簡述BIM技術在半導體二次配項目施工管理中的應用

【關鍵詞】半導體；二次配；BIM建模；施工管理；

引言

在目前國內二次配項目在施工過程中，普遍采用依靠總包管理在現場協調的傳統模式，受限于現場會堪、人員素質等因素，往往會產生大量的干涉問題，浪費人力與材料的同時，裝機效率也很難保證。為加強二次配項目的施工效率，引入BIM技術，根據廠房構造、機臺需求、空間管理等相關信息提前規劃管線走向并經現勘后，調整BIM模型導出軸測圖，在會堪時指導各系統進行前期的管路預配以及后期Hook up階段的盤后接機工作[1]。質量人員根據終版軸測圖來提前了解機臺系統管線信息，提高自檢、預檢及交機效率；同時還可準確導出各系統工程量，提高核圖請款效率。

一、半導體芯片廠房構造

芯片廠房是指處于半導體產業中游的制造鏈條上，用于前道工藝（晶圓制造）和后道工藝（封裝測試）環節，在空間利用以及內部環境會有較高潔凈要求的大型生產車間，按潔凈等級分為潔凈空間與非潔凈空間[2]。

以國內某12寸晶圓廠房為例，Fab廠房共分為四層，工藝設備主機臺及少量附屬設備設置在3F潔凈室主生產區，其余大部分附屬設備設置在1F及2F內，主系統Submain及take off點集中設置此空間內，還有少量系統點位布置在3F潔凈室吊頂上方，如Exhaust系統。

二、工藝機臺系統需求與空間布置

不同區域機臺會涉及不同的系統需求，如電氣（Power）、氣體（Gas）、排氣（Exhaust）、真空（Pumping Line）、工藝冷卻水（PCW）、洗滌水（LSW）、超純水（UPW）、廢水（Drain）、化學品（Chemical）、加熱保溫（Heating Tape）、加熱夾克（Heating Jack）、氣體偵測（Gas Detector）、漏液偵測（Leak sensor）、設備基座（Foundation）、設備搬入（Move in）、支架（Support）等系統。

以WET某濕刻機臺為例，主機臺安裝在3F高架地板上方， Scrubber、Pump、Chiller、Power Box等附屬設備，以及主系統預留的電氣ILine盤、GasVMB柜、ChemicalVMB柜、主系統各專業Submain的take off點設置在1F/2F內，如圖1所示。

三、BIM指導施工管控流程

二次配的管控節點涵蓋了從前期的需求確認、資料收集、圖紙繪制，到現場會堪、圖紙升版、系統預配，再到設備搬入后的裝機進度管控，以及機臺完工后的竣工ISO圖紙繪制、審核與請款結算與系統Turn on等工作[3]。按照BIM建模指導工藝機臺二次配施工的Workflow流程圖如圖2所示。

（一）預配階段

BIM人員在機臺預會堪之前，根據業主提供的設計資料和工作書1.0 來完成機臺所需各系統管線的三維模型繪制、經調整后導出管線軸測ISO圖。在預會堪時，由總包區域管理組織BIM人員、設計人員、系統包商、二次配廠務及設備廠商在現場根據軸測圖和工作書，確認派點與共架的位置、規格，華夫孔上洞點以及3W層的盤面位置與工作書及BIM模型來進行核對，由各系統包商根據現場情況并結合BIM軸測圖繪制管路預配草圖（盤前部分），經現場各方確認無誤后形成會堪結論，由設計包商出工作書2.0，由BIM人員來出BIM模型2.0，導出軸測ISO圖（盤前部分）來指導現場施工。各系統在進行施工時及時與BIM人員進行信息反饋，確保完工后的盤前管路與BIM模型走向保持一致。空間規劃優先級為：鐳射＞真空＞電力＞排氣＞水＞氣化。

（二）正會階段

在正會時，由設備廠商根據3F高架上面的系統Mark點位與機臺實際POU點位進行復核確認，BIM人員與系統包商根據現場Mark點位來確定3W層內各系統管路空間走向，并完善前期繪制的BIM模型（盤后部分）與施工草圖，明確各系統施工優先順序，并以此來指導現場盤后接機施工，避免后續因空間問題導致干涉拆改，確保各系統按時按質完成質量控制（Quality Loutrol，QC）交機目標。

四、案例操作與總結

（一）機臺概況

以DF區某擴散單片工藝機臺為例，涉及Power、Gas、Exhaust、Pumping Line、PCW、LSW、Drain、Heating Jacket等系統。主機臺設備安裝在3F高架地板上面，為1臺主機和4個腔室，其余附屬設備均安裝在1F及2F，如Pump、Scrubber、Refill、Power Module等。

（二）實施過程

1.建模人員協調總包管理，設計人員以及各系統包商會堪人員依據繪制的BIM1.0模型導出各專業ISO圖進入現場進行現堪，根據預設的共架位置，華夫孔上洞點及盤面位置，以及同型機的派點參考，確認現場是否具備可實施性。

2.根據現勘結果，進行BIM1.0模型調整（盤前部分）。

3.建模人員將繪制好的BIM1.0軸測圖（盤前部分），由總包區域管理負責協調廠務、設備、BIM及設計人員，以及各系統包商會堪人員和管工進行機臺預會堪。預會堪失敗，問題如下：

（1）2F附屬設備Pump向南移位30 cm，圖紙需更新；

（2）電氣派點位置現場有支架干涉，需改派點；

（3）Gas系統1F的GN2派點編號與現場貼點不符；

（4）Exhaust系統3F的接點由法蘭硬接改為波紋管軟接。

4.設計依據現場會堪結果進行圖紙更新，并與BIM人員協商重新調整模型。

5.總包區域組織二次預會堪，會堪無誤，設計工作書1.0與BIM1.0模型經調整同步完成2.0升版。

6.系統包商根據BIM人員提供的BIM 2.0軸測圖進行機臺管線預配（盤前部分），并及時實際施工情況給BIM進行模型調整。

7.機臺正會，BIM人員按照規劃的盤后軸測圖，在現場與設備廠商、系統包商核對現場設備POU點位與地板Mark點位均一致，經各方確認正會成功，并確認盤后管路空間走向及優先順序，各系統包商施工時將調整信息反饋BIM人員進行調整模型。

8.設計根據終版BIM模型繪制工作書3.0，根據導出的軸測圖作為現場預檢和核量的根據，并經BIM模型導出工程量與各專業手繪的ISO圖紙進行比對，確認二者的差異。

（三）會堪問題解決方案

1.附屬設備Pump移位，前期無法識別出來，在預會堪時由設備提出，按需求進行調整，對建模及預配影響不大。

2.電氣插接箱派點位置現場有支架干涉，需改派點，BIM現勘時未發現有支架干涉，為后續主系統施工未考慮二次配空間；通過提前告知后續可能預留擴充及施工空間，反饋BIM人員套主系統圖紙確認無誤后再申請派點。

3.Exhaust系統在3F主機臺上方POU點位由硬接改為軟接，為前期設備UPE部門提HDC需求與機臺POU接口不符，設計人員可根據同類型問題在出圖前經廠務向設備部門進行復核，不影響建模與現場施作。

（四）結論反饋

1.用BIM模型指導機臺二次配施工，通過前期的管路規劃，有效降低了預配階段與正會階段各系統干涉的問題，降低了返工率，較節點工期實現HU1階段提前4天交機，HU2階段提前6天交機。

2.用BIM模型導出軸測圖，結合PID圖紙，清晰直觀，提高了現場質量預檢效率。

3.用BIM模型導出的軸測圖進行現場核量，相較于原有系統包商手繪ISO圖紙大大提高了準確率，加快核圖請款的效率。

五、重難點分析

（1）BIM人員需要對照全廠Layout底圖，主系統管道take off點位分布圖及模型與現場進行逐個確認，包括分布間隔、點位尺寸、連接方式及規格等信息，這是BIM建模指導二次配施工精準度的基礎。

（2）設備及工藝部門提供設計資料的不及時，以及需求信息的不確定性會對建模效率產生影響，無法準確掌控。

（3）各區域機臺按工藝流程劃分為同型機和新型機，其中，同型機因設備廠商不同、主機臺/附屬機臺的相對空間擺放位置不同、2/3F盤面位置不同、系統派點的不確定性會導致系統管路路由會有一定程度的差異。

（4）主機臺和附屬機臺存在無法在正會之前全部到齊的情況，如Chamber、Pump等設備遲遲無法到齊，影響機臺交機及模型的最終確認。

（5）在單機臺建模時，原則上要求各系統管路不超過該機臺水平投影面積，但由于take off派點的不確定性，以及Chemical/SG系統VMB柜位置的不確定性等因素，會出現個別系統會超出機臺水平投影面積，從而增加干涉其他機臺BIM管線空間布置的風險。

結語

通過由建設單位牽頭，從前期規劃、廠房建造、二次配施工等階段，引入BIM技術來指導二次配項目裝機施工，強化裝機順序管控力度，按同區域同型機進行分批次會堪與出圖順序。二次配廠商根據機臺工藝流程分別建立和完善模型數據庫，匹配更多的同型機和新型機的系統參數需求等信息，在機臺裝機時能實現快速匹配，對于提高晶圓廠投產率、芯片產品良率具有積極意義。對于二次配施工廠商而言，利用BIM指導二次配施工，在前期規劃、現場預配、正會接機、質量驗收、核圖請款等各階段充分發揮BIM優勢，來提高二次配項目的管控效率，培養起一支涵蓋設計、BIM、采購、施工、驗收、調試于一體的EPC全過程、專業化的二次配團隊。

參考文獻：

[1] 趙越盛，葛優. BIM技術在某半導體廠房二次配設計中的應用[J].潔凈與空調技術，2023（01）：2126.

[2] 曹蘊清.信息化技術在半導體物理教學中的應用[J].中國新通信，2021，23（18）：218219.

[3] 高軒宇，楊鵬，簡廷新，等.第三代半導體廠房高效建造綜合施工技術研究[J].建筑機械化，2024，45（10）：7780.