潔凈廠房防火封堵工程發(fā)包模式探討

葉小康

(廈門大學(xué)嘉庚學(xué)院 福建漳州 361100)

0 引言

隨著先進制造業(yè)的發(fā)展，我國對潔凈廠房的需求越來越大。潔凈廠房的核心為潔凈室，也被稱為無塵室，是指將一定空間范圍內(nèi)之空氣中的微粒子、有害空氣、細(xì)菌等之污染物排除，并將室內(nèi)之溫度、潔凈度、室內(nèi)壓力、氣流速度與氣流分布、噪音振動及照明、靜電控制在特定需求范圍內(nèi)的特別設(shè)計的房間。由于制程越來越復(fù)雜，廠房各系統(tǒng)的管道眾多，且存在大量穿墻管道，而根據(jù)建筑設(shè)計防火規(guī)范GB50016-2014規(guī)定，穿越防火墻的管道孔洞，都必須采用防火封堵工藝進行封堵[1]。然而，防火封堵的材料都是高揮發(fā)性有機材料，會嚴(yán)重污染潔凈室空氣。因此，防火封堵工程如果能盡快完成，那么建廠團隊就有更充裕的時間讓防火封堵材料揮發(fā)完全，可以加快潔凈室認(rèn)證工作的完成，潔凈室空調(diào)濾網(wǎng)受到的損害也將降低。

目前關(guān)于潔凈廠房的研究基本集中在①潔凈廠房設(shè)計、②潔凈廠房施工技術(shù)、③潔凈廠房運轉(zhuǎn)維護三大部分。而①潔凈廠房設(shè)計則包括：Ⅰ結(jié)構(gòu)設(shè)計、Ⅱ建筑設(shè)計、Ⅲ防火設(shè)計、Ⅳ暖通空調(diào)設(shè)計、Ⅴ電氣設(shè)計、Ⅵ給排水設(shè)計、Ⅶ照明設(shè)計、Ⅷ靜電系統(tǒng)設(shè)計；②潔凈廠房施工技術(shù)及工程管理包括：Ⅰ高大柱施工技術(shù)、Ⅱ高大梁板支模、Ⅲ華夫板奇氏筒施工技術(shù)、Ⅳ吊裝技術(shù)；③潔凈廠房運營維護：環(huán)境監(jiān)測取樣。

關(guān)于潔凈廠房發(fā)包模式的研究目前較少，因此本文對比上述3種防火封堵發(fā)包模式，并建構(gòu)發(fā)包模式選擇模型，期為業(yè)主進行發(fā)包模式選擇提供參考。

1 防火封堵

潔凈廠房涉及控溫、控濕、大宗氣體供應(yīng)、特殊氣體工藝、化學(xué)品供應(yīng)等系統(tǒng)管線布置的需要，設(shè)計過程中又無法完全避免穿越防火區(qū)劃的情況，如圖1所示。

圖1 穿墻管道

潔凈廠房設(shè)計規(guī)范-GB50073-2013規(guī)定穿隔墻或頂板的管線周圍空隙應(yīng)采用防火或耐火材料緊密填堵。技術(shù)豎井井壁應(yīng)為不燃燒體，其耐火極限不應(yīng)低于1h。井壁上檢查門的耐火極限不應(yīng)低于0.6h；豎井內(nèi)在各層或間隔一層樓板處，應(yīng)采用相當(dāng)于樓板耐火極限的不燃燒體作水平防火分隔；穿過水平防火分隔的管線周圍空隙應(yīng)采用防火或耐火材料緊密填堵[2]。

防火封堵材料按材料性質(zhì)可以分為無機 防火堵料、有機防火堵料、阻火圈和阻火包。其中有機防火堵料(俗稱“防火泥”)，對潔凈室的空氣潔凈度影響最大，因為有機防火堵材施工完畢之后會持續(xù)逸散出(Outgassing)揮發(fā)性有機物(TVOC)。該封堵工藝采用合成樹脂作粘接劑,配以防火劑、填料等經(jīng)碾壓而成。具有可塑性和柔韌性;長久不固化,可以切割、搓揉,封堵各種形狀的孔洞,施工、維修比較方便[3]。目前在潔凈廠房施工中使用最為廣泛。

2 發(fā)包模式

我國2010～2017年投資額在30億人民幣以上于電子高科技廠房建設(shè)項目，防火封堵發(fā)包模式主要有兩種，發(fā)包模式一：各廠商獨自發(fā)包，即各系統(tǒng)廠商負(fù)責(zé)本身開孔部分的防火封堵，誰開孔，誰封堵；發(fā)包模式二：共通管道由消防廠商統(tǒng)一負(fù)責(zé)防火封堵，其他開孔則各自負(fù)責(zé)封堵。國內(nèi)主要高科技廠房防火封堵發(fā)包模式統(tǒng)計如表1所示。

表1 國內(nèi)主要高科技廠房防火封堵發(fā)包模式統(tǒng)計

根據(jù)本文對2010～2017年20個電子潔凈廠房防火封堵的調(diào)研，當(dāng)前采用的兩種發(fā)包模式均存在以下問題。

發(fā)包模式一：各系統(tǒng)廠商獨自發(fā)包，如圖2所示。該發(fā)包模式之下，各系統(tǒng)廠商負(fù)責(zé)各自孔洞的封堵，各系統(tǒng)廠房單獨與防護封堵公司簽約，由防火封堵公司進行孔洞封堵工作。該發(fā)包模式有兩個缺陷：①防火封堵廠商需面對所有系統(tǒng)包，且所有系統(tǒng)包需求不同，各系統(tǒng)包指令不同，難以進行整體進度安排；②共同開孔部分，每次都需要耗費較長時間協(xié)商；③建設(shè)方控制力差，由于建設(shè)方與防護封堵廠商無合同關(guān)系，因此建設(shè)方很難控制防護封堵廠商的工程進度；④無人認(rèn)領(lǐng)孔洞部分容易有爭議。

圖2 發(fā)包模式一

發(fā)包模式二：共通管道由消防廠商統(tǒng)一負(fù)責(zé)防火封堵，其他開孔則各自負(fù)責(zé)封堵，如圖2所示。該模式僅僅解決了共通管道爭議的問題，而模式一的其他缺陷依然存在。

圖3 發(fā)包模式二

為了解決上述兩種發(fā)包模式存在的缺陷，本文提出第三種發(fā)包模式。該種發(fā)包模式由建設(shè)單位統(tǒng)一發(fā)包，防火封堵廠商僅需跟建設(shè)單位簽訂合約，施工進度由建設(shè)單位統(tǒng)一規(guī)劃安排。

第三種發(fā)包模式，廠區(qū)所有開孔均由建設(shè)單位統(tǒng)一負(fù)責(zé)封堵，防火封堵廠商也只需要面對一家業(yè)主單位，只接收單一指令。該發(fā)包模式中的共同管道部分也不存在成本分擔(dān)爭議的問題。因此，花費在協(xié)商處理的時間將大大縮短，有利于減短工期。

圖4 發(fā)包模式三

3 發(fā)包模式優(yōu)化選擇模型

在工程實施過程中，采用何種發(fā)包模式由建設(shè)單位確定。本文基于建設(shè)單位的角度，建立發(fā)包模式優(yōu)化選擇模型，以量化分析在何種情況下，建設(shè)單位選擇何種發(fā)包模式才是最佳決策。3種發(fā)包模式比較建設(shè)單位及系統(tǒng)廠商的成本，如表2所示。

表2 3種發(fā)包模式成本分析

成本分析參數(shù)說明：

Ai,表示第i個廠商按照設(shè)計圖紙計算出來的穿墻孔洞面積，單位為m2，這個面積也是建設(shè)單位與各系統(tǒng)廠商簽訂合同時，系統(tǒng)廠商報價單所羅列的孔洞面積。

XM，第二種發(fā)包模式之下，共通管道部分由于系統(tǒng)廠商施工失誤增加的孔洞面積，轉(zhuǎn)移至消防廠商身上，因此消防廠商報價時會按照整個共同管道面積進行報價。

XE，第三種發(fā)包模式之下，整個廠區(qū)由于系統(tǒng)廠商施工失誤增加的孔洞面積，轉(zhuǎn)移至建設(shè)單位身上。

Wi表示第i個廠商因施工失誤而增加的孔洞面積，單位為m2；

P，表示單位面積防火封堵的費用，單位為RMB/m2；

HL，表示第一種發(fā)包模式之下，從潔凈室開始進行潔凈管控之后一年內(nèi)，潔凈室FFU更換濾網(wǎng)所付出的成本；

HM，表示第二種發(fā)包模式之下，從潔凈室開始進行潔凈管控之后一年內(nèi)，潔凈室FFU更換濾網(wǎng)所付出的成本；

HE，表示第三種發(fā)包模式之下，從潔凈室開始進行潔凈管控之后一年內(nèi)，潔凈室FFU更換濾網(wǎng)所付出的成本。

根據(jù)表2，可以對建設(shè)單位在不同發(fā)包模式之下的成本進行比較，選擇成本最低的發(fā)包模式即為最佳策略。

當(dāng)∑Ai×P+HL<(∑Ai+XM)×P+HM

且∑Ai×P+HL<(∑Ai+XE)×P+HE時

發(fā)包模式一為最佳；

當(dāng)(∑Ai+XM)×P+HM<∑Ai×P+HL

且(∑Ai+XM)×P+HM<(∑Ai+XE)×P+HE

發(fā)包模式二為最佳；

當(dāng)(∑Ai+XE)×P+HE<∑Ai×P+HL

且(∑Ai+XE)×P+HE<(∑Ai+XM)×P+HM

發(fā)包模式三最佳。整理之后如表3所示。

表3 防火封堵發(fā)包模式優(yōu)化選擇模型

4 案例論證

4.1 案例簡介

國內(nèi)某16寸晶圓廠項目，總投資額估計約30億美元，生產(chǎn)16納米FinFET工藝技術(shù)，單月產(chǎn)能為2萬片12寸晶圓。該項目于2016年7月1日正式動工，2017年9月舉行進機典禮，2018年5月實現(xiàn)16 納米晶圓量產(chǎn)，從動工到提前量產(chǎn)僅用時20個月。該項目建筑面積約32萬m2，主要建設(shè)內(nèi)容包括FAB生產(chǎn)廠房、CUP動力廠房、廠房雨棚、甲類倉庫、天然氣減壓站。

4.2 參數(shù)設(shè)定

參數(shù)設(shè)定如下：

(1)∑Ai=164m2,全廠區(qū)按照設(shè)計圖紙計算出來的穿墻孔洞面積。

(2)XM=5.2m2，第二種發(fā)包模式之下，共同管道部分由于系統(tǒng)廠商施工失誤增加的孔洞面積。廠區(qū)共同管道面積52m2，系統(tǒng)廠商施工失誤的概率約為10%。

(3)XE=16.4m2，第三種發(fā)包模式之下，由于系統(tǒng)廠商施工失誤增加的孔洞面積，轉(zhuǎn)移至建設(shè)單位身上。整個廠區(qū)孔洞面積164m2，系統(tǒng)廠商施工失誤的概率約為10%。

(4)P=4000元/m2，表示單位面積防火封堵的費用，單位為元/m2。

(5)HL=4062×1.8×2000=14 623 200元，第一種發(fā)包模式之下，從潔凈室開始進行潔凈管控之后一年內(nèi)，潔凈室FFU更換濾網(wǎng)所付出的成本；計算方法：全廠區(qū)潔凈室FFU共計8124臺，F(xiàn)FU長效型化學(xué)濾網(wǎng)布置的覆蓋率為25%，每臺FFU布置2片化學(xué)濾網(wǎng)，廠區(qū)共計布置4062片長效型化學(xué)濾網(wǎng)。根據(jù)統(tǒng)計，第一種發(fā)包模式之下，廠區(qū)潔凈室每年長效型濾網(wǎng)更換的次數(shù)為1.8次。每片長效型化學(xué)濾網(wǎng)單價為2000元/片。

(6)HM=4062×1.6×2000=12 998 400元，第二種發(fā)包模式之下，從潔凈室開始進行潔凈管控之后一年內(nèi)，潔凈室FFU更換濾網(wǎng)所付出的成本；根據(jù)統(tǒng)計，第二種發(fā)包模式之下，廠區(qū)潔凈室每年長效型濾網(wǎng)更換的次數(shù)為1.6次。每片長效型化學(xué)濾網(wǎng)單價為2000元/片。

(7)HE=4062×1.5×2000=12 186 000元，第三種發(fā)包模式之下，從潔凈室開始進行潔凈管控之后一年內(nèi)，潔凈室FFU更換濾網(wǎng)所付出的成本；根據(jù)統(tǒng)計，第三種發(fā)包模式之下，廠區(qū)潔凈室每年長效型濾網(wǎng)更換的次數(shù)為1.5次。每片長效型化學(xué)濾網(wǎng)單價為2000元/片。

4.3 計算結(jié)果

由計算結(jié)果可知，第三種發(fā)包模式成本最低，因此該項目采用第三種發(fā)包模式最佳。該項目實際施工采用第一種發(fā)包模式，建設(shè)單位實際成本約15 137 400元，如果采用第三種發(fā)包模式，則可節(jié)約資金2 229 800元，即節(jié)約14.73%的成本。相較于第二種發(fā)包模式，可節(jié)約767 600元，約5.6%。

表4 計算結(jié)果 元

5 結(jié)論

本文提出的第三種發(fā)包模式能夠避免各系統(tǒng)廠商在開孔歸屬問題上的爭議，同時能夠縮短施工工期，達到節(jié)約成本的效果。經(jīng)過案例分析，第三種發(fā)包模式確實可起到節(jié)約成本的效果，相較于第一種發(fā)包模式可節(jié)約14.73%的成本，相較于第二種發(fā)包模式可節(jié)約5.6%。

本文在各個計算指標(biāo)的量化上面還存在不足，后續(xù)研究如果能獲得大量潔凈廠房的成本數(shù)據(jù)，將有利于提高模型計算的準(zhǔn)確度。但是本模型可以作為建設(shè)單位決策時候的參考工具。