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大面积高洁净等级厂房中的地板应用(yòng)实例

 國(guó)内某液晶面板项目生产的玻璃基板尺寸為(wèi) 2.2m×2.5 m，是國(guó)内第一家工艺设备地面（WaffleSlab，音译為(wèi)华夫板，以下简称华夫板）采用(yòng)无高架地板的“洞洞板”系统设计项目，本文(wén)就以该项目的华夫板设计方案為(wèi)例，介绍在无尘車(chē)间中如何合理(lǐ)地对华夫板进行设计，说明“洞洞板”设计方案，研究该设计方案的气流模拟及其造价，分(fēn)析其应用(yòng)前景和推广价值。

1 项目介绍和问题提出

   该项目总占地面积為(wèi) 60.4 万 m2，厂區(qū)规划总建筑面积约 72 万 m2，主要為(wèi)阵列 / 彩膜厂房、成盒厂房、附属设施及配套设施等。其中，阵列 /彩膜厂房建筑面积约 40 万 m2，主厂房 4 层，2 层和 4 层為(wèi)工艺设备层，1 层和 3 层為(wèi)回风层，洁净面积约 15 万 m2。成盒厂建筑面积约 16 万 m2，1层和 3 层為(wèi)工艺设备层，2 层為(wèi)回风层，洁净面积近 4 万 m2。為(wèi)尽快抢占市场，降低成本，要求在3.5 个月内完成近 20 万 m2洁净室施工，同时造价较國(guó)内同类工厂降低10%，如何实现进度和预算目标，华夫板的设计是关键因素之一。

2 华夫板设计方案

2.1 华夫板功能(néng)要求

TFT-LCD 厂房均具有(yǒu)洁净面积大，洁净等级高等特点，一般采用(yòng)层流（垂直层流和水平层流）方式进行洁净处理(lǐ)，包括上技术夹层（天花(huā)吊顶层）、工艺设备层和下技术夹层（回风层），华夫板层作為(wèi) TFT-LCD 厂房工艺设备安装的地面和通风通道，从功能(néng)上有(yǒu)如下要求：

（1）荷载要求：TFT-LCD 生产设备较重，设备荷载达15000 N/m2~30000 N/m2，G8.5 代厂地面荷载要求為(wèi) 30000 N/m2。

（2 ）防微震要求：曝光机、涂布机等设备对微震非常敏感，要求其基础抗微震达到VCC-C的级别。

（3）洁净通风的要求：华夫板作為(wèi)工艺设备层到下技术夹层的通风通道，要求能(néng)实现垂直层流的通风要求，同时满足洁净度要求。

2.2 华夫板设计方案

為(wèi)实现华夫板的功能(néng)要求，國(guó)内外较通常设计方案主要有(yǒu)如下几种方案：

（1 ）高架地板方案

① 格构梁 + 高架地板（Raised Floor）：主體(tǐ)结构设计采用(yòng)密集砼井格梁（也称格构梁），在格构梁上架设高架地板（钢结构 + 盖板）。

② 玻璃钢（FRP）桶模 + 高架地板：楼板采用(yòng) 600 mm~700 mm厚，暗藏密肋梁，施工时采用(yòng)玻璃钢（FRP）桶模预留孔口，地面完成后架设高架地板。

③ 密集钢构 + 高架地板：在密集钢构上架设高架地板。

④“洞洞板”（T u b e ）+ 高架地板：楼板采用(yòng) 600 mm~700 mm厚，暗藏密肋梁，施工时采用(yòng)圆形钢桶模预留孔口，地面完成后架设高架地板。

以上方案全部是在结构楼板（梁）上架设高架地板，又(yòu)可(kě)统称為(wèi)高架地板设计方案，该设计方案需要在施工时首先需要对结构楼板刷环氧涂料，然后架设高架地板钢结构骨架，最后铺设盖板，工序较多(duō)，不利于缩短工期，同时由于高架地板需大量使用(yòng)钢材，造价较高，不利于节能(néng)环保。由于格构梁 + 高架地板造价低，应用(yòng)较广泛，本文(wén)以此种设计方案為(wèi)比较对象。

（2）无高架地板的“洞洞板”（Tube Floor）设计方案除高架地板设计方案外，在台湾的某G8.5代厂采用(yòng)一种全新(xīn)的华夫板设计方案，即无高架地板的“洞洞板”（Tube Floor）设计方案，直接利用(yòng)楼板上预留的孔口（Tube）进行通风，该设计方案由于气流组织复杂、设计与施工难度大，尚未被广泛采用(yòng)，但由于施工工序较简单，不需要铺设高架地板，如果可(kě)行，将非常有(yǒu)利于缩短工期，降低造价。

3 华夫板的选用(yòng)

3.1 使用(yòng)功能(néng)对比华夫板承担工艺设备的承重功能(néng)、工艺物(wù)流运输功能(néng)、洁净室层流通风功能(néng)同时要求防微震功能(néng)，华夫板的两类设计对实现以上功能(néng)各有(yǒu)侧重具體(tǐ)使用(yòng)功能(néng)比较见表 1。

从表1 可(kě)以看出，高架地板系统的气流易于调节和控制，设计、施工和运营技术难度低，缺点是造价高、工期较長(cháng)，缺点是為(wèi)解决微震问题需要设计独立防微震底座，受此影响，生产工艺布局调整限制较多(duō)；而无高架地板的“洞洞板”系统在造价和工期上占优，且由于是整體(tǐ)防微震设计，工艺生产布局可(kě)以灵活调节，不受防微震底座位置固定的限制，但气流调节难度大，对设计、施工和运营要求高。

3.2 气流组织对比

（1 ）高架地板的气流组织高架地板是采用(yòng)是在钢结构或砼结构上架设开孔钢板，其气流组织原理(lǐ)见图 1。

① 上技术夹层的空气（回风 + 新(xīn)风混合）―― FFU（洁净空气 Class 10~Class 1K）― ― 生产设备 ― ― 高架地板 ― ― 结构地板（开孔）― ―下技术夹层― ― DCC― ― 回风竖井― ― 上技术夹层，新(xīn)风气流流程為(wèi)：室外空气 ― ― MAU 机组（处理(lǐ)至送风状态点）― ― 下 / 上技术夹层或回风竖井。

② 生产设备安装于地板高架地板上，Photo、Coater 等对微震（Micro Vibration）要求高的设备直接安装在防微震机台上。

③ 由于高架地板是由开孔率很(hěn)高的盖板满铺，且高度大于 600 mm，气流相对均匀，易于调节。

（2 ）无高架地板的“洞洞板”气流组织洞洞板是直接在砼结构楼面预留孔（TubeH ol e ），孔上盖不同开孔率的盖板，生产设备直接安装在砼结构的楼面上，与高架地板设计方案相比，从上技术夹层的垂直气流直接通过结构楼板进入下技术夹层，由于结构楼板开孔限制，气流均匀性需要精确设计，在施工完成后需进行实测验证。其气流组织原理(lǐ)见图 2。

（3 ）无高架地板的“洞洞板”的气流模拟对“洞洞板”通风问题，我们利用(yòng) CFD 软件对“洞洞板”气流组织进行模拟，以确认是否能(néng)满足洁净室的要求，以Cell厂气流模拟為(wèi)例，进行简要说明：

① 建模条件：

a）模型尺寸為(wèi) 300 m×120 m×7.5 m，回风道设于上下两边，下技术夹层高 5.5 m，方框部分(fēn)代表自动搬运设备（Stocker），具體(tǐ)平面布置见图3 。

b）洞洞板阻力设定，初始值以 f = 1000，且均匀分(fēn)布设定之，划分(fēn)共 96 个區(qū)域进行计算，将以分(fēn)區(qū)域及平均压力损失的概念，模拟“洞洞板”与气流组织的关系：

c ）F F U 布局如表 2 。

d）开孔率：楼板“洞洞板”开孔率 18%DCC布置：V 字型，f=4.63。

e）Stocker：不考虑 Stocker 内部所有(yǒu)结构，只是一只下方透气的空盒子，设备自带FFU按上方考虑。

f）不考虑建筑物(wù)的墙厚、柱子剪力墙等的潜在可(kě)能(néng)影响。

② 气流模拟

气流模拟时，初次采用(yòng) 65% 开孔的盖板进行模拟，根据模拟结果，对紊流和气流倾斜角度过要求，以 65。的區(qū)域，调整“洞洞板”的开孔率（盖板的开孔率 90%、65%、35%、0% 四种），经多(duō)次反复模拟，最终形成图 4 气流组织，经分(fēn)析，通过调整“洞洞板”盖板的开孔率，气流组织能(néng)够满足该 TFT-LCD 厂房的设计要求

3.3 造价对比

高架地板系统建筑构造（参照图 1）為(wèi)：结构楼板+ 结构楼板环氧涂料+ 钢结构高架地板支撑系统 + 高架地板盖板；与之对应的无高架地板的“洞洞板”建筑构造（参照图 2）為(wèi)：结构楼板 +桶模 + 结构楼板平整度处理(lǐ) + 抗静電(diàn)环氧涂料。从表 3 分(fēn)析可(kě)以看出，20 万m2的洁净室，造价可(kě)以节省约 1.18 亿元人民(mín)币。

3.4 施工对比

从表 4 述分(fēn)析可(kě)以看出，无高架地板“洞洞板”施工要求為(wèi)模板强度高，结构地面完成面平整度高，环氧施工工序多(duō)，经调查國(guó)内的施工情况，模板可(kě)以通过使用(yòng)高强度的夹板解决，平整度要求可(kě)以采用(yòng)激光找平设备来解决，同时國(guó)内环氧地面施工已经可(kě)以达到國(guó)际水平，因此施工技术上可(kě)以满足无高架地板“洞洞板”的要求，由于工序较简单，各工序之间可(kě)以交叉施工，工期能(néng)够节约1～1.5个月。经综合分(fēn)析和评估，最终选择采用(yòng)无高架地板的“洞洞板”设计方案，典型平面图及剖面图详见图 5 、图 6 。

4 设计成果验证

该项目经过12.5个月紧张施工后第一台生产设备搬入，与同类项目相比，工期缩短2~3 个月，造价也大幅节省，洁净度和温湿度完全能(néng)够达到生产工艺设备的要求。项目运行1 年，实测的气流组织与设计时的气流模拟基本一致，Class1000级洁净室的洁净度检测 0.3 μm颗粒在 200 颗以下，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于设计的要求。项目在施工过程中由于下雨和施工单位经验不足，部分(fēn)地面平整度较差，在施工过程中增加环氧金刚砂找平工序，增加了一些费用(yòng)。

5 结论

无高架地板“洞洞板”系统工期较短，造价较低，但设计与施工困难，通过气流模拟和采用(yòng)先进的施工工艺完全能(néng)够达到生产对洁净度和平整度的要求，是一项创新(xīn)设计值得推广和应用(yòng)