香菇工廠化培育廠房集成批量化結構設計*

王愛風，賀一明，楊秀濤

（1.南陽理工學院，河南 南陽 473004；2.河南省交通規(guī)劃設計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環(huán)節(jié)使用相關智能設備，實現(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構設計背景

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

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，對健康、養(yǎng)生的需求日益迫切，傳統(tǒng)的應季栽培方式已經(jīng)無法滿足市場需求。開發(fā)工廠化培育技術，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)建設的蘑菇工廠化溫控菇房項目為例，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；多層設計廠房每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構設計的關鍵要求

在開展香菇工廠化培育廠房集成批量化結構設計活動時，應該系統(tǒng)化分析香菇培育環(huán)境，設計符合香菇生產(chǎn)培育的廠房。綜合來看，需要注重滿足幾個要求。

1）以功能模塊，推進香菇廠房裝配。香菇對培育環(huán)境的要求基本一致，可以按照香菇生產(chǎn)的各個環(huán)節(jié)對廠房進行分模塊劃分，便于香菇工廠培育廠房有效移動、重復拆卸、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。香菇對無菌環(huán)境要求較高，在建設廠房時，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)實需要。

3）突出特殊要求，完善培育空間。結合香菇工廠化培育要求，在其廠房集成批量化結構時，要重點做好菌種接種室、發(fā)菌室和生育室建設。要設計良好的菌種接種室，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)場裝配式作業(yè)，推進香菇工廠化培育廠房建設進程。通過引進現(xiàn)場裝配式作業(yè)理念，有效縮短廠房的施工期，有助于廠房批量化建設。

2 香菇工廠化培育廠房集成批量化結構設計要求及設計框架

2.1 香菇工廠化培育廠房集成批量化結構設計要求

在香菇培育過程中，由于整個生長過程對菌包接種的要求相對嚴格，且整體需要在無菌環(huán)境下開展，這對香菇廠房建設提出了多種要求。

1）在催蕾技術作業(yè)、育菇作業(yè)等多個環(huán)節(jié)對廠房環(huán)境要求相對較高，需要建設特定的催蕾室與育菇房。因此，香菇工廠化需要配備標準化的催蕾與育菇場所，設置育種區(qū)、百級無菌接種區(qū)、脈動式真空高壓滅菌區(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，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）要構建全新的香菇生長環(huán)境。為充分滿足香菇菌種需求，要對傳統(tǒng)的香菇菌種廠房進行完善、改造。通過建設無菌凈化的培育環(huán)境，引入智慧化的環(huán)境控制系統(tǒng)，對香菇生產(chǎn)環(huán)境中的溫度、濕度和通風等環(huán)境因子進行系統(tǒng)化分析，推動香菇自動化生產(chǎn)。以年生產(chǎn)5萬噸香菇的工廠化項目為例，通過引進“隧道發(fā)酵技術”、出菇房設備和發(fā)酵隧道排污系統(tǒng)，使蘑菇殘料的有機質(zhì)成分達到47.9%、腐殖酸成分達到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，對菌包放置要求、傳送要求等多種現(xiàn)實需要出發(fā)，綜合考慮菌種放置架標準化、菌包保存環(huán)境要素，通過優(yōu)化廠房環(huán)境，合理設置催蕾室、育菇房，有效避免菌包損失和放置不標準等問題。

2.2 香菇工廠化培育廠房集成批量化結構

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，有效調(diào)節(jié)了香菇的上市時間，穩(wěn)定了香菇的上市數(shù)量，推進香菇規(guī)?；耘唷a(chǎn)業(yè)化發(fā)展。為做好香菇工廠化培育廠房結構設計，找到廠房安全運營與經(jīng)濟效益的平衡點，需要重視滿足幾個結構體系。

1） 整體概述。綜合香菇工廠化培育的現(xiàn)實需要，設計廠房框架。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行連接；在另一側安裝轉(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計結構，柱間支撐采用縱向結構設計，負責承擔廠房的整體負荷載重。結合香菇工廠化培育廠房的實際需要，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個甚至多個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）設計補充。在香菇培育廠房設計時，通過將玻璃貼上“防輻射膜”，避免香菇培育生長過程中，因強光照射而出現(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構設計流程及優(yōu)化方法

3.1 香菇工廠化培育廠房集成批量化結構設計

在香菇工廠化培育廠房進行集成批量化結構設計時，要嚴格按照廠房環(huán)境的實際需要、具體功能來確定廠房的構造、連接方式，確保廠房設計建設的規(guī)范化與精準度。在開展香菇工廠化培育廠房集成批量化結構設計工作時，需要根據(jù)相關技術要求、規(guī)范標準，提高廠房構造的承載應力、傳遞應力，滿足香菇工廠化培育廠房的建設要求。綜合香菇工廠化培育活動要求，在探索廠房集成批量化結構設計方案時，要遵循以下設計流程。

按照“接種、培養(yǎng)、出菇”的生長培育流程，確定批量化結構設計方案。在菌包接種時，將菌包以“立式”放置于籃筐內(nèi)，完成菌包接種后，由人工搬運至傳輸架，并以“橫向”平置于傳輸架中，再由叉車統(tǒng)一運輸至催蕾室。在催蕾室內(nèi)，要設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計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構設計時，要盡可能考慮廠房的空氣流通環(huán)境、地形地勢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，可僅在跨度中央設置一道支撐桿件[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行標準化探索，再對可移動栽培床架的數(shù)量、間距和坡度進行標準化界定，從而確保廠房達標。

3.2 香菇工廠化培育廠房集成批量化結構設計優(yōu)化方法

香菇工廠化培育廠房是依據(jù)香菇生產(chǎn)流程所設計的特殊空間，廠房集成批量化結構設計是滿足香菇工廠化培育的基礎與前提，鑒于香菇工廠化培育經(jīng)驗不斷優(yōu)化，在集成批量結構化設計過程中，還需要結合實際環(huán)境和栽培需要對設計活動進行持續(xù)優(yōu)化。

1）要綜合考慮香菇工廠化培育廠房的實際功能需要，空間結構布局與功能分配，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計方案為例，在跨度大于30 m，高度小于10 m時，柱距設置為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、裝配式廠房結構設計時，要重視對香菇栽培環(huán)境進行科學檢測，結合具體環(huán)境因子指標動態(tài)調(diào)整，持續(xù)優(yōu)化廠房建筑結構。

3）從成本角度持續(xù)優(yōu)化結構設計工作，合理分配廠房的功能空間和位置設計，減少香菇培育栽培過程中的運輸消耗，助力育種作業(yè)。

4 結論

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)揮智能技術優(yōu)勢。在生態(tài)環(huán)境可控的情況下，組織開展智慧化、自動化的香菇栽培，適應香菇培育需要。為滿足香菇工廠化培育對環(huán)境控制的較高需求，需要配備自動滅菌設備、空氣調(diào)節(jié)設備、空氣加濕凈化設備，創(chuàng)造無菌環(huán)境。積極探索廠房集成批量化結構設計的最優(yōu)方案，滿足香菇的工廠化培育需求。