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摘要：植物工廠是設(shè)施農(nóng)業(yè)發(fā)展的最高級階段，因其技術(shù)系統(tǒng)復(fù)雜、建設(shè)要求特殊等原因，傳統(tǒng)的建設(shè)技術(shù)管理模式不能很好地適應(yīng)植物工廠高水平發(fā)展的需要。本文作者在對國內(nèi)外典型植物工廠建設(shè)管理模式比較分析的基礎(chǔ)上，總結(jié)提煉了植物工廠建設(shè)技術(shù)的新思路，提出了在業(yè)主方自行管理模式的框架基礎(chǔ)上，基于項目總承包模式，應(yīng)用信息共享協(xié)同理論，構(gòu)建以專家團隊為導(dǎo)向的建設(shè)技術(shù)集成管理模式。最后，結(jié)合浙江大學(xué)植物工廠項目建設(shè)的實際，對該模式的應(yīng)用進行了分析討論。

關(guān)鍵詞：植物工廠；建設(shè)管理；集成模式；應(yīng)用

植物工廠是設(shè)施農(nóng)業(yè)發(fā)展的最高級階段，是集成生物技術(shù)、信息技術(shù)、工程技術(shù)等先進技術(shù)的資源高效利用型農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式。典型的植物工廠是指在全封閉條件下，智能調(diào)控植物生長所需的溫度、光照、濕度、CO2濃度以及營養(yǎng)液等環(huán)境條件，使作物擺脫或基本擺脫自然條件的制約，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)超高效和可持續(xù)發(fā)展。隨著植物工廠技術(shù)的快速發(fā)展，不遠的未來將會實現(xiàn)在荒漠、戈壁、海島、極寒地區(qū)等環(huán)境下進行封閉式作物生產(chǎn)，甚至在城市摩天大樓、航母、極地極端條件下等直接生產(chǎn)蔬菜等維持人類健康必需的作物[1]。因此，植物工廠是衡量一個國家農(nóng)業(yè)科技水平的重要標(biāo)志之一，其衍生的技術(shù)可廣泛應(yīng)用于智慧農(nóng)業(yè)、溫室自動化控制、設(shè)施農(nóng)業(yè)、農(nóng)業(yè)灌溉與農(nóng)用水資源管理等，被認(rèn)為是21世紀(jì)解決糧食安全、人口、資源、環(huán)境問題的重要途徑，也是未來航天工程、月球和其他星球探索，以及極地探索過程和嚴(yán)寒地區(qū)中實現(xiàn)食物特別是蔬菜自給的重要手段。近二十年來，世界各國政府和大型企業(yè)投入了大量資金支持植物工廠相關(guān)技術(shù)的研發(fā)，在植物工廠的關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域取得了系列突破，如LED植物節(jié)能光源、光溫耦合節(jié)能環(huán)境控制、營養(yǎng)液立體多層栽培、物聯(lián)網(wǎng)智能控制等技術(shù)，為植物工廠的規(guī)模化和產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用提供了重要的技術(shù)支撐[2-3]。植物工廠建設(shè)由此進入了快速發(fā)展期，數(shù)量迅速增加，規(guī)模逐漸加大。截至2015年日本已建成人工光型植物工廠185座，荷蘭則建設(shè)了大量太陽光型植物工廠，韓國近十年內(nèi)推出了10多個型號的植物工廠產(chǎn)品,中國通過引進吸收和自主創(chuàng)新等手段，近十年內(nèi)也建設(shè)了80余座植物工廠[4]。然而，植物工廠建設(shè)過程中也面臨諸多難題，如設(shè)計方案系統(tǒng)性較差、建設(shè)成本居高不下、建成后運行成本高昂等。雖然許多專家學(xué)者對相關(guān)技術(shù)開展了大量研究，但很少關(guān)注植物工廠建設(shè)技術(shù)的集成研究，在實際建設(shè)過程中主要參考傳統(tǒng)生產(chǎn)型溫室或一般工業(yè)、民用建筑的管理模式，導(dǎo)致建設(shè)效果往往不能達到預(yù)期目標(biāo)，建成之后無法發(fā)揮植物工廠的優(yōu)勢。因此針對植物工廠項目建設(shè)的特殊專業(yè)要求，構(gòu)建建設(shè)技術(shù)管理模式，總結(jié)植物工廠建設(shè)技術(shù)的新思路、新模式，對未來植物工廠建設(shè)發(fā)展具有重要意義。

1植物工廠建設(shè)的特殊性及其建設(shè)模式分析

1.1植物工廠建設(shè)的特殊性植物工廠作為一類高新技術(shù)集成的高效農(nóng)業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)，包含了基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)、外圍護、營養(yǎng)液循環(huán)與控制、內(nèi)環(huán)境控制、立體水耕栽培、人工光源、計算機智能控制等系統(tǒng)。這些系統(tǒng)涉及了農(nóng)業(yè)工程、計算機科學(xué)與工程、光學(xué)工程、控制科學(xué)與工程、生物環(huán)境工程、園藝學(xué)等眾多學(xué)科的專業(yè)知識和技術(shù)能力，目前在國內(nèi)外沒有一家設(shè)計單位、咨詢公司或者總承包公司有能力獨立完成全方位、全過程的設(shè)計與建設(shè)。而且，植物工廠目前在國內(nèi)外還沒有統(tǒng)一的建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，給設(shè)計和施工帶來了巨大挑戰(zhàn)。因此，為實現(xiàn)高水平設(shè)計和高標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)有效融合，必須突出專家團隊對植物工廠建設(shè)全過程的主導(dǎo)地位，在現(xiàn)有基礎(chǔ)上構(gòu)建一套行之有效的建設(shè)技術(shù)集成模式，這對未來植物工廠發(fā)展尤為重要。

1.2植物工廠建設(shè)管理的主要模式建設(shè)管理模式是指一個農(nóng)業(yè)設(shè)施項目建設(shè)中的業(yè)主與建設(shè)方之間所形成的各種關(guān)系的總和，通常一個農(nóng)業(yè)設(shè)施的建設(shè)管理模式定義了各參與單位的角色和責(zé)任，一般包括設(shè)計、采購、施工等各環(huán)節(jié)和階段相關(guān)參與單位的職責(zé)[5]。農(nóng)業(yè)設(shè)施建設(shè)的管理模式，主要有建設(shè)者自行管理和委托咨詢公司管理兩大類，各自特點見表1。由表1可見，在植物工廠等農(nóng)業(yè)設(shè)施建設(shè)自行管理的模式中，高等院校、科研院所、農(nóng)業(yè)高科技園區(qū)經(jīng)營主體等業(yè)主依靠自有管理資源對工程項目進行自我管理，這種模式比較容易實現(xiàn)復(fù)雜農(nóng)業(yè)設(shè)施工程的建設(shè)目標(biāo)，但由于建設(shè)者對植物工廠等農(nóng)業(yè)設(shè)施工程的設(shè)計、采購、施工等環(huán)節(jié)缺乏專業(yè)知識，容易陷入被動。而委托管理模式的情況則可能出現(xiàn)相反的情況，可能由于在設(shè)施、采購和施工中偏重于節(jié)省成本，最后導(dǎo)致植物工廠等農(nóng)業(yè)高科技設(shè)施項目在運行中成本偏高，降低了項目運行的經(jīng)濟和科技效益。因此，現(xiàn)階段比較理想的模式是兩者融合進行。

2國內(nèi)外植物工廠建設(shè)管理模式的比較分析

日本有關(guān)學(xué)者于1974年開始開展植物工廠建設(shè)的有關(guān)研究，植物工廠的研發(fā)目標(biāo)并不是提供人工氣候室類型的科學(xué)研究環(huán)境條件，而是以全人工條件下產(chǎn)出10倍以上單位面積的作物產(chǎn)量為目標(biāo)[6]。在人工光型植物工廠的技術(shù)研發(fā)和建造水平方面日本已處于世界領(lǐng)先地位，在太陽光型植物工廠的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化方面則是荷蘭實力最強。為了深入了解國外發(fā)達國家的植物工廠建設(shè)管理模式，課題組實地考察了日本富士電機植物工廠和荷蘭瓦赫寧根大學(xué)植物工廠。而我國的植物工廠發(fā)展時間較短，大多數(shù)還處于科研、試驗、示范階段。為深入了解國內(nèi)植物工廠建設(shè)管理情況，課題組也實地調(diào)研了北京京鵬植物工廠和南京湯山翠谷植物工廠建設(shè)情況，現(xiàn)將有關(guān)典型植物工廠的建設(shè)管理模式特點作一比較。從表2可以看出，4個典型的植物工廠項目建設(shè)均以業(yè)主自行管理為主，只有南京湯山翠谷植物工廠項目部分采用委托管理的建設(shè)模式，總體上也以業(yè)主自行管理為主。分析其原因，主要是目前國內(nèi)外的咨詢公司多為常規(guī)的民用、工業(yè)建筑提供管理和服務(wù)，而針對植物工廠這一類高科技系統(tǒng)集成的新興事物，缺乏系統(tǒng)的了解和專業(yè)技術(shù)人才。在專家團隊的作用方面，4個項目由于業(yè)主可以劃分為大學(xué)和專業(yè)公司之間的區(qū)別，荷蘭瓦赫寧根大學(xué)植物工廠的建設(shè)中科研團隊的作用最強，他們系統(tǒng)深入地參與到設(shè)計、采購、建設(shè)的各個環(huán)節(jié)，為植物工廠在荷蘭的推廣發(fā)展積累了十分有益的經(jīng)驗，也對推動荷蘭植物工廠的發(fā)展起到了積極的作用。日本富士電機植物工廠，業(yè)主方即是植物工廠的建設(shè)者，他們在植物工廠的建設(shè)管理過程中，積極引進園藝、計算機、農(nóng)產(chǎn)品營銷等各方面的專業(yè)人才，確保植物工廠建成和投入生產(chǎn)的時效性，在園藝產(chǎn)品的生產(chǎn)和銷售方面具有顯著的競爭力，因而該公司的植物工廠整體設(shè)計能力、建設(shè)能力和市場競爭力均較強，也有力地推動了日本植物工廠的發(fā)展，公司也取得了良好的經(jīng)濟效益。北京京鵬植物工廠建設(shè)試圖探索走日本富士電機植物工廠項目的模式，但由于國內(nèi)植物工廠建設(shè)還處于科研探索的階段，各分項系統(tǒng)之間的協(xié)調(diào)性和穩(wěn)定性還不夠理想。南京湯山翠谷植物工廠是農(nóng)業(yè)園區(qū)主體型，建設(shè)植物工廠的目的主要是農(nóng)業(yè)高科技示范，但建設(shè)者以及園區(qū)主體均比較缺乏專業(yè)人才，存在運行成本偏高的問題。我國目前建成的植物工廠大多承擔(dān)農(nóng)業(yè)科研院校、農(nóng)業(yè)企業(yè)開展植物工廠相關(guān)技術(shù)研究之功能，還沒有一家設(shè)計單位或者總承包單位有能力進行全方位、全過程的設(shè)計與建設(shè)。并且，植物工廠目前在國內(nèi)外都還沒有統(tǒng)一的建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，也給植物工廠項目的設(shè)計和施工帶來了巨大挑戰(zhàn)。

3植物工廠建設(shè)技術(shù)集成管理新模式構(gòu)建

鑒于目前我國植物工廠建設(shè)呈現(xiàn)出快速發(fā)展的趨勢，對于植物工廠建設(shè)急需一套比較具有參考價值的建設(shè)技術(shù)集成模式。課題組根據(jù)浙江大學(xué)植物工廠建設(shè)的實踐，提出以植物工廠建設(shè)和使用全周期管理為主線，以業(yè)主方自行管理模式框架為基礎(chǔ)，基于項目總承包模式，應(yīng)用信息共享協(xié)同理論，構(gòu)建以專家團隊為導(dǎo)向的建設(shè)技術(shù)集成管理模式。通過建立專家團隊導(dǎo)向的建設(shè)技術(shù)集成管理模式，解決植物工廠項目建設(shè)中專業(yè)技術(shù)力量薄弱、設(shè)計與施工分離等問題；利用信息共享協(xié)同理論對該模式進行機制設(shè)計和流程優(yōu)化，實現(xiàn)專家團隊在植物工廠建設(shè)管理中的主導(dǎo)作用，保證植物工廠建設(shè)目標(biāo)的實現(xiàn)。

3.1組建專家團隊在組建植物工廠專家團隊時可根據(jù)植物工廠項目的建設(shè)目標(biāo)及系統(tǒng)組成，邀請計算機科學(xué)與工程、建筑土木工程、控制科學(xué)與工程、光學(xué)工程、生物環(huán)境工程、農(nóng)業(yè)工程、農(nóng)業(yè)機械工程、農(nóng)業(yè)電氣化與自動化、植物營養(yǎng)學(xué)、園藝學(xué)等多學(xué)科專家與業(yè)主代表共同組成專家團隊，負(fù)責(zé)植物工廠項目全過程的設(shè)計、建設(shè)與管理。專家團隊作為該模式中最重要的關(guān)鍵點，從植物工廠項目立項開始就介入項目建設(shè)。在項目立項決策、規(guī)劃設(shè)計、招投標(biāo)階段，專家團隊作為業(yè)主專業(yè)技術(shù)顧問角色參與其中，提供技術(shù)支持；在施工管理、竣工驗收、試運行階段，專家團隊作為業(yè)主代表，與監(jiān)理工程師一起，對各自專業(yè)領(lǐng)域系統(tǒng)內(nèi)技術(shù)參數(shù)實現(xiàn)、施工質(zhì)量、進度進行監(jiān)督和管理，特別是各個施工環(huán)節(jié)對于事關(guān)植物工廠整體目標(biāo)的影響進行指導(dǎo)和監(jiān)督，還作為技術(shù)顧問角色對施工管理、竣工驗收及試運行等過程出現(xiàn)的問題提出指導(dǎo)意見，并進行優(yōu)化設(shè)計。

3.2搭建信息共享平臺植物工廠是一個新興事物，可借鑒或者重復(fù)案例非常少，所以在植物工廠建設(shè)過程中，邊施工邊修改設(shè)計的情況普遍存在。因此建立由業(yè)主牽頭，專家團隊、監(jiān)理、施工總承包單位、設(shè)備供應(yīng)單位、分包單位等相關(guān)負(fù)責(zé)人組成的植物工廠建設(shè)工作小組尤為重要，利用QQ、微信等網(wǎng)絡(luò)工具搭建信息共享工作平臺。各參建單位均可以在平臺中發(fā)表信息，發(fā)揮各參建單位自身專業(yè)優(yōu)勢，合理配置資源、優(yōu)化建設(shè)設(shè)計；同時基于信息共享平臺進行項目信息管理，關(guān)聯(lián)與項目有關(guān)的各類數(shù)據(jù)，實現(xiàn)對工程項目的實時控制，也為各參建單位調(diào)整計劃、控制變更，及時提供參考。

4實際應(yīng)用———以浙江大學(xué)植物工廠建設(shè)項目為例

4.1植物工廠建設(shè)集成管理模式的組織結(jié)構(gòu)以浙江大學(xué)“人工光植物工廠技術(shù)集成研究”（“863”項目）項目組成員為基礎(chǔ)，由業(yè)主農(nóng)業(yè)科技園管委會牽頭，整合與植物工廠技術(shù)直接相關(guān)的計算機科學(xué)與工程、建筑土木工程、控制科學(xué)與工程、光學(xué)工程、生物環(huán)境工程、農(nóng)業(yè)工程、農(nóng)業(yè)機械工程、農(nóng)業(yè)電氣化與自動化、植物營養(yǎng)學(xué)、園藝學(xué)等多學(xué)科專家組成植物工廠專家團隊，相互協(xié)作，完成植物工廠項目的全過程設(shè)計、建設(shè)與管理。

4.2新模式的實施應(yīng)用

4.2.1項目規(guī)劃設(shè)計針對浙江大學(xué)植物工廠建設(shè)目標(biāo)，專家團隊經(jīng)過反復(fù)討論研究，提出了植物工廠各系統(tǒng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和參數(shù)要求，并充分論證了各系統(tǒng)聯(lián)動運行的可行性及可靠性。

4.2.2項目建設(shè)管理浙江大學(xué)植物工廠由萊福兄弟溫室制造(上海)有限公司承擔(dān)建設(shè)。在項目建設(shè)以前，專家團隊各領(lǐng)域?qū)＜視辈靻挝弧⒈O(jiān)理單位、專業(yè)分包單位、材料設(shè)備供應(yīng)單位以及總承包人的管理人員、設(shè)計人員、現(xiàn)場施工人員等對植物工廠項目所有系統(tǒng)施工工作的進行分解研究，形成工作分解結(jié)構(gòu)圖，明確每項工作的性質(zhì)、工作內(nèi)容、資源要求，并確定相應(yīng)的負(fù)責(zé)人。在建設(shè)過程中，專家團隊作為業(yè)主代表，與監(jiān)理單位一起，對各自專業(yè)領(lǐng)域系統(tǒng)內(nèi)工程施工質(zhì)量、進度進行監(jiān)督及管理進行分析，保證工程質(zhì)量及施工進度，并對施工過程出現(xiàn)的問題予以指導(dǎo)解決或者優(yōu)化設(shè)計。4.3實際應(yīng)用成效分析通過該管理模式的實施，浙江大學(xué)建成了工程質(zhì)量優(yōu)良、技術(shù)領(lǐng)先、設(shè)施先進的植物工廠。

4.3.1創(chuàng)新運行機制，解決專業(yè)技術(shù)難題組建植物工廠項目專家團隊，充分發(fā)揮其在項目建設(shè)與管理過程中的主導(dǎo)作用，各領(lǐng)域的專家運用其專業(yè)知識和技術(shù)特長，彌補業(yè)主方、總承包者在植物工廠項目技術(shù)方面的不足。專家團隊在項目策劃、規(guī)劃設(shè)計、工程施工、竣工驗收、試運行各階段均發(fā)揮了重要作用，為植物工廠項目按期、保質(zhì)建成提供了極其重要的技術(shù)支撐。

4.3.2暢通協(xié)調(diào)機制，搭建信息共享平臺專家團隊在項目建設(shè)過程中處于主導(dǎo)地位，綜合運用技術(shù)和經(jīng)濟手段，較好地協(xié)調(diào)了工程總承包單位、勘察單位、監(jiān)理單位、專業(yè)分包單位、設(shè)備材料供應(yīng)單位等參建單位的相關(guān)關(guān)系；利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)搭建信息共享平臺，各參建單位均積極發(fā)揮各自專業(yè)優(yōu)勢，在植物工廠這個項目建設(shè)中合理配置資源、優(yōu)化施工設(shè)計，實現(xiàn)了建設(shè)成本最小化和功能最優(yōu)化。

4.3.3保證建設(shè)質(zhì)量，嚴(yán)控施工過程管理在專家團隊的帶領(lǐng)下，項目施工過程中各參建單位根據(jù)已形成的植物工廠項目施工工作分解結(jié)構(gòu)圖進行各自范圍的質(zhì)量嚴(yán)控，也有助于業(yè)主單位對于整個的工作范圍、成本、進度和質(zhì)量進行計劃和控制，提高管理效率；基于工作分解結(jié)構(gòu)圖，便于業(yè)主單位第一時間發(fā)現(xiàn)影響項目工期、質(zhì)量和費用的施工節(jié)點以及該系統(tǒng)施工負(fù)責(zé)人，及時進行設(shè)計、施工調(diào)整，保證項目的按期完成。

5結(jié)論與展望

近年來，植物工廠受到學(xué)術(shù)界和科技企業(yè)界的熱切關(guān)注，可能為我國實施鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略提供全新的模式和思路。由于植物工廠的建設(shè)涉及多學(xué)科、多領(lǐng)域的知識和技術(shù)，尚處于“邊研究邊建設(shè)”階段，建設(shè)技術(shù)集成管理模式研究非常缺乏，根據(jù)植物工廠項目建設(shè)的特殊性要求，進行建設(shè)管理模式的創(chuàng)新，對于提升植物工廠項目建設(shè)管理水平和運行效果具有重大意義。據(jù)此，本文作者提出了構(gòu)建一種以專家團隊為導(dǎo)向的建設(shè)技術(shù)集成管理模式，預(yù)期對推動未來植物工廠建設(shè)起到較好的借鑒作用。浙江大學(xué)植物工廠項目的建設(shè)已經(jīng)產(chǎn)生了良好的經(jīng)濟和社會效益。單位面積的蔬菜生產(chǎn)能力約為普通裸地的7倍左右，而且具有蔬菜產(chǎn)品有機和絕對無農(nóng)藥殘留的優(yōu)勢，每年有2000多名國內(nèi)外農(nóng)業(yè)科技人員和專家學(xué)者前往考察交流，也為提升浙江省現(xiàn)代設(shè)施農(nóng)業(yè)的發(fā)展提供了新的發(fā)展機遇。

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作者：吳正輝；孔德棟；黃沖平；俞洪良 單位：浙江大學(xué)農(nóng)業(yè)試驗站