李 周 林

(湖南省建筑設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司,湖南 長沙 410012)

0 引 言

2020年是5G規(guī)模商用元年,中國5G新基建的持續(xù)推進(jìn),將帶動整個5G產(chǎn)業(yè)鏈規(guī)?？焖僭鲩L,智能終端產(chǎn)業(yè)發(fā)展將直接受益。在此背景下,全國各地開始建設(shè)高標(biāo)準(zhǔn)5G智能終端產(chǎn)業(yè)園項(xiàng)目,引入上下游配套產(chǎn)業(yè),構(gòu)造快捷的物料配送生態(tài)圈,打造大規(guī)模產(chǎn)業(yè)集群,形成“試驗(yàn)檢測-研發(fā)-生產(chǎn)-配套”的完備生產(chǎn)體系,建成由生產(chǎn)區(qū)、倉儲區(qū)、配套動力站及生活區(qū)構(gòu)成的完善產(chǎn)業(yè)園區(qū)。

工業(yè)廠房可分為標(biāo)準(zhǔn)廠房(又稱非定制廠房)和定制廠房兩種形式。標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)廠房是具有廣泛通用性的、用于生產(chǎn)工業(yè)用途的物業(yè),定制廠房是為使用者量身定做的工業(yè)用途物業(yè)。與此相應(yīng)的,定制廠房可以采用滿足客戶特定要求的定向工藝設(shè)計(jì),而標(biāo)準(zhǔn)廠房只能依據(jù)廠房的基本定位采用非定向的工藝設(shè)計(jì)。

5G智能終端產(chǎn)業(yè)園一般體量大,用電負(fù)荷高,企業(yè)入駐和工藝要求也存在一定的不確定性,多采用非定制廠房形式。如何根據(jù)智能終端產(chǎn)業(yè)園廠房的特點(diǎn)和要求,選取合適的負(fù)荷指標(biāo)并計(jì)算,選用合理的供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì),既滿足當(dāng)前需要,又能適應(yīng)未來的發(fā)展,是智能終端產(chǎn)業(yè)園廠房電氣設(shè)計(jì)的重點(diǎn)問題[1-2]。

1 5G產(chǎn)品主要組件生產(chǎn)工藝流程

5G智能終端產(chǎn)業(yè)園涵蓋消費(fèi)類智能終端(手機(jī)、智慧屏、平板、PC、穿戴、智能音箱、耳機(jī)、車載終端等)、通信設(shè)備終端(路由器、交換機(jī)、無線數(shù)據(jù)卡等)以及核心模組與關(guān)鍵元器件等。

智能終端產(chǎn)品應(yīng)用場景多,品類極為豐富。對于非定向工藝設(shè)計(jì),需根據(jù)常規(guī)的16種主工藝模擬,進(jìn)行大量預(yù)留和彈性設(shè)計(jì),可適應(yīng)大部分智能終端產(chǎn)品的生產(chǎn)需求。

下面列舉幾種主要組件的生產(chǎn)工藝流程,包括智能終端設(shè)備主板組裝、攝像頭模組、液晶顯示模組等。

(1)智能終端設(shè)備主板組裝,其工藝流程包括錫膏印刷、SMT貼片、回流焊、插件/波峰焊、修補(bǔ)、測試、包裝/成品等。

(2)攝像頭模組,現(xiàn)在流行的有COB封裝工藝和CSP封裝工藝,應(yīng)用更多的是CSP工藝,其工藝流程包括SMT貼片、FOL、EOL等。

(3)液晶顯示模組,其工藝流程包括IQC檢驗(yàn)、切割、SMT貼片、ACF 貼附、測試、超聲波水洗、點(diǎn)膠、消泡、焊接組裝、測試、OQC 檢驗(yàn)、包裝出貨等。

從以上流程可以看出,SMT是智能終端模組生產(chǎn)的核心工段,其對廠房建筑、結(jié)構(gòu)及公用工程的需求決定了廠房的主要預(yù)留條件。

表面貼裝技術(shù)(Surface Mounted Technology,SMT)是電子組裝行業(yè)里最流行的一種技術(shù)和工藝。SMT工藝主要生產(chǎn)設(shè)備包括送板機(jī)、吸板機(jī)、錫膏印刷機(jī)、錫膏檢測儀、貼片機(jī)、回焊爐、自動光學(xué)檢查機(jī)等。

2 用電負(fù)荷等級的確定

根據(jù)GB 50052—2009《供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》、GB 50472—2008《電子工業(yè)潔凈廠房設(shè)計(jì)規(guī)范》和GB 50073—2013《潔凈廠房設(shè)計(jì)規(guī)范》,5G智能終端生產(chǎn)廠區(qū)用電負(fù)荷等級和供電要求,主要根據(jù)電子產(chǎn)品生產(chǎn)工藝及設(shè)備要求,以及現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)GB 50052—2009的有關(guān)規(guī)定。生產(chǎn)區(qū)用電若中斷,將造成較大的經(jīng)濟(jì)損失,故廠房生產(chǎn)工藝用電按二級負(fù)荷供電,若業(yè)主有特殊要求的生產(chǎn)工藝用電可以按一級負(fù)荷供電,特殊用電可采用不間斷電源(UPS)供電[3-5]。

3 負(fù)荷指標(biāo)及計(jì)算

定制廠房一般有明確負(fù)荷提資及需求,其用電負(fù)荷在設(shè)計(jì)時可以確定。各定制廠房由于工藝差別較大,而業(yè)主使用要求也往往不一樣,這都會導(dǎo)致生產(chǎn)工藝用電負(fù)荷的較大差別。

非定制廠房因?yàn)闆]有負(fù)荷需求提資,其工藝相關(guān)部分的用電負(fù)荷在設(shè)計(jì)時無法準(zhǔn)確計(jì)算。定制廠房和非定制廠房負(fù)荷確定性情況對比如表1所示。

表1 定制廠房和非定制廠房負(fù)荷確定性情況對比

分別通過以上兩類廠房的實(shí)際案例進(jìn)行分析說明。

項(xiàng)目1為企業(yè)定制廠房,廠房建筑面積48 000 m2,配套倉庫17 000 m2,配套動力站4 000 m2。工藝負(fù)荷容量全部按企業(yè)提資確定。該項(xiàng)目依據(jù)業(yè)主方提資,某定制廠房安裝負(fù)荷容量如表2所示。

表2 某定制廠房安裝負(fù)荷容量

項(xiàng)目2廠區(qū)均為非定制廠房,分A、B、C共3個廠區(qū)。廠區(qū)生產(chǎn)工藝負(fù)荷容量由工藝專業(yè)進(jìn)行估算。工藝規(guī)劃依據(jù)園區(qū)定位,考慮意向企業(yè)生產(chǎn)區(qū)由SMT、組裝、倉庫、機(jī)加工廠房等幾種功能區(qū)構(gòu)成。根據(jù)常規(guī)項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn),以上各功能區(qū)面積占比約為SMT:組裝:(倉庫+機(jī)加)=1∶2∶1,SMT生產(chǎn)車間用電負(fù)荷約400 W/m2,組裝約250 W/m2,機(jī)加約40 W/m2。

據(jù)此,估算以上生產(chǎn)區(qū)工藝用電負(fù)荷密度,約(400+250×2+40)/4=235 W/m2。

而廠房實(shí)際生產(chǎn)區(qū)利用面積占建筑面積比例系數(shù)一般取0.60～0.75,估算整個廠房生產(chǎn)工藝用電負(fù)荷密度為140～176 W/m2。

其他公用設(shè)備用電負(fù)荷,按工藝用電量的50%估算,估算整個廠房的用電負(fù)荷密度為210～265 W/m2。

4 供配電設(shè)計(jì)實(shí)例分析

4.1 10 kV供配電系統(tǒng)接線方案

因智能終端生產(chǎn)廠房用電負(fù)荷高,往往需要引入多路10 kV市政電源。而對于大體量的智能終端產(chǎn)業(yè)園區(qū),更是需要設(shè)置專用的35 kV及以上的高壓變電站。因?yàn)楦?0 kV高壓電纜均為專線,單回10 kV高壓電纜供電容量往往可以突破10 MVA,這樣可以減少由市政電網(wǎng)引入的10 kV高壓電纜數(shù)量。

項(xiàng)目1中,園區(qū)共分4期,總變壓器安裝容量估算達(dá)150 MVA,故在園區(qū)設(shè)置了1個專用110 kV園區(qū)變電站。各區(qū)的10 kV中心配電房均由園區(qū)專變引入10 kV高壓電源。

項(xiàng)目2中,園區(qū)總建筑面積約579 000 m2,總變壓器安裝容量估算達(dá)126 MVA,故在園區(qū)北側(cè)規(guī)劃了一個專用110 kV園區(qū)變電站。各生產(chǎn)區(qū)、生活區(qū)的10 kV中心配電房均由園區(qū)專變引入10 kV高壓電源。園區(qū)含1個生活區(qū)、3個生產(chǎn)區(qū),共引入7組共14回高壓電纜。

4.2 變配電房設(shè)置

由于生產(chǎn)廠房及配套動力站負(fù)荷容量大,10/0.4 kV變配電房均深入負(fù)荷中心,設(shè)置在廠房樓棟內(nèi)就近供電。

對于定制廠房,可以按入駐企業(yè)的要求,所有配電房一次投入安裝到位。

對于非定制廠房,由于生產(chǎn)工藝不明確,廠房均按終期最大負(fù)荷量預(yù)留配電房,考慮機(jī)房擴(kuò)容面積及結(jié)構(gòu)荷載。配電房投入按近遠(yuǎn)期結(jié)合的方式,首期僅投入1F的配電房,隨著后期企業(yè)的入駐及工藝的明確,陸續(xù)投入2F及以上的配電房,預(yù)留好高低壓電纜橋架通道及路由,并對變壓器容量按后期實(shí)際需求進(jìn)行調(diào)整,確保了供配電系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性和靈活性。

非定制廠房配電房分期投入運(yùn)行示意圖如圖1所示。

圖1 非定制廠房配電房分期投入運(yùn)行示意圖

4.3 變配電房進(jìn)出線方式

5G廠房設(shè)計(jì)樓層都較高,一般按1F為6.5～7.0 m,2F以上為5.0～5.5 m,另外廠房多采用大容量低壓電纜或母線槽供電,出線回路數(shù)量不多,故配電房進(jìn)出線常采用上進(jìn)上出方式。這樣可以充分利用配電房的凈高,既節(jié)約成本,后期的維護(hù)檢修也很方便。

4.4 豎向供電干線系統(tǒng)

智能終端廠房的主要生產(chǎn)工藝設(shè)備,采用專用變壓器或?qū)Ｓ玫蛪吼侂娋€路供電,對于有特殊要求的生產(chǎn)工藝設(shè)備設(shè)置UPS供電。凈化空調(diào)系統(tǒng)用電負(fù)荷、照明負(fù)荷均由變電所專線供電。在電源進(jìn)線處設(shè)置切斷裝置,并設(shè)置在潔凈區(qū)外便于管理的地點(diǎn)。

廠房單層面積較大,電氣負(fù)荷容量也大,且考慮到每層(一般為一個業(yè)主)單獨(dú)運(yùn)行管理的要求,故豎向供電干線系統(tǒng)均按放射供電方式,采用大規(guī)格的低壓電力電纜或大電流密集母線槽供電。

在廠房每層設(shè)置配電總箱,總箱帶電費(fèi)計(jì)量,在樓層各分區(qū)設(shè)置配電分箱,并由配電總箱放射供電。

廠房公區(qū)一般由建設(shè)方來投資建設(shè)。其配電系統(tǒng)需與廠房生產(chǎn)區(qū)分開設(shè)計(jì)。

5 電氣設(shè)計(jì)中幾點(diǎn)注意事項(xiàng)

5.1 動力站配電

配套動力站為廠房區(qū)的動力中心,一般設(shè)置了廠房的公共生活生產(chǎn)和消防設(shè)施,包括高低壓配電房、柴油發(fā)電機(jī)房、鍋爐房、制冷機(jī)房、空壓站、氮?dú)庵苽湔?、生活水泵房、生產(chǎn)水泵房、消防水泵房、廢水站、純水機(jī)房等。設(shè)計(jì)中一般在動力站的1F、2F功能房間做預(yù)留空間設(shè)計(jì),3F、4F設(shè)計(jì)為拓展設(shè)備用房。隨著企業(yè)入住,可根據(jù)需求進(jìn)行彈性拓展使用。

動力站的配電主要依據(jù)暖通、給排水和工藝專業(yè)的設(shè)備容量提資,計(jì)算電負(fù)荷總?cè)萘?變壓器一般采用大容量的變壓器,并充分預(yù)留配電房拓展空間。

動力站一般含大功率的空壓機(jī)組和冷凍機(jī)組,設(shè)備多采用10 kV高壓機(jī)組,故高壓配電部分需要充分預(yù)留高壓饋線柜安裝空間,滿足后期設(shè)備使用需求。

5.2 裝卸平臺配電

因裝卸平臺前期需進(jìn)行土建施工,故電氣專業(yè)需預(yù)埋電纜管線至升降平臺,并在附近預(yù)留裝卸平臺電機(jī)控制箱。這塊的預(yù)留是設(shè)計(jì)中容易忽略的內(nèi)容。裝卸平臺供電及管線預(yù)埋示意圖如圖2所示。

圖2 裝卸平臺供電及管線預(yù)埋示意圖

5.3 室外管道敷設(shè)

智能終端產(chǎn)業(yè)園區(qū)體量大、功能復(fù)雜、室外管線眾多,含高壓電纜、低壓電纜、室外亮化線纜、消防報(bào)警線路、弱電安防電纜、燃?xì)夤艿?、給水、污水、雨水、空調(diào)水管等。

室外管道敷設(shè)方式分埋地敷設(shè)和架空綜合管廊敷設(shè)。為盡量減輕埋地敷設(shè)帶來的場地緊張情況,有條件的管線盡量采用架空綜合管廊敷設(shè)。

5.4 架空綜合管廊

架空綜合管廊是利用室外連廊下部空間設(shè)計(jì)的架空管廊。一般敷設(shè)高低壓電纜橋架、弱電橋架、氮?dú)夤艿?、壓縮空氣管道、熱水供/回水管、中溫供/回水管、低溫供/回水管、冷卻水管、冷凍水管等。

根據(jù)檢修維護(hù)需要和未來發(fā)展需要,在設(shè)計(jì)中充分預(yù)留管線安裝空間,這樣方便日常維護(hù)和拓展建設(shè),也避免直埋式管線綜合需要大量開挖的情況。在綜合成本上進(jìn)行衡量,將更加經(jīng)濟(jì)。

管廊管線布置示意圖如圖3所示。

圖3 管廊管線布置示意圖

6 結(jié) 語

智能終端廠房生產(chǎn)用電一般按二級負(fù)荷供電,若業(yè)主有特殊要求的生產(chǎn)工藝用電可以按一級負(fù)荷供電。定制廠房工藝負(fù)荷容量全部按企業(yè)提資確定,非定制廠房可以依據(jù)意向企業(yè)工藝進(jìn)行估算,在沒有具體資料的情況下,建議按全廠面積的210～270 W/m2估算。大體量的智能終端產(chǎn)業(yè)園區(qū),可以設(shè)置專用的35 kV及以上的高壓變電站,并采用10 kV高壓電纜專線供電。配電房設(shè)置可以近遠(yuǎn)期結(jié)合,充分預(yù)留,保證其使用的靈活性和經(jīng)濟(jì)性。配電房的進(jìn)出線建議采用上進(jìn)上出方式。動力站作為園區(qū)的動力中心,前期多為功能房間預(yù)留,并根據(jù)需求進(jìn)行彈性拓展使用。智能終端廠房多采用架空綜合管廊方式,方便日常維護(hù)和拓展建設(shè)。