自動化立體書庫的應用現狀和建設策略

徐冰

摘 要 自動化立體書庫以高密度貨架的方式存儲圖書，從而能夠最充分地有效利用空間，同時配以自動化檢索和管理系統，能夠快速查找和定位圖書，是物流倉儲業在圖書館書庫的衍生品，有效解決了圖書館文獻存儲空間嚴重不足的問題。本文研究了自動化立體書庫產生的背景，以及在國內外的應用情況，總結了其有效利用空間、實現快速存取、突破常規排架規則、運維成本結構、建造工程復雜等特點，提出在書庫的設計、建設決策和評價時，應考慮書庫定位、社會效益等問題。

關鍵詞 自動存取系統? 自動化立體書庫? 圖書存儲

分類號 G258.94

DOI 10.16810/j.cnki.1672-514X.2021.11.011

Abstract The automated three-dimensional library stores books in the form of high-density shelves， which can make the most effective use of space. At the same time， it is equipped with automatic retrieval and management system， which can quickly find and locate books. It is a derivative of logistics warehousing industry in the library， and effectively solves the problem of serious shortage of library literature storage space. This paper studies the background of the automatic three-dimensional library and its application at home and abroad， summarizes its characteristics of effective use of space， fast access， breaking through the conventional shelving rules， operation and maintenance cost structure， and complex construction engineering， and puts forward that the library positioning and social benefits should be considered in the design， construction decision and evaluation of the library.

Keywords Automated storage and retrieval system. Automated storage and retrieval library. Book storage.

0 引言

21世紀以來，隨著國家綜合實力的增強和文化投入不斷加大，圖書館迎來最好的發展時機，經費投入逐漸增加，文獻藏量快速增長，服務方式不斷拓展。隨之而來的是館舍空間嚴重不足、書庫容量迅速飽和的問題日漸凸顯，各類圖書館都面臨這樣的困境，也嚴重制約了服務提質增效。2019年12月，蘇州第二圖書館正式向公眾開放，其特色之一就是自動化立體書庫。書庫占地僅3000平方米，藏書能力達到700萬冊，并配以自動存取系統，日流通量達萬冊以上，承擔了全市文獻存儲集散中心的職能。這是國內首個落地的立體書庫實踐工程，較好地解決了圖書館面臨的文獻典藏、流通方面的困境。蘇州第二圖書館自動化立體書庫的運用，是利用新技術來解決文獻存儲問題的典型案例，值得深入研究和探討。

1 自動化立體書庫應用實踐

1.1 圖書館文獻存儲方式和自動化立體書庫的產生

國內外圖書館文獻存儲的方式，大致可分為三種：普通書庫、密集書庫和高密度立體書庫，這三種方式也基本代表了圖書館書庫的發展變革。最常見也是最簡單的方式是普通書庫，以七層雙面鋼制書架計，藏書密度約為每平方米280～350冊。密集書庫采用密集書架存放圖書，密集書架的藏書能力大約是普通書架的1.5～2倍，此種存儲方式也很普遍。

立體書庫是為了解決館藏空間不足的問題而應運產生的，是自動化倉儲技術在圖書館行業的應用。美國自二十世紀八十年代開始發展此類書庫，1986年美國哈佛大學最早開始采用操作員使用機械揀貨式叉車進行手工檢索的運行模式，這種模式通常被稱為哈佛模式[1]。哈佛模式實現了高密度倉儲技術在圖書館書庫的應用，但是自動化程度不高，還需伴以人工方式實現檢索功能。隨著自動存取系統（Automated Storage and Retrieval System，簡稱ASRS）的廣泛應用，哈佛模式也得到升級發展，比較普遍的方案就是高密度倉儲貨架與自動存取系統相結合的模式，即自動化立體書庫，以高密度貨架的方式存儲圖書，同時配以自動化檢索和管理系統，使讀者能夠快速查找和定位圖書，提出存取申請后5～15分鐘即可完成任務。

1.2 國內外自動化立體書庫應用案例

高密度機械書庫的應用在北美地區和日本相對普遍，英國、澳大利亞、中國也有使用案例。據OCLC 2007年的研究報告統計，截至當年北美已建成68個立體書庫，收藏超過7000萬冊圖書資料[2]，其中大學圖書館數量超過公共圖書館，采用哈佛模式和自動化機械書庫的各約一半。

1991年，美國加利福尼亞州立大學奧維亞特圖書館引入ASRS系統，這是圖書館領域引入ASRS系統的首次嘗試[3]。加拿大第一個使用ASRS系統的圖書館是不列顛哥倫比亞大學圖書館，于2005年正式啟用[4]。于2011年正式投入使用的芝加哥大學曼索托圖書館將書庫建于地下，并采用密集性倉儲與ASRS系統相結合的方式，可以說是自動化機械書庫的典型案例。曼索托圖書館的主體由地上大廳及地下書庫兩部分組成。地面部分是一個742平方米的大閱覽室，設有180個座位供讀者使用。為了盡可能少地占用公共空間，圖書館將書庫安置在地下位置。地下的環境可以達到溫度60華氏度和濕度30%RH。地下書庫由15米高的高密度貨架組成，設有24000個金屬箱，每個金屬箱可放置100 余冊圖書或期刊，配有5個堆垛機，并建立自動存取系統。書籍和書箱都通過條碼掃描后存儲在電腦系統中，電腦系統可以追蹤和定位所有書架，利用ASRS檢索并存取圖書，找到讀者需要的圖書并運送到前臺只需3分鐘。讀者通過在線檢索系統鎖定要借的書籍，15分鐘后就可到圖書館前臺取書[5]。

臺灣大學圖書館自動化機械書庫于2018年建成并投入使用。書庫位于綜合教學館地下二至四樓空間，工作原理與曼索托圖書館基本相同，配有4臺堆垛機，藏書量120萬冊，配有書箱32000個，每個書箱可放置40冊圖書，設有2個流通工作站，讀者提出申請2分鐘后即可實現借閱[6]。

在中國大陸地區，除了已建成的蘇州第二圖書館，貴州省圖書館的自動化機械書庫也已進入施工階段;另外，首都圖書館、浙江圖書館、深圳第二圖書館、北京大學圖書館、中山大學圖書館等也在著手啟動相關建設工作。

2 自動化機械書庫的特點分析

自動化機械書庫的產生和應用，有其特定的時代背景。上世紀八十年代，西方圖書館普遍面臨藏書越來越多，館舍面積和書庫容量嚴重不足的困境，紛紛尋求在有限空間解決文獻存儲問題的辦法。而物流倉儲已發展到了相對成熟的階段，逐漸成為一個龐大的產業，廣泛應用于各行各業，其自動存取技術也應用到查找和借閱圖書，后來建設的此類書庫都配備了ASRS系統。目前各國自動化機械書庫的供應商主要有HK Systems、大福、德馬泰克等，都是非常優秀的倉儲物流品牌。

2.1 充分有效地利用空間

自動化機械書庫高密度貨架的存儲方式，能夠最充分地利用空間。不論從平面還是空間上比較，自動化機械書庫藏書能力都具有明顯優勢，是相同面積下傳統書庫的5～10倍。因其鋼架結構的特點，貨架整體高度可達到十幾米，從空間利用上也能節省樓板和管線高度。如果書庫建在地下，還能夠節省出更多舒適的地上空間，供讀者服務所用。

2.2 快速查找和存取圖書資料

自動化機械書庫的ASRS系統，是由定位裝置、機械設備、計算機管理軟件等功能要素構成的，整個系統一般包括存儲系統、搬運系統、輸送系統、消防系統、電控系統、計算機管理系統等。作為核心的存儲系統主要包括貨架和書箱。讀者通過檢索系統查閱圖書并提出借閱需求后，ASRS能夠迅速定位圖書所在書箱，再由搬運輸送系統將書箱運送到指定服務臺，整個過程不需要人工干預和處理，只需幾分鐘時間即可完成。自動化機械書庫把找書的過程壓縮到幾分鐘之內，并且大大節省了人力成本，不受書庫使用率和借閱量限制，不僅解決了“存”的困境，也滿足了“用”的需求，可以存放使用率高的文獻，是對傳統存儲方式的重要突破。蘇州第二圖書館在設計階段就把書庫定位成分揀中心，承擔全市網上借閱圖書的存儲和分發功能。規劃建設中的深圳第二圖書館也配有大型分揀系統，實現圖書高速分揀和精準配送。

2.3 圖書排架從有序到“無序”

一直以來，信息組織都是圖書館學和圖書館行業關注的重要課題，用以揭示文獻內涵和相互關系，而有序排架一直是最基本的工作要求。自動化機械書庫具有快速定位和存取的功能，突破了有序排架的壁壘，對于文獻內容的揭示和在架位置的揭示可以做到各自獨立，不必考慮因文獻量增長而預留書架空間的問題。所有圖書在系統內是“有序”揭示和排列的，實體書籍在架上又是“無序”排列的。以曼索托圖書為例，圖書入庫時系統會隨機選擇有空余位置的書箱，對書箱內文獻的內容沒有限制，只要大小尺寸合適即可。蘇州第二圖書館在此基礎上，還設置了圖書借閱參數，把使用率相對較高和較低的圖書存放在不同貨架區，便于將書庫內更受讀者歡迎的圖書集中起來。實際上，在系統設計的過程中，還可以設置不同參數，按照不同的標準將圖書放置在書箱內，實行分類管理。自動化機械書庫“無序”排架和書箱式存放的特點，也便于存放異型文獻和超大尺寸文獻，可以根據文獻外形的特點定制大小合適的書箱。

2.4 運維成本結構變化

由于自動化機械書庫存取圖書的過程不需要人工直接參與，大大節省了人工管理的成本，每百萬冊藏書僅需2～4人即可保證運行。此外，當文獻量增加、借閱量增加時，基本不需要增加工作人員，節省人力成本的優勢突出，但是會增加設備和軟件運營維護的費用，有些軟件維護費用比較高，機械裝置也需進行必要的日常維護，即使沒有借閱和使用的需求，也要支付維護成本。

2.5 建設工程復雜

自動化書庫采用鋼架結構，安全耐用，防震效果好，安全系數高。整個書庫空間獨立性強，相對封閉，具有良好的溫度、濕度控制條件，防塵、防曬效果好。前期將防水、防火系統建設好，在使用中安全隱患很低。但是施工要求較高，過程相對復雜，會涉及圖書館原有建筑結構的改變或書庫的重新規劃設計、藏書管理政策的調整、系統管理人員的培訓、設備的升級換代等問題，因此只適合對圖書館進行翻新或建設新館時考慮[3] 。

3 自動化機械書庫成本分析

鄭小祺調研了2010年以前建成的高密度倉儲書庫典型案例，并引用了2005年日本國際基督大學圖書館以50萬冊藏書測算的設備成本和建筑成本，三種存儲方式的總成本差距不大，其中普通書庫的總成本最高[2]。王冰以150萬冊藏書對比測算了密集書庫和自動化機械書庫兩種方式的建造費用，后者比前者高約20%[7]。在肖榮梅的研究中，以100萬冊藏書詳細測算了三種存儲方式的建設成本和運營成本，結論是普通書庫建設成本和運營成本均最高，自動化機械書庫建設成本居中，運營成本最低[1]。本文不再做定量分析，只對自動化機械書庫的建設成本、運營成本的構成和影響因素進行分析。

3.1 建設成本及其影響因素

自動化機械書庫的建設成本主要包含：土地費、建筑安裝工程費、設備費、軟件費等。其中，只有設備費用是相對通用的，其他費用由于影響因素復雜，差異性非常大。土地費指建筑用地的費用，影響因素包括地域、用地類型、書庫建筑面積等。建筑安裝工程費包括土建、給排水、暖通、電氣、消防等基礎設施和安全設施等相關費用，影響因素有地質條件、建筑復雜性、施工難度、書庫空間尺寸等。設備費指用于文獻存儲和存取的專業設備，包括貨架、書箱、運輸軌道、堆垛機、穿梭車、提升機等，影響因素有藏書量、書庫面積和形狀、鋼材價格、設備選型等。軟件費包括倉庫管理系統、倉庫控制系統、與圖書館現有管理系統的集成等，主要影響因素為功能使用需求。

以上費用中，有一次性投入費用，比如軟件費，也有隨工程量變化的費用，比如設備費。一個影響因素發生變化，可能導致幾項費用變化。比如藏書量不同，對書庫的空間需求就不同，與空間相關的各類費用都會發生變化?？傮w來說，藏書量越高，每百萬冊圖書的建設成本會越低。而對于普通書庫和密集書庫來說，每百萬冊圖書的建設成本基本上是固定的。目前國內已建、在建的項目中，蘇州第二圖書館書庫區面積3000平方米，分揀區面積1000平方米，庫區高度15米，設備和安裝費用（含軟件）約4500萬（2015年實施招標），貴州省圖書館書庫區2000平方米，庫前區面積1000平方米，庫區高度14米，設計、設備采購和安裝費用（含軟件）約3500萬（2019年實施招標）。

3.2 運維成本及其影響因素

自動化機械書庫的運營維護成本主要包含：能源消耗費、設備運維費、軟件運維費、人工費等。能源消耗費指水電氣暖等費用，其中專用設備運行、消防和暖通保障均需消耗較大電能，較難單獨核算。設備運維費指保障設備運營維護的費用，包括書庫存取設備以及相關配套設施。軟件運維費一般按照軟件費用，或者工程費用的比例計算，受談判情況影響較大。人工費指保障書庫正常服務的人員費用，服務內容多，所需人員也將相應增加。北美一般只提供借閱服務，只需在讀者服務臺安排工作人員，國內有書庫連接物流分揀系統的情況，則需增設分揀人員。人工費在不同國家和地域差異性也較大。

與建設成本的情況相似，影響運維成本的因素也較多，估算難度較大。因此，自動化機械書庫成本的準確估算，必須先確定藏書量、藏書結構、服務內容和方式等要素，事先規劃好業務流程。

3.3 核心設備類型和應用

立體書庫的核心設備包含存儲和傳輸兩個方面：存儲設備由鋼架和書箱組成，從上世紀80年代至今幾乎沒有變化;傳輸設備隨著物流行業的發展，主要有人工叉車、堆垛機、穿梭車三種存取方式。三種傳輸設備的具體比較情況如表1所示。

立體書庫建造之初由于受技術條件限制，均采用哈佛模式，由人工駕駛叉車方式存取文獻。堆垛機方式則是由堆垛起重機在立體倉庫的通道內來回運行，完成書籍在巷道口和貨架的書箱之間的存取和運送。歐美地區自動化立體書庫應用實踐較早，普遍采用堆垛機方式實現存取和傳輸，主要用于存放使用率較低的文獻。穿梭車方式一般和提升機共同使用，由穿梭小車完成水平方向存取，提升機完成垂直方向運送，貨架之間以穿梭小車的軌道連接。蘇州第二圖書館的立體書庫承擔了全市網上借閱圖書集散中心的功能，部分采用了穿梭車的方式，用于存取、分揀具有一定流通量的圖書。

4 自動化立體書庫的建設策略

據了解，國內正在新建、整改擴建的十幾家圖書館都計劃或確定建立自動化立體書庫，在決策時還應考慮以下問題。

第一，做好書庫定位，明確藏書結構。儲備庫的借閱需求較低，流通庫借閱需求較高，不同的定位直接影響設備選型和運維成本，借閱量大直接導致機械損耗快，運維成本高。國外的案例都是用于存放利用率較低的期刊合訂本和圖書。蘇州第二圖書館在本土化過程中，定位是多樣化的，一方面用于存放利用率非常低的圖書，一方面也作為全市網借圖書的集散地，在庫區內劃分了不同功能。首都圖書館新館定位是庫本書庫，存放所有庫本并提供閱覽服務。

第二，做好成本效益分析。對于自動化機械書庫的評價，特別是建設成本的評估，往往聚焦在經濟指標上，其產生的社會效益難以評估甚至被忽略。實際上，自動化機械書庫的運用，間接效益是非常顯著的。比如：書庫空間得到釋放，節省出來的空間可以實現其他功能，空間重組再造有了更多可能性;自動化存取解放了人力，把人從機械性重復勞動中解放出來，可以從事更具創造力的服務;快速存取不僅大大提高了服務效率，也解決了傳統書庫難以同時滿足高效存儲、高效借閱的問題。

第三，以曼索托圖書館為代表，把書庫建在地下空間更為業界所推崇。一來能夠釋放更多地上舒適度較高的空間供讀者服務所用，使采光、通風較差的地下空間得到有效利用。二來地下空間環境天然接近圖書資料存放條件，便于調節溫濕度，能夠用于保存較為珍貴的資料，但是地下施工難度高于地上。

第四，書庫設計時應關注與文獻流線的關系，以及與其他業務的銜接。自動化機械書庫已受到業界，特別是圖書館新建、整改擴建項目的廣泛關注，其存儲和存取優勢具有良好的正向效果，高校館、公共館、專業館都能適用，但是受經費和藏書等方面的限制，更適用于大中型圖書館。隨著經驗積累和技術發展，會有更多大中型圖書館選擇建立自動化機械書庫。

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徐 冰 首都圖書館副研究館員。 北京，100021。

（收稿日期：2020-11-30 編校：陳安琪，左靜遠）