雷电防护实验室建设与创新人才培养

李庆玲，肖稳安，王铁邦，赵学余

(1. 南京信息工程大学 继续教育学院，江苏 南京 210044; 2. 南京信息工程大学 大气物理学院，江苏 南京 210044; 3. 南京信息工程大学 实验室与设备管理处，江苏 南京 210044)

雷电是众多大气现象中的一种[1-2]，是云地之间迅猛的脉冲放电产生强烈的闪光并伴随巨大的响声的一种既可怖又壮观的大气物理现象。自然界这种强大的放电，能够直接击在建筑物或防雷装置上，或从建筑物的侧、旁击在建筑物上，危害地面上的建筑物等物体和人、畜生命。1989年8月12日9时55分，青岛黄岛油库遭雷击，2.3万立方米原油储量的5号储油罐爆炸起火，大火共燃烧104小时，烧掉原油4万多立方米，占地16.67hm2的老罐区和生产区设施全部烧毁，直接经济损失3540万元，10辆消防车被烧毁，19人牺牲，100多人受伤，其中公安消防人员牺牲14人，负伤85人。雷电不仅仅是直接击中建筑物危害地面上的建筑物及人、畜生命，雷电产生的强大电磁脉冲(LEMP)也具有极大的破坏性[3-4]。随着现代化进程的加快，特别是信息产业的迅猛发展，自动控制、通信和计算机网络等微电子设备和电子系统在各行各业得到广泛应用，雷击事故带来的损失和影响也越来越大。雷击造成的电子设备直接经济损失达雷电灾害总损失的80%以上。雷电灾害是联合国10年减灾委员会公布的对人类生活影响最最严重的10种自然灾害之一，也是“电子时代的一大公害”。雷电既造成巨大的经济损失，也给社会带来难以估量的间接损失，对社会影响很大。本文将重点论述雷电防护实验室建设与专业创新人才的培养。

1 雷电防护科学与技术专业的创建与发展

防雷减灾成为国家保护人民生命财产的重要内容，受到各级政府的高度重视。1999年10月31日，第九届全国人大常委会第二次会议审议通过的《中华人民共和国气象法》中明确提出：各级气象主管机构应当加强对雷电灾害防御工作的组织管理，并会同有关部门指导对可能遭受雷击的建筑物、构筑物和其他设施安装的雷电灾害防护装置的检测工作[5]。

在这一思想的指导下，全国防雷工作发展很快，防雷事业风起云涌，但是，国内没有一个教育机构培养雷电防护专业人才，从事防雷的专业人才几乎是零。南京气象学院(现在的南京信息工程大学)抓住这个机遇，通过调研，了解“雷击”主要指瞬时过电压/过电流所产生的影响，造成瞬时过电压/过电流的原因可以是直击雷、感应雷、传导雷、操作过电压等，防雷技术主要有引雷放电、旁路分流、等电位连接、屏蔽技术等，防雷工程设计与审核、防雷系统检测与验收、防雷技术研究与开发、雷电监测和预警等是防雷业务的重要内容[6-13]。防雷工作的特点是业务范围宽、知识跨度大、涉及学科多，防雷是一个跨学科、实践性强的新专业。

按照国家有关本科专业人才的培养规格[1,3-4]，结合防雷业务的特点，2000年南京信息工程大学在电子信息工程专业目录下开办了雷电防护与电磁兼容专业方向，2005年雷电防护科学与技术(以下简称防雷专业)成为教育部批准的目录外专业，2007年教育部批准南京信息工程大学自主设置雷电科学与技术二级学科的博士点和硕士点。专业成立以来，防雷专业得到了迅速发展，满足雷电防护事业对人才的需求。

从防雷专业涉及雷电防护对象、雷电防护技术方法和雷电防护业务范围可以看出，防雷专业是一个实践性很强的工科类专业，把课堂理论教学与社会生产实践结合起来是搞好防雷教学和培养优秀人才的重要环节。

2 雷电防护实验室建设鉴定了实验教学基础

防雷专业的课程包括了雷电物理学、建筑学、电学、电工学、电子学、电磁学、计算机技术、工艺制造等多学科的课程内容，涉及雷电物理过程，雷电危害机理和途径，运用工程设计方法、电工电子技术、通信技术、计算机网络技术等，开发防雷产品、设计防雷工程，检查防雷设施的安全可靠性，开展雷电监测和预警服务。

办好防雷专业、培养雷电防护专业人才，离不开雷电物理过程的观测实验研究，即金属、电子防雷产品的研发、测试、工程安装实验。防雷装置的检测方法需要在大量实际的防雷工程中使用，需要观测雷电发生发展、研究雷电物理过程的引雷实验场所，需要开发研制并能够测试雷电防护产品的电工电子技术实验室，需要防雷工程设计、施工、检测、验收的实验实习基地，以及雷电监测和预警的示范区域。为此，从2001年起，学校已先后投资几百万元购置了雷电电涌测试系统、防雷器件参数测试系统、空间电磁场测量系统以及交流电源分析仪、绝缘电阻测试仪、接地电阻测试仪、矢量网络测试仪等多种仪器设备，建立了防雷专业实验室，拥有了一定的专业课程实验开发研究能力，并在上海、南京、苏州、南通、扬州等地建立了“防雷生产实习基地”和“防雷产学研基地”，为雷电防护的理论与实践相结合提供了广泛的空间，也为学校和地方联合办学、共同提高提供了平台。

近20个省市防雷中心建立了“防雷生产实习基地”，为理论与实践相结合提供了更广泛可靠的空间，也为学校和地方联合办学、共同提高提供了平台。

除此之外，与国内、校内外相关专业实验室、实验基地的科技合作不仅扩充了雷电防护实验室的功能，同时也开发了新的雷电实验基地，为雷电防护实验室进一步发展建设打下了良好的基础，进一步满足了防雷专业的教学实验实习的需要。

3 加强防雷实验室管理，发挥实验室的效能

实验室建立了，能否合理使用、充分发挥效益，管理好实验室是保证。防雷实验室是一个专业特色很显著的专业实验室，执行校、院管理模式。

学校依据特色专业的社会需求、发展前景、专业实验课程设置、学科发展趋势以及可开展的科学研究课题确定实验室的规模投资建设。

院系制定实验室管理制度、设置专职实验管理和实验教学人员，承担实验教学和管理实验的日常运行管理。管理制度明确规定了实验室运行、仪器设备使用、实验室开放、课程实验、科研实验、与校内外相关实验室、实验基地合作开发新产品、新项目的规章和制度。

防雷实验室管理紧密结合专业特点，保证了防雷专业的学生受到基本训练(包括生产实习和室内实验)，开展科学研究并开发新系统、新技术，培养有扎实的电子技术、信息系统、雷电防护的基本理论、基本知识和基本技能，并能从事防雷技术开发与应用以及电子设备、信息网络系统研究、设计、开发和应用等工作的高级工程技术人才[14-15]。

4 雷电防护实验室开放使用培养了创新人才

高校实验室建设是基础，管好是保证用好见效益出成果。南京信息工程大学雷电防护科学与技术专业

创办之初就注意到实践教学的重要性，雷电防护实验室的建设、防雷生产实习及产学研基地建设几乎与专业建设同步进行，把雷电防护基本理论知识教学与雷电防护工程设计、产品研发、防雷装置检测、雷电监测和预警实践教学有机结合，保证了教学质量和科技成果产出，培养了大批专业创新人才[16-17]。

4.1 雷电防护实验室开放使用，保证了教学质量

防雷专业涵盖了多个学科相互交叉的教学内容，需要了解雷电形成的物理过程及雷电危害建筑、电气设备等的机理，需要熟练掌握雷电安全防护工程技术、方法和防雷装置安全检测方法。所有这些理论、技术、方法需要在实验室和实习场所实验，进行验证、研究、开发。雷电防护实验室多年来为防雷专业开设了闪电定位和大气电场仪观测实验和实习，电涌保护器(SPD)的冲击实验，SPD的启动电压、漏电流、分布参数、信号SPD幅频特性测量实验，接地电阻测试实验，表面电阻测试实验，土壤电阻率的测试实验，空间电磁场强和建筑物、信息系统电磁屏蔽效果测量实验等几十个实验项目。通过这些实验、实习和课程设计、毕业设计，使学生把课堂学习的理论应用于防雷实际，保证了培养实际动手能力强的特色专业的教学质量。

4.2 雷电防护实验室开放使用，教学、研发成果丰硕

雷电防护实验室和生产实习、产学研基地除了承担日常的教学生产实验、实习外，实验室向专业教师、学生开放，鼓励教师和学生在实验室进行防雷产品开发和实验，支持利用实验室资源申请研究课题。十几年来，雷电防护科学与技术专业的教师和学生利用防雷实验室的设备与校内相关专业实验室合作开发出大气电场仪、电涌保护器、雷电监测和预警系统、雷击灾害风险评估软件等多项科技产品和多部教学课件，获国家专利、奖励、软件著作权10多个，教学、研发成果丰硕。

5 结束语

雷电防护实验室的建设、优化管理和使用夯实了防雷专业培养目标，培养出一批防雷减灾急需创新人才。办学14年来，防雷实验室、防雷生产实习基地、产学研基地密切配合雷电防护科学与技术专业，为国家培养了100多名防雷博士生和硕士生、1 000多名本科学生，同时还培训近万名在职专业人员。受到良好学历教育的毕业生和接受过防雷专业培训的业务人员遍布全国各地，成为防雷减灾管理的好手、防雷产品开发的主力，承担着重大雷电防护工程设计、雷击灾害风险评估和雷电监测和预警的研究，有的已成为国际防雷委员会的成员。配合雷电防护科学与技术专业建立的防雷专业实验室，填补了国家防雷专业设置和急需防雷专业创新人才培养的空白。

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