智能仓储系统在国内外图书馆的应用分析

随着图书馆馆藏资源的多元化以及馆藏数量的迅猛增长，越来越多的图书馆开始面临馆藏空间不足的困扰。西方图书馆早在40年多前就陷入相同窘境，并为此进行了深入探索与实践，高密度的自动化仓储系统(Automated Storage & Retrieval System, 下文简称ASRS)就是在这样的背景下被引入图书馆领域，并逐渐向智能化发展，成为目前较为有效的存储解决方案。

近年国内图书馆也开始这方面的规划与应用，苏州第二图书馆智能立体书库于2019年底正式投入使用，这是国内首个大型智能化立体书库；贵州省图书馆(北馆)的智能立体书库于2020年底建成并投用；深圳第二图书馆智能立体书库及调阅系统已开始采购招标，可预期智能仓储系统未来在国内图书馆的应用前景广阔。

智能仓储系统的核心是智能立体书库，其主要构成可分为三个部分：料箱、框架阵列、存取机械设备。实体馆藏资料根据不同尺寸，码放在相适应规格的料箱中，通常不需要按照索取号排列，以达到高密度和高效率存放；料箱放置在书库大型的仓储框架阵列中，这种框架阵列通常高10米以上，充分利用垂直空间；阵列间设置存取机械设备，通过机械设备的水平和垂直移动，完成对馆藏资料的存放与提取。除此之外，通常还有料箱传输线、人工拣选工作台、软件控制/管理系统、分拣设备等组成。

每一件馆藏资料和料箱都编有可由计算机识别的唯一编码，装箱前扫描编码，关联馆藏条码与料箱编码信息，然后馆藏资料随料箱存入书库。读者可通过OPAC进行馆藏检索并提交调阅请求，系统收到请求后确定资料存放位置，向存取机械设备发出指令，设备移动到调取资料所在的架位，取出对应料箱，再将料箱传输到拣选工作台，由工作人员进行资料确认，并扫描更新状态[1]。

加州大学北岭分校(California State University, Northridge, 下文简称CSUN)的奥维亚特图书馆(Oviatt Library)是第一个将ASRS应用到馆藏储存的图书馆，该项目于1991年建造完成并投入使用，耗资超过200万美元。

ASRS位于奥维亚特图书馆的东翼，占地约750平方米，高约12米，分布为6个巷道，两边为书架阵列；共有13,260个钢制料箱，每个料箱长宽尺寸约为60×120厘米，高度约为15厘米、25厘米、30厘米、38厘米和46厘米不等；每个巷道都有一个存取机器(Storage and Retrieval Machine, 下文简称SRM),由顶部和底部的轨道引导[2]。

系统容量设计为120万件，目前已使用容量约为67%。遵循二八原则，ASRS最初用于储存使用率较低的馆藏，入库需符合以下任一条件：(1)最后流通日期是五年前；(2)非流通期刊；(3)目的不用于流通且很少被使用的资料，例如参考馆藏[3]。采用两种存储方式，随机存储和固定存储，用于流通的馆藏资料大多使用随机存储的方式，回库时无需回到原来的位置，可随机放置到任一料箱；而非流通的馆藏，例如合订期刊和参考馆藏，存放在固定的区域，以便将相关馆藏码放在一起，且这些文献通常规格特殊，需要放置在特制规格的料箱。

2000年之后，随着参考部门将一些高使用率的资料放入，所有的合订期刊和当期期刊被收入，越来越多的高利用率馆藏被装载到ASRS,用户开始频繁地请求存储在该系统的馆藏资料，ASRS从原本的存储功能向服务功能延伸，根据2014年的一篇论文显示，该系统每年受理超过15000个提取请求[4],从读者发出请求到指定馆藏资料送达服务台耗时不到10分钟。

CSUN的这套仓储系统是在30年前建设的，迄今为止，仅在2011年和2016—2021年进行了两次重大升级，前后对SRM控制器、服务器软件、SRM硬件及安全基础架构等做了更新，目前系统运行稳定，剩余储存空间较为充足。因此，在系统设计合理且日常运维妥善的情况下，ASRS是破解库容难题的长效解决方案。

国际基督大学(International Christian University, 下文简称ICU)的米尔德里德·托普·奥斯莫图书馆(Mildred Topp Othmer Library, 以下简称奥斯莫图书馆)是日本第一个使用ASRS的图书馆，该系统于2000年开放使用。

ICU的奥斯莫图书馆在20世纪80年代中期陷入库存困境，当时的解决方案是将出版时间较长且使用量少的馆藏图书储存外包给外部仓储公司，当读者有需求时，需在每天的15∶00前提交请求表，第二天到馆取阅资料，这样的工作流程一共维持了15年。

2000年建设的奥斯莫图书馆新馆，规划可用于储存外包的馆藏资料，ICU曾组织过参观团到CSUN考察，他们认为ASRS是很好的解决方案，因此将自动化仓储方案引入新馆。这个系统设置在新馆地下室，占地面积约750平方米，有12,000个塑料料箱放置在钢制的书架阵列，图书放在料箱的两侧，每个料箱大概可储存图书40册，每条阵列间设置轨道堆垛机，用于资料的存和取，取出的料箱通过传送带和升降机运送到工作台，工作人员挑选出来放置在ASRS读者取书专用架，供读者取阅，这个过程仅需2分钟。与过去外包存储的方式对比，以前每天的请求量大约为10件，而现在的系统每天请求量增加到100件，利用率高出10倍，2008年的年流通量为3.62万件，达到当时总库存的8.29%。

该系统容量设计约为50万件，最初规定用于存放三年内零借阅次数的低使用率馆藏，至2008年该系统已载入资料43.64万件，已使用容量达87%,ICU已经开始考虑ASRS“延长寿命的措施”,包括定期处理不必要的馆藏[5,6]。但也正因为可流通文献被载入，系统动量需求相对更高，使得ASRS的高效存取能力得以充分展现。

苏州第二图书馆2013年开始筹建，从建筑设计规划和建设，到智能化系统开发与使用，前后历时7年，于2019年底建成开放，成为国内首个使用大型智能立体书库的图书馆。

库容问题困扰苏州图书馆多年，曾经因为存储空间限制，有多达180多万册书籍被打包，成为无法流通的馆藏，占到当时馆藏总量的1/3[7]。

新投入使用的智能立体书库空间总高17米，占地面积约3700平方米，四个库区约2950平方米，一个库前分拣区约750平方米。1号库区是堆垛机库，使用的自动化存取设备是2组箱式堆垛机；2号库区和3号库区是穿梭车库，采用6台提升机和18台高速四向穿梭车；4号库区是窄巷道绕架仓库，配备一套窄巷道叉车，由人工操控叉车完成存取，四个库区总货位共计91,113个。库前分拣区设置11个拣选工作台，2套塑封贴标设备，1套配置56个分拣滑道的自动分拣系统[8,9]。

智能立体书库设计的总存量约为700万册，1、2、3号自动库区用于存放高流通文献，4号人工库区用于存放低流通文献、保存本文献、过期报和刊等。该系统基于无线射频识别技术，实现对图书的实时定位和信息跟踪，仓储管理系统还结合视觉识别技术，保证书箱内图书的准确性。图书每天出库和入库效率均设计为1万册，即每天出入库效率可达2万册。至2020年底，书库累计储存图书230万册，为苏州全市各分馆调配图书20万册。

当到馆读者有借阅需求时，可在系统发出借阅需求，指定区域等待取书，整个流程最快只需5～10分钟；馆外读者也可在网借平台发出申请，取书地点可选择苏州图书馆的各分馆和无人值守借书柜，共计约130个网投服务点，也可选择自行承担物流费用送书上门，一般需等待2～3天。2019年底至2020年底，智能立体书库服务馆内借阅读者1万多位，服务网上借阅读者6万多位，共借出图书818,481册[10]。

智能立体书库解决了困扰苏州图书馆多年的库容难题，其优秀的存取能力还提高了文献流通和调配效率，同时实现文献的高密度存储和高效率利用。

贵州省图书馆(北馆)的智能立体书库于2020年底建成，是国内第二个大型智能立体书库。书库位于北馆负三层区域，高17米，占地约3000平方米，其中自动化存储区域约2000平方米，智能化操作区域约1000平方米，由框架阵列、堆垛机、穿梭车、智能分拣机器人和控制系统组成，用户从发出取阅需求到取书，只需花费5～15分钟，系统设计的总存量约为300万册。在智能立体书库的支撑下，预计北馆能满足未来20年的图书储存和读者借阅需要[11,12]。

常用的存取机械设备有三种，堆垛机、穿梭车和窄巷道叉车。CSUN和ICU采用的是单一的堆垛机，贵州省图书馆(北馆)采用堆垛机和穿梭车，苏州第二图书馆则同时采用三种存取设备。三种存取设备各有特点，见表1。

表1 存取机械设备优缺点对比情况 导出到EXCEL

存取机械设备	优点	缺点
堆垛机	①通常直轨作业，上下各有一条轨道，设备运行快速平稳，存取高效准确 ②移动轨道触线馈电模式，不用另外充电	通常不跨巷道作业，当设备出现故障可能影响服务
穿梭车	①通常与高速提升机配合，四向穿梭车可跨巷道作业，路径选择灵活，存取高效 ②设备间互为备份，任一设备发生故障时，可调度其他设备进行替代 ③仓储布局可更柔性及多样，拓展性强	需留出穿梭车轨道、跨巷道穿行、提升机位置，影响存储密度
窄巷道叉车	①存储相对密集，且便于馆藏检视 ②可跨巷道作业，作业机动性好 ③建造成本和管理成本相对低	①自动化程度较低 ②存取速度相对较慢

 

 

根据不同存取设备的特点，可以看出高密度储存和高效率存取间存在一定矛盾，当系统动量要求越高时，自动化存取设备就需要占用更多储存空间，以实现更高标准的要求，苏州第二图书馆舍弃部分库区的动量要求，以实现更高的库容存量。存取设备的选择没有最优解，需考虑空间面积、库容要求、动量需求等多方因素，合理规划与取舍。

ICU的最初标准是三年零流通馆藏即可入库，CSUN的标准是五年零流通或非流通期刊、参考馆藏等可入库，较ICU更为严格，因此即使CSUN的系统建设更早，且已历经30年，目前其库容仍相对宽松；而ICU系统在运行8年的时候，已经再次面临库容紧张的局面。

苏州第二图书馆则划分库区制定不同的入库标准，利用率相对高的馆藏放在自动化库区，可以快速响应用户需求；低利用率馆藏放在半自动化库区，动量需求相对低，因此框架阵列、料箱放置、馆藏码放可以更密集，兼顾高效存取与空间利用。

根据以上三个案例的经验，入库标准设定应与库容设计、馆藏资源增长情况、书库目标使用年限相匹配，此外，还可更周全地考虑不同功能区的应用场景、存取设备等因素。

CSUN在建设ASRS之初，仅把这个系统当做高效存储的解决方案，在30年的运行中，工作人员逐渐发现ASRS其他方面的优势，例如用户服务、馆藏安全、库存审计等。ICU借鉴CSUN后期在用户服务方面的经验，稍微放宽入库标准，将利用可能性相对高的资源装载到ASRS,请求便利性和效率的提升，促使用户更愿意尝试这项服务，有效盘活部分利用率较低的馆藏资源。ASRS在国外图书馆领域的应用已相对成熟，但其主要作用还是高密度储存，系统动量相对较小。

国内图书馆还在应用初期，但得益于国外多年的经验，以及智能化时代更先进的技术，国内图书馆的智能仓储系统是全新突破，配设自动化分拣系统，四通八达的传输线，AGV(Automated Guided Vehicle)机器人等，整个系统功能更加全面，应用场景也更加丰富。除了基础的文献保障、保存外，还有以下应用：(1)馆藏调配，对地区内文献统一调拨，协调分配；(2)文献预借，除了响应到馆调阅请求，还拓展到网上借阅，苏州第二图书馆的服务数据显示，网上请求人数是到馆请求人数的6倍；(3)典藏管理，例如文献验收、加工、入藏、装订、中转等。

通过对国内外几个图书馆应用案例的梳理和分析，可以看到智能仓储系统虽然已经在国外图书馆应用几十年，但国内的应用并没有盲目照搬原有模式，而是切合自身实际需求，扬长避短，并借助新时代新技术，探索出更智能化、高效率、多功能的智能仓储系统，不仅解决了库容问题，还极大提升了调阅和网借服务能力，有效促进低流通文献的利用。

正在建设的深圳第二图书馆仓储自动化系统将承担深圳市调剂书库和物流中心功能，由智能立体书库系统、分拣系统、播种墙系统等部分组成，可满足深圳图书馆调剂书库多种文献流作业，实现馆藏资源高密度存储与调阅、全市200多台自助图书馆图书调配与预借、“图书馆之城”文献调剂等功能，对系统的库容设计、存取效率、分拣能力都有较高的要求。立体书库系统设计位于地下三层，库区高度跨四层，总高度达到20多米，占地设计约2800多平方米；分拣系统包含水平和垂直传输线路，可实现作业楼层功能区与服务楼层的文献传输。

预计今后会有更多的国内图书馆开始这种尝试，可参考不同案例在存取机械设备、馆藏入库标准、应用场景三个方面的经验，综合考虑做系统规划。随着读者需求的升级，技术的不断更新迭代，相信智能仓储系统在国内图书馆领域将发挥更大价值和潜能。