孟小丽

（新疆农业职业技术学院，新疆 昌吉 831100）

1 新型装配式牛舍的背景

随着人们生活水平的不断提高，我国对牛奶、牛肉及奶制品的需求量与日俱增，但与世界平均水平相比，仍有较大差距。以2018年为例，我国牛奶的人均占有量为22.1 kg，仅相当于世界平均水平的二分之一，同发达国家相比更是仅为五分之一[1]。目前，我国猪肉、水果以及蔬菜等的人均占有量已经处于世界中上流水平，相较之下，乳业的发展相对滞后。

牛奶、牛肉及奶制品，对于提高我国全民的体质具有重要的作用，农业农村部在《2020年畜牧兽医工作要点》中也提出要大力发展畜牧业。与此同时，住房和城乡建设部、财政部也作出相应的政策倾斜，对于装配式建筑的应用及推广给予了一定财政奖励、补贴政策。随后，我国各地区发布了各种政策来推动畜牧业的发展。如：新疆地区推出的《新疆维吾尔自治区畜牧业现代化“十三五”发展规划》，对于强化生产保障体系建设、大力推进畜牧业的发展作出了详细规划。但随着“退牧还草”工程的实施，放养型畜牧业已经不适应当前的发展形势，为牛建设一个优质的“安居工程”成为重要研究内容。

传统的牛舍建设仍是以落后的“红砖青瓦”为主，即利用传统的砌体结构、瓦屋顶现场搭建。传统式牛舍建筑具有以下的缺点[2]：

1）施工效率低。传统建造方法施工现场工作量大，机械化程度低，施工工期长，项目管理难度大。

2）施工质量影响因素较多。牛舍多建于偏远郊区等远离城市的位置，选址所在地交通不便利、施工环境较为复杂，劳务分包人员的专业施工技能普遍不高，施工质量难以控制。

3）施工过程污染大。大量的现场作业导致产生噪声污染、泥浆污染、灰尘固体悬浮物污染、光污染及大量的建筑垃圾固体废弃物，对周边环境危害大。

4）冬季施工困难。我国大陆北方地区冬季施工期较长，一般持续3个月，东北北部地区则长达6个月。牛舍的冬季施工普遍存在混凝土凝结硬化难、养护困难等问题，且冬季施工措施费较高，相较之下，夏季施工较节省成本。

现有牛舍在养殖过程中还存在室内日照时间、通风换气、保温、卫生不到位等问题。

2 新型装配式牛舍的施工方法

2.1 选择地址

本次新型装配式牛舍的应用，以新疆塔城地区为主进行研究，该地区属于中温带干旱和半干旱气候，受到季风、北部寒流、地形等因素的影响，气候变化大。但由于季风以及高原冰川水源的滋养，这里孕育了诸多优质的天然牧场，是我国重要的畜牧业大区。同时，受到北部寒流以及沙漠的影响，尤其是在秋冬季节，会有较大的风甚至沙尘暴的出现。因此，牛舍的设计以及施工建造，必须充分地考虑上述因素，才能达到更好的效果。同时，夏季温度最高可达42 ℃，冬季温度较低，对于牛舍的通风以及防寒保温功能提出了更高的要求。结合牛的生养规律，对牛舍功能的灵活性也有了新的需求，可装配式牛舍的现实意义更为可观。牛舍在新疆地区相对恶劣的气候环境下实际应用效果优越，对于后续向其他地区的推广具有积极的作用。

2.2 牛舍建造

本研究充分结合新疆塔城地区气候条件，设计了适合该地区广泛推介的新型装配式牛舍，该牛舍施工搭建便捷，部分材料可反复利用，便于通风、采光、饲养、清粪，温度可控，有利于牛的生长。其包括了底座和牛舍主体两部分，其中最首要的工作就是混凝土基础底座的浇筑，底座的质量直接关系到牛舍的质量。而对于牛舍本体来说，最重要的则为两大集成系统——通风系统和自流系统。

2.2.1 牛舍混凝土底座的浇筑

为了在提高混凝土底座质量的同时，兼顾到成本的控制，针对牛舍混凝土底座的施工采用二次成型浇筑方法。在进行底座的钢筋排列施工过程时，无需考虑混凝土底座单独预制模板，而是采用隔板的方式将钢筋隔断，待主体和底座连接部位的混凝土浇筑完成之后，再拆掉隔板，将浇筑完成处的毛刺进行清理后，对周边位置进行二次浇筑。这种方法可以保证主体和预制柱固定柱的连接整体性。同时，通过分开浇筑，也可以加快工程的进度。

2.2.2 牛舍通风系统

由于牛的汗腺较不发达，而且新陈代谢旺盛，腺体分泌的代谢物的量也较多。当温度较高、空气流动性不好时，容易引起呼吸急促、食欲减退的现象，尤其针对奶牛，会降低其产奶量。因此，牛舍通风系统的施工，在新型装配式牛舍的整个功能中占据重要的地位。

通风系统由带进风机的栅栏型进风口和带排风机的条形排风口组合而成，通过提高牛舍内部的空气流通速度，来达到通风、循环、降温的目的。在进行组装前，将进风口和排风口在主体墙的顶部进行切割，将风机嵌入牛舍的主体墙上，并在四周粘涂聚甲基丙烯酸类的胶水，提高风机的稳固程度。进风口和排风口的材质选用环保的可降解材料——聚碳酸酯，同时，为了保证进风口始终位于牛舍建设区域主风的迎风面上，其与牛舍主体墙采用合页的形式连接，随时可以根据主风向的改变而调节进风口角度，保证牛舍内部污浊空气能够被有效排出[3]。

2.2.3 牛舍自流系统

牛舍的自流系统也是新型装配式牛舍的重要组成部分，主要用于喂食、处理残留食物以及牛的排泄物。对于排粪系统，采用漏粪沟的结构形式来实现自流。漏粪沟通过插销结构固定在侧面的隔板上，并选择PVC材质的导粪管，将其连接到化粪池，连接处使用紧固螺丝固定。

为了提高牛舍地面的干燥性、舒适度，使其不易返潮，还会在漏粪沟上方嵌入若干隔板，形成一个避空的情况，在喷洒式清粪器工作的同时，利用材料找坡对排泄物进行及时处理。与传统牛舍相同，装配式牛舍在建设漏粪沟时，越远离化粪池端的坡度越低，便于牛的排泄物顺利排走。而对于喂食系统，则采用在牛舍侧边加装引流板的形式，引流板借助牛舍内部隔板上预制的挂钩进行固定。整个喂食系统流道也是呈现微微倾斜的角度，便于喂食后的清理，有效提高牛舍室内环境和空气清洁度。

3 新型装配式牛舍的效果

3.1 施工周期短、难度低

对于装配式牛舍来说，由于大部分组件都是经过预处理后运输到施工现场，再进行组装，其施工速度快，有效缩短了项目施工工期。同时，在现场装配时无需砌筑基础，也无需进行现场钢筋绑扎及支模工作，有效地减少了现场施工作业流程和施工时间，特别是极大地缩短了等待现浇混凝土达到要求强度所需的凝结硬化的时间。所需的预制构件出厂时都已达到材料要求的早期强度，能有效克服目前冬季施工时混凝土凝结硬化难、养护困难等问题，季节适应性强。

3.2 施工质量高

装配式牛舍组件的生产可在工厂进行整体预制，制作过程全机械化，标准化程度高，形状和尺寸的精确度高，且在工厂进行蒸汽养护等处理后不容易产生收缩裂缝等后续问题。在进行组装时，预制构件的吊装、装配均通过构件上预制的连接件控制其定位，避免了因人为因素而造成的施工质量的随机性波动，质量稳定可控，使用寿命更长[4]。

3.3 环保性能强

采用装配式构件的牛舍可以大幅减少施工现场浇筑混凝土的湿作业过程，减少现浇混凝土施工污染，减少多个工序产生的施工噪声，减少现场扬尘，改善浆水到处流淌的状况，节省现场用水量，也减少人体接触湿混凝土对肌肤伤害的机会，提高对施工人员的健康保障。

3.4 通风性强

通过避免对流式风口设计，通过上部进风、下部排风的方式，满足了牛舍内部的通风需求，上部送入的新风将舍内旧风挤压出去，通风彻底，确保牛舍内部的空气顺利流动。牛舍内干燥，冬暖夏凉，地面应保温，不透水，不打滑，且污水、粪尿易于排出舍外。舍内清洁卫生，空气新鲜。做到有效降低牛舍成本。

4 新型装配式牛舍的设计

新型装配式牛舍的设计还要根据当地的气温变化和牛场实际生产的情况、用途等因素来确定，就地取材，经济实用。同时，要符合兽医卫生要求，建设科学合理、有条件、质量好、经久耐用的牛舍。

4.1 新型节能材料的研究

对于奶牛来说，夏季温度必须低于30 ℃，冬季则要高于10 ℃，在此条件下才能正常产奶。大量的研究表明，在15 ℃的环境下，每头牛的显热量为2 004.74 kJ/h，此时，牛舍的覆盖材料的传热系数必须低于0.9 W/(m2·℃)。在这个条件下，选择厚度为60 mm的改性聚碳酸酯板作为主体材料，其具有保温、隔热、通风效果好、耐候性强以及安装方便的特点。对于侧开窗来说，依旧选择改性聚碳酸酯材质，厚度选择8 mm。传统牛舍主要使用玻璃材质，两者性能比较如表1所示。对于新疆塔城地区来说，受风沙侵扰较大，因此，抗冲击性能也是必须考量的因素之一，PC板与玻璃的抗撞击性能比较如表2所示。测试原理为采用一定质量的钢球，在不同下落高度条件下观察试样是否有裂纹出现，取产生裂纹前一个高度作为抗冲击强度的极限值，由数据可以发现PC板相较玻璃具有更高的抗冲击性能，更具备应用价值[5]。

表1 玻璃与PC板的对比

表2 落球冲击试验

此外，四面墙体可由活动卷帘代替，活动卷帘采用塔城地区常见的鸭茅等植物制成，具备良好的环保性和节能性。在夏季时可将卷帘拉起，使封闭式牛舍变成棚式牛舍，自然通风效果好，减少进风机和排风机的使用，同时可以增加牛舍的采光程度。而到冬季时，将卷帘放下，达到保温的效果[6]。

4.2 加固材料的研发使用

为了应对塔城地区的大风沙环境，装配式牛舍必须有相当高的紧固度。一般底座采用钢筋混凝土的形式，牛舍的主体为钢材结构，侧板则使用轻质隔墙材料。该材料为一种空心楼板，两边设置公母榫槽，在进行现场安装时，只需要将板材垂直摆放，在榫槽的位置涂敷少量的嵌缝砂浆即可进行拼接。通过嵌缝砂浆的黏附作用，可以将隔墙材料紧紧贴敷在钢筋以及底部的混凝土底座之上，提高装配式牛舍的牢固性。同时，在施工过程中，可以轻松地对其进行切割、钻孔、倒角等操作，使得安装过程的便捷性大大提高。

该装配式牛舍着力改革传统农业分散、低效、易污染的养殖方式，打造循环经济下肉牛养殖大生态圈的项目模式，根据新疆的地域特点及资源优势，利用农村的秸秆资源就地就近直接加工转化成秸秆膨化“罐头”饲料，就地发展规模化肉牛、羊生态养殖，粪便再利用（蚯蚓养殖），形成以自主的饲料技术为核心、肉牛养殖为重点、融合发展为目标的循环经济全产业链新模式。其中，这种装配式牛舍从根本上彻底解决农村规模化托管式集中养殖的场地材料重复使用问题，结合秸秆膨化“罐头”饲料饲喂后经过腹还田，改良了土壤，是发展现代农业和循环经济的重要举措。

施工理念以循环经济理念为出发点，在牛舍施工过程中，提倡材料的反复利用，注重材料环保节能性能的体现，用可移动、可拼装、可调节式防风抗沙的绿色环保屋面板及墙体构件，改善牛舍居住环境，提高建筑整体的通风、采光性能。降低牛舍建造成本，增加其主要构件使用的次数，有效提高牛舍的经济效益。

5 结束语

新型装配式牛舍由混凝土底座和牛舍主体两部分组成，相较于传统的牛舍结构，由于其可以通过预制后再组装，可以显著地缩短施工的周期；同时，通过构件标准化的预制，可以避免因人为的偶然因素疏忽造成不良影响。工业化施工有效地保证了拼装组件质量的稳定性、可靠性、安全性，为高质量牛舍的建筑打下坚实的基础。通过榫卯结构、粘接结构可以快速实现拼装的定位和固定，保证牛舍的成品质量。除此以外，这种新型牛舍结构的可拆装性使其具有足够的灵活性，还可以适用于移动式的畜牧方式，对于移动集成化养殖的推进具有重要的现实意义。

该设计为打造新疆特色的有机肉品牌，实现农业现代化和农民持续增收提供支撑。设计过程中变废为宝是发展农业循环经济的有效措施，很大程度上提高了当地秸秆使用率，减少大气污染，保护生态环境。装配式建筑的应用大大降低了建设成本，有机肥修复了多年形成的盐碱板结土地，是实现乡村振兴战略的新举措。