电子工业洁净厂房建筑设计重点探讨

电子工业洁净厂房建筑设计重点探讨

李继烈

信息产业电子第十一设计研究院科技工程股份有限公司华东分院  江苏无锡

【摘要】飞速发展的电子信息时代，电子产品的生产日新月异，电子工业洁净厂房的设计需求和要求都不断增长和提高。本文探讨了新形势下电子洁净厂房建筑设计需要解决的几个重点问题，总结了解决这些问题的主要设计方法，希望对该类厂房的建筑设计提供借鉴和帮助。

【关键词】电子工业洁净厂房；平面布局；空间布局；建筑材料；防火设计

二十一世纪是信息化的时代，电子信息技术已经渗透到人们工作生活的方方面面。电子产品更新换代极快。生产电子产品的洁净厂房，从规模到数量都迅速增长，对建筑设计也有了更新更高的要求。电子洁净厂房需要满足可持续发展的要求，其布局应适应生产工艺改造和扩大生产的需求。现代电子产品有着微型化，精密化，高质量和高可靠性的特点，它们所使用的集成电路、电子元器件及其组装的生产过程都要求在受控的环境条件下进行，生产环境需要严格控制微粒、化学污染物和直接与产品生产过程接触的各种介质。针对不同的生产工艺，电子工业厂房有着不同的空气洁净度等级要求。洁净厂房的设计比普通厂房的设计技术难度更大。在各种电子产品的生产过程中，需要使用易燃易爆的气体、化学品等，它们对洁净厂房的防火安全构成潜在威胁；电子洁净厂房面积越来越大，平面布置复杂，疏散线路曲折多变；厂房内布置各类精密贵重设备、仪器，建设投资巨大，这些因素使电子工业洁净厂房的防火设计变得尤为重要。

    在建筑设计中，我们可以从以下三方面来解决上述问题。

一、合理的平面布局，满足电子工业洁净生产厂房可持续发展的要求。

为适应生产工艺更新换代，内部布局多变的可持续发展要求，电子洁净厂房平面布局的灵活性尤为重要。建筑设计应考虑主体结构采取大空间，大跨度的柱网布置，便于后期的工艺调整。不宜采用内墙承重，固定不变的内墙位置，对生产设备调整不利。洁净区内部墙体尽量采用轻质隔墙，方便拆装改造。

     近年来，我国建设了一批洁净区面积超大的集成电路芯片生产厂房、TFT-LCD生产厂房等。这些厂房的生产工艺设备体量大，制造过程连续，传输自动化，生产区不能分隔，洁净区面积超大。笔者设计的某8.5代TFT-LCD厂房，底层主要为动力、仓储以及小面积洁净区等，柱网15mx15m；二层为大面积洁净区，柱网15mX30m，面积达到43300㎡。底层是混凝土框架结构，二层以上抽柱，屋面采用双向钢桁架。洁净生产区内局部设置隔间，隔间采用彩钢夹芯板轻质墙体，便于布局调整。洁净区的东、南两侧布置动力区和车间办公区等辅助用房，柱网7.5mx15m、7.5Mx12.5m。大跨度，大空间的洁净区布置满足了工艺设备布置的要求，同时也满足了未来改造发展所需的灵活性要求，而生产辅助区柱网相对较小，既能满足使用要求又更加经济合理，使建筑可持续发展的理念得以贯彻实施。

二、合理的空间布局及建筑材料的选用，保证厂房空间环境满足工艺生产洁净度要求。

电子洁净厂房为了满足净化空调系统送回风的需要，需要设置技术夹层、技术夹道。常见的设置方式有两种，一种是洁净区上下设置技术夹层，另一种是洁净区上部设置技术夹层、周边设置技术夹道。

设有上、下技术夹层的洁净厂房，常用于芯片生产、TFT-LCD生产的洁净区。吊顶上部的技术夹层，一般用于净化空调系统的送风静压箱或安装循环送风的空调机、FFU装置和风管以及动力管线等，层高一般在3m左右；洁净生产区地面采用活动地板和多孔板，下部设置下技术夹层，一般用于设置公用动力设施及其管线，也是净化空调系统的回风静压箱，层高一般在4m左右。上下技术夹层之间通常采用回风夹道连通。这种设置型式可以满足较高的洁净度等级要求。这类厂房净化生产区层高可达10米以上。以某TFT-OLED厂房为例，其净化生产层总层高达到17米，下技术夹层高度5m，上技术夹层4.2m，净化工作层7.8m，净化工作层的层高主要由设备高度决定。净化区周边布置的辅助区域，需要的层高相对较小，可设置夹层，一层净化层可对应布置两层辅助层，洁净生产区和周边辅助区之间设伸缩缝脱开，结构布置较为合理，有效利用了建筑空间。

另一种是设有技术夹层、技术夹道的洁净厂房。在洁净室（区）吊顶上部设置技术夹层以及在洁净室（区）一侧或两侧设置技术夹道，主要用于安装空气过滤器、灯具、风管和各种公用动力管线。这种型式层高要求相对较小，吊顶上的技术夹层高度一般不小于2m。净化生产区域的净高根据设备选型，一般不小于3.5m。这种洁净区的洁净度要求相对较低，多适用于中小型的电子洁净厂房。

在空间的布局上，一般电子洁净厂房净化生产区布置在建筑物的中间区域，周边布置非净化生产区和生产辅助区。非净化区域布置在净化区外围，净化区外墙面积较少，有利于保证洁净度要求。

建筑设计应合理选用建筑材料，保证洁净区达到洁净度要求。洁净生产区是由墙板、吊顶、门窗以及地面围合而成的密闭空间，墙板、吊顶、门窗要选择密闭性良好的产品，且要求坚固不易变形，表面平整，不易积灰，起尘。墙板和吊顶板通常采用彩钢夹芯板或彩钢面的石膏板，夹芯材质应保证烟密度等级不大于50，聚苯乙烯、聚氨酯等高分子复合材料不能在洁净区使用。常用的有岩棉夹芯、铝蜂窝夹芯，但岩棉易产尘，在洁净度要求高的净化区使用也受到限制。洁净室地面需采用防静电地面。为了减少积尘，洁净室的构件需要注意相关的构造设计，如门窗的倒角设计，墙面顶棚阴阳角的圆弧倒角设计等。另外墙板接缝的密闭，管道穿墙穿吊顶的密封处理，也是不容忽视的细节。   

三、采取各种设计手法，解决电子工业洁净厂房建筑防火设计问题

     电子洁净厂房不同的生产工段分属不同的火灾危险性类别，设计中最常见且设计疑难问题较多的是丙类火灾危险性的洁净厂房，芯片生产厂房、TFT-LCD厂房等均属于此类厂房。这类厂房中多数工段的生产间属于丙类生产，但是也有一些易燃化学品的储存、分配间以及可燃、有毒气体的储存分配间等，属于甲乙类生产房间，房间总面积必须控制在所在防火分区或者所在楼层面积的5%以内，并采用防火防爆的墙体和周围其它区域分隔，入口处应设置防爆门斗。这些房间通常靠外墙设置，通过轻质外墙板泄爆。泄压面积需满足《建筑设计防火规范》（以下简称建规）的要求。

如前所述，现代工艺生产的电子洁净厂房体量越来越大，笔者主持设计的某8.5代TFT-LCD厂房平面尺寸达到160mX303.5m；某TFT-OLCD厂房的尺寸更是达到了234mx300m。超长超宽的平面尺寸，给建筑消防设计带来了难度。多层丙类厂房，按照建规的要求，疏散距离需控制在60米以内，对于长宽都已达到150m以上的洁净厂房，是无法实现的。防火分区的面积限制也无法满足洁净生产区生产线连续布置的要求。针对这类大型电子工业洁净厂房，需要根据《电子工业洁净厂房设计规范》的相关条款，扩大防火分区及疏散距离。洁净室（区）的关键生产设备设置火灾报警和灭火装置，并且在回风气流中设置灵敏度严于0.01%obs/m的高灵敏度早期火灾报警探测系统，洁净区的防火分区可以按照生产工艺的要求确定。丙类的洁净厂房的疏散距离也相应扩大，但不能大于建规所规定的疏散距离的1.5倍，多层厂房疏散距离可以达到90m。疏散距离扩大后，大部分厂房的疏散问题能够得到解决。针对超大型的电子洁净厂房，可考虑设计避难走道，作为室内安全区域，来解决疏散距离的问题。避难走道的设计应满足建规6.4.14的要求。

四、结语

电子工业洁净厂房的建筑设计是一个很大的课题，本文只从其中几个主要方面做了探讨。随着电子工业技术的发展，电子洁净厂房的设计也会面临更多的新问题，我们只有从根本上把控设计重点，从具体情况出发，合理调整设计手法，才能使建筑设计在满足各项规范的同时，更好地满足不断发展的使用功能的需要。   

参考文献：

[1]GB50472-2008. 电子工业洁净厂房设计规范 [S]

[2]GB50016-2014. 建筑设计防火规范  [S] 

[3]赖林忠.大型电子洁净厂房建筑设计浅谈 [J]. 河南建材，2014-08-20