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大面積高潔凈等級廠房中的地板應用實例

 國內某液晶面板項目生產的玻璃基板尺寸為 2.2m×2.5 m，是國內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，廠區規劃總建筑面積約 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 個月內完成近 20 萬 m2潔凈室施工，同時造價較國內同類工廠降低10%，如何實現進度和預算目標，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，包括上技術夾層（天花吊頂層）、工藝設備層和下技術夾層（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夾層的通風通道，要求能實現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

為實現華夫板的功能要求，國內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 格構梁 + 高架地板（Raised Floor）：主體結構設計采用密集砼井格梁（也稱格構梁），在格構梁上架設高架地板（鋼結構 + 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 + 高架地板：在密集鋼構上架設高架地板。

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構樓板（梁）上架設高架地板，又可統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構樓板刷環氧涂料，然后架設高架地板鋼結構骨架，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，不利于節能環保。由于格構梁 + 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以上功能各有側重具體使用功能比較見表 1。

從表1 可以看出，高架地板系統的氣流易于調節和控制，設計、施工和運營技術難度低，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，生產工藝布局調整限制較多；而無高架地板的“洞洞板”系統在造價和工期上占優，且由于是整體防微震設計，工藝生產布局可以靈活調節，不受防微震底座位置固定的限制，但氣流調節難度大，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構或砼結構上架設開孔鋼板，其氣流組織原理見圖 1。

① 上技術夾層的空氣（回風 + 新風混合）―― FFU（潔凈空氣 Class 10~Class 1K）― ― 生產設備 ― ― 高架地板 ― ― 結構地板（開孔）― ―下技術夾層― ― DCC― ― 回風豎井― ― 上技術夾層，新風氣流流程為：室外空氣 ― ― MAU 機組（處理至送風狀態點）― ― 下 / 上技術夾層或回風豎井。

② 生產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，易于調節。

（2 ）無高架地板的“洞洞板”氣流組織洞洞板是直接在砼結構樓面預留孔（TubeH ol e ），孔上蓋不同開孔率的蓋板，生產設備直接安裝在砼結構的樓面上，與高架地板設計方案相比，從上技術夾層的垂直氣流直接通過結構樓板進入下技術夾層，由于結構樓板開孔限制，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 個區域進行計算，將以分區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 內部所有結構，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，根據模擬結果，對紊流和氣流傾斜角度過要求，以 65。的區域，調整“洞洞板”的開孔率（蓋板的開孔率 90%、65%、35%、0% 四種），經多次反復模擬，最終形成圖 4 氣流組織，經分析，通過調整“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

高架地板系統建筑構造（參照圖 1）為：結構樓板+ 結構樓板環氧涂料+ 鋼結構高架地板支撐系統 + 高架地板蓋板；與之對應的無高架地板的“洞洞板”建筑構造（參照圖 2）為：結構樓板 +桶模 + 結構樓板平整度處理 + 抗靜電環氧涂料。從表 3 分析可以看出，20 萬m2的潔凈室，造價可以節省約 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，結構地面完成面平整度高，環氧施工工序多，經調查國內的施工情況，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，同時國內環氧地面施工已經可以達到國際水平，因此施工技術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，工期能夠節約1～1.5個月。經綜合分析和評估，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

該項目經過12.5個月緊張施工后第一臺生產設備搬入，與同類項目相比，工期縮短2~3 個月，造價也大幅節省，潔凈度和溫濕度完全能夠達到生產工藝設備的要求。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驗不足，部分地面平整度較差，在施工過程中增加環氧金剛砂找平工序，增加了一些費用。

5 結論

無高架地板“洞洞板”系統工期較短，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對潔凈度和平整度的要求，是一項創新設計值得推廣和應用