半导体芯片厂房土建快速建造施工技术.pdf
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1、2023 年 11 月下第 52 卷 第 22 期施工技术(中英文)CONSTRUCTION TECHNOLOGY67 DOI:10.7672/sgjs2023220067半导体芯片厂房土建快速建造施工技术张海瑞,孙江龙,赵宇亮,陈开莲,吴 字,李洪彬(中建一局集团建设发展有限公司,北京 100102)摘要 以某半导体芯片厂房为例,通过分析其项目难点,从群体建筑分阶段启动、生产厂房核心建造、装配化应用、室外配套快速施工、快速移交及 BIM 技术的应用等方面介绍半导体芯片厂房土建快速建造施工技术。项目实践表明,实施装配式建筑可明显改善项目现场施工环境、减少人力投入、加快施工进度。关键词 装配式;
2、厂房;半导体芯片;快速建造;施工技术中图分类号 TU741文献标识码 A文章编号 2097-0897(2023)22-0067-05Rapid Construction Technology of Civil Construction ofSemiconductor Chip PlantZHANG Hairui,SUN Jianglong,ZHAO Yuliang,CHEN Kailian,WU Zi,LI Hongbin(China Construction First Division Group Construction&Development Co.,Ltd.,Beijing 1001
3、02,China)Abstract:Taking a semiconductor chip plant as an example,by analyzing the difficulties of the project,this paper introduces the rapid construction technology of civil engineering of semiconductor chip plantfrom the aspects of phased start-up of group buildings,core construction of productio
4、n plant,assemblyapplication,rapid construction of outdoor supporting facilities,rapid transfer and application of BIMtechnology.The project practice shows that the implementation of prefabricated buildings can obviouslyimprove the construction environment of the project site,reduce manpower input an
5、d speed up theconstruction progress.Keywords:prefabrication;plant;semiconductor chips;rapid construction;construction作者简介 张海瑞,工程师,E-mail:1371005045 收稿日期 2023-08-200 引言 半导体材料行业工程建设在厂房及生产线设计、施工速度、施工质量方面的要求极高,且当下芯片行业紧迫的供应形势又对厂房的施工建造速度提出更高要求,如何采用先进的施工技术快速完成厂房土建施工,是半导体芯片厂房建设的核心。1 工程概况 某工程位于上海市浦东新区临港新片区,建
6、成后用于生产 CIS 芯片,建筑面积为 121 689m2,包含主生产厂房、动力厂房、研发楼、办公楼、停车楼、变电站、气站等大小 15 个单体,属于群体性建筑。结构形式为框架结构,最高建筑单体高度为 29.90m,其中主生产厂房屋面为跨度 54m 的超长超重钢结构桁架。工程效果如图 1 所示。按照目前半导体芯片厂房的建设实践,土建施图 1 工程效果Fig.1 Effect of engineering工主要内容包括:地基与基础、主体结构、装饰装修、屋面及室外总平等内容,涵盖钢筋混凝土、钢结构、装配式构件、建筑外墙、屋面工程、道路绿化和地下管线等施工分项。2 项目难点 1)由于半导体芯片厂房的生
7、产工艺和运行功能需求,相应的建设工程一般集生产、动力、电力、气站、办公、研发、停车、餐饮等诸多功能于一体,建筑体量大,建设内容繁多。2)本工程属于群体性建筑,包括建筑物和各类68 施工技术(中英文)第 52 卷构筑物合计 15 个,如何在紧迫的建设周期内和合理的资源投入下,安排各建设内容施工顺序,是项目成功建成并满足投产需求的关键一环。3)主生产厂房屋面为钢结构桁架和钢筋桁架楼承板组合结构,其中钢桁架跨度达 54m,单榀净重达 71.5t,桁架截面高 4.65.9m,屋面钢桁架超长超重,顺利吊装是难点。4)装 配 化 程 度 较 高,预 制 构 件 体 量 超 过6 600m3,构件类型包括预
8、制柱、预制梁、叠合板和楼梯等,由于无标准层,构件截面参数繁多、类别杂,预制构件生产模具配置、构件精确排产、吊装精准就位均难度较大。5)室外管线交叉密集,单趟管线长度就达上千米甚至更多,涉及雨水、污水、给水、生产废水、绿化、燃气、消防等,同时部分管道位于道路下方,如何确保各专业管线穿路套管全数预埋,纵断面高程精准控制和满足管线功能,是贯穿整个项目建设须关注的重点。6)生产厂房洁净生产区采用华夫板工艺,华夫板厚 1 000mm,间隔暗梁空间较小,钢筋安装几乎无法操作,楼板混凝土完成面平整度要求为 2mm/2m,如此严格的技术标准对施工工序控制提出更高要求。7)在室内装修和设备安装过程中,需提前确保
9、屋面和外立面断水,为室内作业创造环境,如何做到主体结构封顶后续工作的紧密衔接尤为重要。8)厂房各主要建筑结构封顶前,要考虑空间移交给后续各设备安装厂商,此时会出现多专业、多工种的平面立体全空间交叉。3 半导体芯片厂房土建快速建造技术3.1 合理、有序安排施工 半导体芯片厂房工程建设包含生产、动力、供电、气站、研发、办公等多项内容,项目建设需按照“由主及次、需求优先、资源配套”的总体原则进行部署,室外道路相关和关键建筑土建施工同时启动,资源提前配套,附属工程根据厂务方需求适配建设进度。1)室外总平 室外道路及路下管线,直接关系到项目建设场区的物流动线形成,进场后需立即启动。对于道路区域的管线和硬
10、化,可根据土建主体结构建设进程,适时组织施工。2)主要建筑单体生产厂房、动力厂房、供电厂房是主要建筑单体,务必优先启动,其中供电厂房最先完工并投入使用,确保供电输出需求。其次对于大宗气站(含氢气棚、空压站、硅烷站、仓库、化学品库等)建筑体量相对不大的小单体建筑群,可在主建筑建设封顶后启动,确保资源投入连续、合理。对于办公、研发及停车等配套建筑单体需结合建设方需求确定,在不影响新厂房运行投产的前提下,可分阶段启动建设,但如果影响到新厂房的运行,如 VOC 挥发、扬尘、振动等,也需在主生产厂房运行前完成主要室外施工内容。3)建筑部品部件对于存在工厂加工环节的施工内容,包括钢结构、预制构件、华夫板等
11、,需将深化设计、工厂确定、下料加工、半成品储备等各环节工作前置。一般在项目开建后即取得一手设计资料,开始深化设计、原材采购、工厂对接并确定整体半成品的供货时间节点,确保对施工现场供应的稳定有序。3.2 生产厂房半逆作法施工工艺 生产厂房采用半逆作法施工工艺,即支持区结构按照由下到上的顺序进行,核心区有钢桁架屋盖结构的区域,基础筏板完成后作为拼装吊装场地,先施工屋盖结构,后施工屋盖以下结构,如图 2 所示。采用该施工方法,可快速完成屋面结构,达到生产厂房室内提早断水的目的,为室内其他工序施工创造相对干燥舒适的条件。图 2 半逆作法施工Fig.2 Semi-reverse construction
12、3.2.1 筏板施工 筏板施工时须考虑如何优化筏板施工工艺,加快施工进度,为上部结构施工提供作业面。半导体芯片生产厂房一般单体基底面积较大,筏板属于大体积混凝土,采用跳仓法施工工艺。同时考虑屋面钢桁架安装需要,底板施工完成后,立即进行钢柱吊装与外包柱脚施工,并灌注箱形柱内混凝土。外包柱脚高至 2 层梁底,内灌混凝土至柱顶、填充密实。3.2.2 吊装预留通道 因屋面钢桁架吊装设备需在筏板上行走,因此需在筏板施工阶段,结合柱网尺寸预留通道,通道穿越框架柱插筋采用一级套筒连接(见图 3),并在筏板面下预留 180mm 深不浇筑混凝土,将钢筋头全部埋入筏板内,预留区域内填砂,防止丝头损坏,柱施工前,将
13、填砂清理干净。2023 No.22张海瑞等:半导体芯片厂房土建快速建造施工技术69 图 3 预留通道上柱插筋做法Fig.3 Construction method of column stiffener inreserved channel3.2.3 屋面钢桁架分段和胎架设置 结合运输、单元质量、结构受力等因素,对钢桁架工厂加工进行分段,长度17.5m,宽度及高度3m,如图 4 所示。图 4 钢桁架分段Fig.4 Steel truss segment考虑工程场地条件和施工工况,将基础筏板作为钢桁架整体拼装场地,采用 600mm 高工字钢作为现场拼装胎架,工字钢设置长度为 9m,每榀桁架设置
14、6 根工字钢(见图 5),垂直支撑每榀设置 2 根工字钢。共设置 4 组桁架胎架、4 组垂直支撑胎架,胎架随拼装位置变化倒运使用。图 5 桁架胎架摆放示意Fig.5 Placement of truss tire frames3.2.4 钢桁架吊装 钢桁架地面拼装成整体,采用吊车一次吊装就位,吊车行走通道上铺设木模板等材料对筏板做好保护。吊车选型需考虑负荷率,同时结合吊装高度、吊幅及整榀桁架和吊钩、钢丝绳总重等因素。桁架整体吊装至原位,待焊接作业完成后吊车拆钩。钢桁架间的上下弦次梁及柱间支撑采用小型吊车跟进安装。考虑屋盖以下结构内部施工,桁架楼承板和屋面混凝土施工时预留吊装口,确保内部施工材料
15、转运。3.3 装配化应用3.3.1 装配化在半导芯片厂房中的应用 整体上来说,半导体芯片厂房中装配化应用涉及预制柱、预制叠合梁、预制叠合板、预制楼梯、华夫板膜壳、轻质墙板等。在项目前期筹备充分的情况下,实施装配式建筑可明显改善项目现场施工环境、减少人力投入、加快施工进度。3.3.2 华夫板施工技术 为保证生产车间的高洁净度,华夫板广泛应用于高科技电子厂房,这种华夫板模板在建筑楼层中均匀预留大量孔洞,使上下楼层形成回风通道,利用强大的气压排出洁净空间的悬浮颗粒,以达到车间所需洁净度要求。华夫板型洁净室工作原理如图 6 所示。图 6 华夫板型洁净室工作原理Fig.6 Working princip
16、le of waffle clean room华夫板应用发展至今大致分为可拆式和免拆式,产品类型分为直筒与梯形(见图 7),制作材质通常采用 FRP,SMC 等材料。图 7 华夫板产品类型Fig.7 Waffle board product type考虑华夫板膜壳加工工艺的特殊性,为避免在供货过程中出现断供,在充分考察工厂生产能力的前提下,选二备一,提前规避供货风险。华夫板膜壳工厂加工前 15d 即进行预排版深化,精准统计产品规格,根据排版制定精细化日生产计划,并委派兼职人员不定期驻场,监督原材供应和工厂生产进展,确保华夫板成品储备量保持在现场 2 个施工段用量之上。为确保快速施工,华夫板安装
17、满堂支撑架(见图 8),采用安拆方便、高效的盘扣式钢管材料,投入40mm40mm 方钢优化龙骨配置,减少木工作业,提高工效,华夫板膜壳安装前将内部加固支撑工序前置,以便直接定位铺设。华夫板膜壳下整层铺设平台板,铺设膜壳并安装桶盖后绑扎纵横向钢筋,钢筋施工时在箍筋上焊70 施工技术(中英文)第 52 卷图 8 华夫板支撑架体Fig.8 Waffle board support frame接钢筋定位卡钩,代替扎丝绑扎作业,解决绑扎空间不足难题的同时加快施工速度,确保钢筋保护层满足要求。华夫板施工过程如图 9 所示。图 9 华夫板施工过程Fig.9 Waffle board construction
18、 process浇筑混凝土后采用激光红外仪辅助找平,在整个华夫板施工过程中,务必从支撑架体搭设、平台板、华夫板桶盖、钢筋保护层及混凝土浇筑完成面各环节严格把控,做到“步步监测,适时调整”,确保华夫板完成面达到 2mm/2m 的平整度要求。3.3.3 零模板投入预制构件安装 在施工现场安装预制构件前需做大量工作,包括图纸深化设计、工厂加工、堆放和吊装分析等,按照整体项目建设计划倒排并以此为据前置上述工作,确保现场安装的需求。现场构件安装细分构件类型、编号、安装顺序、构件质量等信息,选择塔式起重机配合吊车等进行吊装。为加快施工效率,优化施工工序,采用承插型盘扣钢管支架,叠合梁下采用双槽钢托梁转换至
19、两侧盘扣立杆托盘上,叠合梁和叠合板下采用双100503 作为龙骨的零模板投入安装支撑体系,如图 10 所示。该体系相较于传统的施工做法减少了模板面板、木方或钢管等次龙骨工序,直接在方钢龙骨体系上放置叠合梁和叠合板,既减少了一次性材料的投入,也减少中间工序环节,有利于加快施工进度。3.4 快速移交3.4.1 二次结构紧密衔接 厂房建设待主体结构进行到一定阶段,局部楼图 10 预制构件安装支撑体系Fig.10 Prefabricated components installationsupport systems层即具备后续作业条件,装饰装修要做好衔接配套,尽量减少砌体等湿作业,进而采用轻质墙板(
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