JP6748686B2 - モジュール、モジュール化施設、およびモジュール化施設の建設方法 - Google Patents

Description

本発明は、たとえば、事前に機器や設備を設置したモジュール、複数の該モジュールを建屋内に搬入したモジュール化施設、および該モジュール化施設の建設方法に関する。

近年、半導体製造工場、食品製造工場、医薬品製造工場、および病院の手術室などにクリーンルームが採用されている。クリーンルームは、高度に清浄度を保持し、かつ温度、湿度が一定に維持された部屋であり、外部からの埃や微粒子、細菌などが侵入しないように構成されている。

従来、このようなクリーンルームを備えたクリーンルーム施設としては、区画ユニットによってクリーンルームを区画した施設が知られている（例えば、特許文献１参照）。このクリーンルーム施設によれば、レイアウトの設計自由度が高く大空間を区画するクリーンルームを提供することができる。
しかしながら、上述のクリーンルーム施設においては、建屋内において区画ユニットを組み立てる作業を必要とするため、クリーンルーム施設を新築する場合には工期が長くなるという問題があった。
かかる問題を解決するためには、予め工場で製造したモジュールを建設中の建屋に配置することが考えられる。このような技術としては、クリーンルームとメンテナンスルームを含むモジュール式ユニットが知られている（例えば、特許文献２参照）。このモジュール式ユニットを用いれば、現場での作業を削減することができるため、工期短縮が可能である。

特開２０１１−２５７０１９号公報 特表２０１７−５３２４７０号公報

ところで、日本国内においては、上述のモジュール式ユニットを現場に搬送する際に、道路交通法等の法令上の制限が生じる。具体的には、日本国内で製造したモジュール式ユニットを建設現場まで陸上輸送するには、寸法規制を満たさなければならない。制限値を超えた場合には、管轄官庁への申請が必要となる上、申請が許可される制限外の寸法範囲にも限界がある。
本発明の目的は、搬送が容易なモジュール、該モジュールを用いて短工期で施工可能なモジュール化施設、および該モジュール化施設の建設方法を提供することである。

本発明のモジュールは、
ラーメン構造の構造体を有する複層式のモジュールであって、
下層に主チャンバーとなる空間が形成された主チャンバーモジュール、最上層に前記主チャンバーへの給気を行う給気チャンバーとなる空間が形成された給気チャンバーモジュールを備え、
該モジュールの長辺方向の長さが５ｍ以上１２ｍ以下、短辺方向の長さが２ｍ以上２．５ｍ以下であり、
前記主チャンバーモジュールの高さが２ｍ以上３ｍ以下、前記給気チャンバーモジュールの高さが０．８ｍ以上１．５ｍ以下であり、
前記主チャンバーモジュールは、
床面と、
該主チャンバーモジュールの前記床面側において前記床面から離間して前記床面の上方に配置され、前記主チャンバー内の空気を吸気する室内吸込口と
を備え、
前記給気チャンバーモジュールは、
前記主チャンバーに外気を供給するための外気取入フィルターユニットと、
前記主チャンバーに供給する前記外気を清浄するファンフィルターユニットと、
前記主チャンバーの温度および湿度の少なくとも一方を調節するエアコンと
を備えることを特徴とするモジュール。
このようなサイズのモジュールであれば、事前に特殊車両通行許可を申請する必要がないため、輸送の手間を低減することができ、容易に道路を搬送することができる。
また、このような設備を備えることにより、建屋内に的確にクリーンルームを構成することができる。

また、本発明のモジュールは、
１層または２層の前記主チャンバーモジュールと、１層の前記給気チャンバーモジュールとから成ることを特徴とする。
このように、モジュールが主チャンバーモジュールと給気チャンバーモジュールとから成ることにより、クリーンルームに最適なモジュールが実現できる。

また、本発明のモジュール化施設は、
本発明のモジュールを配置したモジュール化施設であって、
予め機器が据え付けられた前記モジュールを用いて建屋内エリアのレイアウトが形成され、
前記機器は、隣接する前記モジュール間を跨がないことを特徴とする。
このように、隣接するモジュール間を跨がないようにして機器をモジュールに据え付けることにより、各モジュールを一個単位で扱うことができ、建屋内におけるレイアウトがしやすくなる。

また、本発明のモジュール化施設は、
既存建屋内に前記モジュールを配置したことを特徴とする。
このように、本発明に係るモジュールは、必ずしも新築の建屋に限らず、既存建屋内に配置することも可能である。

また、本発明のモジュール化施設は、
前記既存建屋内の柱間の間隔に合わせたサイズの前記モジュールを配置したことを特徴とする。
たとえば、既存の建屋がラーメン構造を最小下ＲＣ造やＳＲＣ造などである場合、柱間のスパンが小さくなるため、柱間に特注サイズのモジュールを配置することにより、無駄なスペースをなくすことができる。

また、本発明のモジュール化施設は、
前記モジュールは、該モジュール化施設に設けられるクリーンルームを形成することを特徴とする。
本発明のモジュールはレイアウトの設計自由度が高いため、クリーンルームを形成するのに好適である。

また、本発明のモジュール化施設は、
前記建屋内または前記既存建屋内において、バイオ原薬の培養エリア、バイオ原薬の精製エリア、製剤エリアをそれぞれ異なる層に配置したことを特徴とする。
このように、バイオ原薬の培養エリアとバイオ原薬の精製エリアを異なる階に配置することにより、製剤エリアの面積とのバランスを良好にすることができる。

また、本発明のモジュール化施設は、
前記建屋内の各層には、前記モジュールを増設するための増設エリアが形成されていることを特徴とする。
これにより、開発の進捗などによりプロセスの変更があった場合に、効率よくモジュールを増設することができる。

また、本発明のモジュール化施設の建設方法は、
本発明のモジュールを建屋内に配置するモジュール化施設の建設方法であって、
前記モジュールの構造体を工場で組み立てて機器を据え付ける製造工程、
前記建屋に前記製造工程にて製造された前記機器が据え付けられた前記モジュールを搬送する搬送工程、
前記建屋内に所定のレイアウトで前記モジュールを搬入する搬入工程、を含むことを特徴とするモジュール化施設の建設方法。
このような工程で本発明に係るモジュールを建屋内に配置することにより、短工期でモジュール化施設を建設することができる。
また、本発明のモジュール化施設の建設方法は、
本発明のモジュールを建屋内に配置するモジュール化施設の建設方法であって、
機器が据え付けられ、既存の他の施設に配置されていた前記モジュールを前記建屋に搬送する搬送工程、
前記建屋内に所定のレイアウトで前記モジュールを搬入する搬入工程、を含むことを特徴とする。
本発明のモジュールは汎用性が高いため、このように、再利用することも可能である。

また、本発明のモジュール化施設の建設方法は、
前記機器は、前記レイアウトを行う際に隣接する前記モジュール間を跨がないように、各前記主チャンバーモジュール内に据え付けられることを特徴とする。
このように、隣接するモジュール間を跨がないようにして機器をモジュールに据え付けることにより、各モジュールを一個単位で扱うことができ、建屋内におけるレイアウトがしやすくなる。

また、本発明のモジュール化施設の建設方法は、
前記モジュールは、前記搬送工程において、前記建屋の建設現場に搬送されることを特徴とする。
すなわち、建屋を新築する場合には、モジュールは工場から建設現場に搬送される。

また、本発明のモジュール化施設の建設方法は、
前記搬入工程において、既存建屋内に前記モジュールを搬入することを特徴とする。
このように、本発明に係るモジュールは、必ずしも新築の建屋に限らず、既存建屋内に配置することも可能である。

本発明によれば、搬送が容易なモジュールを用いて短工期で施工可能なモジュール化施設およびモジュール化施設の建設方法を提供することができる。

実施の形態に係るモジュールを示す斜視分解図、斜視図である。 実施の形態に係るモジュール化施設の建屋のレイアウトを示す模式図である。 実施の形態に係るモジュール化施設の建屋内におけるモジュールの組合せパターンを示すレイアウト図である。 実施の形態に係るモジュールにおいて、ブレースを仮設した場合を示す斜視図である。 実施の形態に係るモジュールにおいて、主チャンバーモジュールが複数層である場合を示す斜視図である。 実施の形態に係るモジュール化施設の建屋内にモジュールを搬入する手順を示す図である。 実施の形態に係るモジュール化施設における空調設備を示す図である。 実施の形態に係るモジュール化施設の建屋内に配置された空調設備の概念図である。 既存のモジュール化施設の建屋における柱間のスパンを示す図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態に係るモジュールについて説明する。図１（ａ）は、実施の形態に係るモジュールを示す斜視分解図であり、図１（ｂ）は、実施の形態に係るモジュールを示す斜視図である。図１（ａ）、（ｂ）に示すように、モジュール２は、直方体状のラーメン構造の構造体によって構成され、２層の階層を有している。また、モジュール２は、下層に主チャンバー４が形成された主チャンバーモジュール６、上層に主チャンバー４への給気を行う給気チャンバー８が形成された給気チャンバーモジュール１０を備えている。このモジュール２は、クリーンルームに適用され、バイオ医薬品等が製造される工程で使用される工程室、その他の作業を行う作業室、更衣室などの部屋を構成するために用いられる。

モジュール２の構造体を構成するフレームは、それぞれＨ型鋼、溝型鋼、または山型鋼などの鉄骨で形成されている。このように、構造体を普遍的な鋼材を使用したラーメン構造とすることにより、間仕切りの設置や機器の据え付け作業が容易となる。また、主チャンバーモジュール６と給気チャンバーモジュール１０の床は、鉄板敷きであり、塗床仕上げや塩ビシートなどが仕上げとして施されている。これにより、コンクリート構造の床に比べて自重を軽量化することができ、モジュール２の搬送が容易になる。

また、モジュール２の長辺方向の長さＸは、５ｍ以上１２ｍ以下であり、短辺方向の長さＹは、２ｍ以上２．５ｍ以下である。また、主チャンバーモジュール６の高さＨ１は、２ｍ以上３ｍ以下であり、給気チャンバーモジュール１０の高さＨ２は、０．８ｍ以上１．５ｍ以下である。なお、長さＸ、Ｙのいずれも外法寸法である。

ここで、トラックの荷台にモジュール２を積載して道路上を陸上輸送する場合、道路交通法等の法令により、通行時の最大サイズが規定されている。事前に特殊車両通行許可（特車）などの申請を行うことにより、最大サイズを超えて通行が可能となるが、この場合、輸送経路の事前調査が必要なことや大量のモジュールを連続して輸送すること、輸送時には誘導車の配置が必要なことなど、輸送の手間とコストが大きく膨む。

この点、モジュール２のサイズを上述のサイズに制限することにより、事前に管轄官庁への申請をする必要がなくなるため、輸送の手間とコストを削減することができる。また、将来的にモジュール２を国内別サイトへ移設したり、再利用することも容易になる。

次に、実施の形態に係るモジュール化施設について、モジュール化施設がバイオ医薬品製造施設である場合を例に説明する。図２は、実施の形態に係るモジュール化施設の建屋２０のレイアウトを示す模式図である。図２に示すように、建屋２０は３階建てであり、３階にバイオ原薬の培養エリア２２が配置され、２階にバイオ原薬の精製エリア２４が配置され、１階に製剤エリア２６が配置されている。原料や資材は別棟の倉庫に保管されている。

バイオ医薬品の培養工程から精製工程まではプロセスが連続するため、このように、バイオ原薬の培養エリア２２、バイオ原薬の精製エリア２４、製剤エリア２６を重ねて配置することにより、効率よくバイオ医薬品を製造することができる。なお、バイオ原薬の培養エリア２２とバイオ原薬の精製エリア２４を同じ階に配置した場合、フロア面積が大きくなり、製剤エリア２６の面積とのバランスが悪くなるが、上述のように、バイオ原薬の培養エリア２２とバイオ原薬の精製エリア２４を異なる階に配置することにより、製剤エリア２６の面積とのバランスを良好にすることができる。

また、各階には、機械室エリア２７、倉庫エリア２８、モジュール増設エリア２９が配置されている。さらに、１階には、モジュールメンテナンスエリア３０、検査エリア３１が配置されている。このうち、モジュール増設エリア２９以外のエリアには、モジュール２は搬入されない。このように、モジュール化の適用を、バイオ原薬の培養エリア２２、バイオ原薬の精製エリア２４、製剤エリア２６、およびモジュール増設エリア２９などの工程室に絞ることにより、モジュール２の数が多くなりすぎることによる工期やコストの増大を防止することができる。

ここで、モジュール増設エリア２９は、将来的なモジュール２の増設に備え、短期間で搬入できるように搬入口側に設けられている。これにより、開発の進捗などによりプロセスの変更があった場合に、効率よくモジュール２を増設することができる。また、建屋２０の各階天井高は、モジュール２の搬入や移設がしやすいように、４．５ｍ以上７ｍ以下の高さに設定されている。

なお、モジュール２の構成部材は、建屋２０の主要構造部を成す鋼製部材に該当せず、モジュール２は建屋２０の内装材の一部として設計される。これにより、モジュール２の設計自由度と汎用性を向上させることができる。

次に、モジュール化施設の建設方法について、モジュール２および建屋２０が共に新規に製造、建設される場合を例に説明する。まず、建屋２０の施工の準備がなされ、または着手されると、図示しない工場においてモジュール２の製造が行われる（製造工程）。この製造工程においては、まず、フレームや床材を組み合わせて主チャンバーモジュール６と給気チャンバー８の構造体が形成され、次に、設計計画に基づいて、各主チャンバーモジュール６の主チャンバー４内に機器が据え付けられる。そして、主チャンバーモジュール６上に給気チャンバー８が組み合わせられる。

ここで、図３は、建屋２０内におけるモジュール２の組合せパターンを示すレイアウト図である。図３（ａ）は大型機用工程室、図３（ｂ）は中型機用工程室、図３（ｃ）はその他の小型機用工程室のレイアウトを示している。このように、モジュール２の組合せパターンを限られたパターンに集約することにより、建設コストの増加や施工ミスのリスクを低減することができる。

工場では、将来このようなパターンのレイアウトを構成できるように、主チャンバーモジュール６内に機器が据え付けられる。なお、各モジュール２は、単位ごとに搬送されるため、機器は、モジュール２間を跨がないように、モジュール２ごとに設置される。また、主チャンバーモジュール６と給気チャンバー８は、ボルト止めにて緊結される。

ここで、主チャンバーモジュール６については、運搬時やクレーンによる吊上時に所定の剛性を保持できるよう、図４に示すように、側方開口部２１にブレース３２を仮設してもよい。また、図５に示すように、主チャンバーモジュール６が複数層になるモジュール２´については、工場では１層の主チャンバーモジュール６と給気チャンバー８のみから成るモジュール２を作成しておき（図１（ｂ）参照）、建屋２０内でさらに主チャンバーモジュール６を追加する組み立てを行う。

工場で機器が据え付けられたモジュール２が完成すると、機器が据え付けられたモジュール２は、１個ずつトラックの荷台に載置されて建屋２０の建設現場に搬送される（搬送工程）。ここで、モジュール２のサイズは制限されているため、すべてのモジュール２は管轄官庁に事前に申請する必要なく搬送することが可能である。

トラックが建屋２０に到着すると、建屋２０内にモジュール２が搬入される（搬入工程）。具体的には、トラックの荷台に載置されたモジュール２は、クレーンで吊り上げられて建屋２０内の各階に移載される。次に、図６（ａ）に示すように、モジュール２は、ローラー３３に載置されて横引きされ、図６（ｂ）に示すように、各階の目的位置に設置される。ここで、図６（ｃ）に示すように、仮設のブレース３２がある場合には取り外され、隣接するモジュール２がある場合には、ボルト接合にて水平に連結される。

予め機器が据え付けられたモジュール２を用いて建屋２０内のレイアウトが形成されると、図７に示すように、モジュール２に沿って空調設備が建屋２０内に配置され、建屋２０内にクリーンルームが形成される。ここで、図８は、建屋２０内に配置された空調設備の概念図である。図８に示すように、空調設備には、外気系統３４、排気系統３５、および循環系統３６が含まれる。

外気系統３４は、実線で示され、外気処理空調機３７、給気ダクト３８、外気取入フィルターユニット４０、およびファンフィルターユニット４２を備えている。外気処理空調機３７から吸気され、ろ過及び一次温調処理された外気は、給気ダクト３８を介して給気チャンバー８内に配置された外気取入フィルターユニット４０に送られる。外気取入フィルターユニット４０から給気チャンバー８内に給気された外気は、ファンフィルターユニット４２でさらに清浄化された後に主チャンバー４に給気される。

排気系統３５は、破線で示され、室内吸込口４６、排気ダクト４８、排気ファン５０を備えている。ここで、室内吸込口４６は、主チャンバー４の床面側に位置するように配置されている。主チャンバー４内の空気は、室内吸込口４６によって吸い込まれると、排気ダクト４８を介して排気ファン５０により屋外に排気される。このように、ファンフィルターユニット４２で清浄化された空気を主チャンバー４内に給気し、さらに主チャンバー４内の空気を排気することにより、適切に主チャンバー４内の空調を行うことができる。また、室内吸込口４６を主チャンバー４の床面側に配置することにより、主チャンバー天井面のファンフィルターユニットから室内吸込口への気流を構成することができ、主チャンバー４内における微小粒子の浮遊を抑制することができる。

循環系統３６は、一点鎖線で示され、室内吸込口５２、循環ダクト５４、エアコン５６を備えている。ここで、床面側に位置する室内吸込口５２から吸気された主チャンバー４内の空気は、循環ダクト５４を介してエアコン５６に送られる。エアコン５６にて温度または湿度の少なくとも一方を調節された空気は再度主チャンバー４内に給気される。これにより、主チャンバー４内の温度や湿度が常時適切に維持される。

なお、室内吸込口４６、５２は、主チャンバーモジュール６に備えられ、外気取入フィルターユニット４０、ファンフィルターユニット４２、エアコン５６は、給気チャンバーモジュール１０に備えられている。

この実施の形態に係るモジュールによれば、事前に特殊車両通行許可を申請する必要のないサイズにモジュール２の長辺方向および短辺方向の長さを規定することにより、輸送の手間を低減することができ、容易に道路を搬送することができる。また、このようなモジュール２を用いることにより、短工期でモジュール化施設を建設することが可能になる。

なお、上述の実施の形態においては、モジュール２および建屋２０が共に新規に製造、建築される場合を例に説明しているが、モジュール２および建屋２０の少なくとも一方が既存のものであってもよい。たとえば、新規に製造したモジュール２を既存の建屋２０に搬入してもよい。ここで、既存の建屋２０がＲＣ造やＳＲＣ造などである場合、図９に示すように、柱６２間のスパンが小さくなることが考えられる。このような場合には、標準サイズのモジュール２の他に柱６２間サイズに合わせた特注サイズのモジュール２を別途に工場で製造しておいてもよい。特注サイズのモジュール２を柱６２間に配置することにより、無駄な空間ができないようにすることができる。

また、既存のモジュール２を新規に建築される建屋２０に搬入してもよい。この場合、既存のモジュール２は、既存の他の施設に配置されていたものを再利用し、建屋２０の施工の進捗状況に応じて適宜建屋２０内に搬入されることになる。なお、既存のモジュール２もまた、他の施設に配置される前には、工場で製造され、機器が据え付けられたことは勿論である。

また、既存のモジュール２を既存の建屋２０に搬入してもよい。この場合においても、既存のモジュール２は、既存の他の施設に配置されていたものを再利用することになる。

また、上述の実施の形態において、モジュール化施設がバイオ医薬品製造施設である場合を例に説明しているが、モジュール化施設の用途はこれに限定されない。たとえば、半導体製造工場、食品製造工場、および病院の手術室などにクリーンルームが必要とされる施設に適用されてもよい。

また、上述の実施の形態において、モジュール化施設の建屋２０は必ずしも３階建てに限定される必要はない。たとえば、１階をピロティー階とし、２階に製剤エリア２６を配置してもよい。この場合、３階にバイオ原薬の精製エリア２４が配置され、４階にバイオ原薬の培養エリア２２が配置される。

２ モジュール
４ 主チャンバー
６ 主チャンバーモジュール
８ 給気チャンバー
１０ 給気チャンバーモジュール
２０ 建屋
２１ 側方開口部
２２ 培養エリア
２４ 精製エリア
２６ 製剤エリア
２７ 機械室エリア
２８ 倉庫エリア
２９ モジュール増設エリア
３０ モジュールメンテナンスエリア
３１ 検査エリア
３２ ブレース
３３ ローラー
３４ 外気系統
３５ 排気系統
３６ 循環系統
３７ 外気処理空調機
３８ 給気ダクト
４０ 外気取入フィルターユニット
４２ ファンフィルターユニット
４６ 室内吸込口
４８ 排気ダクト
５０ 排気ファン
５２ 室内吸込口
５４ 循環ダクト
５６ エアコン
６２ 柱

Claims (13)

1. ラーメン構造の構造体を有する複層式のモジュールであって、
   下層に主チャンバーとなる空間が形成された主チャンバーモジュール、最上層に前記主チャンバーへの給気を行う給気チャンバーとなる空間が形成された給気チャンバーモジュールを備え、
   該モジュールの長辺方向の長さが５ｍ以上１２ｍ以下、短辺方向の長さが２ｍ以上２．５ｍ以下であり、
   前記主チャンバーモジュールの高さが２ｍ以上３ｍ以下、前記給気チャンバーモジュールの高さが０．８ｍ以上１．５ｍ以下であり、
   前記主チャンバーモジュールは、
   床面と、
   該主チャンバーモジュールの前記床面側において前記床面から離間して前記床面の上方に配置され、前記主チャンバー内の空気を吸気する室内吸込口と
   を備え、
   前記給気チャンバーモジュールは、
   前記主チャンバーに外気を供給するための外気取入フィルターユニットと、
   前記主チャンバーに供給する前記外気を清浄するファンフィルターユニットと、
   前記主チャンバーの温度および湿度の少なくとも一方を調節するエアコンと
   を備えることを特徴とするモジュール。
2. １層または２層の前記主チャンバーモジュールと、１層の前記給気チャンバーモジュールとから成ることを特徴とする請求項１記載のモジュール。
3. 請求項１または２に記載されたモジュールを配置したモジュール化施設であって、
   予め機器が据え付けられた前記モジュールを用いて建屋内エリアのレイアウトが形成され、
   前記機器は、隣接する前記モジュール間を跨がないことを特徴とするモジュール化施設。
4. 既存建屋内に前記モジュールを配置したことを特徴とする請求項３記載のモジュール化施設。
5. 前記既存建屋内の柱間の間隔に合わせたサイズの前記モジュールを配置したことを特徴とする請求項４記載のモジュール化施設。
6. 前記モジュールは、該モジュール化施設に設けられるクリーンルームを形成することを特徴とする請求項３〜５の何れか一項に記載のモジュール化施設。
7. バイオ原薬の培養エリア、バイオ原薬の精製エリア、製剤エリアをそれぞれ異なる層に配置したことを特徴とする請求項６記載のモジュール化施設。
8. 前記建屋内の各層には、前記モジュールを増設するための増設エリアが形成されていることを特徴とする請求項３〜７の何れか一項に記載のモジュール化施設。
9. 請求項１または２に記載されたモジュールを建屋内に配置するモジュール化施設の建設方法であって、
   前記モジュールの構造体を工場で組み立てて機器を据え付ける製造工程、
   前記建屋に前記製造工程にて製造された前記機器が据え付けられた前記モジュールを搬送する搬送工程、
   前記建屋内に所定のレイアウトで前記モジュールを搬入する搬入工程、を含むことを特徴とするモジュール化施設の建設方法。
10. 請求項１または２に記載されたモジュールを建屋内に配置するモジュール化施設の建設方法であって、
    機器が据え付けられ、既存の他の施設に配置されていた前記モジュールを前記建屋に搬送する搬送工程、
    前記建屋内に所定のレイアウトで前記モジュールを搬入する搬入工程、を含むことを特徴とするモジュール化施設の建設方法。
11. 前記機器は、前記レイアウトを行う際に隣接する前記モジュール間を跨がないように、各前記主チャンバーモジュール内に据え付けられることを特徴とする請求項９または１０記載のモジュール化施設の建設方法。
12. 前記モジュールは、前記搬送工程において、前記建屋の建設現場に搬送されることを特徴とする請求項９〜１１の何れか一項に記載のモジュール化施設の建設方法。
13. 前記搬入工程において、既存建屋内に前記モジュールを搬入することを特徴とする請求項９〜１２の何れか一項に記載のモジュール化施設の建設方法。

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