自动化立体书库的应用现状和建设策略

徐冰

摘 要 自动化立体书库以高密度货架的方式存储图书，从而能够最充分地有效利用空间，同时配以自动化检索和管理系统，能够快速查找和定位图书，是物流仓储业在图书馆书库的衍生品，有效解决了图书馆文献存储空间严重不足的问题。本文研究了自动化立体书库产生的背景，以及在国内外的应用情况，总结了其有效利用空间、实现快速存取、突破常规排架规则、运维成本结构、建造工程复杂等特点，提出在书库的设计、建设决策和评价时，应考虑书库定位、社会效益等问题。

关键词 自动存取系统  自动化立体书库  图书存储

分类号 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世紀以来，随着国家综合实力的增强和文化投入不断加大，图书馆迎来最好的发展时机，经费投入逐渐增加，文献藏量快速增长，服务方式不断拓展。随之而来的是馆舍空间严重不足、书库容量迅速饱和的问题日渐凸显，各类图书馆都面临这样的困境，也严重制约了服务提质增效。2019年12月，苏州第二图书馆正式向公众开放，其特色之一就是自动化立体书库。书库占地仅3000平方米，藏书能力达到700万册，并配以自动存取系统，日流通量达万册以上，承担了全市文献存储集散中心的职能。这是国内首个落地的立体书库实践工程，较好地解决了图书馆面临的文献典藏、流通方面的困境。苏州第二图书馆自动化立体书库的运用，是利用新技术来解决文献存储问题的典型案例，值得深入研究和探讨。

1 自动化立体书库应用实践

1.1 图书馆文献存储方式和自动化立体书库的产生

国内外图书馆文献存储的方式，大致可分为三种：普通书库、密集书库和高密度立体书库，这三种方式也基本代表了图书馆书库的发展变革。最常见也是最简单的方式是普通书库，以七层双面钢制书架计，藏书密度约为每平方米280～350册。密集书库采用密集书架存放图书，密集书架的藏书能力大约是普通书架的1.5～2倍，此种存储方式也很普遍。

立体书库是为了解决馆藏空间不足的问题而应运产生的，是自动化仓储技术在图书馆行业的应用。美国自二十世纪八十年代开始发展此类书库，1986年美国哈佛大学最早开始采用操作员使用机械拣货式叉车进行手工检索的运行模式，这种模式通常被称为哈佛模式[1]。哈佛模式实现了高密度仓储技术在图书馆书库的应用，但是自动化程度不高，还需伴以人工方式实现检索功能。随着自动存取系统（Automated Storage and Retrieval System，简称ASRS）的广泛应用，哈佛模式也得到升级发展，比较普遍的方案就是高密度仓储货架与自动存取系统相结合的模式，即自动化立体书库，以高密度货架的方式存储图书，同时配以自动化检索和管理系统，使读者能够快速查找和定位图书，提出存取申请后5～15分钟即可完成任务。

1.2 国内外自动化立体书库应用案例

高密度机械书库的应用在北美地区和日本相对普遍，英国、澳大利亚、中国也有使用案例。据OCLC 2007年的研究报告统计，截至当年北美已建成68个立体书库，收藏超过7000万册图书资料[2]，其中大学图书馆数量超过公共图书馆，采用哈佛模式和自动化机械书库的各约一半。

1991年，美国加利福尼亚州立大学奥维亚特图书馆引入ASRS系统，这是图书馆领域引入ASRS系统的首次尝试[3]。加拿大第一个使用ASRS系统的图书馆是不列颠哥伦比亚大学图书馆，于2005年正式启用[4]。于2011年正式投入使用的芝加哥大学曼索托图书馆将书库建于地下，并采用密集性仓储与ASRS系统相结合的方式，可以说是自动化机械书库的典型案例。曼索托图书馆的主体由地上大厅及地下书库两部分组成。地面部分是一个742平方米的大阅览室，设有180个座位供读者使用。为了尽可能少地占用公共空间，图书馆将书库安置在地下位置。地下的环境可以达到温度60华氏度和湿度30%RH。地下书库由15米高的高密度货架组成，设有24000个金属箱，每个金属箱可放置100 余册图书或期刊，配有5个堆垛机，并建立自动存取系统。书籍和书箱都通过条码扫描后存储在电脑系统中，电脑系统可以追踪和定位所有书架，利用ASRS检索并存取图书，找到读者需要的图书并运送到前台只需3分钟。读者通过在线检索系统锁定要借的书籍，15分钟后就可到图书馆前台取书[5]。

台湾大学图书馆自动化机械书库于2018年建成并投入使用。书库位于综合教学馆地下二至四楼空间，工作原理与曼索托图书馆基本相同，配有4台堆垛机，藏书量120万册，配有书箱32000个，每个书箱可放置40册图书，设有2个流通工作站，读者提出申请2分钟后即可实现借阅[6]。

在中国大陆地区，除了已建成的苏州第二图书馆，贵州省图书馆的自动化机械書库也已进入施工阶段;另外，首都图书馆、浙江图书馆、深圳第二图书馆、北京大学图书馆、中山大学图书馆等也在着手启动相关建设工作。

2 自动化机械书库的特点分析

自动化机械书库的产生和应用，有其特定的时代背景。上世纪八十年代，西方图书馆普遍面临藏书越来越多，馆舍面积和书库容量严重不足的困境，纷纷寻求在有限空间解决文献存储问题的办法。而物流仓储已发展到了相对成熟的阶段，逐渐成为一个庞大的产业，广泛应用于各行各业，其自动存取技术也应用到查找和借阅图书，后来建设的此类书库都配备了ASRS系统。目前各国自动化机械书库的供应商主要有HK Systems、大福、德马泰克等，都是非常优秀的仓储物流品牌。

2.1 充分有效地利用空间

自动化机械书库高密度货架的存储方式，能够最充分地利用空间。不论从平面还是空间上比较，自动化机械书库藏书能力都具有明显优势，是相同面积下传统书库的5～10倍。因其钢架结构的特点，货架整体高度可达到十几米，从空间利用上也能节省楼板和管线高度。如果书库建在地下，还能够节省出更多舒适的地上空间，供读者服务所用。

2.2 快速查找和存取图书资料

自动化机械书库的ASRS系统，是由定位装置、机械设备、计算机管理软件等功能要素构成的，整个系统一般包括存储系统、搬运系统、输送系统、消防系统、电控系统、计算机管理系统等。作为核心的存储系统主要包括货架和书箱。读者通过检索系统查阅图书并提出借阅需求后，ASRS能够迅速定位图书所在书箱，再由搬运输送系统将书箱运送到指定服务台，整个过程不需要人工干预和处理，只需几分钟时间即可完成。自动化机械书库把找书的过程压缩到几分钟之内，并且大大节省了人力成本，不受书库使用率和借阅量限制，不仅解决了“存”的困境，也满足了“用”的需求，可以存放使用率高的文献，是对传统存储方式的重要突破。苏州第二图书馆在设计阶段就把书库定位成分拣中心，承担全市网上借阅图书的存储和分发功能。规划建设中的深圳第二图书馆也配有大型分拣系统，实现图书高速分拣和精准配送。

2.3 图书排架从有序到“无序”

一直以来，信息组织都是图书馆学和图书馆行业关注的重要课题，用以揭示文献内涵和相互关系，而有序排架一直是最基本的工作要求。自动化机械书库具有快速定位和存取的功能，突破了有序排架的壁垒，对于文献内容的揭示和在架位置的揭示可以做到各自独立，不必考虑因文献量增长而预留书架空间的问题。所有图书在系统内是“有序”揭示和排列的，实体书籍在架上又是“无序”排列的。以曼索托图书为例，图书入库时系统会随机选择有空余位置的书箱，对书箱内文献的内容没有限制，只要大小尺寸合适即可。苏州第二图书馆在此基础上，还设置了图书借阅参数，把使用率相对较高和较低的图书存放在不同货架区，便于将书库内更受读者欢迎的图书集中起来。实际上，在系统设计的过程中，还可以设置不同参数，按照不同的标准将图书放置在书箱内，实行分类管理。自动化机械书库“无序”排架和书箱式存放的特点，也便于存放异型文献和超大尺寸文献，可以根据文献外形的特点定制大小合适的书箱。

2.4 运维成本结构变化

由于自动化机械书库存取图书的过程不需要人工直接参与，大大节省了人工管理的成本，每百万册藏书仅需2～4人即可保证运行。此外，当文献量增加、借阅量增加时，基本不需要增加工作人员，节省人力成本的优势突出，但是会增加设备和软件运营维护的费用，有些软件维护费用比较高，机械装置也需进行必要的日常维护，即使没有借阅和使用的需求，也要支付维护成本。

2.5 建设工程复杂

自动化书库采用钢架结构，安全耐用，防震效果好，安全系数高。整个书库空间独立性强，相对封闭，具有良好的温度、湿度控制条件，防尘、防晒效果好。前期将防水、防火系统建设好，在使用中安全隐患很低。但是施工要求较高，过程相对复杂，会涉及图书馆原有建筑结构的改变或书库的重新规划设计、藏书管理政策的调整、系统管理人员的培训、设备的升级换代等问题，因此只适合对图书馆进行翻新或建设新馆时考虑[3] 。

3 自动化机械书库成本分析

郑小祺调研了2010年以前建成的高密度仓储书库典型案例，并引用了2005年日本国际基督大学图书馆以50万册藏书测算的设备成本和建筑成本，三种存储方式的总成本差距不大，其中普通书库的总成本最高[2]。王冰以150万册藏书对比测算了密集书库和自动化机械书库两种方式的建造费用，后者比前者高约20%[7]。在肖荣梅的研究中，以100万册藏书详细测算了三种存储方式的建设成本和运营成本，结论是普通书库建设成本和运营成本均最高，自动化机械书库建设成本居中，运营成本最低[1]。本文不再做定量分析，只对自动化机械书库的建设成本、运营成本的构成和影响因素进行分析。

3.1 建设成本及其影响因素

自动化机械书库的建设成本主要包含：土地费、建筑安装工程费、设备费、软件费等。其中，只有设备费用是相对通用的，其他费用由于影响因素复杂，差异性非常大。土地费指建筑用地的费用，影响因素包括地域、用地类型、书库建筑面积等。建筑安装工程费包括土建、给排水、暖通、电气、消防等基础设施和安全设施等相关费用，影响因素有地质条件、建筑复杂性、施工难度、书库空间尺寸等。设备费指用于文献存储和存取的专业设备，包括货架、书箱、运输轨道、堆垛机、穿梭车、提升机等，影响因素有藏书量、书库面积和形状、钢材价格、设备选型等。软件费包括仓库管理系统、仓库控制系统、与图书馆现有管理系统的集成等，主要影响因素为功能使用需求。

以上费用中，有一次性投入费用，比如软件费，也有随工程量变化的费用，比如设备费。一个影响因素发生变化，可能导致几项费用变化。比如藏书量不同，对书库的空间需求就不同，与空间相关的各类费用都会发生变化。总体来说，藏书量越高，每百万册图书的建设成本会越低。而对于普通书库和密集书库来说，每百万册图书的建设成本基本上是固定的。目前国内已建、在建的项目中，蘇州第二图书馆书库区面积3000平方米，分拣区面积1000平方米，库区高度15米，设备和安装费用（含软件）约4500万（2015年实施招标），贵州省图书馆书库区2000平方米，库前区面积1000平方米，库区高度14米，设计、设备采购和安装费用（含软件）约3500万（2019年实施招标）。

3.2 运维成本及其影响因素

自动化机械书库的运营维护成本主要包含：能源消耗费、设备运维费、软件运维费、人工费等。能源消耗费指水电气暖等费用，其中专用设备运行、消防和暖通保障均需消耗较大电能，较难单独核算。设备运维费指保障设备运营维护的费用，包括书库存取设备以及相关配套设施。软件运维费一般按照软件费用，或者工程费用的比例计算，受谈判情况影响较大。人工费指保障书库正常服务的人员费用，服务内容多，所需人员也将相应增加。北美一般只提供借阅服务，只需在读者服务台安排工作人员，国内有书库连接物流分拣系统的情况，则需增设分拣人员。人工费在不同国家和地域差异性也较大。

与建设成本的情况相似，影响运维成本的因素也较多，估算难度较大。因此，自动化机械书库成本的准确估算，必须先确定藏书量、藏书结构、服务内容和方式等要素，事先规划好业务流程。

3.3 核心设备类型和应用

立体书库的核心设备包含存储和传输两个方面：存储设备由钢架和书箱组成，从上世纪80年代至今几乎没有变化;传输设备随着物流行业的发展，主要有人工叉车、堆垛机、穿梭车三种存取方式。三种传输设备的具体比较情况如表1所示。

立体书库建造之初由于受技术条件限制，均采用哈佛模式，由人工驾驶叉车方式存取文献。堆垛机方式则是由堆垛起重机在立体仓库的通道内来回运行，完成书籍在巷道口和货架的书箱之间的存取和运送。欧美地区自动化立体书库应用实践较早，普遍采用堆垛机方式实现存取和传输，主要用于存放使用率较低的文献。穿梭车方式一般和提升机共同使用，由穿梭小车完成水平方向存取，提升机完成垂直方向运送，货架之间以穿梭小车的轨道连接。苏州第二图书馆的立体书库承担了全市网上借阅图书集散中心的功能，部分采用了穿梭车的方式，用于存取、分拣具有一定流通量的图书。

4 自动化立体书库的建设策略

据了解，国内正在新建、整改扩建的十几家图书馆都计划或确定建立自动化立体书库，在决策时还应考虑以下问题。

第一，做好书库定位，明确藏书结构。储备库的借阅需求较低，流通库借阅需求较高，不同的定位直接影响设备选型和运维成本，借阅量大直接导致机械损耗快，运维成本高。国外的案例都是用于存放利用率较低的期刊合订本和图书。苏州第二图书馆在本土化过程中，定位是多样化的，一方面用于存放利用率非常低的图书，一方面也作为全市网借图书的集散地，在库区内划分了不同功能。首都图书馆新馆定位是库本书库，存放所有库本并提供阅览服务。

第二，做好成本效益分析。对于自动化机械书库的评价，特别是建设成本的评估，往往聚焦在经济指标上，其产生的社会效益难以评估甚至被忽略。实际上，自动化机械书库的运用，间接效益是非常显著的。比如：书库空间得到释放，节省出来的空间可以实现其他功能，空间重组再造有了更多可能性;自动化存取解放了人力，把人从机械性重复劳动中解放出来，可以从事更具创造力的服务;快速存取不仅大大提高了服务效率，也解决了传统书库难以同时满足高效存储、高效借阅的问题。

第三，以曼索托图书馆为代表，把书库建在地下空间更为业界所推崇。一来能够释放更多地上舒适度较高的空间供读者服务所用，使采光、通风较差的地下空间得到有效利用。二来地下空间环境天然接近图书资料存放条件，便于调节温湿度，能够用于保存较为珍贵的资料，但是地下施工难度高于地上。

第四，书库设计时应关注与文献流线的关系，以及与其他业务的衔接。自动化机械书库已受到业界，特别是图书馆新建、整改扩建项目的广泛关注，其存储和存取优势具有良好的正向效果，高校馆、公共馆、专业馆都能适用，但是受经费和藏书等方面的限制，更适用于大中型图书馆。随着经验积累和技术发展，会有更多大中型图书馆选择建立自动化机械书库。

参考文献：

肖容梅.高密度自动仓储书库：并非高不可攀——几种不同文献储存方式的建设与运营成本比较研究[J].国家图书馆学刊，2014（4）：28-35.

郑小祺. 高密度仓储藏书库简介与案例分析[J].成功大学图书馆馆刊，2010（19）：34-51.

樊慧丽，邵波.国内外图书馆机器人的研究应用现状与思考[J].图书馆杂志，2017（6）：88-94.

刘静，黄群庆.自动存取系统（ASRS）在北美图书馆的应用[J].图书馆论坛，2006（6）：149-150，174.

The Joe and Rika Manseuto Library[EB/OL].[2020-08-10]. https：//www.lib.uchicago.edu/mansueto.

自动化书库服务中心[EB/OL].[2020-08-10]. https：//www.lib.ntu.edu.tw/node/3391.

王冰.图书馆自动存取系统（ASRS）刍议[J].图书馆工作与研究，2014（1）：40-43.

徐 冰 首都图书馆副研究馆员。 北京，100021。

（收稿日期：2020-11-30 编校：陈安琪，左静远）