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摘要:“綠色工業(yè)建筑”是指從建筑的設(shè)計(jì)、施工、經(jīng)營(yíng)管理直到最后拆除的整個(gè)全壽命周期內(nèi)，要盡可能地做到節(jié)約能源、保護(hù)環(huán)境，并且還要為工人生產(chǎn)生活提供安全、適用、高效的工業(yè)建筑。通過(guò)介紹綠色工業(yè)建筑設(shè)計(jì)在現(xiàn)代牧業(yè)商河牧場(chǎng)中的應(yīng)用與實(shí)踐，對(duì)現(xiàn)代牧業(yè)商河牧場(chǎng)建筑設(shè)計(jì)的研究與分析，總結(jié)綠色建筑工業(yè)設(shè)計(jì)在現(xiàn)代牧場(chǎng)中的應(yīng)用規(guī)律與特點(diǎn)，以期能夠指導(dǎo)今后我國(guó)“綠色牧場(chǎng)”的建設(shè)。

關(guān)鍵詞:現(xiàn)代牧業(yè);綠色工業(yè)建筑;綠色牧場(chǎng);建筑節(jié)能

近年來(lái)，隨著我國(guó)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(duì)于優(yōu)質(zhì)奶產(chǎn)品的需求量不斷增加，因而中國(guó)乳業(yè)也將迎來(lái)一個(gè)快速發(fā)展時(shí)期。現(xiàn)代化牧場(chǎng)作為我國(guó)乳業(yè)健康快速發(fā)展的基礎(chǔ)，其設(shè)計(jì)建設(shè)必須嚴(yán)格按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)保質(zhì)保量地完成。在環(huán)境污染嚴(yán)重、資源匱乏的今天，牧場(chǎng)設(shè)計(jì)建設(shè)應(yīng)按照綠色工業(yè)建筑設(shè)計(jì)的原則，在滿足牧場(chǎng)生產(chǎn)生活要求的同時(shí)，盡可能地節(jié)約能源，保護(hù)環(huán)境。現(xiàn)代牧業(yè)商河牧場(chǎng)(圖1)是由現(xiàn)代牧業(yè)與KKR和鼎暉兩家公司合資創(chuàng)辦的，位于濟(jì)南市商河縣沙河鄉(xiāng)苗家，占地166.7hm2，總投資超過(guò)10億元，目前奶牛存欄20000頭以上。作為現(xiàn)代牧業(yè)最新建設(shè)的牧場(chǎng)之一，商河牧場(chǎng)在設(shè)計(jì)、選址之初，就秉持著綠色、環(huán)保、節(jié)能的可持續(xù)發(fā)展的設(shè)計(jì)理念，同時(shí)也充分融合現(xiàn)代牧業(yè)十年來(lái)的大規(guī)模養(yǎng)殖和優(yōu)質(zhì)牛奶生產(chǎn)的經(jīng)驗(yàn)，在設(shè)施布局、經(jīng)營(yíng)管理到能源循環(huán)利用模塊方面已全面達(dá)到世界領(lǐng)先水平。現(xiàn)代牧業(yè)商河牧場(chǎng)的成功建設(shè)將為我國(guó)現(xiàn)代化綠色牧場(chǎng)的建設(shè)提供寶貴經(jīng)驗(yàn)。

1牧場(chǎng)總體規(guī)劃設(shè)計(jì)

牧場(chǎng)的總體規(guī)劃遵循著以牛為本、因地制宜、節(jié)能環(huán)保、方便生產(chǎn)的規(guī)劃理念，對(duì)場(chǎng)區(qū)進(jìn)行布置。場(chǎng)區(qū)內(nèi)功能分區(qū)明確，建筑流線布置，道路交通便捷，景觀設(shè)計(jì)優(yōu)美［1］。牧場(chǎng)主要分為辦公生活區(qū)、生產(chǎn)區(qū)、糞污處理區(qū)、飼料區(qū)以及牧場(chǎng)內(nèi)道路、綠化等(圖2)。辦公生活區(qū)以人們?nèi)粘Ｉ詈娃k公為主，所以規(guī)劃設(shè)計(jì)應(yīng)盡可能為工作人員提供安靜舒適優(yōu)美的生活環(huán)境，整個(gè)辦公生活區(qū)是與其他區(qū)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(chuàng)造一個(gè)舒適優(yōu)美的生活環(huán)境，也能讓工作人員在工作之余透過(guò)窗外欣賞美麗的風(fēng)景，提高工作效率;生產(chǎn)區(qū)是牧場(chǎng)設(shè)計(jì)的重中之重，旨在為奶牛創(chuàng)造一個(gè)舒適的生活環(huán)境，提高牛奶的質(zhì)量與產(chǎn)量，同時(shí)也要盡可能做到方便生產(chǎn)、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(chǎng)生產(chǎn)流程進(jìn)行布置，方便擠奶，利于生產(chǎn);糞污處理區(qū)與飼料區(qū)也是牧場(chǎng)的重要組成部分，糞污處理區(qū)的規(guī)劃按照厭氧發(fā)酵工藝的流程進(jìn)行布置，飼料區(qū)按照草料的種類分類安置。總之，牧場(chǎng)的總體規(guī)劃設(shè)計(jì)的最終目標(biāo)是以合理的資金投入建造優(yōu)質(zhì)的奶源基地，為人們提供高品質(zhì)的奶產(chǎn)品。

2輕鋼結(jié)構(gòu)體系的應(yīng)用

牧場(chǎng)內(nèi)牛舍(圖3)、加工車間、倉(cāng)庫(kù)等建筑的主要結(jié)構(gòu)形式大都選用輕型門式剛架作為主要承重結(jié)構(gòu)體系。在其結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)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(gòu)件節(jié)點(diǎn)多采用10.9級(jí)摩擦型高強(qiáng)螺栓連接與焊接;柱腳與基礎(chǔ)為鉸接，并且鋼柱下與基礎(chǔ)連接處均有150mm×150mm×150mm抗剪槽;墻體、屋面等結(jié)構(gòu)采用彩色壓型復(fù)合鋼板;保溫隔熱材料采用玻璃絲棉。輕型鋼結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)相比具有以下幾個(gè)特點(diǎn)［2－9］。

1)柱網(wǎng)布置靈活，尺寸大。由于鋼材強(qiáng)度高、韌性好的特性，柱網(wǎng)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(dá)到18m。而傳統(tǒng)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)形式的柱網(wǎng)布置往往受到很多限制，柱距大多為6m，當(dāng)柱距超過(guò)6m以上時(shí)，往往需要設(shè)置托架和墻梁柱來(lái)支撐，這既增加了工程量又增加了工程造價(jià)。

2)結(jié)構(gòu)自重輕。建筑物的質(zhì)量越大，其所承受的地震作用越大。牧場(chǎng)內(nèi)加工車間、倉(cāng)庫(kù)等鋼結(jié)構(gòu)建筑均采用的是高效輕型薄壁鋼材，其承載力高，構(gòu)件尺寸小，并且其圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用的是彩色壓型鋼板、玻璃絲棉及冷彎薄壁型鋼等輕質(zhì)材料，因而其質(zhì)量相對(duì)于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)建筑可以大大減輕對(duì)地基的壓力，這樣可以把建筑的基礎(chǔ)做得較小，從而降低了基礎(chǔ)施工的土方開挖量和基礎(chǔ)造價(jià)，地基的處理費(fèi)用也相應(yīng)降低。

3)結(jié)構(gòu)性能好。從抗震性能來(lái)看，由于輕型鋼結(jié)構(gòu)建筑的整體自重輕，屬于柔性結(jié)構(gòu)，其所受的地震作用會(huì)比較小，有利于抗震。對(duì)于地震活動(dòng)頻繁而強(qiáng)烈的區(qū)域大力推廣應(yīng)用鋼結(jié)構(gòu)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(fēng)性能來(lái)看，雖然輕型鋼結(jié)構(gòu)建筑自重輕，但鋼結(jié)構(gòu)的整體剛度大，鋼材強(qiáng)度高、抗變形能力好，因此輕鋼結(jié)構(gòu)建筑在遇到大風(fēng)情況時(shí)，也能輕松抵御。據(jù)計(jì)算，一般輕鋼結(jié)構(gòu)建筑可以抵御50m/s的風(fēng)速。即在颶風(fēng)或臺(tái)風(fēng)來(lái)臨的情況下，亦能確保建筑的穩(wěn)定性，保障人員的生命安全。從耐久性來(lái)看，輕型鋼結(jié)構(gòu)的耐久性好，其結(jié)構(gòu)體系大部分是由冷彎薄壁鋼構(gòu)件組成，并且在鋼材的表面會(huì)電鍍一層鋅，這樣可以有效避免鋼材在施工和使用過(guò)程中受到腐蝕，增加了構(gòu)件的使用年限。

4)環(huán)保施工。輕鋼結(jié)構(gòu)的所有構(gòu)配件均在工廠內(nèi)制作完成，現(xiàn)場(chǎng)采用干作業(yè)施工，噪聲小，無(wú)污染，節(jié)約水資源，并且其質(zhì)量也可以得到保證，現(xiàn)場(chǎng)安裝方便快捷，除基礎(chǔ)施工有濕作業(yè)外，鋼結(jié)構(gòu)安裝基本都是干作業(yè)，并且不受環(huán)境季節(jié)的影響，可以大大縮短施工周期。

5)綜合經(jīng)濟(jì)效益高。從建筑的全生命周期來(lái)看，輕型鋼結(jié)構(gòu)建筑的經(jīng)濟(jì)效益明顯高于鋼筋混凝土建筑。輕型鋼結(jié)構(gòu)建筑的施工周期短，可以提前進(jìn)行使用，更早地獲得效益;并且建筑本身自重輕，對(duì)基礎(chǔ)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(jià);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(guó)輕鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展已初具規(guī)模，已具備產(chǎn)業(yè)化的優(yōu)勢(shì)，輕鋼建筑的建造成本已大大降低。

3建筑節(jié)能設(shè)計(jì)

3.1結(jié)構(gòu)體系的節(jié)能設(shè)計(jì)

牧場(chǎng)內(nèi)牛舍、加工車間、倉(cāng)庫(kù)等建筑均采用輕鋼結(jié)構(gòu)為主要承重體系，鋼結(jié)構(gòu)是公認(rèn)的綠色節(jié)能環(huán)保型材料。鋼結(jié)構(gòu)建筑可在很短時(shí)間內(nèi)拆卸，并能100%回收利用，具有很高的可重復(fù)使用性與可循環(huán)性，節(jié)約環(huán)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(hù)構(gòu)件的節(jié)能設(shè)計(jì)

外墻是建筑最為重要的圍護(hù)結(jié)構(gòu)，在建筑外立面上占有很大比例，因此在外圍護(hù)構(gòu)件的設(shè)計(jì)中必須要選取保溫隔熱效果較好的材料以達(dá)到節(jié)能的要求，牧場(chǎng)內(nèi)公寓樓、擠奶廳等框架結(jié)構(gòu)建筑外圍護(hù)構(gòu)件采用的是陶粒混凝土砌塊，它是由超輕頁(yè)巖陶粒、水泥、摻合料以及外加劑等制成的一種輕質(zhì)、保溫的墻體材料。試驗(yàn)表明，其保溫隔熱效果很好，300mm陶粒砌塊墻體(圖4)相當(dāng)于1m厚的紅磚墻體的保溫隔熱效果，是框架結(jié)構(gòu)建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)較為理想的墻體材料。

3.3門窗的節(jié)能設(shè)計(jì)

外門窗是建筑的重要組成部分，它起著采光、通風(fēng)、連接室內(nèi)外空間等作用，是建筑室內(nèi)外能量交換的重要渠道。在整個(gè)建筑物中，外門窗是建筑能耗損失最嚴(yán)重的部位。因此，外門窗的保溫隔熱性能對(duì)整個(gè)建筑的節(jié)能來(lái)說(shuō)是至關(guān)重要的。在牧場(chǎng)的門窗設(shè)計(jì)中，在保證室內(nèi)采光、通風(fēng)、不影響使用的前提下盡量減小窗洞口的面積，嚴(yán)格控制外墻的窗墻面積比，并且在施工過(guò)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(shí)驗(yàn)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(cāng)庫(kù)等生產(chǎn)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(dǎo)熱系數(shù)低，并且采用了多腔體結(jié)構(gòu)，使得其保溫性能大大提高，同時(shí)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(jìn)行密封，外窗玻璃選用雙層中空玻璃，更加強(qiáng)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(guò)這些設(shè)計(jì)可有效降低整個(gè)建筑的能耗損失。

3.4建筑照明的節(jié)能設(shè)計(jì)

建筑照明是建筑節(jié)能的重要構(gòu)成部分，因而其節(jié)能設(shè)計(jì)顯得尤為重要。牧場(chǎng)的建筑照明節(jié)能設(shè)計(jì)是本著經(jīng)濟(jì)、適用、節(jié)能的基本原則，在保證人們正常生產(chǎn)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(jié)能設(shè)計(jì)。

3.4.1采用高效節(jié)能的光源和照明燈具及電器配件根據(jù)牧場(chǎng)廠房結(jié)構(gòu)高、空間大、燈具懸掛高、數(shù)量多等特點(diǎn)，牛舍、車間、庫(kù)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(tǒng)石英金鹵燈具有更高的光效、更高的顯色性以及更長(zhǎng)的壽命等優(yōu)點(diǎn)，屬于高效節(jié)能的氣體放電光源，也是目前工廠建筑主要推廣的節(jié)能電光源之一。同時(shí)，由于氣體放電光源的功率都比較低，因而牧場(chǎng)內(nèi)的電光源都配備了節(jié)能型電子鎮(zhèn)流器來(lái)進(jìn)行功率補(bǔ)償，補(bǔ)償后的氣體放電燈單燈功率因數(shù)不小于0.95。這樣既提高了光源的發(fā)光效率又節(jié)約了能耗，可謂是一舉兩得。眾所周知，照明節(jié)能的評(píng)價(jià)指標(biāo)采用照明功率密度值(LPD)進(jìn)行判定，現(xiàn)以泌乳牛舍為例，分析飛利浦陶瓷金鹵燈與傳統(tǒng)石英金鹵燈對(duì)比的節(jié)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(yuǎn)小于傳統(tǒng)石英金鹵燈，降幅比例達(dá)50%，節(jié)能高達(dá)49%，節(jié)能效果尤其顯著。

3.4.2選擇經(jīng)濟(jì)合理的照明方式對(duì)于不同的建筑應(yīng)該根據(jù)具體的使用要求選擇合適的照明方式。在牛舍的照明設(shè)計(jì)中，由于建筑四周沒有圍護(hù)結(jié)構(gòu)，而且屋頂中間是敞開的，白天陽(yáng)光照射進(jìn)來(lái)就已經(jīng)滿足照明要求，因而只需考慮夜間照明。但在擠奶廳、車間、倉(cāng)庫(kù)等一些建筑中，建筑四周均有圍護(hù)結(jié)構(gòu)，在白天，雖然四周均有窗戶可以使得陽(yáng)光照射進(jìn)來(lái)，但由于建筑跨度大，陽(yáng)光只能照亮窗戶附近區(qū)域，還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足使用，因而需要補(bǔ)光。在這種白天需要補(bǔ)光，夜間也需要照明的建筑中應(yīng)采用混合照明的方式，既節(jié)約了電能，又滿足了使用要求，是最經(jīng)濟(jì)合理的照明方式。

3.4.3良好的后期維修保養(yǎng)照明的后期維修保養(yǎng)是指在照明設(shè)備使用一段時(shí)間后對(duì)光源、燈具等設(shè)備進(jìn)行檢查維修保養(yǎng)，以保證照明設(shè)備正常使用，不至于影響生產(chǎn)工作。具體措施有:1)定期檢查照明設(shè)備，更換老舊部件;2)定期清潔燈具，保證良好的照明質(zhì)量。照明設(shè)備擁有良好的后期維修保養(yǎng)，降低了由于照明設(shè)備的損壞而造成牧場(chǎng)經(jīng)濟(jì)損失的風(fēng)險(xiǎn)，這將對(duì)牧場(chǎng)的正常運(yùn)營(yíng)起到重要作用。

4生物能源循環(huán)利用

由于牧場(chǎng)擁有超過(guò)兩萬(wàn)頭奶牛，奶牛每天要排出大量的糞便尿液，為此牧場(chǎng)建設(shè)了一套完整的糞污處理系統(tǒng)(圖5)。該系統(tǒng)運(yùn)用的是世界上先進(jìn)的推流式厭氧發(fā)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(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，不需要攪拌，能耗低的優(yōu)點(diǎn)，因而是奶牛場(chǎng)首選的發(fā)酵工藝。通過(guò)PFR發(fā)酵工藝，實(shí)現(xiàn)了對(duì)糞污的高效利用，保護(hù)了牧場(chǎng)環(huán)境，并且發(fā)酵產(chǎn)生的沼氣經(jīng)過(guò)脫硫脫水凈化后可以用于發(fā)電、產(chǎn)熱供牧場(chǎng)使用，發(fā)酵后剩余的糞污經(jīng)過(guò)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(nóng)田的有機(jī)肥料。通過(guò)這套完整的糞污處理系統(tǒng)，不僅很好地保護(hù)了牧場(chǎng)的環(huán)境，而且還實(shí)現(xiàn)了物質(zhì)能源的循環(huán)利用，這些都大大降低了牧場(chǎng)運(yùn)行的能耗，基本能實(shí)現(xiàn)能源自足，真正實(shí)現(xiàn)了牧場(chǎng)可持續(xù)發(fā)展的綠色牧場(chǎng)設(shè)計(jì)理念。

5結(jié)束語(yǔ)

乳業(yè)是我國(guó)的重要產(chǎn)業(yè)，優(yōu)質(zhì)牧場(chǎng)的建設(shè)是保證我國(guó)乳業(yè)健康、快速發(fā)展的基礎(chǔ)。在資源匱乏、環(huán)境惡化的今天，現(xiàn)代化優(yōu)質(zhì)牧場(chǎng)的建設(shè)應(yīng)嚴(yán)格秉持著綠色工業(yè)建筑的設(shè)計(jì)理念，在為牧場(chǎng)的生產(chǎn)發(fā)展提供安全、健康、適用、高效的使用空間的同時(shí)，也盡可能地節(jié)約資源、保護(hù)環(huán)境，將牧場(chǎng)建設(shè)成為環(huán)境友好型、資源節(jié)約型和生態(tài)觀光型的綠色牧場(chǎng)，這樣才能真正為我國(guó)乳業(yè)的快速發(fā)展保駕護(hù)航。

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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(xué)，2.中國(guó)建筑上海設(shè)計(jì)研究院有限公司，3.滄州市市政工程股份有限公司