高潔度電子廠房管線施工工藝分析
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摘要：隨著國家經濟和科技的快速發(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，對潔凈廠房的設計和裝修提出了更高、更專業(yè)的要求。而潔凈室構建施工全過程的核心內容就是管道選擇與施工工藝，其施工效果直接決定了產品質量以及行業(yè)發(fā)展情況。該文結合潔凈廠房的發(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，可為類似工程施工提供參考。
引言
隨著社會的進步，人們不再滿足舊的潔凈室環(huán)境的標準要求，需要推陳出新，編制出適應今天環(huán)境潔度要求的新標準。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到更高標準的需要，而且在空氣凈化方面也只是從塵粒級別進行控制，并未涉及到分子污染、化學污染、微生物污染。但隨著技術的發(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計，還要滿足管道在潔凈度方面的要求，每個節(jié)點都需嚴格按流程進行。
1潔凈廠房概述
潔凈室在國外發(fā)展史約有100年，應用相當廣泛。相應的，潔凈技術的進步也不斷推動著潔凈室朝著更加先進、精密的方向發(fā)展。我國的空氣潔凈技術的應用和研究起步較晚，直到20世紀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。隨著半導體工藝的快速發(fā)展，芯片制造已經發(fā)展到10nm制程以內，由于各種電子產品本身的精度要求，使得對潔凈度要求越來越高，高潔度廠房也應運而生。我國從上世紀90年代開始逐步引入外資公司[2]，更加先進的空氣潔凈技術在國內的電子廠房終于得到廣泛應用。
2高潔度廠房管線施工工藝
2.1基于BIM技術的管線設計
高潔度廠房的管線設計是施工過程中重要的一步[3]，而BIM技術貫穿于管線設計全過程，對管線設計具有關鍵性的指導和輔助作用。高潔度廠房中基于BIM的管線綜合設計是以管線平面圖紙為基礎，主要包括暖通、電氣、給排水三個專業(yè)的管線。BIM技術可視化的優(yōu)勢可在管線安裝施工前，先將管線虛擬建造進行模型自查，然后再進行各個專業(yè)的碰撞檢查[4]。通過一系列檢查發(fā)現(xiàn)管線交叉、孔洞預留不夠、標高不足等問題，以此為依據進行管線優(yōu)化設計，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行調整，使其在滿足標準規(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計相比，高潔度廠房中基于BIM的管線設計在建模過程中必須遵循該專業(yè)基本原則和標準，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目樣板，建立工作集。這一步驟是在同一個局域網內完成的，不同專業(yè)的人員互相協(xié)調，建立不同專業(yè)的模型。接著將不同專業(yè)的圖紙導入項目文件，創(chuàng)建管道系統(tǒng)。為了后期能根據色卡對系統(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)上的構件類型相同，通過管線系統(tǒng)設置不同類型管道的尺寸、偏移等，再依據CAD圖紙進行管道繪制。管道系統(tǒng)有很多不同的類型，在進行繪制時要根據不同的系統(tǒng)進行繪制，最后繪制管道末端和管道附件。空管專業(yè)綜合協(xié)調完成后，通過機電模型和建筑及結構模型的配合確認管線穿墻位置，通過建筑及結構模型的配合確認管線穿墻位置和高度，通過管線穿越樓板的位置，準確預留孔洞，完成和建筑及結構專業(yè)的配合（圖2）。
2.1.2碰撞檢查模型建立完畢后進行碰撞檢查，碰撞檢測過程中，針對單專業(yè)和不同專業(yè)間各系統(tǒng)或構件進行碰撞檢測分析，將碰撞檢測的分析報告導出給各相關專業(yè)。各相關專業(yè)根據該報告進行逐步檢查，討論，并進行修改調整，實現(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計遵循如下原則：獨立與聯(lián)合區(qū)分、直流與循環(huán)區(qū)分、正壓與負壓區(qū)分。不同的生產工藝對潔凈室的潔凈等級要求不同，因此潔凈室設計時要根據潔凈度要求選擇不同的氣流流型（圖3）。
2.2.1支吊架預制及安裝支吊架制作大樣圖的繪制安裝時，要符合實際情況，遵循《通風與空調工程施工質量驗收規(guī)范》GB50243—2016的規(guī)范要求，支吊架預制順序為“先主后次”，即先預制主管后預制支管，先預制大管后預制小管。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在相對密封的環(huán)境下進行，保證管道制作環(huán)境干凈、無灰塵、無污染[6]。管道制作時應特別注意矩形管道邊長小于或等于900mm時底面板不應有拼接縫，邊長大于900mm時底面板不應有橫向拼接縫。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行密封。要在密封前進行清洗，在密封后嚴格檢查。制作完成的管道應用中性洗滌劑進行清洗，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，用手擰入2～3扣，再用管子鉗一次擰緊，不得倒回，裝緊后應留有絲尾2～3扣。（3）氬弧焊焊接：用堵頭將管件兩端堵住，往管內注入氬氣，注入的氬氣量應視管子的大小而定，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，至標準深度再旋轉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，應先觀測檢查焊縫的質量，再根據設計的相關內容和規(guī)范來監(jiān)測其是否出現(xiàn)損傷。最終完成整個系統(tǒng)的密封與強度測試，合格的標準為不出現(xiàn)滲透與降壓。焊接完畢后對焊縫質量進行檢測，焊縫質量的主要要求如下：（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，長度在90mm內；（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型坡口則應保持兩側都大于2mm。應嚴格按照有關設計文件進行無損檢測，尤其是檢測合格等級與檢測比例。如果設計中未指定，則應符合相關的規(guī)范。安裝特殊管道如大口徑管道時，可選擇卷揚機進行吊裝，同時輔助手拉葫蘆。在管道的末端放置一個臨時的提升架，首先使用卷揚機或者是手拉葫蘆將管道提升至一個臨時的提升架，之后通過卷揚機橫向拉動另一側的管道，然后將其固定到支架上。管道安裝后，需要對承壓管道進行壓力測試，試驗中的壓力應為其設計壓力的1.5倍，對冷凝水管做通水試驗。做水壓試驗時，仔細檢查管路、管路配件及焊口有無完成，及時做好防護措施，避免有水滴到地面上。在水壓試驗過程中，逐步加壓檢查，管路中設置至少兩個壓力表，讀數(shù)時以最末端的壓力表為準，試壓完成后，將試驗壓力降至工作壓力進行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，空調與冷水管道出現(xiàn)水蒸氣附著液化滴水會深入室內。為了避免潔凈廠房的正常運行因此受到影響，管道保溫的厚度應按圖紙要求，保溫材料均應使用難燃的橡塑材料。
2.2.6小結相比于一般廠房的管線設計與施工，高潔度廠房的管線設計在利用BIM技術后，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)境下進行。總而言之，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空調及管道系統(tǒng)安裝工藝
在高潔度廠房的設計中，為了使系統(tǒng)整體的送風量減小，往往會采取潔凈空調系統(tǒng)的分級措施。空調的潔凈程度取決于它的風量，因此氣流組織設計顯得尤為必要，這要結合出風氣流的擴散特征以及出回風是否均勻等關鍵因素，只有當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)設計中有以下兩種氣流組織形式，一種是將下側的回風進行集中，另一種是將兩側的氣流進行對送；同樣，對于上部的非潔凈生產作業(yè)區(qū)，減小排風口的面積以及換氣送風的次數(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）考慮到風管等部件的管道內必須有利于風的傳送，必須采用質量優(yōu)良的鍍鋅鋼板且不能在管道內進行加固措施，咬接使用聯(lián)合角咬口，接縫處也應做好密封措施。此外，必須設置密封清掃孔，連接方式不宜使用內法蘭，總管與支管要設置風量測定孔。
（2）高效過濾器安裝前，應在安裝現(xiàn)場拆開包裝進行外觀檢查，內容包括紙、濾密封膠、框架、幾何尺寸及光潔度等是否符合設計要求，然后進行檢漏，檢查和檢漏合格后應立即安裝；不合格產品不得安裝。
（3）集中送風方式具體來說就是把空氣處理設備（主要包含加熱、加濕器、各種過濾器等）和風機一起放置在空調機房中，再將高效過濾器布置在系統(tǒng)的末端，用集中送、回風管道把空氣處理設備和潔凈室的系統(tǒng)連接起來[7]。集中送風方式根據回風方式不同有下回（格柵地板回風）、側下回（相對兩側墻下部均勻布置回風口）、頂回（吊頂回風口）等形式。綜上所述，高潔度廠房的空調及管道系統(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結語
潔凈廠房建造過程中各管線工程設計合理與否，直接關系到設備系統(tǒng)的運行情況。由于與傳統(tǒng)的管道建設工程相比，潔凈廠房的管道工程對于技術的專業(yè)性以及施工質量的要求高得多，且不同類型的潔凈廠房，其管道施工技術往往不具有普適性，必須根據不同的要求使用不同的技術，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量的目的，綜合分析了各個工藝的流程與操作關鍵點，希望以此提高施工的規(guī)范性，增強管道施工的質量，最后實現(xiàn)最佳的管道施工效果，用科學有效的技術為相關工程建設帶來更好、更多的社會與經濟效益。
參考文獻：
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作者：劉陽 單位：重慶建工住宅建設有限公司