高潔度電子廠房管線施工工藝分析

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摘要：隨著國家經(jīng)濟(jì)和科技的快速發(fā)展，醫(yī)療、制藥、微電子加工、潔凈加工車間以及高精端科技研發(fā)等對環(huán)境潔度要求越來越高，對潔凈廠房的設(shè)計和裝修提出了更高、更專業(yè)的要求。而潔凈室構(gòu)建施工全過程的核心內(nèi)容就是管道選擇與施工工藝，其施工效果直接決定了產(chǎn)品質(zhì)量以及行業(yè)發(fā)展情況。該文結(jié)合潔凈廠房的發(fā)展，闡述了管線施工工藝，綜合分析了清潔管道施工工藝流程與操作要點(diǎn)，可為類似工程施工提供參考。

關(guān)鍵詞：高潔度廠房；電子廠房；管線施工；施工工藝

引言

隨著社會的進(jìn)步，人們不再滿足舊的潔凈室環(huán)境的標(biāo)準(zhǔn)要求，需要推陳出新，編制出適應(yīng)今天環(huán)境潔度要求的新標(biāo)準(zhǔn)。以往對潔凈室的要求主要是控制其環(huán)境的溫度、相對濕度，同時還要求能防靜電、防微振等，但總的來說并沒有達(dá)到更高標(biāo)準(zhǔn)的需要，而且在空氣凈化方面也只是從塵粒級別進(jìn)行控制，并未涉及到分子污染、化學(xué)污染、微生物污染。但隨著技術(shù)的發(fā)展和制造的需求，如制備超純氣體、超純水等，便對潔凈室環(huán)境提出了更高的要求[1]。尤其對于大型電子潔度廠房要求更甚，而且大型電子高潔度廠房的管道設(shè)計、施工等不同于普通的工業(yè)廠房的管道，對潔凈廠房管道的施工過程以及施工工序等都有更高的要求，不僅需要滿足一般管道的設(shè)計，還要滿足管道在潔凈度方面的要求，每個節(jié)點(diǎn)都需嚴(yán)格按流程進(jìn)行。

1潔凈廠房概述

潔凈室在國外發(fā)展史約有100年，應(yīng)用相當(dāng)廣泛。相應(yīng)的，潔凈技術(shù)的進(jìn)步也不斷推動著潔凈室朝著更加先進(jìn)、精密的方向發(fā)展。我國的空氣潔凈技術(shù)的應(yīng)用和研究起步較晚，直到20世紀(jì)60年代才初具雛形，并在1965年才建成第一個用于電子制造的潔凈室。隨著半導(dǎo)體工藝的快速發(fā)展，芯片制造已經(jīng)發(fā)展到10nm制程以內(nèi)，由于各種電子產(chǎn)品本身的精度要求，使得對潔凈度要求越來越高，高潔度廠房也應(yīng)運(yùn)而生。我國從上世紀(jì)90年代開始逐步引入外資公司[2]，更加先進(jìn)的空氣潔凈技術(shù)在國內(nèi)的電子廠房終于得到廣泛應(yīng)用。

2高潔度廠房管線施工工藝

2.1基于BIM技術(shù)的管線設(shè)計

高潔度廠房的管線設(shè)計是施工過程中重要的一步[3]，而BIM技術(shù)貫穿于管線設(shè)計全過程，對管線設(shè)計具有關(guān)鍵性的指導(dǎo)和輔助作用。高潔度廠房中基于BIM的管線綜合設(shè)計是以管線平面圖紙為基礎(chǔ)，主要包括暖通、電氣、給排水三個專業(yè)的管線。BIM技術(shù)可視化的優(yōu)勢可在管線安裝施工前，先將管線虛擬建造進(jìn)行模型自查，然后再進(jìn)行各個專業(yè)的碰撞檢查[4]。通過一系列檢查發(fā)現(xiàn)管線交叉、孔洞預(yù)留不夠、標(biāo)高不足等問題，以此為依據(jù)進(jìn)行管線優(yōu)化設(shè)計，杜絕施工中發(fā)現(xiàn)的各專業(yè)管線碰撞問題，對管線空間位置布置進(jìn)行調(diào)整，使其在滿足標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的前提下，做到各專業(yè)管線排布整齊，井然有序（圖1）。

2.1.1建立模型與一般廠房管線設(shè)計相比，高潔度廠房中基于BIM的管線設(shè)計在建模過程中必須遵循該專業(yè)基本原則和標(biāo)準(zhǔn)，三維建模必須立足于同一平臺。三維建模第一步就是確定項(xiàng)目樣板，建立工作集。這一步驟是在同一個局域網(wǎng)內(nèi)完成的，不同專業(yè)的人員互相協(xié)調(diào)，建立不同專業(yè)的模型。接著將不同專業(yè)的圖紙導(dǎo)入項(xiàng)目文件，創(chuàng)建管道系統(tǒng)。為了后期能根據(jù)色卡對系統(tǒng)配色、區(qū)分及系統(tǒng)工程量統(tǒng)計的工作，在專業(yè)管線繪制時，要保證管線系統(tǒng)的連貫性，并且保證同一系統(tǒng)上的構(gòu)件類型相同，通過管線系統(tǒng)設(shè)置不同類型管道的尺寸、偏移等，再依據(jù)CAD圖紙進(jìn)行管道繪制。管道系統(tǒng)有很多不同的類型，在進(jìn)行繪制時要根據(jù)不同的系統(tǒng)進(jìn)行繪制，最后繪制管道末端和管道附件?？展軐I(yè)綜合協(xié)調(diào)完成后，通過機(jī)電模型和建筑及結(jié)構(gòu)模型的配合確認(rèn)管線穿墻位置，通過建筑及結(jié)構(gòu)模型的配合確認(rèn)管線穿墻位置和高度，通過管線穿越樓板的位置，準(zhǔn)確預(yù)留孔洞，完成和建筑及結(jié)構(gòu)專業(yè)的配合（圖2）。

2.1.2碰撞檢查模型建立完畢后進(jìn)行碰撞檢查，碰撞檢測過程中，針對單專業(yè)和不同專業(yè)間各系統(tǒng)或構(gòu)件進(jìn)行碰撞檢測分析，將碰撞檢測的分析報告導(dǎo)出給各相關(guān)專業(yè)。各相關(guān)專業(yè)根據(jù)該報告進(jìn)行逐步檢查，討論，并進(jìn)行修改調(diào)整，實(shí)現(xiàn)模型優(yōu)化[5]。

2.2潔凈室管道施工工藝

相比于其他類型廠房，為了滿足潔凈度要求，防止污染，潔凈廠房空氣凈化設(shè)計遵循如下原則：獨(dú)立與聯(lián)合區(qū)分、直流與循環(huán)區(qū)分、正壓與負(fù)壓區(qū)分。不同的生產(chǎn)工藝對潔凈室的潔凈等級要求不同，因此潔凈室設(shè)計時要根據(jù)潔凈度要求選擇不同的氣流流型（圖3）。

2.2.1支吊架預(yù)制及安裝支吊架制作大樣圖的繪制安裝時，要符合實(shí)際情況，遵循《通風(fēng)與空調(diào)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》GB50243—2016的規(guī)范要求，支吊架預(yù)制順序?yàn)椤跋戎骱蟠巍?，即先預(yù)制主管后預(yù)制支管，先預(yù)制大管后預(yù)制小管。潔凈室采用的材料為鍍鋅型材，鍍鋅型材焊接完成后，焊縫要噴鍍鉻噴漆。

2.2.2管道制作管道制作應(yīng)在相對密封的環(huán)境下進(jìn)行，保證管道制作環(huán)境干凈、無灰塵、無污染[6]。管道制作時應(yīng)特別注意矩形管道邊長小于或等于900mm時底面板不應(yīng)有拼接縫，邊長大于900mm時底面板不應(yīng)有橫向拼接縫。對成型的管道咬口縫、鉚釘縫，翻邊法蘭四角處都要用硅膠進(jìn)行密封。要在密封前進(jìn)行清洗，在密封后嚴(yán)格檢查。制作完成的管道應(yīng)用中性洗滌劑進(jìn)行清洗，去除鋼板表面的浮塵和油脂。

2.2.3管道連接及安裝施工選用的管材從大到小分別是鍍鋅鋼管、不銹鋼管、U-PVC管；鍍鋅鋼管DN＞50以上，采用焊接的方式；DN≤50時，采用螺紋連接的方式；不銹鋼管全部采用氬弧焊的方式；PVC管采用膠水粘接的方式。（1）管道的焊接：打磨坡口，坡口型號為V型，焊縫寬度蓋過管坡口兩端約1～2mm，焊縫的加強(qiáng)高度為2±1mm，管道尺寸決定焊縫高度。焊接作業(yè)要一次性完成，在焊接完成后要用管帽或者用塑料布堵住或包住管口，防止異物落入管道。（2）管道螺紋連接：在管段螺紋外面敷上填充聚四氟乙烯帶或一氧化鉛和甘油制成的粘稠混合物，用手?jǐn)Q入2～3扣，再用管子鉗一次擰緊，不得倒回，裝緊后應(yīng)留有絲尾2～3扣。（3）氬弧焊焊接：用堵頭將管件兩端堵住，往管內(nèi)注入氬氣，注入的氬氣量應(yīng)視管子的大小而定，在焊縫處用“美紋紙”將其封住，焊接時將“美紋紙”撕開，焊接完成后用酸洗將焊口洗凈。（4）膠水粘接：PVC管在粘接前，用砂紙或砂布將管端及管件內(nèi)部清潔，打磨粗糙，然后將膠水涂抹在需粘接的管件及管端，將管子用力插入管件的承口內(nèi)，至標(biāo)準(zhǔn)深度再旋轉(zhuǎn)60～90度，待膠水基本凝固后，將管子放上支架固定。

2.2.4管道測試及安裝焊接連接管道后，應(yīng)先觀測檢查焊縫的質(zhì)量，再根據(jù)設(shè)計的相關(guān)內(nèi)容和規(guī)范來監(jiān)測其是否出現(xiàn)損傷。最終完成整個系統(tǒng)的密封與強(qiáng)度測試，合格的標(biāo)準(zhǔn)為不出現(xiàn)滲透與降壓。焊接完畢后對焊縫質(zhì)量進(jìn)行檢測，焊縫質(zhì)量的主要要求如下：（1）在焊縫處不出現(xiàn)夾渣、裂縫等焊接缺陷，咬邊不能大于焊縫總長的9%，深度在0.5mm內(nèi)，長度在90mm內(nèi)；（2）增加焊縫表層的高度大于2mm，且滿足I型坡口的覆蓋面范圍必須大于5mm，V型坡口則應(yīng)保持兩側(cè)都大于2mm。應(yīng)嚴(yán)格按照有關(guān)設(shè)計文件進(jìn)行無損檢測，尤其是檢測合格等級與檢測比例。如果設(shè)計中未指定，則應(yīng)符合相關(guān)的規(guī)范。安裝特殊管道如大口徑管道時，可選擇卷揚(yáng)機(jī)進(jìn)行吊裝，同時輔助手拉葫蘆。在管道的末端放置一個臨時的提升架，首先使用卷揚(yáng)機(jī)或者是手拉葫蘆將管道提升至一個臨時的提升架，之后通過卷揚(yáng)機(jī)橫向拉動另一側(cè)的管道，然后將其固定到支架上。管道安裝后，需要對承壓管道進(jìn)行壓力測試，試驗(yàn)中的壓力應(yīng)為其設(shè)計壓力的1.5倍，對冷凝水管做通水試驗(yàn)。做水壓試驗(yàn)時，仔細(xì)檢查管路、管路配件及焊口有無完成，及時做好防護(hù)措施，避免有水滴到地面上。在水壓試驗(yàn)過程中，逐步加壓檢查，管路中設(shè)置至少兩個壓力表，讀數(shù)時以最末端的壓力表為準(zhǔn)，試壓完成后，將試驗(yàn)壓力降至工作壓力進(jìn)行24h穩(wěn)壓，壓力降不大于0.05MPa。

2.2.5管道保溫管道保溫的目的是減少熱量交換，保證潔凈廠房的溫濕度要求。潔凈廠房大多采用軟吊頂，空調(diào)與冷水管道出現(xiàn)水蒸氣附著液化滴水會深入室內(nèi)。為了避免潔凈廠房的正常運(yùn)行因此受到影響，管道保溫的厚度應(yīng)按圖紙要求，保溫材料均應(yīng)使用難燃的橡塑材料。

2.2.6小結(jié)相比于一般廠房的管線設(shè)計與施工，高潔度廠房的管線設(shè)計在利用BIM技術(shù)后，更加精確。為避免施工管道布置沖突等問題，施工時材料選取更為嚴(yán)格，還要保證管道制作環(huán)境干凈、無灰塵、無污染，一般在相對密閉環(huán)境下進(jìn)行?？偠灾?，高潔度廠房在管道施工的全過程，都更注重保持干凈、干燥的環(huán)境，對施工要求更高。

3空調(diào)及管道系統(tǒng)安裝工藝

在高潔度廠房的設(shè)計中，為了使系統(tǒng)整體的送風(fēng)量減小，往往會采取潔凈空調(diào)系統(tǒng)的分級措施?？照{(diào)的潔凈程度取決于它的風(fēng)量，因此氣流組織設(shè)計顯得尤為必要，這要結(jié)合出風(fēng)氣流的擴(kuò)散特征以及出回風(fēng)是否均勻等關(guān)鍵因素，只有當(dāng)氣流的稀釋力量被完全發(fā)揮出來時，才能有效減輕工作環(huán)境的氣流回旋以及渦流。為了保證生產(chǎn)作業(yè)環(huán)境的換氣次數(shù)，在大型高潔度廠房的下部潔凈區(qū)設(shè)計中有以下兩種氣流組織形式，一種是將下側(cè)的回風(fēng)進(jìn)行集中，另一種是將兩側(cè)的氣流進(jìn)行對送；同樣，對于上部的非潔凈生產(chǎn)作業(yè)區(qū)，減小排風(fēng)口的面積以及換氣送風(fēng)的次數(shù)，也可以有效減輕工作區(qū)的污染程度。在上述情況下，送風(fēng)氣流可以有效避開廠房上部吊車等作業(yè)活動所帶來的危害，與此同時，氣流在前進(jìn)的過程中會吸附并稀釋其他的空氣，這對于提高潔凈水平也有顯著的功效。

（1）考慮到風(fēng)管等部件的管道內(nèi)必須有利于風(fēng)的傳送，必須采用質(zhì)量優(yōu)良的鍍鋅鋼板且不能在管道內(nèi)進(jìn)行加固措施，咬接使用聯(lián)合角咬口，接縫處也應(yīng)做好密封措施。此外，必須設(shè)置密封清掃孔，連接方式不宜使用內(nèi)法蘭，總管與支管要設(shè)置風(fēng)量測定孔。

（2）高效過濾器安裝前，應(yīng)在安裝現(xiàn)場拆開包裝進(jìn)行外觀檢查，內(nèi)容包括紙、濾密封膠、框架、幾何尺寸及光潔度等是否符合設(shè)計要求，然后進(jìn)行檢漏，檢查和檢漏合格后應(yīng)立即安裝；不合格產(chǎn)品不得安裝。

（3）集中送風(fēng)方式具體來說就是把空氣處理設(shè)備（主要包含加熱、加濕器、各種過濾器等）和風(fēng)機(jī)一起放置在空調(diào)機(jī)房中，再將高效過濾器布置在系統(tǒng)的末端，用集中送、回風(fēng)管道把空氣處理設(shè)備和潔凈室的系統(tǒng)連接起來[7]。集中送風(fēng)方式根據(jù)回風(fēng)方式不同有下回（格柵地板回風(fēng)）、側(cè)下回（相對兩側(cè)墻下部均勻布置回風(fēng)口）、頂回（吊頂回風(fēng)口）等形式。綜上所述，高潔度廠房的空調(diào)及管道系統(tǒng)在安裝時同樣需要注意保持環(huán)境清潔的問題。保證生產(chǎn)作業(yè)環(huán)境的換氣次數(shù)，這對于提高潔凈水平有著顯著的功效。

4結(jié)語

潔凈廠房建造過程中各管線工程設(shè)計合理與否，直接關(guān)系到設(shè)備系統(tǒng)的運(yùn)行情況。由于與傳統(tǒng)的管道建設(shè)工程相比，潔凈廠房的管道工程對于技術(shù)的專業(yè)性以及施工質(zhì)量的要求高得多，且不同類型的潔凈廠房，其管道施工技術(shù)往往不具有普適性，必須根據(jù)不同的要求使用不同的技術(shù)，才能夠滿足不同行業(yè)對于不同種類潔凈廠房的需求。因此，本文基于提升潔凈廠房管道施工工藝和施工質(zhì)量的目的，綜合分析了各個工藝的流程與操作關(guān)鍵點(diǎn)，希望以此提高施工的規(guī)范性，增強(qiáng)管道施工的質(zhì)量，最后實(shí)現(xiàn)最佳的管道施工效果，用科學(xué)有效的技術(shù)為相關(guān)工程建設(shè)帶來更好、更多的社會與經(jīng)濟(jì)效益。

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作者：劉陽 單位：重慶建工住宅建設(shè)有限公司