奶牛场设计的目的是为了在奶牛规模化养殖中保障各项生产管理、环境控制、废弃物处理的正常进行以及获取一定的经济回报，受奶牛饲养管理理论的规范和资金投入及环保等政策的制约。科学的奶牛场规划设计需针对牛场基建、设备、牛群、人力资源、管理、饲料等多方面予以平衡，将当地资源和企业实际状况融入设计之中。奶牛场设计需要建立在畜牧理论知识基础上，完成功能区建筑、水暖电以及道路、排水、绿化基础设施等方面的工作。工艺设计最终表现为牛场的设计总图，包括布局图、路网总图、水电总图及各类牛舍设计图。
1确定牛群组成结构
国内较为常见的分群结构为犊牛、育成牛、青年牛、成乳牛四阶段。也可将犊牛分为哺乳犊牛和断奶犊牛，成乳牛细分为干乳牛、产犊牛、泌乳牛。牛场生产和管理水平的不同，决定了牛群结构的不同。可按国内一般生产水平下的牛群比例作为牛场设计参考：哺乳犊牛占4.1%，断奶犊牛占7.2%，育成牛占16.8%，青年牛占11.8%，干乳牛占5.8%，产犊牛占3.8%，泌乳牛占50.5%。此外，成乳牛年更新率可按20%计算，病牛可按成乳牛总数的2.0%计算。
2奶牛舍设计基本原则
牛舍应通风良好，舍内湿度低、防风，以减少奶牛冬夏的应激问题;便于奶牛挤奶、采食，饮水，休息;奶牛动线合理，奶、料、粪、牛的移动(运输)方便高效;料槽、水槽配置得当，休息区的面积适宜;避免奶牛滑倒，擦伤;方便工人的操作与管理，有修蹄、治疗等必要的特殊设备;牛舍设计有一定灵活性拓展空间，便于未来牛场扩大或增添新设备。
3牛舍的布局与工艺设计
场区内布局可分为4个功能区，即奶牛饲养区、饲料生产区、粪污处理区和生产管理区。奶牛饲养区分为泌乳牛舍、干乳牛舍、挤奶厅、后备牛舍、犊牛舍、隔离牛舍、兽医室七个部分。生产区内各类牛舍须有统一布局，要求泌乳牛舍相对集中，挤奶厅要临近泌奶牛，按泌奶牛舍→干乳牛舍→产房→犊牛舍→育成牛舍顺序排布，从而使干奶牛、犊牛与产房临近。饲料生产区又分为精料库、干草棚与青贮窖。粪污处理区设有沉淀池、堆粪场地或粪肥加工车间、沼气池等。生产管理区是牛场管理人员从事经营管理活动的功能区，管理区应处于全场的最上风向，处于与外界联系便利的位置，车库、待出售的畜产品及仓库应设在管理区。奶牛场的饲养管理工艺主要包含奶牛舍的样式、饲养方式、饲喂方式、饮水方式、挤奶方式和清粪方式等方面，在设计时要综合考量这些因素。
3.1奶牛舍的样式
奶牛场的牛舍样式一般分为开放式、半开放式和有窗式牛舍，按屋顶形态有单坡式、双坡式、拱顶形式和钟楼式牛舍。寒冷地区以防寒为主，奶牛舍采用半开放式或有窗牛舍较多;高温地区以防暑为主，多采用开放式、钟楼式牛舍。奶牛舍的围护结构要有一定的保温隔热性能，以确保冬季墙内表面不结露，以此计算围护结构的保温热阻值。
3.2饲养方式
饲养方式是奶牛场工艺设计的核心，常用的饲养方式包括栓系饲养、散栏饲养和散放饲养。栓系饲养是用颈链或颈枷将奶牛活动限制在舍内食槽的位置，奶牛吃完草料后放开自由活动，或在原位休息反刍，牛位宽度为1.0～1.4m、长度为1.8m。栓系饲养下奶牛通常采用管道挤奶，也有的采用挤奶厅。散栏饲养是在牛舍内设牛卧床供奶牛休息反刍，这种方式更近似奶牛自然状态，卧床宽度为1.1m、长度为2.3m，奶牛自由采食，采食位的宽度为0.65～1.10m，散栏饲养更加符合奶牛的天性，扩充了奶牛的活动空间和场所，显著增加了运动和光照时间，有利于增强牛的体质，避免栓系造成的对奶牛乳头、肢体和关节的损害，奶牛自行到指定区域挤奶、采食草料、排便，减少了人力，实现了饲养区和挤奶区的独立。散放式饲养方式一般在草场面积大、有放牧条件的地区更常见，通常采用较为简陋的牛舍与放牧相结合的形式，属于粗放型养殖模式，投入小、年产奶量达到5t就有较好的经济效益。饲养方式要根据实际条件确定。
3.3饲喂方式
现代化奶牛场生产中，无论是机械饲喂还是人工饲喂，饲料应由传统的精料、粗料分开饲喂转为全混合日粮(TMR)，全混合日粮是按奶牛不同阶段的营养需要，将不同类型的饲料包括精料、干草、青贮料等加工混合而生产的全价饲料，全混合日粮中应含有5kg以上的长纤维饲草，如优质的青干草。有研究表明，全混合日粮可提高奶牛生产水平10%～15%。饲料搅拌喂饲车是将饲料加工、混合、饲喂集成的机械，根据容量不同每台搅拌车可对应100～600头奶牛的饲喂，可代替10～30人的工作。饲料搅拌车按功能分为立式和卧式、自取料和人工取料、牵引和自行式。如果采用牵引、非自取料卧式的搅拌车，则需配备铲车和拖车，规模奶牛场可选用这套设备，提高生产水平和生产效率。如果奶牛场规模较小、资金不足，可用搅拌机、割草机等机械代替饲料车，辅以人工饲喂也能实现全混合日粮饲喂。采用饲料搅拌车机械饲喂，饲喂通道宽度应大于4m，而手推车人工饲喂，饲喂通道大于3m即可。
3.4饮水方式
常见的饮水方式有水槽和杯状饮水器。用食槽代替饮水槽既增加清洁劳动量又不卫生。散栏饲养需每隔30～40个牛卧栏就设一个垂直过道，在过道上设水槽。带水槽的过道净宽度至少为3.6m，以4.5m为宜。每15～20头牛应配有一个饮水器或周长为60cm的水槽。泌乳牛日饮水量为160～230L，供水量按每头牛每秒饮水27～32L的量来设计。水槽可设在舍内或舍外运动场上，可加设自动控制水面高度的设备。饮用冷水会降低奶牛产奶量，寒冷地区饮水设备最好有保温措施，同时须防止水管冻裂。
3.5挤奶方式
挤奶是奶牛场生产的重要环节，机械挤奶方式可根据奶牛场资金状况而定，可选择管道式挤奶机、鱼骨式挤奶厅、转盘式挤奶厅和移动挤奶车等方式。管道式挤奶适用于栓系饲养方式，与挤奶厅相比，因设在牛舍内，每头牛对应1台设备，奶牛在进食时可以挤奶，减少了奶牛的移动距离，降低了交叉感染风险，有利于防疫，但设备利用率较挤奶厅低，用于清洗管线的热水供应分散。挤奶厅适用于各类饲养方式，在生产中应用广泛，其优点是利用效率高，人工少，牛奶不易污染，但如果设计不合理，奶牛移动距离长，则容易出现交叉感染。移动挤奶车较灵活，适合小规模养殖场或农户养殖，也可用于产房。无论哪种挤奶设备，都应考虑设备的维护，尤其是转盘式挤奶机，如果出现故障，将给生产造成巨大损失。
3.6清粪方式
清粪方式是否合理，决定了牛舍内环境条件。牛粪舍内发酵产生有毒有害气体，水分蒸发增加湿度，特别在冬季牛舍密闭、通风不好的情况下，奶牛蹄病发病率升高，牛体散热加快，产奶量降低。常见的清粪方式分为漏缝地板水冲或刮板清粪、明沟刮板清粪和人工清粪。水冲清粪方式粪水混合后为达到环保要求须使用固液分离机将固体和液体分开，固体作堆肥处理，液体净化处理后灌溉，这种形式将粪水混合后再分离，分离后的固体物质有机质含量下降，利用价值降低，且液体中有机成分增加，净化成本增大，仅仅减少人工得不偿失。刮板清粪采用牵引式刮粪机，刮粪板刮过的地方仍有粪便残存，如不及时清理仍会增加舍内湿度，引起牛的蹄病，而且设备投资高并需要一定的维修费用。人工清粪是在粪水分开的基础上，人工清除固体粪便，液体从浅明沟或暗沟排出牛舍。人工清粪用水最少，清粪效果彻底，但增加了人工成本。
4粪便与污水的处理方式
成年奶牛每500kg体重日排便量30～50kg(0.3～0.45m3)，粪尿混合液含水率为86%～88%。牛场的粪污处理原则是源头化和减量化，场区内雨污分离、牛舍内干湿分离。多级沉淀池是最简单的污水处理方式。干粪的处理最主要的方式是直接或制成有机肥后向田里施肥。要注重粪污从牛舍、运动场、挤奶厅收集后向场内粪污处理区的运输环节，场区附近粪污堆放区的设置和存储问题，可能采取的粪污深加工方式以及粪污在土地中的排放利用问题。目前最好的解决方案是建场伊始能配有足够面积的土地，将粪污转化为有机肥予以利用。适宜的面积是按每头牛1334m2地来计算。如果条件允许，还应该测定土壤中磷的沉积量，据此来确定施肥量，避免土地的富磷化。在没有足够土地的条件下，着重在牛场、牛舍设计中做好减量化设计，在清粪方式、干湿分离、雨污分离、污水处理等方面多加考量。
《奶牛场建设与工艺设计研究》来源：《湖北畜牧兽医》，作者：提博宇