香菇工厂化培育厂房集成批量化结构设计*

王爱风，贺一明，杨秀涛

（1.南阳理工学院，河南 南阳 473004；2.河南省交通规划设计研究院股份有限公司，河南 郑州 450000）

目前欧美各国香菇产业基本实现了全过程、全环节工厂化生产，而我国部分地区香菇仍在使用传统栽培方式，直接影响了香菇的生产效率。香菇工厂化培育是一种完全区别于传统“一家一户”的全新培育模式，通过在香菇培育的各个环节使用相关智能设备，实现从拌料、发酵等全环节的智慧化、工业化生产。需要从集成、批量化视角出发，为香菇工厂化培育、栽培创造优质厂房环境，有效提升香菇的整体产量、生产效率。

1 香菇工厂化培育厂房集成批量化结构设计背景

1.1 香菇产业高质量发展的现实需要

香菇（Lentinus edodes），又名香蕈、香信、冬菇等，肉质整体肥嫩，并且包含了各种糖类、氨基酸等营养成分。人民生活条件不断改善，对健康、养生的需求日益迫切，传统的应季栽培方式已经无法满足市场需求。开发工厂化培育技术，能够实现香菇全年生产，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。以南京地区建设的蘑菇工厂化温控菇房项目为例，使用土地面积仅占传统模式的1%，生产效率却高出约40倍；多层设计厂房每667平方米产值将近15万元，比传统土地产出率高出许多；生物转化率超过130%，杂菌污染率可控制在0.01%以内[1]。

1.2 香菇工厂化培育厂房集成批量化结构设计的关键要求

在开展香菇工厂化培育厂房集成批量化结构设计活动时，应该系统化分析香菇培育环境，设计符合香菇生产培育的厂房。综合来看，需要注重满足几个要求。

1）以功能模块，推进香菇厂房装配。香菇对培育环境的要求基本一致，可以按照香菇生产的各个环节对厂房进行分模块划分，便于香菇工厂培育厂房有效移动、重复拆卸、快速装配。厂房内原料库、菌种接种室和生育室等各功能模块之间，可通过传送带“连接传送”的方式，实现香菇培育、生长的封闭控制。

2）以生态绿色理念，选择香菇厂房材料。香菇对无菌环境要求较高，在建设厂房时，要从绿色建筑要求出发，尽可能选择节能环保、能耗低的建筑材料，满足香菇工厂化发展的现实需要。

3）突出特殊要求，完善培育空间。结合香菇工厂化培育要求，在其厂房集成批量化结构时，要重点做好菌种接种室、发菌室和生育室建设。要设计良好的菌种接种室，通过优化空气流，营造清洁无菌的香菇接种环境，减少菌瓶的污染率[2]。发菌室对温度、浓度等提出了较高要求，为满足工业化生产要求，要为不同区域内菌丝均衡生产创造良好条件，通过确保房间、各通道之间的空气压力，有效杜绝室外空气倒流。

4）开展现场装配式作业，推进香菇工厂化培育厂房建设进程。通过引进现场装配式作业理念，有效缩短厂房的施工期，有助于厂房批量化建设。

2 香菇工厂化培育厂房集成批量化结构设计要求及设计框架

2.1 香菇工厂化培育厂房集成批量化结构设计要求

在香菇培育过程中，由于整个生长过程对菌包接种的要求相对严格，且整体需要在无菌环境下开展，这对香菇厂房建设提出了多种要求。

1）在催蕾技术作业、育菇作业等多个环节对厂房环境要求相对较高，需要建设特定的催蕾室与育菇房。因此，香菇工厂化需要配备标准化的催蕾与育菇场所，设置育种区、百级无菌接种区、脉动式真空高压灭菌区，满足香菇生长。

2）在接种环节，已经完成接种的菌包要避免过多搬运作业。目前接种主要有固体、液体两种接种方式，在菌包接种时，要根据液体、固体不同接种方式，采用差异化的放置方式。固体菌种接种后，可以使用水平放置、固定放置的方式；液体菌种接种后菌种整体呈现液体状态，且极其容易受重力影响，需要采用立式放置。

3）要构建全新的香菇生长环境。为充分满足香菇菌种需求，要对传统的香菇菌种厂房进行完善、改造。通过建设无菌净化的培育环境，引入智慧化的环境控制系统，对香菇生产环境中的温度、湿度和通风等环境因子进行系统化分析，推动香菇自动化生产。以年生产5万吨香菇的工厂化项目为例，通过引进“隧道发酵技术”、出菇房设备和发酵隧道排污系统，使蘑菇残料的有机质成分达到47.9%、腐殖酸成分达到20.72%，氮含量1.48%，为香菇生长创造最佳环境[3]。

4） 要从香菇接种、培育前后，对菌包放置要求、传送要求等多种现实需要出发，综合考虑菌种放置架标准化、菌包保存环境要素，通过优化厂房环境，合理设置催蕾室、育菇房，有效避免菌包损失和放置不标准等问题。

2.2 香菇工厂化培育厂房集成批量化结构

以香菇工厂化培育厂房为主体，开展包含香菇驯化、培育、采收等全链条业务，有效调节了香菇的上市时间，稳定了香菇的上市数量，推进香菇规模化栽培、产业化发展。为做好香菇工厂化培育厂房结构设计，找到厂房安全运营与经济效益的平衡点，需要重视满足几个结构体系。

1） 整体概述。综合香菇工厂化培育的现实需要，设计厂房框架。框架主要有三棱镜、摇杆卷轮、真空黑色玻璃等要素，框架内统一安装横梁，玻璃与框架顶端处以铰制的方式进行连接；在另一侧安装转轮，通过将其固定在厂房框架的边角位置，并使用三棱镜固定在框架的衡量上。

2）框架体系。香菇培育厂房整体呈现纵向长、横向短的框架体系，其中钢接框架采用横向设计结构，柱间支撑采用纵向结构设计，负责承担厂房的整体负荷载重。结合香菇工厂化培育厂房的实际需要，可以采用纯框架体系，通过使用纵向、横向的钢接框架，替代柱间支撑。该框架体系不受空间影响，采用2个甚至多个方向惯性矩差异不明显的截面形式，增加了香菇工厂化培育厂房框架的用钢量。

3）设计补充。在香菇培育厂房设计时，通过将玻璃贴上“防辐射膜”，避免香菇培育生长过程中，因强光照射而出现的香菇变黄、干燥等问题，也有效降低紫外线照射对香菇营养成分的损害，显著改善了香菇的品质。

3 香菇工厂化培育厂房集成批量化结构设计流程及优化方法

3.1 香菇工厂化培育厂房集成批量化结构设计

在香菇工厂化培育厂房进行集成批量化结构设计时，要严格按照厂房环境的实际需要、具体功能来确定厂房的构造、连接方式，确保厂房设计建设的规范化与精准度。在开展香菇工厂化培育厂房集成批量化结构设计工作时，需要根据相关技术要求、规范标准，提高厂房构造的承载应力、传递应力，满足香菇工厂化培育厂房的建设要求。综合香菇工厂化培育活动要求，在探索厂房集成批量化结构设计方案时，要遵循以下设计流程。

按照“接种、培养、出菇”的生长培育流程，确定批量化结构设计方案。在菌包接种时，将菌包以“立式”放置于篮筐内，完成菌包接种后，由人工搬运至传输架，并以“横向”平置于传输架中，再由叉车统一运输至催蕾室。在催蕾室内，要设置专门用于香菇培育的“层叠式”传输架，传输架的边缘部分设计滚轮便于后期育种作业。

香菇工厂化培育厂房集成批量化结构设计时，要尽可能考虑厂房的空气流通环境、地形地势和香菇栽培等具体因素，合理分配香菇厂房环境空间。比如，当香菇工厂化培育厂房选择跨度小于30 m的梯形屋架、跨度小于22 m的三角形屋架时，可仅在跨度中央设置一道支撑杆件[4]。尽可能减少菌种培养料生产与香菇房之间的交叉污染，要根据香菇的培育环节和流程，优化厂房内部空间。通过对香菇工厂化培育厂房中“养菌房”“出菇房”等主要空间的长宽高进行标准化探索，再对可移动栽培床架的数量、间距和坡度进行标准化界定，从而确保厂房达标。

3.2 香菇工厂化培育厂房集成批量化结构设计优化方法

香菇工厂化培育厂房是依据香菇生产流程所设计的特殊空间，厂房集成批量化结构设计是满足香菇工厂化培育的基础与前提，鉴于香菇工厂化培育经验不断优化，在集成批量结构化设计过程中，还需要结合实际环境和栽培需要对设计活动进行持续优化。

1）要综合考虑香菇工厂化培育厂房的实际功能需要，空间结构布局与功能分配，通过合理划分厂房内部的空间大小，从而满足香菇培育功能需要。以工厂化培育厂房设计方案为例，在跨度大于30 m，高度小于10 m时，柱距设置为10 m左右，在参数较小的香菇工厂化培育厂房，柱距控制在5.5 m左右[5]。

2）采用模块化、装配式厂房结构设计时，要重视对香菇栽培环境进行科学检测，结合具体环境因子指标动态调整，持续优化厂房建筑结构。

3）从成本角度持续优化结构设计工作，合理分配厂房的功能空间和位置设计，减少香菇培育栽培过程中的运输消耗，助力育种作业。

4 结论

工厂化生产是香菇培育生产方式向现代化、产业化方向发展的重要途径，借助工业化思维，发挥智能技术优势。在生态环境可控的情况下，组织开展智慧化、自动化的香菇栽培，适应香菇培育需要。为满足香菇工厂化培育对环境控制的较高需求，需要配备自动灭菌设备、空气调节设备、空气加湿净化设备，创造无菌环境。积极探索厂房集成批量化结构设计的最优方案，满足香菇的工厂化培育需求。