潔凈廠房防火封堵工程發包模式探討

葉小康

(廈門大學嘉庚學院 福建漳州 361100)

0 引言

隨著先進制造業的發展，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之空氣中的微粒子、有害空氣、細菌等之污染物排除，并將室內之溫度、潔凈度、室內壓力、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的特別設計的房間。由于制程越來越復雜，廠房各系統的管道眾多，且存在大量穿墻管道，而根據建筑設計防火規范GB50016-2014規定，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性有機材料，會嚴重污染潔凈室空氣。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完全，可以加快潔凈室認證工作的完成，潔凈室空調濾網受到的損害也將降低。

目前關于潔凈廠房的研究基本集中在①潔凈廠房設計、②潔凈廠房施工技術、③潔凈廠房運轉維護三大部分。而①潔凈廠房設計則包括：Ⅰ結構設計、Ⅱ建筑設計、Ⅲ防火設計、Ⅳ暖通空調設計、Ⅴ電氣設計、Ⅵ給排水設計、Ⅶ照明設計、Ⅷ靜電系統設計；②潔凈廠房施工技術及工程管理包括：Ⅰ高大柱施工技術、Ⅱ高大梁板支模、Ⅲ華夫板奇氏筒施工技術、Ⅳ吊裝技術；③潔凈廠房運營維護：環境監測取樣。

關于潔凈廠房發包模式的研究目前較少，因此本文對比上述3種防火封堵發包模式，并建構發包模式選擇模型，期為業主進行發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、特殊氣體工藝、化學品供應等系統管線布置的需要，設計過程中又無法完全避免穿越防火區劃的情況，如圖1所示。

圖1 穿墻管道

潔凈廠房設計規范-GB50073-2013規定穿隔墻或頂板的管線周圍空隙應采用防火或耐火材料緊密填堵。技術豎井井壁應為不燃燒體，其耐火極限不應低于1h。井壁上檢查門的耐火極限不應低于0.6h；豎井內在各層或間隔一層樓板處，應采用相當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逸散出(Outgassing)揮發性有機物(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項目，防火封堵發包模式主要有兩種，發包模式一：各廠商獨自發包，即各系統廠商負責本身開孔部分的防火封堵，誰開孔，誰封堵；發包模式二：共通管道由消防廠商統一負責防火封堵，其他開孔則各自負責封堵。國內主要高科技廠房防火封堵發包模式統計如表1所示。

表1 國內主要高科技廠房防火封堵發包模式統計

根據本文對2010～2017年20個電子潔凈廠房防火封堵的調研，當前采用的兩種發包模式均存在以下問題。

發包模式一：各系統廠商獨自發包，如圖2所示。該發包模式之下，各系統廠商負責各自孔洞的封堵，各系統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。該發包模式有兩個缺陷：①防火封堵廠商需面對所有系統包，且所有系統包需求不同，各系統包指令不同，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商；③建設方控制力差，由于建設方與防護封堵廠商無合同關系，因此建設方很難控制防護封堵廠商的工程進度；④無人認領孔洞部分容易有爭議。

圖2 發包模式一

發包模式二：共通管道由消防廠商統一負責防火封堵，其他開孔則各自負責封堵，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 發包模式二

為了解決上述兩種發包模式存在的缺陷，本文提出第三種發包模式。該種發包模式由建設單位統一發包，防火封堵廠商僅需跟建設單位簽訂合約，施工進度由建設單位統一規劃安排。

第三種發包模式，廠區所有開孔均由建設單位統一負責封堵，防火封堵廠商也只需要面對一家業主單位，只接收單一指令。該發包模式中的共同管道部分也不存在成本分擔爭議的問題。因此，花費在協商處理的時間將大大縮短，有利于減短工期。

圖4 發包模式三

3 發包模式優化選擇模型

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

表2 3種發包模式成本分析

成本分析參數說明：

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

XM，第二種發包模式之下，共通管道部分由于系統廠商施工失誤增加的孔洞面積，轉移至消防廠商身上，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，第三種發包模式之下，整個廠區由于系統廠商施工失誤增加的孔洞面積，轉移至建設單位身上。

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

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

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

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

當∑Ai×P+HL<(∑Ai+XM)×P+HM

且∑Ai×P+HL<(∑Ai+XE)×P+HE時

發包模式一為最佳；

當(∑Ai+XM)×P+HM<∑Ai×P+HL

且(∑Ai+XM)×P+HM<(∑Ai+XE)×P+HE

發包模式二為最佳；

當(∑Ai+XE)×P+HE<∑Ai×P+HL

且(∑Ai+XE)×P+HE<(∑Ai+XM)×P+HM

發包模式三最佳。整理之后如表3所示。

表3 防火封堵發包模式優化選擇模型

4 案例論證

4.1 案例簡介

國內某16寸晶圓廠項目，總投資額估計約30億美元，生產16納米FinFET工藝技術，單月產能為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16 納米晶圓量產，從動工到提前量產僅用時20個月。該項目建筑面積約32萬m2，主要建設內容包括FAB生產廠房、CUP動力廠房、廠房雨棚、甲類倉庫、天然氣減壓站。

4.2 參數設定

參數設定如下：

(1)∑Ai=164m2,全廠區按照設計圖紙計算出來的穿墻孔洞面積。

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

(3)XE=16.4m2，第三種發包模式之下，由于系統廠商施工失誤增加的孔洞面積，轉移至建設單位身上。整個廠區孔洞面積164m2，系統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，第一種發包模式之下，從潔凈室開始進行潔凈管控之后一年內，潔凈室FFU更換濾網所付出的成本；計算方法：全廠區潔凈室FFU共計8124臺，FFU長效型化學濾網布置的覆蓋率為25%，每臺FFU布置2片化學濾網，廠區共計布置4062片長效型化學濾網。根據統計，第一種發包模式之下，廠區潔凈室每年長效型濾網更換的次數為1.8次。每片長效型化學濾網單價為2000元/片。

(6)HM=4062×1.6×2000=12 998 400元，第二種發包模式之下，從潔凈室開始進行潔凈管控之后一年內，潔凈室FFU更換濾網所付出的成本；根據統計，第二種發包模式之下，廠區潔凈室每年長效型濾網更換的次數為1.6次。每片長效型化學濾網單價為2000元/片。

(7)HE=4062×1.5×2000=12 186 000元，第三種發包模式之下，從潔凈室開始進行潔凈管控之后一年內，潔凈室FFU更換濾網所付出的成本；根據統計，第三種發包模式之下，廠區潔凈室每年長效型濾網更換的次數為1.5次。每片長效型化學濾網單價為2000元/片。

4.3 計算結果

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

表4 計算結果 元

5 結論

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

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