洁净厂房防火封堵工程发包模式探讨

叶小康

(厦门大学嘉庚学院 福建漳州 361100)

0 引言

随着先进制造业的发展，我国对洁净厂房的需求越来越大。洁净厂房的核心为洁净室，也被称为无尘室，是指将一定空间范围内之空气中的微粒子、有害空气、细菌等之污染物排除，并将室内之温度、洁净度、室内压力、气流速度与气流分布、噪音振动及照明、静电控制在特定需求范围内的特别设计的房间。由于制程越来越复杂，厂房各系统的管道众多，且存在大量穿墙管道，而根据建筑设计防火规范GB50016-2014规定，穿越防火墙的管道孔洞，都必须采用防火封堵工艺进行封堵[1]。然而，防火封堵的材料都是高挥发性有机材料，会严重污染洁净室空气。因此，防火封堵工程如果能尽快完成，那么建厂团队就有更充裕的时间让防火封堵材料挥发完全，可以加快洁净室认证工作的完成，洁净室空调滤网受到的损害也将降低。

目前关于洁净厂房的研究基本集中在①洁净厂房设计、②洁净厂房施工技术、③洁净厂房运转维护三大部分。而①洁净厂房设计则包括：Ⅰ结构设计、Ⅱ建筑设计、Ⅲ防火设计、Ⅳ暖通空调设计、Ⅴ电气设计、Ⅵ给排水设计、Ⅶ照明设计、Ⅷ静电系统设计；②洁净厂房施工技术及工程管理包括：Ⅰ高大柱施工技术、Ⅱ高大梁板支模、Ⅲ华夫板奇氏筒施工技术、Ⅳ吊装技术；③洁净厂房运营维护：环境监测取样。

关于洁净厂房发包模式的研究目前较少，因此本文对比上述3种防火封堵发包模式，并建构发包模式选择模型，期为业主进行发包模式选择提供参考。

1 防火封堵

洁净厂房涉及控温、控湿、大宗气体供应、特殊气体工艺、化学品供应等系统管线布置的需要，设计过程中又无法完全避免穿越防火区划的情况，如图1所示。

图1 穿墙管道

洁净厂房设计规范-GB50073-2013规定穿隔墙或顶板的管线周围空隙应采用防火或耐火材料紧密填堵。技术竖井井壁应为不燃烧体，其耐火极限不应低于1h。井壁上检查门的耐火极限不应低于0.6h；竖井内在各层或间隔一层楼板处，应采用相当于楼板耐火极限的不燃烧体作水平防火分隔；穿过水平防火分隔的管线周围空隙应采用防火或耐火材料紧密填堵[2]。

防火封堵材料按材料性质可以分为无机 防火堵料、有机防火堵料、阻火圈和阻火包。其中有机防火堵料(俗称“防火泥”)，对洁净室的空气洁净度影响最大，因为有机防火堵材施工完毕之后会持续逸散出(Outgassing)挥发性有机物(TVOC)。该封堵工艺采用合成树脂作粘接剂,配以防火剂、填料等经碾压而成。具有可塑性和柔韧性;长久不固化,可以切割、搓揉,封堵各种形状的孔洞,施工、维修比较方便[3]。目前在洁净厂房施工中使用最为广泛。

2 发包模式

我国2010～2017年投资额在30亿人民币以上于电子高科技厂房建设项目，防火封堵发包模式主要有两种，发包模式一：各厂商独自发包，即各系统厂商负责本身开孔部分的防火封堵，谁开孔，谁封堵；发包模式二：共通管道由消防厂商统一负责防火封堵，其他开孔则各自负责封堵。国内主要高科技厂房防火封堵发包模式统计如表1所示。

表1 国内主要高科技厂房防火封堵发包模式统计

根据本文对2010～2017年20个电子洁净厂房防火封堵的调研，当前采用的两种发包模式均存在以下问题。

发包模式一：各系统厂商独自发包，如图2所示。该发包模式之下，各系统厂商负责各自孔洞的封堵，各系统厂房单独与防护封堵公司签约，由防火封堵公司进行孔洞封堵工作。该发包模式有两个缺陷：①防火封堵厂商需面对所有系统包，且所有系统包需求不同，各系统包指令不同，难以进行整体进度安排；②共同开孔部分，每次都需要耗费较长时间协商；③建设方控制力差，由于建设方与防护封堵厂商无合同关系，因此建设方很难控制防护封堵厂商的工程进度；④无人认领孔洞部分容易有争议。

图2 发包模式一

发包模式二：共通管道由消防厂商统一负责防火封堵，其他开孔则各自负责封堵，如图2所示。该模式仅仅解决了共通管道争议的问题，而模式一的其他缺陷依然存在。

图3 发包模式二

为了解决上述两种发包模式存在的缺陷，本文提出第三种发包模式。该种发包模式由建设单位统一发包，防火封堵厂商仅需跟建设单位签订合约，施工进度由建设单位统一规划安排。

第三种发包模式，厂区所有开孔均由建设单位统一负责封堵，防火封堵厂商也只需要面对一家业主单位，只接收单一指令。该发包模式中的共同管道部分也不存在成本分担争议的问题。因此，花费在协商处理的时间将大大缩短，有利于减短工期。

图4 发包模式三

3 发包模式优化选择模型

在工程实施过程中，采用何种发包模式由建设单位确定。本文基于建设单位的角度，建立发包模式优化选择模型，以量化分析在何种情况下，建设单位选择何种发包模式才是最佳决策。3种发包模式比较建设单位及系统厂商的成本，如表2所示。

表2 3种发包模式成本分析

成本分析参数说明：

Ai,表示第i个厂商按照设计图纸计算出来的穿墙孔洞面积，单位为m2，这个面积也是建设单位与各系统厂商签订合同时，系统厂商报价单所罗列的孔洞面积。

XM，第二种发包模式之下，共通管道部分由于系统厂商施工失误增加的孔洞面积，转移至消防厂商身上，因此消防厂商报价时会按照整个共同管道面积进行报价。

XE，第三种发包模式之下，整个厂区由于系统厂商施工失误增加的孔洞面积，转移至建设单位身上。

Wi表示第i个厂商因施工失误而增加的孔洞面积，单位为m2；

P，表示单位面积防火封堵的费用，单位为RMB/m2；

HL，表示第一种发包模式之下，从洁净室开始进行洁净管控之后一年内，洁净室FFU更换滤网所付出的成本；

HM，表示第二种发包模式之下，从洁净室开始进行洁净管控之后一年内，洁净室FFU更换滤网所付出的成本；

HE，表示第三种发包模式之下，从洁净室开始进行洁净管控之后一年内，洁净室FFU更换滤网所付出的成本。

根据表2，可以对建设单位在不同发包模式之下的成本进行比较，选择成本最低的发包模式即为最佳策略。

当∑Ai×P+HL<(∑Ai+XM)×P+HM

且∑Ai×P+HL<(∑Ai+XE)×P+HE时

发包模式一为最佳；

当(∑Ai+XM)×P+HM<∑Ai×P+HL

且(∑Ai+XM)×P+HM<(∑Ai+XE)×P+HE

发包模式二为最佳；

当(∑Ai+XE)×P+HE<∑Ai×P+HL

且(∑Ai+XE)×P+HE<(∑Ai+XM)×P+HM

发包模式三最佳。整理之后如表3所示。

表3 防火封堵发包模式优化选择模型

4 案例论证

4.1 案例简介

国内某16寸晶圆厂项目，总投资额估计约30亿美元，生产16纳米FinFET工艺技术，单月产能为2万片12寸晶圆。该项目于2016年7月1日正式动工，2017年9月举行进机典礼，2018年5月实现16 纳米晶圆量产，从动工到提前量产仅用时20个月。该项目建筑面积约32万m2，主要建设内容包括FAB生产厂房、CUP动力厂房、厂房雨棚、甲类仓库、天然气减压站。

4.2 参数设定

参数设定如下：

(1)∑Ai=164m2,全厂区按照设计图纸计算出来的穿墙孔洞面积。

(2)XM=5.2m2，第二种发包模式之下，共同管道部分由于系统厂商施工失误增加的孔洞面积。厂区共同管道面积52m2，系统厂商施工失误的概率约为10%。

(3)XE=16.4m2，第三种发包模式之下，由于系统厂商施工失误增加的孔洞面积，转移至建设单位身上。整个厂区孔洞面积164m2，系统厂商施工失误的概率约为10%。

(4)P=4000元/m2，表示单位面积防火封堵的费用，单位为元/m2。

(5)HL=4062×1.8×2000=14 623 200元，第一种发包模式之下，从洁净室开始进行洁净管控之后一年内，洁净室FFU更换滤网所付出的成本；计算方法：全厂区洁净室FFU共计8124台，FFU长效型化学滤网布置的覆盖率为25%，每台FFU布置2片化学滤网，厂区共计布置4062片长效型化学滤网。根据统计，第一种发包模式之下，厂区洁净室每年长效型滤网更换的次数为1.8次。每片长效型化学滤网单价为2000元/片。

(6)HM=4062×1.6×2000=12 998 400元，第二种发包模式之下，从洁净室开始进行洁净管控之后一年内，洁净室FFU更换滤网所付出的成本；根据统计，第二种发包模式之下，厂区洁净室每年长效型滤网更换的次数为1.6次。每片长效型化学滤网单价为2000元/片。

(7)HE=4062×1.5×2000=12 186 000元，第三种发包模式之下，从洁净室开始进行洁净管控之后一年内，洁净室FFU更换滤网所付出的成本；根据统计，第三种发包模式之下，厂区洁净室每年长效型滤网更换的次数为1.5次。每片长效型化学滤网单价为2000元/片。

4.3 计算结果

由计算结果可知，第三种发包模式成本最低，因此该项目采用第三种发包模式最佳。该项目实际施工采用第一种发包模式，建设单位实际成本约15 137 400元，如果采用第三种发包模式，则可节约资金2 229 800元，即节约14.73%的成本。相较于第二种发包模式，可节约767 600元，约5.6%。

表4 计算结果 元

5 结论

本文提出的第三种发包模式能够避免各系统厂商在开孔归属问题上的争议，同时能够缩短施工工期，达到节约成本的效果。经过案例分析，第三种发包模式确实可起到节约成本的效果，相较于第一种发包模式可节约14.73%的成本，相较于第二种发包模式可节约5.6%。

本文在各个计算指标的量化上面还存在不足，后续研究如果能获得大量洁净厂房的成本数据，将有利于提高模型计算的准确度。但是本模型可以作为建设单位决策时候的参考工具。