基于AGV與自動(dòng)消毒在圖書(shū)館環(huán)境中的應(yīng)用研究

摘 要：文章以順德圖書(shū)館AGV智能圖書(shū)分揀、消毒、搬運(yùn)一體化系統(tǒng)的應(yīng)用實(shí)踐為例，探討我國(guó)圖書(shū)館的消毒研究與現(xiàn)狀，以自動(dòng)消毒系統(tǒng)為研究對(duì)象，從多個(gè)方面對(duì)自動(dòng)消毒進(jìn)行了深入分析，并選取最適合的消毒方式，分析圖書(shū)自動(dòng)消毒在智能分揀中的運(yùn)用，探索如何采取“免接觸式”自動(dòng)消毒方式開(kāi)展讀者服務(wù)。

關(guān)鍵詞：自動(dòng)消毒；免接觸；AGV機(jī)器人；RFID

中圖分類號(hào)：G250"" 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A"" 文章編號(hào)：1003-1588（2024）08-0128-05

公共圖書(shū)館作為公共服務(wù)窗口單位和人員聚集場(chǎng)所，人員流動(dòng)性大且空間密閉，容易發(fā)生聚集性疫情，為公共圖書(shū)館管理工作帶來(lái)較大挑戰(zhàn)。當(dāng)前，公共圖書(shū)館應(yīng)結(jié)合實(shí)際情況，對(duì)傳統(tǒng)的管理方式進(jìn)行革新，思考如何采取“免接觸式”智能消毒方式開(kāi)展圖書(shū)館服務(wù)，更好地滿足讀者的健康需求。

1 圖書(shū)館消毒研究與現(xiàn)狀

1.1 圖書(shū)館消毒理論研究

我國(guó)學(xué)者早在80年代就已經(jīng)對(duì)圖書(shū)館衛(wèi)生工作開(kāi)展了多項(xiàng)研究，2019年以前的研究偏重于常規(guī)的衛(wèi)生健康和應(yīng)急管理的研究[1]，近年來(lái)對(duì)消毒方法和智能輔助管理進(jìn)行了全方位的理論研究。揭麗敏等在眾多消毒書(shū)籍方法中，從方便、簡(jiǎn)潔、經(jīng)濟(jì)三個(gè)維度進(jìn)行選擇，首推物理消毒方法[2]。黃曉暉指出微波、甲醛熏蒸、臭氧、紫外線四種消毒方法分別適用于小型館藏、室內(nèi)消毒、無(wú)人作業(yè)區(qū)、密封性公共場(chǎng)所[3]。王陽(yáng)等通過(guò)研究無(wú)接觸借閱實(shí)體資源智慧服務(wù)，解決交叉接觸之間的病毒傳播[4]。馬波等通過(guò)構(gòu)建圖書(shū)館衛(wèi)生智能輔助管理系統(tǒng)，采用人臉識(shí)別方法時(shí)刻對(duì)進(jìn)館人群的健康狀況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并對(duì)接公安部門(mén)或衛(wèi)生防疫部門(mén)端口，及時(shí)上報(bào)信息[5]。總體而言，學(xué)者們從多個(gè)方面研究圖書(shū)館衛(wèi)生消毒策略，但這些研究普遍存在重方法輕實(shí)踐傾向，絕大多數(shù)研究主要著眼于日常物理環(huán)境和衛(wèi)生智能檢測(cè)方面的理論研究，鮮有學(xué)者針對(duì)人工智能技術(shù)在圖書(shū)館衛(wèi)生工作的應(yīng)用實(shí)踐展開(kāi)研究。

1.2 圖書(shū)館現(xiàn)狀分析

隨著館藏的日益增多，藏書(shū)衛(wèi)生和保護(hù)問(wèn)題一直是圖書(shū)管理員關(guān)注與重視的問(wèn)題。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在2022年順德圖書(shū)館全館正常流通的166萬(wàn)冊(cè)普通中文圖書(shū)中，大部分書(shū)籍受到不同程度的污染，在各種污染因素中以生物危害為主，尤以微生物危害為甚，如霉菌、病毒、細(xì)菌[6]。藏書(shū)致病微生物主要在流通中產(chǎn)生，因此書(shū)籍是圖書(shū)館最主要的疾病傳染隱患之一，附著在書(shū)籍表面和內(nèi)頁(yè)的大量病原微生物直接威脅讀者和管理員的健康，甚至包括流感病菌、結(jié)核桿菌、大腸桿菌等致病性較強(qiáng)的病菌。圖書(shū)館要預(yù)防和控制紙質(zhì)書(shū)籍在流通過(guò)程中產(chǎn)生病毒傳播，除了繼續(xù)加強(qiáng)對(duì)公共借閱場(chǎng)所和讀者的衛(wèi)生管理，最有效的措施就是在回收書(shū)刊時(shí)能在第一時(shí)間全方位對(duì)所回收書(shū)刊進(jìn)行即時(shí)消毒殺菌處理，減少外借書(shū)刊回收時(shí)的病菌傳播途徑與概率。有關(guān)單位曾做過(guò)監(jiān)測(cè)，一本流通3年以上的圖書(shū)隱藏乙型肝炎病毒、大桿菌、流感、結(jié)核桿菌、鏈球菌等病菌的總數(shù)大概在400種以上。如果圖書(shū)館的防護(hù)和消毒措施不當(dāng)，將為病毒傳播和流行埋下潛在風(fēng)險(xiǎn)，因此科學(xué)有效的消毒是切斷病毒傳播途徑的重要舉措。

2 自動(dòng)消毒技術(shù)在圖書(shū)館的應(yīng)用設(shè)計(jì)

近年來(lái)，順德圖書(shū)館經(jīng)過(guò)多方調(diào)研和論證，對(duì)圖書(shū)館進(jìn)行智能化升級(jí)改造，引入自動(dòng)導(dǎo)向車(chē)（Automated Guided Vehicle，AGV）、無(wú)線射頻識(shí)別（Radio Frequency Identification，RFID）、大數(shù)據(jù)分析等先進(jìn)技術(shù)，結(jié)合紫外線加臭氧消毒滅菌方式，構(gòu)建了AGV圖書(shū)智能分揀、自動(dòng)消毒、立體搬運(yùn)一體化系統(tǒng)（以下簡(jiǎn)稱“‘揀小幫’系統(tǒng)”），實(shí)現(xiàn)集自助還書(shū)、智能分揀、分類整理、智能消毒、立體搬運(yùn)、分區(qū)送達(dá)于一體的全智能化作業(yè)，代替效率低下的人工服務(wù)，提高圖書(shū)周轉(zhuǎn)效率，引入“免接觸式”公共服務(wù)新模式，凸顯阻斷交叉感染和遠(yuǎn)程作業(yè)等優(yōu)勢(shì)。

2.1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

“揀小幫”系統(tǒng)主要包括2個(gè)讀者自助還書(shū)口和1個(gè)館員還書(shū)口。分揀區(qū)分上下兩層，上層有32個(gè)分類格口，32組四燈管環(huán)形紫外線燈管組，25臺(tái)分揀機(jī)器人，3個(gè)分揀機(jī)器人充電樁；下層有6臺(tái)搬運(yùn)機(jī)器人和2個(gè)搬運(yùn)機(jī)器人充電樁，46個(gè)料箱和46個(gè)貨架用來(lái)承載書(shū)籍。另外，系統(tǒng)在空箱緩存區(qū)旁邊還有1個(gè)自動(dòng)升降電梯。

2.2 總體流程設(shè)計(jì)

在中央調(diào)度系統(tǒng)的控制下，系統(tǒng)通過(guò)自助還書(shū)終端快速辨別每一個(gè)圖書(shū)芯片信息，自動(dòng)歸還圖書(shū)，并根據(jù)預(yù)設(shè)的分揀規(guī)則，經(jīng)過(guò)中央調(diào)度系統(tǒng)的控制轉(zhuǎn)化為分揀指令。分揀機(jī)器人收到指令后，計(jì)算出最優(yōu)路徑完成分類投放。分類格口四周均設(shè)有紅外傳感器，當(dāng)圖書(shū)掉落時(shí)立即自動(dòng)啟動(dòng)紫外線燈+臭氧，按照預(yù)設(shè)的時(shí)間消毒。立體搬運(yùn)系統(tǒng)根據(jù)預(yù)設(shè)的滿箱閾值發(fā)出搬出指令和補(bǔ)箱指令，分別調(diào)度一臺(tái)搬運(yùn)機(jī)器人根據(jù)指令把滿箱移出指定格口預(yù)設(shè)的樓層緩沖區(qū)，如果滿箱需要移至不同樓層，中央調(diào)度系統(tǒng)會(huì)發(fā)出控制電梯按鍵面板的觸點(diǎn)信號(hào)指令，實(shí)現(xiàn)搬運(yùn)機(jī)器人與電梯通信的對(duì)接。

2.3 自動(dòng)消毒系統(tǒng)流程與硬件設(shè)計(jì)

自動(dòng)消毒系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)主要由消毒滅菌模塊、PLC控制模塊、通風(fēng)模塊、照明模塊組成。分類格口四周的紅外傳感器感應(yīng)到指定格口有圖書(shū)掉落，通過(guò)PLC控制紫外線燈+臭氧啟動(dòng)，按照預(yù)設(shè)的時(shí)間消毒。在每個(gè)出風(fēng)口安裝臭氧檢測(cè)儀，當(dāng)有害氣體濃度達(dá)到預(yù)設(shè)峰值，由PLC控制通風(fēng)設(shè)備啟停[7]。自動(dòng)消毒流程設(shè)計(jì)見(jiàn)圖1。

2.3.1 消毒滅菌模塊。目前用于紙質(zhì)消毒的方式有很多，有物理法和化學(xué)法，在眾多的消毒方法中對(duì)紙質(zhì)書(shū)籍影響最小的首推物理法，如紫外線照射、臭氧熏蒸法、微波消毒等物理方法，為了方便比較各種消毒方法的優(yōu)缺點(diǎn)，找出適合“揀小幫”的消毒方法[8]，筆者從穿透力、對(duì)紙質(zhì)的損害程度、對(duì)環(huán)境有否造成污染、成本、適合分揀平臺(tái)上使用、缺點(diǎn)六個(gè)方面進(jìn)行對(duì)比，詳見(jiàn)下頁(yè)表1。每個(gè)格口頂置一組四燈管環(huán)形紫外線燈管組，每一環(huán)形紫外線燈管組包括三組48W以上無(wú)臭氧紫外線殺菌燈及一組48W以上帶臭氧紫外線殺菌燈。紫外線燈管組照射至圖書(shū)裝載框底的最長(zhǎng)距離不超過(guò)1米。

2.3.2 PLC控制模塊。該模塊由可編程邏輯控制器PLC（Programmable Logic Controller，簡(jiǎn)稱PLC）控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)消毒模塊的智能化控制，將消毒模塊與PLC控制模塊相連，在PLC控制系統(tǒng)中設(shè)置消毒參數(shù)，檢測(cè)消毒模塊，并及時(shí)反饋消毒程序的運(yùn)行狀態(tài)。控制模塊能設(shè)置消毒模塊和通風(fēng)模塊的待機(jī)時(shí)間及運(yùn)作時(shí)間，具備自動(dòng)啟動(dòng)及故障報(bào)警等功能。

2.3.3 通風(fēng)模塊。當(dāng)臭氧含量約0.02～0.04ppm時(shí)，人即可嗅知，在極低濃度下，臭氧對(duì)人的健康沒(méi)有損害，但高濃度長(zhǎng)時(shí)間接觸對(duì)人的健康有害[9]。根據(jù)我國(guó)AQI指標(biāo)要求，臭氧濃度不能超過(guò)0.16mg/m3，不過(guò)通常臭氧濃度在0.1mg/m3以下是安全的，因此，

消毒模塊配置了通風(fēng)設(shè)備。由于臭氧比空氣重，兩個(gè)抽風(fēng)口都安裝在靠地面處，并連接新風(fēng)系統(tǒng)，通過(guò)濁氣抽風(fēng)管道獨(dú)立排空。當(dāng)分揀平臺(tái)區(qū)域臭氧達(dá)到預(yù)設(shè)閾值0.16mg/m3時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)啟動(dòng)通風(fēng)模塊，通過(guò)每小時(shí)一次的檢測(cè)結(jié)果可知，臭氧濃度檢測(cè)儀均低于0.1mg/m3，實(shí)現(xiàn)對(duì)消毒工作區(qū)域臭氧的有效排放。

3 自動(dòng)消毒效果和效益分析

3.1 自動(dòng)消毒效果分析

3.1.1 臭氧熏蒸全方位消毒。臭氧分子式為O3，在常壓常溫下是一種具有刺激性氣味的氣體。由于臭氧是一種強(qiáng)氧化劑，對(duì)很多有機(jī)物品都有較強(qiáng)的氧化作用，不僅可以有效地殺滅霉菌，而且還可以有效地殺滅物體表面和空氣或水中的細(xì)菌和病毒。相關(guān)實(shí)驗(yàn)表明，臭氧在殺菌劑量范圍內(nèi)對(duì)紙張字跡沒(méi)有明顯不良影響，一定濃度的臭氧還有清新空氣、殺菌消毒、除臭防霉等功效[10]。

3.1.2 密閉環(huán)境紫外線消毒。紫外線燈利用汞燈發(fā)出的紫外線可實(shí)現(xiàn)殺菌消毒功能，紫外線消毒燈向外輻射波長(zhǎng)為253.7nm的紫外線，屬于UVC波段，該波段紫外線的殺菌能力最強(qiáng)。紫外消毒技術(shù)具有其他技術(shù)無(wú)可比擬的殺菌效率，可達(dá)99%～99.9%。紫外線殺菌具有無(wú)化學(xué)物質(zhì)遺留、無(wú)味無(wú)色等優(yōu)點(diǎn)，適用于室內(nèi)空氣、物體表面和水及其他液體的消毒。按照國(guó)家《消毒技術(shù)規(guī)范》相關(guān)要求，溫度在27攝氏度到40攝氏度之間紫外線的輸出強(qiáng)度最大，照射距離1m的情況下原則上每1cm2需1.5w紫外線，消毒燈照射時(shí)間一般30～60分鐘為宜。

3.1.3 消毒效果。《臭氧消毒實(shí)驗(yàn)研究》一文介紹，臭氧濃度3.85～5.28mg/m3，60分鐘對(duì)紙頁(yè)表面金黃色葡萄球菌的殺滅率在98%以上，對(duì)大腸桿菌的殺滅率在93%以上。《臭氧用于污染表面消毒效果的觀察》一文介紹，臭氧濃度4.9～58.7mg/m3，對(duì)物體表面乙肝病毒的殺滅率30～60分鐘達(dá)50%～100%，對(duì)乙肝表面抗原的殺滅率達(dá)100%。經(jīng)過(guò)臭氧檢測(cè)儀_Gon760—O3濃度測(cè)試，臭氧啟動(dòng)10～60分鐘，分揀平臺(tái)下層區(qū)域濃度為4～7mg/m3，通過(guò)臭氧極強(qiáng)的穿透力，可有效殺滅書(shū)籍表面常見(jiàn)的病毒和病菌。消毒公司實(shí)驗(yàn)室提供的數(shù)據(jù)顯示，紫外線消毒燈管到框底距離約0.7m，設(shè)置功率為0.7m輻射強(qiáng)度及消毒時(shí)間計(jì)算方式見(jiàn)下頁(yè)表2、表3。對(duì)紫外線輻射強(qiáng)度時(shí)間進(jìn)行對(duì)比可知，4支48W紫外線燈管同時(shí)啟動(dòng)，殺毒時(shí)間在7秒到30秒之間，足以殺滅常見(jiàn)的病毒和細(xì)菌病原體。

3.2 自動(dòng)消毒效益分析

經(jīng)筆者初步實(shí)地測(cè)算，自動(dòng)消毒系統(tǒng)滿負(fù)載運(yùn)作的整體消毒效率是傳統(tǒng)人工消毒的4.1倍，測(cè)算過(guò)程中要求3個(gè)還書(shū)口同時(shí)啟動(dòng)，32個(gè)格口的紫外線+臭氧燈同時(shí)啟動(dòng)。3名參與測(cè)試的消毒人員為熟練工，人工消毒1，200冊(cè)圖書(shū)需要3人同時(shí)在不同的還書(shū)區(qū)收集圖書(shū)并送達(dá)消毒柜，按照每人400冊(cè)圖書(shū)以最快的送達(dá)時(shí)間30分鐘，上下柜時(shí)間每本書(shū)約2秒，每個(gè)消毒柜約存放200冊(cè)圖書(shū)，3個(gè)消毒柜同時(shí)消毒45分鐘，1，200冊(cè)書(shū)須分兩次消毒計(jì)算，總時(shí)長(zhǎng)約164分鐘。自動(dòng)消毒系統(tǒng)在滿負(fù)載運(yùn)作的情況下消毒1，200冊(cè)圖書(shū)僅需40分鐘，詳見(jiàn)表4。

“揀小幫”系統(tǒng)上線以來(lái)，不僅實(shí)現(xiàn)了32個(gè)格口的圖書(shū)細(xì)化分揀和消毒，而且可24小時(shí)無(wú)間斷工作，由于是集中歸還，無(wú)須管理員參與運(yùn)送和上下柜，節(jié)約了大量各歸還點(diǎn)收集和運(yùn)送圖書(shū)的人力和時(shí)間，大大縮短了圖書(shū)重新上架時(shí)間，不僅有效提升了館藏圖書(shū)的周轉(zhuǎn)效率[11]，而且可確保對(duì)歸還圖書(shū)第一時(shí)間殺菌消毒，減少病毒和細(xì)菌的傳播。

4 自動(dòng)消毒技術(shù)在圖書(shū)館的應(yīng)用提升

“揀小幫”系統(tǒng)在AGV智能分揀圖書(shū)和自動(dòng)搬運(yùn)技術(shù)上增加自動(dòng)消毒技術(shù)，在圖書(shū)館的應(yīng)用案例不多，但隨著國(guó)家大力推動(dòng)公共文化服務(wù)體系建設(shè)，且館藏量和借閱量逐年增多，新建圖書(shū)館對(duì)新技術(shù)的追求或有場(chǎng)館條件的圖書(shū)館具有一定的改造靈活性，對(duì)不同館舍有一定的普適性[12]。

4.1 效果與效率不能兼得

由于分揀平臺(tái)的搭建方案與場(chǎng)地構(gòu)造差異較大，導(dǎo)致適合在平臺(tái)上消毒的方法不多，只能選擇對(duì)機(jī)器人沒(méi)有影響的物理消毒法，消毒方式單一。病毒和細(xì)菌隨著時(shí)間的推移不斷變異和生長(zhǎng)，新的病原體層出不窮，圖書(shū)館作為公共服務(wù)窗口，每天都會(huì)接觸不同的人群，接觸不同的病毒和細(xì)菌，如再發(fā)現(xiàn)新型變種病毒或細(xì)菌只能通過(guò)增加消毒時(shí)長(zhǎng)加大絕滅的可能性。

4.2 消毒范圍存在局限性

“揀小幫”系統(tǒng)留有三個(gè)還書(shū)口和兩個(gè)搬運(yùn)機(jī)器人的進(jìn)出口，消毒環(huán)境不能確保完全密閉，消毒效果與實(shí)驗(yàn)室的結(jié)果存在一定差異，且紫外線+臭氧消毒方式的穿透力不強(qiáng)，圖書(shū)內(nèi)頁(yè)很難做到100%滅菌。此外，“揀小幫”系統(tǒng)雖然能在第一時(shí)間消毒歸還圖書(shū)，但長(zhǎng)期在架圖書(shū)則無(wú)法使用該系統(tǒng)自動(dòng)消毒，除非定期定量安排工作人員對(duì)在架圖書(shū)消毒，并保證在無(wú)人的前提下進(jìn)行紫外線+臭氧消毒。無(wú)論是自動(dòng)消毒或人工消毒，該問(wèn)題都是無(wú)法避免的。

4.3 缺乏衛(wèi)生安全標(biāo)準(zhǔn)

近年來(lái)，由于疫情的影響，包括公共圖書(shū)館在內(nèi)的所有公共文化場(chǎng)所只能暫停開(kāi)放，暴露出公共圖書(shū)館在衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)方面的一些短板。疫情爆發(fā)后，國(guó)務(wù)院發(fā)布了《關(guān)于印發(fā)重點(diǎn)場(chǎng)所重點(diǎn)單位重點(diǎn)人群新冠肺炎疫情常態(tài)化防控相關(guān)防護(hù)指南》[13]，但一直以來(lái)缺乏針對(duì)圖書(shū)館行業(yè)的衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)，尤其是針對(duì)書(shū)籍的衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)，自動(dòng)消毒系統(tǒng)缺乏衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)指導(dǎo)。因此，國(guó)家亟須制定適合圖書(shū)館行業(yè)的衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)。

5 對(duì)公共圖書(shū)館未來(lái)的思考與展望

從未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)看，公共圖書(shū)館自動(dòng)消毒技術(shù)將朝著更加智能化、更加高效的方向發(fā)展，研究的方向主要包括以下幾個(gè)方面：一是如何結(jié)合實(shí)際情況打破傳統(tǒng)的管理方式，采取“免接觸式”的智能消毒方式開(kāi)展圖書(shū)館服務(wù)，如：將自動(dòng)消毒系統(tǒng)集成到圖書(shū)館的門(mén)禁系統(tǒng)中，當(dāng)讀者進(jìn)入圖書(shū)館時(shí)，自動(dòng)消毒系統(tǒng)可以檢測(cè)他們的衣物、手部和臉部以及他們手上攜帶的物品，并對(duì)其進(jìn)行消毒；根據(jù)不同的消毒程序和場(chǎng)所需要采用不同的消毒方法，以更有效的方式減少病毒的傳播。二是圖書(shū)館應(yīng)定期進(jìn)行病原體檢測(cè)，協(xié)助疾病預(yù)防控制中心對(duì)圖書(shū)館環(huán)境進(jìn)行監(jiān)控，將監(jiān)控從醫(yī)院前移至社會(huì)公共機(jī)構(gòu)，更有助于檢測(cè)的廣覆蓋和早預(yù)警。三是未來(lái)的消毒系統(tǒng)將更加智能化，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)也將為圖書(shū)館消毒系統(tǒng)帶來(lái)更多便利，可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程檢測(cè)和控制，使消毒工作更加自動(dòng)化；通過(guò)技術(shù)手段防范各類細(xì)菌病毒通過(guò)書(shū)籍在圖書(shū)館內(nèi)二次傳播，保障讀者的健康和安全。

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[11] 梁明海.醫(yī)院圖書(shū)館書(shū)刊消毒問(wèn)題亟待解決[J].河南圖書(shū)館學(xué)刊，2006（4）：69-70.

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[13] 朱志鵬.圖書(shū)館新冠肺炎疫情防控的標(biāo)準(zhǔn)化體系研究：基于《重點(diǎn)場(chǎng)所重點(diǎn)單位重點(diǎn)人群新冠肺炎疫情常態(tài)化防控相關(guān)防護(hù)指南》等文件的分析[J].圖書(shū)館研究，2021（6）：29-37.

（編校：周雪芹）