孟小麗

（新疆農(nóng)業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，新疆 昌吉 831100）

1 新型裝配式牛舍的背景

隨著人們生活水平的不斷提高，我國(guó)對(duì)牛奶、牛肉及奶制品的需求量與日俱增，但與世界平均水平相比，仍有較大差距。以2018年為例，我國(guó)牛奶的人均占有量為22.1 kg，僅相當(dāng)于世界平均水平的二分之一，同發(fā)達(dá)國(guó)家相比更是僅為五分之一[1]。目前，我國(guó)豬肉、水果以及蔬菜等的人均占有量已經(jīng)處于世界中上流水平，相較之下，乳業(yè)的發(fā)展相對(duì)滯后。

牛奶、牛肉及奶制品，對(duì)于提高我國(guó)全民的體質(zhì)具有重要的作用，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部在《2020年畜牧獸醫(yī)工作要點(diǎn)》中也提出要大力發(fā)展畜牧業(yè)。與此同時(shí)，住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部、財(cái)政部也作出相應(yīng)的政策傾斜，對(duì)于裝配式建筑的應(yīng)用及推廣給予了一定財(cái)政獎(jiǎng)勵(lì)、補(bǔ)貼政策。隨后，我國(guó)各地區(qū)發(fā)布了各種政策來推動(dòng)畜牧業(yè)的發(fā)展。如：新疆地區(qū)推出的《新疆維吾爾自治區(qū)畜牧業(yè)現(xiàn)代化“十三五”發(fā)展規(guī)劃》，對(duì)于強(qiáng)化生產(chǎn)保障體系建設(shè)、大力推進(jìn)畜牧業(yè)的發(fā)展作出了詳細(xì)規(guī)劃。但隨著“退牧還草”工程的實(shí)施，放養(yǎng)型畜牧業(yè)已經(jīng)不適應(yīng)當(dāng)前的發(fā)展形勢(shì)，為牛建設(shè)一個(gè)優(yōu)質(zhì)的“安居工程”成為重要研究?jī)?nèi)容。

傳統(tǒng)的牛舍建設(shè)仍是以落后的“紅磚青瓦”為主，即利用傳統(tǒng)的砌體結(jié)構(gòu)、瓦屋頂現(xiàn)場(chǎng)搭建。傳統(tǒng)式牛舍建筑具有以下的缺點(diǎn)[2]：

1）施工效率低。傳統(tǒng)建造方法施工現(xiàn)場(chǎng)工作量大，機(jī)械化程度低，施工工期長(zhǎng)，項(xiàng)目管理難度大。

2）施工質(zhì)量影響因素較多。牛舍多建于偏遠(yuǎn)郊區(qū)等遠(yuǎn)離城市的位置，選址所在地交通不便利、施工環(huán)境較為復(fù)雜，勞務(wù)分包人員的專業(yè)施工技能普遍不高，施工質(zhì)量難以控制。

3）施工過程污染大。大量的現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)導(dǎo)致產(chǎn)生噪聲污染、泥漿污染、灰塵固體懸浮物污染、光污染及大量的建筑垃圾固體廢棄物，對(duì)周邊環(huán)境危害大。

4）冬季施工困難。我國(guó)大陸北方地區(qū)冬季施工期較長(zhǎng)，一般持續(xù)3個(gè)月，東北北部地區(qū)則長(zhǎng)達(dá)6個(gè)月。牛舍的冬季施工普遍存在混凝土凝結(jié)硬化難、養(yǎng)護(hù)困難等問題，且冬季施工措施費(fèi)較高，相較之下，夏季施工較節(jié)省成本。

現(xiàn)有牛舍在養(yǎng)殖過程中還存在室內(nèi)日照時(shí)間、通風(fēng)換氣、保溫、衛(wèi)生不到位等問題。

2 新型裝配式牛舍的施工方法

2.1 選擇地址

本次新型裝配式牛舍的應(yīng)用，以新疆塔城地區(qū)為主進(jìn)行研究，該地區(qū)屬于中溫帶干旱和半干旱氣候，受到季風(fēng)、北部寒流、地形等因素的影響，氣候變化大。但由于季風(fēng)以及高原冰川水源的滋養(yǎng)，這里孕育了諸多優(yōu)質(zhì)的天然牧場(chǎng)，是我國(guó)重要的畜牧業(yè)大區(qū)。同時(shí)，受到北部寒流以及沙漠的影響，尤其是在秋冬季節(jié)，會(huì)有較大的風(fēng)甚至沙塵暴的出現(xiàn)。因此，牛舍的設(shè)計(jì)以及施工建造，必須充分地考慮上述因素，才能達(dá)到更好的效果。同時(shí)，夏季溫度最高可達(dá)42 ℃，冬季溫度較低，對(duì)于牛舍的通風(fēng)以及防寒保溫功能提出了更高的要求。結(jié)合牛的生養(yǎng)規(guī)律，對(duì)牛舍功能的靈活性也有了新的需求，可裝配式牛舍的現(xiàn)實(shí)意義更為可觀。牛舍在新疆地區(qū)相對(duì)惡劣的氣候環(huán)境下實(shí)際應(yīng)用效果優(yōu)越，對(duì)于后續(xù)向其他地區(qū)的推廣具有積極的作用。

2.2 牛舍建造

本研究充分結(jié)合新疆塔城地區(qū)氣候條件，設(shè)計(jì)了適合該地區(qū)廣泛推介的新型裝配式牛舍，該牛舍施工搭建便捷，部分材料可反復(fù)利用，便于通風(fēng)、采光、飼養(yǎng)、清糞，溫度可控，有利于牛的生長(zhǎng)。其包括了底座和牛舍主體兩部分，其中最首要的工作就是混凝土基礎(chǔ)底座的澆筑，底座的質(zhì)量直接關(guān)系到牛舍的質(zhì)量。而對(duì)于牛舍本體來說，最重要的則為兩大集成系統(tǒng)——通風(fēng)系統(tǒng)和自流系統(tǒng)。

2.2.1 牛舍混凝土底座的澆筑

為了在提高混凝土底座質(zhì)量的同時(shí)，兼顧到成本的控制，針對(duì)牛舍混凝土底座的施工采用二次成型澆筑方法。在進(jìn)行底座的鋼筋排列施工過程時(shí)，無需考慮混凝土底座單獨(dú)預(yù)制模板，而是采用隔板的方式將鋼筋隔斷，待主體和底座連接部位的混凝土澆筑完成之后，再拆掉隔板，將澆筑完成處的毛刺進(jìn)行清理后，對(duì)周邊位置進(jìn)行二次澆筑。這種方法可以保證主體和預(yù)制柱固定柱的連接整體性。同時(shí)，通過分開澆筑，也可以加快工程的進(jìn)度。

2.2.2 牛舍通風(fēng)系統(tǒng)

由于牛的汗腺較不發(fā)達(dá)，而且新陳代謝旺盛，腺體分泌的代謝物的量也較多。當(dāng)溫度較高、空氣流動(dòng)性不好時(shí)，容易引起呼吸急促、食欲減退的現(xiàn)象，尤其針對(duì)奶牛，會(huì)降低其產(chǎn)奶量。因此，牛舍通風(fēng)系統(tǒng)的施工，在新型裝配式牛舍的整個(gè)功能中占據(jù)重要的地位。

通風(fēng)系統(tǒng)由帶進(jìn)風(fēng)機(jī)的柵欄型進(jìn)風(fēng)口和帶排風(fēng)機(jī)的條形排風(fēng)口組合而成，通過提高牛舍內(nèi)部的空氣流通速度，來達(dá)到通風(fēng)、循環(huán)、降溫的目的。在進(jìn)行組裝前，將進(jìn)風(fēng)口和排風(fēng)口在主體墻的頂部進(jìn)行切割，將風(fēng)機(jī)嵌入牛舍的主體墻上，并在四周粘涂聚甲基丙烯酸類的膠水，提高風(fēng)機(jī)的穩(wěn)固程度。進(jìn)風(fēng)口和排風(fēng)口的材質(zhì)選用環(huán)保的可降解材料——聚碳酸酯，同時(shí)，為了保證進(jìn)風(fēng)口始終位于牛舍建設(shè)區(qū)域主風(fēng)的迎風(fēng)面上，其與牛舍主體墻采用合頁(yè)的形式連接，隨時(shí)可以根據(jù)主風(fēng)向的改變而調(diào)節(jié)進(jìn)風(fēng)口角度，保證牛舍內(nèi)部污濁空氣能夠被有效排出[3]。

2.2.3 牛舍自流系統(tǒng)

牛舍的自流系統(tǒng)也是新型裝配式牛舍的重要組成部分，主要用于喂食、處理殘留食物以及牛的排泄物。對(duì)于排糞系統(tǒng)，采用漏糞溝的結(jié)構(gòu)形式來實(shí)現(xiàn)自流。漏糞溝通過插銷結(jié)構(gòu)固定在側(cè)面的隔板上，并選擇PVC材質(zhì)的導(dǎo)糞管，將其連接到化糞池，連接處使用緊固螺絲固定。

為了提高牛舍地面的干燥性、舒適度，使其不易返潮，還會(huì)在漏糞溝上方嵌入若干隔板，形成一個(gè)避空的情況，在噴灑式清糞器工作的同時(shí)，利用材料找坡對(duì)排泄物進(jìn)行及時(shí)處理。與傳統(tǒng)牛舍相同，裝配式牛舍在建設(shè)漏糞溝時(shí)，越遠(yuǎn)離化糞池端的坡度越低，便于牛的排泄物順利排走。而對(duì)于喂食系統(tǒng)，則采用在牛舍側(cè)邊加裝引流板的形式，引流板借助牛舍內(nèi)部隔板上預(yù)制的掛鉤進(jìn)行固定。整個(gè)喂食系統(tǒng)流道也是呈現(xiàn)微微傾斜的角度，便于喂食后的清理，有效提高牛舍室內(nèi)環(huán)境和空氣清潔度。

3 新型裝配式牛舍的效果

3.1 施工周期短、難度低

對(duì)于裝配式牛舍來說，由于大部分組件都是經(jīng)過預(yù)處理后運(yùn)輸?shù)绞┕がF(xiàn)場(chǎng)，再進(jìn)行組裝，其施工速度快，有效縮短了項(xiàng)目施工工期。同時(shí)，在現(xiàn)場(chǎng)裝配時(shí)無需砌筑基礎(chǔ)，也無需進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)鋼筋綁扎及支模工作，有效地減少了現(xiàn)場(chǎng)施工作業(yè)流程和施工時(shí)間，特別是極大地縮短了等待現(xiàn)澆混凝土達(dá)到要求強(qiáng)度所需的凝結(jié)硬化的時(shí)間。所需的預(yù)制構(gòu)件出廠時(shí)都已達(dá)到材料要求的早期強(qiáng)度，能有效克服目前冬季施工時(shí)混凝土凝結(jié)硬化難、養(yǎng)護(hù)困難等問題，季節(jié)適應(yīng)性強(qiáng)。

3.2 施工質(zhì)量高

裝配式牛舍組件的生產(chǎn)可在工廠進(jìn)行整體預(yù)制，制作過程全機(jī)械化，標(biāo)準(zhǔn)化程度高，形狀和尺寸的精確度高，且在工廠進(jìn)行蒸汽養(yǎng)護(hù)等處理后不容易產(chǎn)生收縮裂縫等后續(xù)問題。在進(jìn)行組裝時(shí)，預(yù)制構(gòu)件的吊裝、裝配均通過構(gòu)件上預(yù)制的連接件控制其定位，避免了因人為因素而造成的施工質(zhì)量的隨機(jī)性波動(dòng)，質(zhì)量穩(wěn)定可控，使用壽命更長(zhǎng)[4]。

3.3 環(huán)保性能強(qiáng)

采用裝配式構(gòu)件的牛舍可以大幅減少施工現(xiàn)場(chǎng)澆筑混凝土的濕作業(yè)過程，減少現(xiàn)澆混凝土施工污染，減少多個(gè)工序產(chǎn)生的施工噪聲，減少現(xiàn)場(chǎng)揚(yáng)塵，改善漿水到處流淌的狀況，節(jié)省現(xiàn)場(chǎng)用水量，也減少人體接觸濕混凝土對(duì)肌膚傷害的機(jī)會(huì)，提高對(duì)施工人員的健康保障。

3.4 通風(fēng)性強(qiáng)

通過避免對(duì)流式風(fēng)口設(shè)計(jì)，通過上部進(jìn)風(fēng)、下部排風(fēng)的方式，滿足了牛舍內(nèi)部的通風(fēng)需求，上部送入的新風(fēng)將舍內(nèi)舊風(fēng)擠壓出去，通風(fēng)徹底，確保牛舍內(nèi)部的空氣順利流動(dòng)。牛舍內(nèi)干燥，冬暖夏涼，地面應(yīng)保溫，不透水，不打滑，且污水、糞尿易于排出舍外。舍內(nèi)清潔衛(wèi)生，空氣新鮮。做到有效降低牛舍成本。

4 新型裝配式牛舍的設(shè)計(jì)

新型裝配式牛舍的設(shè)計(jì)還要根據(jù)當(dāng)?shù)氐臍鉁刈兓团?chǎng)實(shí)際生產(chǎn)的情況、用途等因素來確定，就地取材，經(jīng)濟(jì)實(shí)用。同時(shí)，要符合獸醫(yī)衛(wèi)生要求，建設(shè)科學(xué)合理、有條件、質(zhì)量好、經(jīng)久耐用的牛舍。

4.1 新型節(jié)能材料的研究

對(duì)于奶牛來說，夏季溫度必須低于30 ℃，冬季則要高于10 ℃，在此條件下才能正常產(chǎn)奶。大量的研究表明，在15 ℃的環(huán)境下，每頭牛的顯熱量為2 004.74 kJ/h，此時(shí)，牛舍的覆蓋材料的傳熱系數(shù)必須低于0.9 W/(m2·℃)。在這個(gè)條件下，選擇厚度為60 mm的改性聚碳酸酯板作為主體材料，其具有保溫、隔熱、通風(fēng)效果好、耐候性強(qiáng)以及安裝方便的特點(diǎn)。對(duì)于側(cè)開窗來說，依舊選擇改性聚碳酸酯材質(zhì)，厚度選擇8 mm。傳統(tǒng)牛舍主要使用玻璃材質(zhì)，兩者性能比較如表1所示。對(duì)于新疆塔城地區(qū)來說，受風(fēng)沙侵?jǐn)_較大，因此，抗沖擊性能也是必須考量的因素之一，PC板與玻璃的抗撞擊性能比較如表2所示。測(cè)試原理為采用一定質(zhì)量的鋼球，在不同下落高度條件下觀察試樣是否有裂紋出現(xiàn)，取產(chǎn)生裂紋前一個(gè)高度作為抗沖擊強(qiáng)度的極限值，由數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)PC板相較玻璃具有更高的抗沖擊性能，更具備應(yīng)用價(jià)值[5]。

表1 玻璃與PC板的對(duì)比

表2 落球沖擊試驗(yàn)

此外，四面墻體可由活動(dòng)卷簾代替，活動(dòng)卷簾采用塔城地區(qū)常見的鴨茅等植物制成，具備良好的環(huán)保性和節(jié)能性。在夏季時(shí)可將卷簾拉起，使封閉式牛舍變成棚式牛舍，自然通風(fēng)效果好，減少進(jìn)風(fēng)機(jī)和排風(fēng)機(jī)的使用，同時(shí)可以增加牛舍的采光程度。而到冬季時(shí)，將卷簾放下，達(dá)到保溫的效果[6]。

4.2 加固材料的研發(fā)使用

為了應(yīng)對(duì)塔城地區(qū)的大風(fēng)沙環(huán)境，裝配式牛舍必須有相當(dāng)高的緊固度。一般底座采用鋼筋混凝土的形式，牛舍的主體為鋼材結(jié)構(gòu)，側(cè)板則使用輕質(zhì)隔墻材料。該材料為一種空心樓板，兩邊設(shè)置公母榫槽，在進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)安裝時(shí)，只需要將板材垂直擺放，在榫槽的位置涂敷少量的嵌縫砂漿即可進(jìn)行拼接。通過嵌縫砂漿的黏附作用，可以將隔墻材料緊緊貼敷在鋼筋以及底部的混凝土底座之上，提高裝配式牛舍的牢固性。同時(shí)，在施工過程中，可以輕松地對(duì)其進(jìn)行切割、鉆孔、倒角等操作，使得安裝過程的便捷性大大提高。

該裝配式牛舍著力改革傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)分散、低效、易污染的養(yǎng)殖方式，打造循環(huán)經(jīng)濟(jì)下肉牛養(yǎng)殖大生態(tài)圈的項(xiàng)目模式，根據(jù)新疆的地域特點(diǎn)及資源優(yōu)勢(shì)，利用農(nóng)村的秸稈資源就地就近直接加工轉(zhuǎn)化成秸稈膨化“罐頭”飼料，就地發(fā)展規(guī)模化肉牛、羊生態(tài)養(yǎng)殖，糞便再利用（蚯蚓養(yǎng)殖），形成以自主的飼料技術(shù)為核心、肉牛養(yǎng)殖為重點(diǎn)、融合發(fā)展為目標(biāo)的循環(huán)經(jīng)濟(jì)全產(chǎn)業(yè)鏈新模式。其中，這種裝配式牛舍從根本上徹底解決農(nóng)村規(guī)?；泄苁郊叙B(yǎng)殖的場(chǎng)地材料重復(fù)使用問題，結(jié)合秸稈膨化“罐頭”飼料飼喂后經(jīng)過腹還田，改良了土壤，是發(fā)展現(xiàn)代農(nóng)業(yè)和循環(huán)經(jīng)濟(jì)的重要舉措。

施工理念以循環(huán)經(jīng)濟(jì)理念為出發(fā)點(diǎn)，在牛舍施工過程中，提倡材料的反復(fù)利用，注重材料環(huán)保節(jié)能性能的體現(xiàn)，用可移動(dòng)、可拼裝、可調(diào)節(jié)式防風(fēng)抗沙的綠色環(huán)保屋面板及墻體構(gòu)件，改善牛舍居住環(huán)境，提高建筑整體的通風(fēng)、采光性能。降低牛舍建造成本，增加其主要構(gòu)件使用的次數(shù)，有效提高牛舍的經(jīng)濟(jì)效益。

5 結(jié)束語

新型裝配式牛舍由混凝土底座和牛舍主體兩部分組成，相較于傳統(tǒng)的牛舍結(jié)構(gòu)，由于其可以通過預(yù)制后再組裝，可以顯著地縮短施工的周期；同時(shí)，通過構(gòu)件標(biāo)準(zhǔn)化的預(yù)制，可以避免因人為的偶然因素疏忽造成不良影響。工業(yè)化施工有效地保證了拼裝組件質(zhì)量的穩(wěn)定性、可靠性、安全性，為高質(zhì)量牛舍的建筑打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。通過榫卯結(jié)構(gòu)、粘接結(jié)構(gòu)可以快速實(shí)現(xiàn)拼裝的定位和固定，保證牛舍的成品質(zhì)量。除此以外，這種新型牛舍結(jié)構(gòu)的可拆裝性使其具有足夠的靈活性，還可以適用于移動(dòng)式的畜牧方式，對(duì)于移動(dòng)集成化養(yǎng)殖的推進(jìn)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

該設(shè)計(jì)為打造新疆特色的有機(jī)肉品牌，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化和農(nóng)民持續(xù)增收提供支撐。設(shè)計(jì)過程中變廢為寶是發(fā)展農(nóng)業(yè)循環(huán)經(jīng)濟(jì)的有效措施，很大程度上提高了當(dāng)?shù)亟斩捠褂寐?，減少大氣污染，保護(hù)生態(tài)環(huán)境。裝配式建筑的應(yīng)用大大降低了建設(shè)成本，有機(jī)肥修復(fù)了多年形成的鹽堿板結(jié)土地，是實(shí)現(xiàn)鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略的新舉措。