王愛風(fēng)，賀一明，楊秀濤

（1.南陽理工學(xué)院，河南 南陽 473004；2.河南省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院股份有限公司，河南 鄭州 450000）

目前歐美各國香菇產(chǎn)業(yè)基本實(shí)現(xiàn)了全過程、全環(huán)節(jié)工廠化生產(chǎn)，而我國部分地區(qū)香菇仍在使用傳統(tǒng)栽培方式，直接影響了香菇的生產(chǎn)效率。香菇工廠化培育是一種完全區(qū)別于傳統(tǒng)“一家一戶”的全新培育模式，通過在香菇培育的各個(gè)環(huán)節(jié)使用相關(guān)智能設(shè)備，實(shí)現(xiàn)從拌料、發(fā)酵等全環(huán)節(jié)的智慧化、工業(yè)化生產(chǎn)。需要從集成、批量化視角出發(fā)，為香菇工廠化培育、栽培創(chuàng)造優(yōu)質(zhì)廠房環(huán)境，有效提升香菇的整體產(chǎn)量、生產(chǎn)效率。

1 香菇工廠化培育廠房集成批量化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)背景

1.1 香菇產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的現(xiàn)實(shí)需要

香菇（Lentinus edodes），又名香蕈、香信、冬菇等，肉質(zhì)整體肥嫩，并且包含了各種糖類、氨基酸等營養(yǎng)成分。人民生活條件不斷改善，對(duì)健康、養(yǎng)生的需求日益迫切，傳統(tǒng)的應(yīng)季栽培方式已經(jīng)無法滿足市場(chǎng)需求。開發(fā)工廠化培育技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)香菇全年生產(chǎn)，既有效降低了香菇的栽培成本，也全面提升了香菇的培育效率。以南京地區(qū)建設(shè)的蘑菇工廠化溫控菇房項(xiàng)目為例，使用土地面積僅占傳統(tǒng)模式的1%，生產(chǎn)效率卻高出約40倍；多層設(shè)計(jì)廠房每667平方米產(chǎn)值將近15萬元，比傳統(tǒng)土地產(chǎn)出率高出許多；生物轉(zhuǎn)化率超過130%，雜菌污染率可控制在0.01%以內(nèi)[1]。

1.2 香菇工廠化培育廠房集成批量化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵要求

在開展香菇工廠化培育廠房集成批量化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)活動(dòng)時(shí)，應(yīng)該系統(tǒng)化分析香菇培育環(huán)境，設(shè)計(jì)符合香菇生產(chǎn)培育的廠房。綜合來看，需要注重滿足幾個(gè)要求。

1）以功能模塊，推進(jìn)香菇廠房裝配。香菇對(duì)培育環(huán)境的要求基本一致，可以按照香菇生產(chǎn)的各個(gè)環(huán)節(jié)對(duì)廠房進(jìn)行分模塊劃分，便于香菇工廠培育廠房有效移動(dòng)、重復(fù)拆卸、快速裝配。廠房內(nèi)原料庫、菌種接種室和生育室等各功能模塊之間，可通過傳送帶“連接傳送”的方式，實(shí)現(xiàn)香菇培育、生長的封閉控制。

2）以生態(tài)綠色理念，選擇香菇廠房材料。香菇對(duì)無菌環(huán)境要求較高，在建設(shè)廠房時(shí)，要從綠色建筑要求出發(fā)，盡可能選擇節(jié)能環(huán)保、能耗低的建筑材料，滿足香菇工廠化發(fā)展的現(xiàn)實(shí)需要。

3）突出特殊要求，完善培育空間。結(jié)合香菇工廠化培育要求，在其廠房集成批量化結(jié)構(gòu)時(shí)，要重點(diǎn)做好菌種接種室、發(fā)菌室和生育室建設(shè)。要設(shè)計(jì)良好的菌種接種室，通過優(yōu)化空氣流，營造清潔無菌的香菇接種環(huán)境，減少菌瓶的污染率[2]。發(fā)菌室對(duì)溫度、濃度等提出了較高要求，為滿足工業(yè)化生產(chǎn)要求，要為不同區(qū)域內(nèi)菌絲均衡生產(chǎn)創(chuàng)造良好條件，通過確保房間、各通道之間的空氣壓力，有效杜絕室外空氣倒流。

4）開展現(xiàn)場(chǎng)裝配式作業(yè)，推進(jìn)香菇工廠化培育廠房建設(shè)進(jìn)程。通過引進(jìn)現(xiàn)場(chǎng)裝配式作業(yè)理念，有效縮短廠房的施工期，有助于廠房批量化建設(shè)。

2 香菇工廠化培育廠房集成批量化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求及設(shè)計(jì)框架

2.1 香菇工廠化培育廠房集成批量化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求

在香菇培育過程中，由于整個(gè)生長過程對(duì)菌包接種的要求相對(duì)嚴(yán)格，且整體需要在無菌環(huán)境下開展，這對(duì)香菇廠房建設(shè)提出了多種要求。

1）在催蕾技術(shù)作業(yè)、育菇作業(yè)等多個(gè)環(huán)節(jié)對(duì)廠房環(huán)境要求相對(duì)較高，需要建設(shè)特定的催蕾室與育菇房。因此，香菇工廠化需要配備標(biāo)準(zhǔn)化的催蕾與育菇場(chǎng)所，設(shè)置育種區(qū)、百級(jí)無菌接種區(qū)、脈動(dòng)式真空高壓滅菌區(qū)，滿足香菇生長。

2）在接種環(huán)節(jié)，已經(jīng)完成接種的菌包要避免過多搬運(yùn)作業(yè)。目前接種主要有固體、液體兩種接種方式，在菌包接種時(shí)，要根據(jù)液體、固體不同接種方式，采用差異化的放置方式。固體菌種接種后，可以使用水平放置、固定放置的方式；液體菌種接種后菌種整體呈現(xiàn)液體狀態(tài)，且極其容易受重力影響，需要采用立式放置。

3）要構(gòu)建全新的香菇生長環(huán)境。為充分滿足香菇菌種需求，要對(duì)傳統(tǒng)的香菇菌種廠房進(jìn)行完善、改造。通過建設(shè)無菌凈化的培育環(huán)境，引入智慧化的環(huán)境控制系統(tǒng)，對(duì)香菇生產(chǎn)環(huán)境中的溫度、濕度和通風(fēng)等環(huán)境因子進(jìn)行系統(tǒng)化分析，推動(dòng)香菇自動(dòng)化生產(chǎn)。以年生產(chǎn)5萬噸香菇的工廠化項(xiàng)目為例，通過引進(jìn)“隧道發(fā)酵技術(shù)”、出菇房設(shè)備和發(fā)酵隧道排污系統(tǒng)，使蘑菇殘料的有機(jī)質(zhì)成分達(dá)到47.9%、腐殖酸成分達(dá)到20.72%，氮含量1.48%，為香菇生長創(chuàng)造最佳環(huán)境[3]。

4） 要從香菇接種、培育前后，對(duì)菌包放置要求、傳送要求等多種現(xiàn)實(shí)需要出發(fā)，綜合考慮菌種放置架標(biāo)準(zhǔn)化、菌包保存環(huán)境要素，通過優(yōu)化廠房環(huán)境，合理設(shè)置催蕾室、育菇房，有效避免菌包損失和放置不標(biāo)準(zhǔn)等問題。

2.2 香菇工廠化培育廠房集成批量化結(jié)構(gòu)

以香菇工廠化培育廠房為主體，開展包含香菇馴化、培育、采收等全鏈條業(yè)務(wù)，有效調(diào)節(jié)了香菇的上市時(shí)間，穩(wěn)定了香菇的上市數(shù)量，推進(jìn)香菇規(guī)?；耘?、產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。為做好香菇工廠化培育廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，找到廠房安全運(yùn)營與經(jīng)濟(jì)效益的平衡點(diǎn)，需要重視滿足幾個(gè)結(jié)構(gòu)體系。

1） 整體概述。綜合香菇工廠化培育的現(xiàn)實(shí)需要，設(shè)計(jì)廠房框架。框架主要有三棱鏡、搖桿卷輪、真空黑色玻璃等要素，框架內(nèi)統(tǒng)一安裝橫梁，玻璃與框架頂端處以鉸制的方式進(jìn)行連接；在另一側(cè)安裝轉(zhuǎn)輪，通過將其固定在廠房框架的邊角位置，并使用三棱鏡固定在框架的衡量上。

2）框架體系。香菇培育廠房整體呈現(xiàn)縱向長、橫向短的框架體系，其中鋼接框架采用橫向設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，柱間支撐采用縱向結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，負(fù)責(zé)承擔(dān)廠房的整體負(fù)荷載重。結(jié)合香菇工廠化培育廠房的實(shí)際需要，可以采用純框架體系，通過使用縱向、橫向的鋼接框架，替代柱間支撐。該框架體系不受空間影響，采用2個(gè)甚至多個(gè)方向慣性矩差異不明顯的截面形式，增加了香菇工廠化培育廠房框架的用鋼量。

3）設(shè)計(jì)補(bǔ)充。在香菇培育廠房設(shè)計(jì)時(shí)，通過將玻璃貼上“防輻射膜”，避免香菇培育生長過程中，因強(qiáng)光照射而出現(xiàn)的香菇變黃、干燥等問題，也有效降低紫外線照射對(duì)香菇營養(yǎng)成分的損害，顯著改善了香菇的品質(zhì)。

3 香菇工廠化培育廠房集成批量化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)流程及優(yōu)化方法

3.1 香菇工廠化培育廠房集成批量化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

在香菇工廠化培育廠房進(jìn)行集成批量化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，要嚴(yán)格按照廠房環(huán)境的實(shí)際需要、具體功能來確定廠房的構(gòu)造、連接方式，確保廠房設(shè)計(jì)建設(shè)的規(guī)范化與精準(zhǔn)度。在開展香菇工廠化培育廠房集成批量化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作時(shí)，需要根據(jù)相關(guān)技術(shù)要求、規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，提高廠房構(gòu)造的承載應(yīng)力、傳遞應(yīng)力，滿足香菇工廠化培育廠房的建設(shè)要求。綜合香菇工廠化培育活動(dòng)要求，在探索廠房集成批量化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案時(shí)，要遵循以下設(shè)計(jì)流程。

按照“接種、培養(yǎng)、出菇”的生長培育流程，確定批量化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案。在菌包接種時(shí)，將菌包以“立式”放置于籃筐內(nèi)，完成菌包接種后，由人工搬運(yùn)至傳輸架，并以“橫向”平置于傳輸架中，再由叉車統(tǒng)一運(yùn)輸至催蕾室。在催蕾室內(nèi)，要設(shè)置專門用于香菇培育的“層疊式”傳輸架，傳輸架的邊緣部分設(shè)計(jì)滾輪便于后期育種作業(yè)。

香菇工廠化培育廠房集成批量化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，要盡可能考慮廠房的空氣流通環(huán)境、地形地勢(shì)和香菇栽培等具體因素，合理分配香菇廠房環(huán)境空間。比如，當(dāng)香菇工廠化培育廠房選擇跨度小于30 m的梯形屋架、跨度小于22 m的三角形屋架時(shí)，可僅在跨度中央設(shè)置一道支撐桿件[4]。盡可能減少菌種培養(yǎng)料生產(chǎn)與香菇房之間的交叉污染，要根據(jù)香菇的培育環(huán)節(jié)和流程，優(yōu)化廠房內(nèi)部空間。通過對(duì)香菇工廠化培育廠房中“養(yǎng)菌房”“出菇房”等主要空間的長寬高進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化探索，再對(duì)可移動(dòng)栽培床架的數(shù)量、間距和坡度進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化界定，從而確保廠房達(dá)標(biāo)。

3.2 香菇工廠化培育廠房集成批量化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法

香菇工廠化培育廠房是依據(jù)香菇生產(chǎn)流程所設(shè)計(jì)的特殊空間，廠房集成批量化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是滿足香菇工廠化培育的基礎(chǔ)與前提，鑒于香菇工廠化培育經(jīng)驗(yàn)不斷優(yōu)化，在集成批量結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)過程中，還需要結(jié)合實(shí)際環(huán)境和栽培需要對(duì)設(shè)計(jì)活動(dòng)進(jìn)行持續(xù)優(yōu)化。

1）要綜合考慮香菇工廠化培育廠房的實(shí)際功能需要，空間結(jié)構(gòu)布局與功能分配，通過合理劃分廠房內(nèi)部的空間大小，從而滿足香菇培育功能需要。以工廠化培育廠房設(shè)計(jì)方案為例，在跨度大于30 m，高度小于10 m時(shí)，柱距設(shè)置為10 m左右，在參數(shù)較小的香菇工廠化培育廠房，柱距控制在5.5 m左右[5]。

2）采用模塊化、裝配式廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，要重視對(duì)香菇栽培環(huán)境進(jìn)行科學(xué)檢測(cè)，結(jié)合具體環(huán)境因子指標(biāo)動(dòng)態(tài)調(diào)整，持續(xù)優(yōu)化廠房建筑結(jié)構(gòu)。

3）從成本角度持續(xù)優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作，合理分配廠房的功能空間和位置設(shè)計(jì)，減少香菇培育栽培過程中的運(yùn)輸消耗，助力育種作業(yè)。

4 結(jié)論

工廠化生產(chǎn)是香菇培育生產(chǎn)方式向現(xiàn)代化、產(chǎn)業(yè)化方向發(fā)展的重要途徑，借助工業(yè)化思維，發(fā)揮智能技術(shù)優(yōu)勢(shì)。在生態(tài)環(huán)境可控的情況下，組織開展智慧化、自動(dòng)化的香菇栽培，適應(yīng)香菇培育需要。為滿足香菇工廠化培育對(duì)環(huán)境控制的較高需求，需要配備自動(dòng)滅菌設(shè)備、空氣調(diào)節(jié)設(shè)備、空氣加濕凈化設(shè)備，創(chuàng)造無菌環(huán)境。積極探索廠房集成批量化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的最優(yōu)方案，滿足香菇的工廠化培育需求。