办公室智能立体种植系统设计与应用

董 微，李秀刚，兰立波，马 铁，周增产，李宝安

(1.北京京鹏环球科技股份有限公司，北京 100094； 2.北京市农业机械研究所有限公司，北京 100096；3.北京市植物工厂工程技术研究中心，北京 100094)

0 引言

立体无土栽培以人工创造的作物根系环境取代了土壤环境，可以有效解决传统土壤栽培中难以解决的水分、空气和养分供应的矛盾，使作物根系处于最适宜的环境条件下，从而充分发挥作物的增产潜力，达到提高单位面积产量、提早或延后蔬菜供应期、增加生产茬次和培育壮苗的目的，利于自动化、工厂化生产[1-4]。

目前，关于工厂化立体种植装置的报道比较多，但适用于办公场所的立体种植系统鲜有相关报道[5-10]。本文以北京京鹏环球科技股份有限公司与北京市农业机械研究所有限公司共建的办公室智能立体种植系统项目作为实例，阐述办公室智能立体种植系统的设计方案。

1 系统组成

办公室智能立体种植系统由栽培系统、营养液循环系统和智能控制系统组成(图1)。办公室智能立体种植系统是一种智能微生态系统，可以对光照、营养液进行智能调控，该系统配置了4G通讯模块和摄像头，可进行远程调控。

1.顶层栽培架 2.摄像头 3.荧光灯 4.栽培槽定植板 5.栽培槽 6.营养液箱 7.脚轮图1 办公室智能立体种植系统侧面示意Fig.1 Side diagram of office intelligent stereoscopic planting system

2 栽培系统

栽培系统由栽培架、栽培槽、栽培定植板和荧光灯组成，共有4层栽培槽，每层栽培槽的上方安装了两支荧光灯，灯管长度600 mm，直径为T5，可为栽培区域内的植物补光。栽培槽上方安装栽培槽定植板，可防止营养液循环时溅出及营养液暴露于灯光下变质。栽培架底部安装带锁万向脚轮，可轻松将种植系统移放至办公室内任意地点。栽培架及栽培槽的材质为不锈钢，栽培槽定植板的材质为PVC。

3 营养液循环系统

营养液循环系统由营养液箱、营养液消毒器、供液管路、供液阀门、回液插芯和回液管路等组成(图2)。营养液循环系统采用多层集中定时供液，各层独立控制流量的营养液循环方式。营养液循环系统的供液管路安装于左侧栽培架内，回液管路安装于右侧栽培架内。营养液箱安装于4层栽培槽的下方，营养液箱外侧安装拉手，便于营养液箱的拉取。在营养液箱内配好营养液后，可通过智能控制系统定时与栽培区各层栽培槽内的营养液进行营养液循环，以达到营养液消毒及营养均衡供应的目的。

1.供液阀门 2.回液插芯 3.回液管路 4.营养液箱 5.供液管路图2 营养液循环系统Fig.2 Nutrient solution circulation system

在循环过程中，营养液通过营养液消毒器、供液管路给各层栽培槽提供新鲜洁净的营养液，各层栽培槽内原有的营养液则可通过回液管路回流到营养液箱内进行加营养、增氧气和消毒处理，以备下一次循环使用。另外，各层栽培槽内还设置了供液阀门和回液插芯，可有效控制各层栽培槽营养液的供液速度和液面高度。

4 智能控制系统

智能控制系统由EC传感器、pH值传感器、液位传感器、控制器执行器、4G通讯模块和摄像头等组成。在办公室智能立体种植系统运行过程中，通过智能控制系统可以为作物提供适宜光照、合理比例的营养液(图3)。通过4G通讯模块和摄像头，操作者可通过智能控制系统手机APP，观察栽植植物的生长情况，远程调控人工光补光、营养液循环等操作的执行。智能控制系统中的EC、pH值和液位传感器用于检测营养液中可溶性盐的浓度、酸碱度及营养液容积，为营养液配置提供必要参数依据。

图3 手机APP控制界面Fig.3 APP control interface

5 应用情况

办公室智能立体种植系统于2020年投入使用，目前使用状况良好(图4)。据测试，办公室智能立体种植系统光强可达11 094 Lx，满足蔬菜生长需要；营养液循环系统可进行定时循环，满足种植蔬菜不同生长时期的需求。

图4 办公室智能立体种植系统样机Fig.4 Office intelligent stereoscopic planting system

办公室智能立体种植系统不仅在办公空间里增加了勃勃生机，使办公空间充满了活力，而且还美化了办公环境，使人们身心愉悦，进而提高工作效率。它将室外的环境搬入到室内之中，让大自然的气息充斥其中。人们在工作之余对这些植物的呵护不仅促进了员工的心理健康，舒缓工作压力，而且访客来此也会被赏心悦目的绿色感染。

6 结束语

采用了智能化与种植装置相结合的方式，利用办公室空间特点，量身定制办公室智能立体种植系统，将人与自然的良好关系延伸到办公空间中。办公室智能立体种植系统是一种智能微生态系统，可以对光照、营养液进行智能调控。办公室智能立体种植系统不仅美化了办公环境，吸收办公环境中的CO2，放出O2，而且还可以提供安全、卫生和绿色的蔬菜。