大面積高潔凈等級廠房中的地板應用實例

?國內(nèi)某液晶面板項目生產(chǎn)的玻璃基板尺寸為?2.2m×2.5 m，是國內(nèi)第一家工藝設備地面（WaffleSlab，音譯為華夫板，以下簡稱華夫板）采用無高架地板的“洞洞板”系統(tǒng)設計項目，本文就以該項目的華夫板設計方案為例，介紹在無塵車間中如何合理地對華夫板進行設計，說明“洞洞板”設計方案，研究該設計方案的氣流模擬及其造價，分析其應用前景和推廣價值。

1?項目介紹和問題提出

? ?該項目總占地面積為?60.4?萬?m2，廠區(qū)規(guī)劃總建筑面積約?72?萬?m2，主要為陣列?/?彩膜廠房、成盒廠房、附屬設施及配套設施等。其中，陣列?/彩膜廠房建筑面積約?40?萬?m2，主廠房?4?層，2?層和?4?層為工藝設備層，1?層和?3?層為回風層，潔凈面積約?15?萬?m2。成盒廠建筑面積約?16?萬?m2，1層和?3?層為工藝設備層，2?層為回風層，潔凈面積近?4?萬?m2。為盡快搶占市場，降低成本，要求在3.5?個月內(nèi)完成近?20?萬?m2潔凈室施工，同時造價較國內(nèi)同類工廠降低10%，如何實現(xiàn)進度和預算目標，華夫板的設計是關鍵因素之一。

2?華夫板設計方案

2.1?華夫板功能要求

TFT-LCD?廠房均具有潔凈面積大，潔凈等級高等特點，一般采用層流（垂直層流和水平層流）方式進行潔凈處理，包括上技術(shù)夾層（天花吊頂層）、工藝設備層和下技術(shù)夾層（回風層），華夫板層作為?TFT-LCD?廠房工藝設備安裝的地面和通風通道，從功能上有如下要求：

（1）荷載要求：TFT-LCD?生產(chǎn)設備較重，設備荷載達15000 N/m2~30000 N/m2，G8.5?代廠地面荷載要求為?30000 N/m2。

（2?）防微震要求：曝光機、涂布機等設備對微震非常敏感，要求其基礎抗微震達到VCC-C的級別。

（3）潔凈通風的要求：華夫板作為工藝設備層到下技術(shù)夾層的通風通道，要求能實現(xiàn)垂直層流的通風要求，同時滿足潔凈度要求。

2.2?華夫板設計方案

為實現(xiàn)華夫板的功能要求，國內(nèi)外較通常設計方案主要有如下幾種方案：

（1?）高架地板方案

①?格構(gòu)梁?+?高架地板（Raised Floor）：主體結(jié)構(gòu)設計采用密集砼井格梁（也稱格構(gòu)梁），在格構(gòu)梁上架設高架地板（鋼結(jié)構(gòu)?+?蓋板）。

②?玻璃鋼（FRP）桶模?+?高架地板：樓板采用?600 mm~700 mm厚，暗藏密肋梁，施工時采用玻璃鋼（FRP）桶模預留孔口，地面完成后架設高架地板。

③?密集鋼構(gòu)?+?高架地板：在密集鋼構(gòu)上架設高架地板。

④“洞洞板”（T u b e?）+?高架地板：樓板采用?600 mm~700 mm厚，暗藏密肋梁，施工時采用圓形鋼桶模預留孔口，地面完成后架設高架地板。

以上方案全部是在結(jié)構(gòu)樓板（梁）上架設高架地板，又可統(tǒng)稱為高架地板設計方案，該設計方案需要在施工時首先需要對結(jié)構(gòu)樓板刷環(huán)氧涂料，然后架設高架地板鋼結(jié)構(gòu)骨架，最后鋪設蓋板，工序較多，不利于縮短工期，同時由于高架地板需大量使用鋼材，造價較高，不利于節(jié)能環(huán)保。由于格構(gòu)梁?+?高架地板造價低，應用較廣泛，本文以此種設計方案為比較對象。

（2）無高架地板的“洞洞板”（Tube Floor）設計方案除高架地板設計方案外，在臺灣的某G8.5代廠采用一種全新的華夫板設計方案，即無高架地板的“洞洞板”（Tube Floor）設計方案，直接利用樓板上預留的孔口（Tube）進行通風，該設計方案由于氣流組織復雜、設計與施工難度大，尚未被廣泛采用，但由于施工工序較簡單，不需要鋪設高架地板，如果可行，將非常有利于縮短工期，降低造價。

3?華夫板的選用

3.1?使用功能對比華夫板承擔工藝設備的承重功能、工藝物流運輸功能、潔凈室層流通風功能同時要求防微震功能，華夫板的兩類設計對實現(xiàn)以上功能各有側(cè)重具體使用功能比較見表?1。

從表1?可以看出，高架地板系統(tǒng)的氣流易于調(diào)節(jié)和控制，設計、施工和運營技術(shù)難度低，缺點是造價高、工期較長，缺點是為解決微震問題需要設計獨立防微震底座，受此影響，生產(chǎn)工藝布局調(diào)整限制較多；而無高架地板的“洞洞板”系統(tǒng)在造價和工期上占優(yōu)，且由于是整體防微震設計，工藝生產(chǎn)布局可以靈活調(diào)節(jié)，不受防微震底座位置固定的限制，但氣流調(diào)節(jié)難度大，對設計、施工和運營要求高。

3.2?氣流組織對比

（1?）高架地板的氣流組織高架地板是采用是在鋼結(jié)構(gòu)或砼結(jié)構(gòu)上架設開孔鋼板，其氣流組織原理見圖?1。

①?上技術(shù)夾層的空氣（回風?+?新風混合）――?FFU（潔凈空氣?Class 10~Class 1K）―?―?生產(chǎn)設備?―?―?高架地板?―?―?結(jié)構(gòu)地板（開孔）―?―下技術(shù)夾層―?―?DCC―?―?回風豎井―?―?上技術(shù)夾層，新風氣流流程為：室外空氣?―?―?MAU?機組（處理至送風狀態(tài)點）―?―?下?/?上技術(shù)夾層或回風豎井。

②?生產(chǎn)設備安裝于地板高架地板上，Photo、Coater?等對微震（Micro Vibration）要求高的設備直接安裝在防微震機臺上。

③?由于高架地板是由開孔率很高的蓋板滿鋪，且高度大于?600 mm，氣流相對均勻，易于調(diào)節(jié)。

（2?）無高架地板的“洞洞板”氣流組織洞洞板是直接在砼結(jié)構(gòu)樓面預留孔（TubeH ol e?），孔上蓋不同開孔率的蓋板，生產(chǎn)設備直接安裝在砼結(jié)構(gòu)的樓面上，與高架地板設計方案相比，從上技術(shù)夾層的垂直氣流直接通過結(jié)構(gòu)樓板進入下技術(shù)夾層，由于結(jié)構(gòu)樓板開孔限制，氣流均勻性需要精確設計，在施工完成后需進行實測驗證。其氣流組織原理見圖?2。

（3?）無高架地板的“洞洞板”的氣流模擬對“洞洞板”通風問題，我們利用?CFD?軟件對“洞洞板”氣流組織進行模擬，以確認是否能滿足潔凈室的要求，以Cell廠氣流模擬為例，進行簡要說明：

①?建模條件：

a）模型尺寸為?300 m×120 m×7.5 m，回風道設于上下兩邊，下技術(shù)夾層高?5.5 m，方框部分代表自動搬運設備（Stocker），具體平面布置見圖3?。

b）洞洞板阻力設定，初始值以?f = 1000，且均勻分布設定之，劃分共?96?個區(qū)域進行計算，將以分區(qū)域及平均壓力損失的概念，模擬“洞洞板”與氣流組織的關系：

c?）F F U?布局如表?2?。

d）開孔率：樓板“洞洞板”開孔率?18%DCC布置：V?字型，f=4.63。

e）Stocker：不考慮?Stocker?內(nèi)部所有結(jié)構(gòu)，只是一只下方透氣的空盒子，設備自帶FFU按上方考慮。

f）不考慮建筑物的墻厚、柱子剪力墻等的潛在可能影響。

②?氣流模擬

氣流模擬時，初次采用?65%?開孔的蓋板進行模擬，根據(jù)模擬結(jié)果，對紊流和氣流傾斜角度過要求，以?65。的區(qū)域，調(diào)整“洞洞板”的開孔率（蓋板的開孔率?90%、65%、35%、0%?四種），經(jīng)多次反復模擬，最終形成圖?4?氣流組織，經(jīng)分析，通過調(diào)整“洞洞板”蓋板的開孔率，氣流組織能夠滿足該?TFT-LCD?廠房的設計要求

3.3?造價對比

高架地板系統(tǒng)建筑構(gòu)造（參照圖?1）為：結(jié)構(gòu)樓板+?結(jié)構(gòu)樓板環(huán)氧涂料+?鋼結(jié)構(gòu)高架地板支撐系統(tǒng)?+?高架地板蓋板；與之對應的無高架地板的“洞洞板”建筑構(gòu)造（參照圖?2）為：結(jié)構(gòu)樓板?+桶模?+?結(jié)構(gòu)樓板平整度處理?+?抗靜電環(huán)氧涂料。從表?3?分析可以看出，20?萬m2的潔凈室，造價可以節(jié)省約?1.18?億元人民幣。

3.4?施工對比

從表?4?述分析可以看出，無高架地板“洞洞板”施工要求為模板強度高，結(jié)構(gòu)地面完成面平整度高，環(huán)氧施工工序多，經(jīng)調(diào)查國內(nèi)的施工情況，模板可以通過使用高強度的夾板解決，平整度要求可以采用激光找平設備來解決，同時國內(nèi)環(huán)氧地面施工已經(jīng)可以達到國際水平，因此施工技術(shù)上可以滿足無高架地板“洞洞板”的要求，由于工序較簡單，各工序之間可以交叉施工，工期能夠節(jié)約1～1.5個月。經(jīng)綜合分析和評估，最終選擇采用無高架地板的“洞洞板”設計方案，典型平面圖及剖面圖詳見圖?5?、圖?6?。

4?設計成果驗證

該項目經(jīng)過12.5個月緊張施工后第一臺生產(chǎn)設備搬入，與同類項目相比，工期縮短2~3?個月，造價也大幅節(jié)省，潔凈度和溫濕度完全能夠達到生產(chǎn)工藝設備的要求。項目運行1?年，實測的氣流組織與設計時的氣流模擬基本一致，Class1000級潔凈室的潔凈度檢測?0.3?μm顆粒在?200?顆以下，遠遠低于設計的要求。項目在施工過程中由于下雨和施工單位經(jīng)驗不足，部分地面平整度較差，在施工過程中增加環(huán)氧金剛砂找平工序，增加了一些費用。

5?結(jié)論

無高架地板“洞洞板”系統(tǒng)工期較短，造價較低，但設計與施工困難，通過氣流模擬和采用先進的施工工藝完全能夠達到生產(chǎn)對潔凈度和平整度的要求，是一項創(chuàng)新設計值得推廣和應用