生也依其与窗口的距离和位置的不同，有不同的伤情。坐在教室中间的学生，则侥幸幸免于难。
还要看到，既然是闪击，就表明出现了电弧，有火光，有极大声响。部分学生衣服被烧着火，肢部被局部烧伤，甚至烧焦，皮开肉绽，极为悲惨！（图6）雷电无情啊！
图9教室中有两根下悬吊着的钢筋钩
还要指出，在旁侧闪击发生前，所有教室中的人都还受到电容电流的冲击和伤害。《雷击人身伤害与防雷知识要点》对电容电流伤害也有详细的解释。当然，也是越靠近墙的人，受到的冲击越大，越严重。那些被击昏倒地而没有死，或没有明显伤痕的人，就是仅受到电容电流的冲击，而未受到旁侧闪击的人。
死亡学生受击部位的照片充分证明，他们是死于旁侧闪击——身体、肩、背比头更靠近墙壁，墙壁的高电压首先击到那里。按道理，还应有电流出来的地方，就是在脚上，或脚掌上，应有电击伤口和痕迹。可惜由于调查者缺少经验，未能注意到这些细节。3.3雷击事件的根本原因和罪魁祸首
从这次事件的突发性，同时性以及瞬时性判断，这就是雷击，典型的旁侧闪击，而不是什么“球形雷”。
顺便说一下，球形雷的生成概率极小，生成后可以维持短暂时间，从几秒钟到几分钟。它随气流飘动，所到之处造成破坏和伤害。兴业小学的雷击事件，那么多小学生受伤或死亡，难道说，球形雷在一个教室制造灾难后又窜到另一个教室继续它的破坏与伤害？难到它像一个幽灵一样游走于两个教室之间？如果真是那样，学生们和老师看到它，也可躲避啊！
因此，此次雷击群死群伤事件的罪魁当然是雷电，但是，如果没有不接地的预制板的帮助，死伤学生的数量不会扩大到如此之多，损失也不会达到如此之严重。因此可以说，预制板是这次雷击事件的帮凶和杀手。4类似的雷害事件4.1罗兴万家的雷害事件
????就在我们于5月31日中午刚到义和镇的时候，就听说当天在开县发生了三起雷害事件，造成2死4伤。我们调查了其中的一起事故——罗兴万家发生的雷害事件。这次事件，屋脊上的装饰物猴头受雷击，坐在堂屋吃饭的罗兴万当场毙命，在他身旁的妻子受伤。击毙击伤他们的电压就是通过二楼不接地的现浇水泥走廊地板和水泥预制板中的钢筋传入堂屋的，造成了对他们的旁侧闪击。（详细调查报告另文发表）
图10被雷电打爆的电源插座4.2广西钦州雷击事件????2006年8月28日发生在广西钦州蔴芎村的雷击事件，造成2死4伤，6人当时分别位于四间房间内[2]。事件发生在山坡上的一座四间平房，砖墙，水泥板屋顶。文2叙述道：“遭雷击死亡的是1男1女，均为当场死亡，且靠近窗边”。虽然文2的作者（调查者）未能找到事件的真正原因，但从文中的描述来看，这也是典型的由于水泥预制板未接地造成的恶果。
图11发生在广西钦州蔴芎村的雷击现场4.3水泥板未接地导致雷害事件的特点???水泥预制板未接地导致的雷害事件的最主要特点是，雷电的极高电压被预制板中的钢筋传播到所有预制板，致使事故同时发生在多间房屋内（如果有多间房的话）；并且极高电压是从屋顶沿墙体下泄，假若人们靠近墙体，就要受到雷电的旁侧闪击。因此雷击造成的伤害被未接地的预制板扩大、加重了。4.4近年农村雷害事件增多的原因
这次开县兴业小学雷击事件的调查，还让我们发现了我国广大农村防雷的严重隐患。
据报道，近年来农村的雷害事件较多，并且有逐年增多的趋势。有些省有些地区出现了什么“雷击村”，“雷公村”。从互联网看到，某地有一个村，原有180人，就是因为雷击严重，死伤人多，人们都因害怕雷电而搬家远走，现今该村只剩下几个人。还有一个地方，农民靠养奶牛脱贫，可是常遭雷击，造成牛死人伤，给寄希望于脱贫的农民极大打击。
近年来，由于农民生活水平的提高和改善，已经或正在（或即将）盖建新房。在这些新房中广泛采用水泥预制板做屋面，做楼板。更有不安全的是，很多人家在屋顶拉了乱七八糟的天线，更增加了雷击的概率。我们在开县注意到，旧式的瓦房已不多，取而代之的大都是采用预制板建盖的房屋。在有些建筑物（如牛棚）中或许还有许多钢制结构。有理由怀疑，农村雷害事件那么多，雷击致人死伤那么多，是否与预制板和其它金属结构没接地有关。
预制板中的金属和其它金属结构不接地，就是高悬在农民兄弟头上的“雷电之剑”，时时刻刻威胁着农民兄弟生命财产的安全。5接地的重要性
从这次雷击事件中我们看到，为防雷害，接地具有多么重要的作用。不接地的预制板，是雷电的帮凶和杀手，是高悬在人们头上的雷电利剑；接了地的预制板，就成为保护人们不受雷击的屏障。接地与不接地，同一件事物（预制板）竟可有完全截然不同的表现。
有一个物理教授提出，“防雷何须接地”，“接地电阻可以废弃”。这次开县雷击事件的实例再次否定了他的说法，表明他的这一说法是完全错误的。
要做好防雷，不可不接地。6农村和农校的简易防雷措施
对于农村低矮的农舍和学校，应根据实际情况考虑，是否需要安装避雷针。这里的考虑，主要是看在建筑物周围有没有较高的建筑物、山峰和树木，以此估计建筑物受雷击的可能性和概率。在很多情况下，也可以不用安装避雷针，不用花费太多的资金，只需花一、两百元，采用以下简易防雷措施，就可确保防雷安全。
无论屋顶为水泥预制板，或房顶为瓦房，楼面为预制板，都必须对预制板进行连接和接地处理。6.1预制板的联接
将所有水泥预制板露在外面的钢筋头用20×4mm的扁钢焊接连起来，引下接于接地极上。6.2引下线
一幢房子，或一座建筑物，需要引多少根接地引下线，要看房屋的大小。对于一般比较低矮的房屋，在屋后两侧各引一根线接地。对于较长但不高的建筑物，至少每隔25m应有一根接地引下线。对于较小的农舍，在屋后有一根引下线也就够了。
引下线用采用20×4mm的扁钢。6.3接地极
对于农舍或平房教室，可在房后两侧各打两根长2.5m，50×50mm角钢，每根相距5m。在地下0.6m深处开沟，用40×4mm扁钢将所有角钢焊接联接起来，组成接地极。
引下线与接地极扁钢之间采用焊接或螺丝联接。6.4树木是天然的避雷针
树木是最好最便宜的天然避雷针，特别是笔直高大的树，如桉树，生长快，高直，能起到很好的避雷效果。有人说，树会引雷，遭雷打，要把树砍掉或锯掉。他们不知道，树遭雷打正是树木能防雷的表征。树挨雷打后，消耗了雷电的能量，就不会打到周边的建筑物，也就不会伤人了。即使树被打得皮开肉绽，又有何妨呢？避雷针就是靠引雷，牺牲自己，保护周围建筑物。树木挨雷打，就相当于起到避雷针的作用。
当然，对于名贵的树，我们不希望它们因遭雷打而损失。为了保护它们，可以在树杆上以及较大的树枝上固定一根直径8mm钢筋，钢筋引下后做好接地。这样树遭雷击后，最多损失较小的树枝，大树枝和树杆不会受到任何损失。树起到了即是避雷针，也是避雷塔的作用。
学校宜多栽树，只不过要教育学生，在雷击时不要到树下避雨，至少要离开树杆3m，特别要注意的是，不能用手触摸树杆。6.5运动场的防雷
对于学校的较宽大的球场或操场，如果没有较高的建筑物可以保护它们，为了学生安全，也要考虑安装独立避雷针。参考文献1梅忠恕.雷击人身伤害与防雷知识要点.防雷技术2005年2胡定，陆晓丽.钦州蔴芎村2死4伤雷击事故的调查分析报告.四川广西贵州云南湖南五省（区）防雷减灾工作联席会议论文集，2006年12月，第五期作者介绍梅忠恕，教授级高级工程师，1962年毕业于清华大学电机系高电压专业，1983-1985年公派赴加拿大进修，四十多年来一直从事高电压与防雷的科研和试验。退休前在云南电力系统工作，任云南电力试验研究所副总工程师。在国内外发表论文近百篇。
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