牧業商河牧場的綠色工業建筑設計范文

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摘要:“綠色工業建筑”是指從建筑的設計、施工、經營管理直到最后拆除的整個全壽命周期內，要盡可能地做到節約能源、保護環境，并且還要為工人生產生活提供安全、適用、高效的工業建筑。通過介紹綠色工業建筑設計在現代牧業商河牧場中的應用與實踐，對現代牧業商河牧場建筑設計的研究與分析，總結綠色建筑工業設計在現代牧場中的應用規律與特點，以期能夠指導今后我國“綠色牧場”的建設。

關鍵詞:現代牧業;綠色工業建筑;綠色牧場;建筑節能

近年來，隨著我國居民生活水平的不斷提高以及二胎政策的逐漸開放，人們對于優質奶產品的需求量不斷增加，因而中國乳業也將迎來一個快速發展時期。現代化牧場作為我國乳業健康快速發展的基礎，其設計建設必須嚴格按照國家標準保質保量地完成。在環境污染嚴重、資源匱乏的今天，牧場設計建設應按照綠色工業建筑設計的原則，在滿足牧場生產生活要求的同時，盡可能地節約能源，保護環境。現代牧業商河牧場(圖1)是由現代牧業與KKR和鼎暉兩家公司合資創辦的，位于濟南市商河縣沙河鄉苗家，占地166.7hm2，總投資超過10億元，目前奶牛存欄20000頭以上。作為現代牧業最新建設的牧場之一，商河牧場在設計、選址之初，就秉持著綠色、環保、節能的可持續發展的設計理念，同時也充分融合現代牧業十年來的大規模養殖和優質牛奶生產的經驗，在設施布局、經營管理到能源循環利用模塊方面已全面達到世界領先水平。現代牧業商河牧場的成功建設將為我國現代化綠色牧場的建設提供寶貴經驗。

1牧場總體規劃設計

牧場的總體規劃遵循著以牛為本、因地制宜、節能環保、方便生產的規劃理念，對場區進行布置。場區內功能分區明確，建筑流線布置，道路交通便捷，景觀設計優美［1］。牧場主要分為辦公生活區、生產區、糞污處理區、飼料區以及牧場內道路、綠化等(圖2)。辦公生活區以人們日常生活和辦公為主，所以規劃設計應盡可能為工作人員提供安靜舒適優美的生活環境，整個辦公生活區是與其他區域完全隔離開的，公寓樓、辦公樓、食堂等建筑均按工作人員的工作流線布置，并且建筑前均建有綠地湖泊等景觀，這樣既能為工作人員創造一個舒適優美的生活環境，也能讓工作人員在工作之余透過窗外欣賞美麗的風景，提高工作效率;生產區是牧場設計的重中之重，旨在為奶牛創造一個舒適的生活環境，提高牛奶的質量與產量，同時也要盡可能做到方便生產、方便管理。奶牛從出生后所在的犢牛島到成年前后的后備青年牛舍、泌乳牛舍、干乳牛舍直至擠奶廳等建筑都是按牧場生產流程進行布置，方便擠奶，利于生產;糞污處理區與飼料區也是牧場的重要組成部分，糞污處理區的規劃按照厭氧發酵工藝的流程進行布置，飼料區按照草料的種類分類安置。總之，牧場的總體規劃設計的最終目標是以合理的資金投入建造優質的奶源基地，為人們提供高品質的奶產品。

2輕鋼結構體系的應用

牧場內牛舍(圖3)、加工車間、倉庫等建筑的主要結構形式大都選用輕型門式剛架作為主要承重結構體系。在其結構的設計中，門式剛架的梁、柱多采用熱軋輕型H型鋼與薄壁鋼管，剛架的梁柱構件節點多采用10.9級摩擦型高強螺栓連接與焊接;柱腳與基礎為鉸接，并且鋼柱下與基礎連接處均有150mm×150mm×150mm抗剪槽;墻體、屋面等結構采用彩色壓型復合鋼板;保溫隔熱材料采用玻璃絲棉。輕型鋼結構與傳統鋼筋混凝土結構相比具有以下幾個特點［2－9］。

1)柱網布置靈活，尺寸大。由于鋼材強度高、韌性好的特性，柱網布置可以更加靈活，建筑的空間尺寸可以按照需要加大布置，柱距一般為6～12m，最大可達到18m。而傳統鋼筋混凝土結構形式的柱網布置往往受到很多限制，柱距大多為6m，當柱距超過6m以上時，往往需要設置托架和墻梁柱來支撐，這既增加了工程量又增加了工程造價。

2)結構自重輕。建筑物的質量越大，其所承受的地震作用越大。牧場內加工車間、倉庫等鋼結構建筑均采用的是高效輕型薄壁鋼材，其承載力高，構件尺寸小，并且其圍護結構采用的是彩色壓型鋼板、玻璃絲棉及冷彎薄壁型鋼等輕質材料，因而其質量相對于鋼筋混凝土結構輕盈很多，建筑重量約為鋼筋混凝土建筑的一半。采用輕鋼結構建筑可以大大減輕對地基的壓力，這樣可以把建筑的基礎做得較小，從而降低了基礎施工的土方開挖量和基礎造價，地基的處理費用也相應降低。

3)結構性能好。從抗震性能來看，由于輕型鋼結構建筑的整體自重輕，屬于柔性結構，其所受的地震作用會比較小，有利于抗震。對于地震活動頻繁而強烈的區域大力推廣應用鋼結構建筑，必然可以大大減少地震所造成的損失與人員傷亡［3］。從抗風性能來看，雖然輕型鋼結構建筑自重輕，但鋼結構的整體剛度大，鋼材強度高、抗變形能力好，因此輕鋼結構建筑在遇到大風情況時，也能輕松抵御。據計算，一般輕鋼結構建筑可以抵御50m/s的風速。即在颶風或臺風來臨的情況下，亦能確保建筑的穩定性，保障人員的生命安全。從耐久性來看，輕型鋼結構的耐久性好，其結構體系大部分是由冷彎薄壁鋼構件組成，并且在鋼材的表面會電鍍一層鋅，這樣可以有效避免鋼材在施工和使用過程中受到腐蝕，增加了構件的使用年限。

4)環保施工。輕鋼結構的所有構配件均在工廠內制作完成，現場采用干作業施工，噪聲小，無污染，節約水資源，并且其質量也可以得到保證，現場安裝方便快捷，除基礎施工有濕作業外，鋼結構安裝基本都是干作業，并且不受環境季節的影響，可以大大縮短施工周期。

5)綜合經濟效益高。從建筑的全生命周期來看，輕型鋼結構建筑的經濟效益明顯高于鋼筋混凝土建筑。輕型鋼結構建筑的施工周期短，可以提前進行使用，更早地獲得效益;并且建筑本身自重輕，對基礎的要求比鋼筋混凝土建筑低，有的并不需要做樁基，可以有效降低造價;建筑的保溫隔熱材料采用玻璃絲棉，其保溫、隔熱等效果也比較好。由于目前我國輕鋼結構的發展已初具規模，已具備產業化的優勢，輕鋼建筑的建造成本已大大降低。

3建筑節能設計

3.1結構體系的節能設計

牧場內牛舍、加工車間、倉庫等建筑均采用輕鋼結構為主要承重體系，鋼結構是公認的綠色節能環保型材料。鋼結構建筑可在很短時間內拆卸，并能100%回收利用，具有很高的可重復使用性與可循環性，節約環保，屬于可再生能源，而所有這些都是目前鋼筋混凝土建筑所沒有的。

3.2外圍護構件的節能設計

外墻是建筑最為重要的圍護結構，在建筑外立面上占有很大比例，因此在外圍護構件的設計中必須要選取保溫隔熱效果較好的材料以達到節能的要求，牧場內公寓樓、擠奶廳等框架結構建筑外圍護構件采用的是陶粒混凝土砌塊，它是由超輕頁巖陶粒、水泥、摻合料以及外加劑等制成的一種輕質、保溫的墻體材料。試驗表明，其保溫隔熱效果很好，300mm陶粒砌塊墻體(圖4)相當于1m厚的紅磚墻體的保溫隔熱效果，是框架結構建筑圍護結構較為理想的墻體材料。

3.3門窗的節能設計

外門窗是建筑的重要組成部分，它起著采光、通風、連接室內外空間等作用，是建筑室內外能量交換的重要渠道。在整個建筑物中，外門窗是建筑能耗損失最嚴重的部位。因此，外門窗的保溫隔熱性能對整個建筑的節能來說是至關重要的。在牧場的門窗設計中，在保證室內采光、通風、不影響使用的前提下盡量減小窗洞口的面積，嚴格控制外墻的窗墻面積比，并且在施工過程中要保證門窗的氣密性，減少能量消耗。在門窗的選材方面，辦公樓、公寓樓、消毒室、實驗室等生活辦公類外門窗大都采用鋼制保溫防盜門和單框雙玻塑鋼窗，車間、倉庫等生產類建筑外門窗大都采用鋼制保溫防盜門、保溫推拉門以及紅色鋁合金單框雙玻鋁合金窗。由于塑鋼窗與鋁合金窗其自身的導熱系數低，并且采用了多腔體結構，使得其保溫性能大大提高，同時窗戶與主體之間采用了彈性好、耐高溫、不易老化的密封條進行密封，外窗玻璃選用雙層中空玻璃，更加強了保溫隔熱效果;外門也采用了鋼制保溫防盜門、保溫推拉門等保溫性能好的門，通過這些設計可有效降低整個建筑的能耗損失。

3.4建筑照明的節能設計

建筑照明是建筑節能的重要構成部分，因而其節能設計顯得尤為重要。牧場的建筑照明節能設計是本著經濟、適用、節能的基本原則，在保證人們正常生產生活不受影響的前提之下，盡可能地減少電能的消耗。因此，提出以下幾種具體的節能設計。

3.4.1采用高效節能的光源和照明燈具及電器配件根據牧場廠房結構高、空間大、燈具懸掛高、數量多等特點，牛舍、車間、庫房、擠奶廳等建筑選用的是飛利浦陶瓷金鹵燈并配備了帶反射罩的密閉型燈具，燈具效率一般在70%以上。陶瓷金鹵燈相比于傳統石英金鹵燈具有更高的光效、更高的顯色性以及更長的壽命等優點，屬于高效節能的氣體放電光源，也是目前工廠建筑主要推廣的節能電光源之一。同時，由于氣體放電光源的功率都比較低，因而牧場內的電光源都配備了節能型電子鎮流器來進行功率補償，補償后的氣體放電燈單燈功率因數不小于0.95。這樣既提高了光源的發光效率又節約了能耗，可謂是一舉兩得。眾所周知，照明節能的評價指標采用照明功率密度值(LPD)進行判定，現以泌乳牛舍為例，分析飛利浦陶瓷金鹵燈與傳統石英金鹵燈對比的節能效果。在滿足相同照度的情況下，陶瓷金鹵燈的照明功率密度值遠小于傳統石英金鹵燈，降幅比例達50%，節能高達49%，節能效果尤其顯著。

3.4.2選擇經濟合理的照明方式對于不同的建筑應該根據具體的使用要求選擇合適的照明方式。在牛舍的照明設計中，由于建筑四周沒有圍護結構，而且屋頂中間是敞開的，白天陽光照射進來就已經滿足照明要求，因而只需考慮夜間照明。但在擠奶廳、車間、倉庫等一些建筑中，建筑四周均有圍護結構，在白天，雖然四周均有窗戶可以使得陽光照射進來，但由于建筑跨度大，陽光只能照亮窗戶附近區域，還遠遠不能滿足使用，因而需要補光。在這種白天需要補光，夜間也需要照明的建筑中應采用混合照明的方式，既節約了電能，又滿足了使用要求，是最經濟合理的照明方式。

3.4.3良好的后期維修保養照明的后期維修保養是指在照明設備使用一段時間后對光源、燈具等設備進行檢查維修保養，以保證照明設備正常使用，不至于影響生產工作。具體措施有:1)定期檢查照明設備，更換老舊部件;2)定期清潔燈具，保證良好的照明質量。照明設備擁有良好的后期維修保養，降低了由于照明設備的損壞而造成牧場經濟損失的風險，這將對牧場的正常運營起到重要作用。

4生物能源循環利用

由于牧場擁有超過兩萬頭奶牛，奶牛每天要排出大量的糞便尿液，為此牧場建設了一套完整的糞污處理系統(圖5)。該系統運用的是世界上先進的推流式厭氧發酵工藝(PFR)，PFR適合于高懸浮固體原料，尤其適用于牛糞，并且其有著池形結構簡單，不需要攪拌，能耗低的優點，因而是奶牛場首選的發酵工藝。通過PFR發酵工藝，實現了對糞污的高效利用，保護了牧場環境，并且發酵產生的沼氣經過脫硫脫水凈化后可以用于發電、產熱供牧場使用，發酵后剩余的糞污經過固液分離后，沼渣用于牛臥床的回填材料，沼液除一部分用于沖洗糞道外，其他可用作農田的有機肥料。通過這套完整的糞污處理系統，不僅很好地保護了牧場的環境，而且還實現了物質能源的循環利用，這些都大大降低了牧場運行的能耗，基本能實現能源自足，真正實現了牧場可持續發展的綠色牧場設計理念。

5結束語

乳業是我國的重要產業，優質牧場的建設是保證我國乳業健康、快速發展的基礎。在資源匱乏、環境惡化的今天，現代化優質牧場的建設應嚴格秉持著綠色工業建筑的設計理念，在為牧場的生產發展提供安全、健康、適用、高效的使用空間的同時，也盡可能地節約資源、保護環境，將牧場建設成為環境友好型、資源節約型和生態觀光型的綠色牧場，這樣才能真正為我國乳業的快速發展保駕護航。

參考文獻

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作者：馮占均1；周昌昊2；馮麗娜3 單位：1.河北工程大學，2.中國建筑上海設計研究院有限公司，3.滄州市市政工程股份有限公司