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深圳图书馆北馆智慧书库系统建设与实践
作者：刘哲 来源：《深圳全民阅读发展报告2024》 责任编辑：Gangan 2024-10-25 人已围观
四、创新设计理念，打造新一代智慧书库
（一）系统构成
深圳图书馆北馆距深圳图书馆中心馆约15千米，总建筑面积约7.2万平方米，设计文献容量800万册，阅览座位约2200个。北馆承担“一馆一库三中心”功能，既是城市公共图书馆，也是全市文献调剂书库，深圳“图书馆之城”的联合采编中心、网络数据中心和文献调配中心。其中调剂书库和文献调配中心的功能主要由文献智能仓储系统承担。
北馆智慧书库由存储书库（立体书库ASRS和密集架书库）、分拣系统、传输系统等主要部分组成，采用双核心设计，即立体书库系统和大型分拣系统，通过系统高度集成来满足多种文献流作业，实现文献高密度存储与调阅、“图书馆之城”文献集散中心、服务点文献配送及流转、预借服务等功能。
1.分拣系统
分拣系统位于建筑首层西侧，区域层高5.5米，主分拣线设计占地面积约448平方米，采用直线交叉带分拣机，设置60个分拣格口，通过识别图书RFID标签处理单本图书分拣，设计分拣效率为1万册/小时，具备自动换箱功能。10个投入工位包括4个投入专用工位和6个立库拣选工作站共用工位，通过皮带传输线将图书传送至分拣机。
2.立体书库
立体书库设计容量为400万册，主要用于存储预借图书，缓存流通图书（包括“图书馆之城”流转图书、服务点配送图书等），承担全市通借通还图书的集散、周转功能。高密度存储货架安装在图书馆地下三层，库区高度21.55米，跨地下三层和地上一层，书架高度18.5米，设计占地面积约2862平方米，划分为五个独立的库区，其中1—4号库区存储约5.96万个A型书箱，5号库区存放约1.3万个B型书箱，文献容量超过400万册，配置15台料箱式堆垛机（Miniload），通过双层传输线连接库区外，8个拣选工作站位于库前区，库区内部实现无人作业。
3.传输系统
传输系统包含水平和垂直传输线路，用于解决作业楼层功能区域之间以及全馆各个服务楼层的文献传输。水平传输设备包括电辊筒输送机（整箱）、皮带传输线（单册）、自动导引运输车（整箱）；垂直方向利用建筑的两个核心筒内的垂直竖井完成，传输设备包括1台轿厢式提升机（整箱）和1套轨道小车（多册）系统。
4.密集架书库
密集架书库设计容量为300万册，主要用于存放全市保障本文献，10间库房分布在地下一至三层，由轨道小车实现书库与地上服务楼层之间文献双向传输，提供本地调阅服务，今后可对接物流扩展至全市公共图书馆。
（二）创新特点
深圳图书馆北馆文献智能仓储系统在目前图书馆应用的基础上，针对深圳市“图书馆之城”业务发展的需要，充分发挥ASRS的技术优势，与全馆自动化系统协同设计，打造全新的仓储业务模式和策略，实施模块化作业，形成面向全市读者和图书馆用户的全新文献智能仓储系统。
1.立体书库与分拣系统双核心设计，高度协同
北馆由于承担全市调剂书库和“图书馆之城”文献调配中心的职能，设计需要兼顾文献存储和文献配送两方面的功能要求。本项目智能仓储系统采取了立体书库和分拣系统双核心设计，通过传输系统相连，规划不同的作业模式对接多项业务流程，存储和处理高流通率的预借文献和全城流通文献，在大容量存储、高效率文献提取的基础上，注重各系统独立运行且高度协同，利用高速分拣设备和料箱堆垛机，提高全市文献的中转效率；充分利用ASRS的管理算法，实现库内文献时间与位置轮转，使书库成为一个有序的生命体。
（1）入库前分拣模式，库内轮转
按配送线路分拣：“图书馆之城”统一服务平台上的基层图书馆具有数量多、分布广、馆藏容量小的特点，在人工处理模式下很难做到馆际文献轮换。文献智能仓储系统建成后，依托立库与分拣系统协同作业，为基层图书馆实现文献品种和服务周期精准轮换创造了条件。以自助图书馆图书配送为例，读者在图书馆及自助图书馆还回的自助图书馆配送图书，按配送线路分拣后整箱传送入5号库存储。通过分拣结果记录书箱内图书的物流配送线路和入库时间，在立库内通过管理系统预置配送线路和配送周期轮转策略排序等待出库。当执行文献配送作业时，按配送线路整箱出库，对接自助图书馆物流，实现精准配送。
按文献所属馆分拣：读者在图书馆及自助图书馆还回的各馆图书，其中需要转运回馆的，经“图书馆之城”物流或自助图书馆物流运抵中心，按照文献所属馆分拣后经整箱传输线传送入5号库缓存。当执行文献回馆配送作业时，按所属馆整箱批量出库，对接“图书馆之城”物流，提高转运效率。
（2）出库后分拣模式，对应各类业务需求
预借图书：图书馆自动化集成系统（LAS）定时收割读者发出的借书请求后通知立库出箱拣选，出箱后的预借图书按照读者选择的取书方式分别传递，读者到馆自取的图书经调阅小车传输至北馆服务区一、二、四楼的服务台站点；选择快递到家方式的图书，则利用播种墙系统进行合单后由快递公司配送；选择服务点取书方式的图书经分拣系统按配送线路集中分拣后交物流配送。
本地还回图书：馆内各服务楼层还回图书经垂直传输系统整箱入5号库缓存，按照常规每日2次和高峰期每日3次的频率集中出库，经整箱传输线送至投入工位单册投入分拣，完成分拣后，本地服务区图书经垂直传输系统整箱传送至各服务楼层，其他服务点图书传送至中转区或5号库存放。
2.书箱分型设计满足各类作业需要
基于北馆兼顾全市调剂书库和“图书馆之城”物流中心的职能，智能仓储系统设计了两种书箱，即A型书箱和B型书箱。
A型书箱为主存储箱，主要用于存放可预借/调阅图书，统一编码管理，存储位置为1—4号库；图书摆放采用书脊垂直书箱底部、书脊朝向书箱长侧边方向的方式，符合国内出版图书的保存和利用特点；长侧边镂空，便于工作人员查看书脊的书名和书标；书箱中带有活动隔板，将书箱分隔为2—6个单元，图书在装箱时会将其信息绑定至具体单元；长隔板两侧能同时放置正度16开的图书，存储容量为56册（按单册图书20mm厚度计算）。
B型书箱兼具存储箱、分拣箱和中转箱功能，统一编码管理，存储位置为5号库。B型分拣箱承接分拣格口滑落图书，可直接转为存储箱，设计存储容量为58册（按单册图书20mm厚度计算），存储图书范围涵盖“图书馆之城”图书、自助图书馆图书、本地还回图书等，使各项作业流程在分拣、传输、缓存等环节得以优化和统一。
3.拣选工作站衔接各业务系统
（1）多功能设计
拣选工作站集成设计了立体书库拣选和分拣投入的功能，工作人员可根据系统订单进行A型书箱图书的出入库操作，也可以将待分拣图书逐本放置在皮带机上传送到分拣机。拣选工作站也是轨道小车传输起始站点之一，可以将立体书库拣选出库的文献装入轨道小车运送到各楼层服务台。
（2）传输线连接出入库作业
拣选工作站和立库巷道之间设计双层环形传输线连接，用于书箱出库和入库传输。以传输线连接的方式可以均衡分配拣选工作站和立库巷道作业任务，提升整体作业效率。
（3）书箱可旋转，方便出入箱操作
根据A型书箱图书立放、书脊朝向两侧的特点，系统设计了两级书箱旋转机构，方便工作人员拣选图书。第一级旋转机构位于立体书库的出库传输线，系统根据图书在书箱中存放单元的信息分析需要出箱的朝向，扫描识别书箱外表面所贴书箱编码和方向编码（两侧）判断该朝向是否面向工作人员，如果不是，则通过第一级旋转机构将书箱旋转180度再传送到工作人员面前；如果书箱的两侧单元都有需要出箱的图书，则通过在拣选工作站的第二级旋转机构进行180度旋转。图书入库装箱也需要使用拣选工作站的旋转机构。
4.整箱作业串联各个功能区域
智能仓储系统设计了多条整箱传输流线，相应系统均设置通道和系统接口，如立体书库系统支持整箱出入库模式，包括A型书箱和B型书箱，配置1条整箱上线专用通道和2条整箱下线专用通道；分拣系统分拣箱（B型书箱）可通过水平传输系统对接立库系统直接入库、暂留中转区及装卸区出馆，或通过垂直传输系统转至各楼层；还书系统的还书箱（B型书箱）可通过垂直传输系统转运至作业区。
5.自动导引运输车（AGV）实现跨区转运
（1）潜伏式AGV
智能仓储系统在不适合部署电辊筒输送机的中转区和装卸区采用潜伏式AGV搬运B型书箱，主要对接立体书库系统、分拣系统和物流装载区。其搬运方式为通过移栽机将书箱排列在搬运货架上，AGV顶升货架运送至目的地。每个货架可装载4个B型书箱。
（2）夹抱式AGV
在图书馆主要还书服务区使用夹抱式AGV对接四台自助还书机和垂直提升机，实现读者一次多本还书、还回图书整箱自动转运至一楼的分拣作业区。
6.轨道小车自动卸载提高工作效率
轨道小车系统主要负责将从书库中拣选出的读者预借文献或调阅文献传输到楼层服务台，或将读者调阅后的文献回库。系统设置7个站点，包括地下3个密集架书库站点、1个立体书库作业区站点和3个服务区站点（少儿区服务台、3楼预借服务台和5楼调阅服务台）。配备24台运载小车，每台可装载5册图书；小车具备到站自动卸载功能，卸载后即可承接后续运送任务，无需等待工作人员处理。轨道小车单次运行时间不超过8分钟，给读者提供方便快捷的借阅体验。
（一）系统构成
深圳图书馆北馆距深圳图书馆中心馆约15千米，总建筑面积约7.2万平方米，设计文献容量800万册，阅览座位约2200个。北馆承担“一馆一库三中心”功能，既是城市公共图书馆，也是全市文献调剂书库，深圳“图书馆之城”的联合采编中心、网络数据中心和文献调配中心。其中调剂书库和文献调配中心的功能主要由文献智能仓储系统承担。
北馆智慧书库由存储书库（立体书库ASRS和密集架书库）、分拣系统、传输系统等主要部分组成，采用双核心设计，即立体书库系统和大型分拣系统，通过系统高度集成来满足多种文献流作业，实现文献高密度存储与调阅、“图书馆之城”文献集散中心、服务点文献配送及流转、预借服务等功能。
1.分拣系统
分拣系统位于建筑首层西侧，区域层高5.5米，主分拣线设计占地面积约448平方米，采用直线交叉带分拣机，设置60个分拣格口，通过识别图书RFID标签处理单本图书分拣，设计分拣效率为1万册/小时，具备自动换箱功能。10个投入工位包括4个投入专用工位和6个立库拣选工作站共用工位，通过皮带传输线将图书传送至分拣机。
2.立体书库
立体书库设计容量为400万册，主要用于存储预借图书，缓存流通图书（包括“图书馆之城”流转图书、服务点配送图书等），承担全市通借通还图书的集散、周转功能。高密度存储货架安装在图书馆地下三层，库区高度21.55米，跨地下三层和地上一层，书架高度18.5米，设计占地面积约2862平方米，划分为五个独立的库区，其中1—4号库区存储约5.96万个A型书箱，5号库区存放约1.3万个B型书箱，文献容量超过400万册，配置15台料箱式堆垛机（Miniload），通过双层传输线连接库区外，8个拣选工作站位于库前区，库区内部实现无人作业。
3.传输系统
传输系统包含水平和垂直传输线路，用于解决作业楼层功能区域之间以及全馆各个服务楼层的文献传输。水平传输设备包括电辊筒输送机（整箱）、皮带传输线（单册）、自动导引运输车（整箱）；垂直方向利用建筑的两个核心筒内的垂直竖井完成，传输设备包括1台轿厢式提升机（整箱）和1套轨道小车（多册）系统。
4.密集架书库
密集架书库设计容量为300万册，主要用于存放全市保障本文献，10间库房分布在地下一至三层，由轨道小车实现书库与地上服务楼层之间文献双向传输，提供本地调阅服务，今后可对接物流扩展至全市公共图书馆。
（二）创新特点
深圳图书馆北馆文献智能仓储系统在目前图书馆应用的基础上，针对深圳市“图书馆之城”业务发展的需要，充分发挥ASRS的技术优势，与全馆自动化系统协同设计，打造全新的仓储业务模式和策略，实施模块化作业，形成面向全市读者和图书馆用户的全新文献智能仓储系统。
1.立体书库与分拣系统双核心设计，高度协同
北馆由于承担全市调剂书库和“图书馆之城”文献调配中心的职能，设计需要兼顾文献存储和文献配送两方面的功能要求。本项目智能仓储系统采取了立体书库和分拣系统双核心设计，通过传输系统相连，规划不同的作业模式对接多项业务流程，存储和处理高流通率的预借文献和全城流通文献，在大容量存储、高效率文献提取的基础上，注重各系统独立运行且高度协同，利用高速分拣设备和料箱堆垛机，提高全市文献的中转效率；充分利用ASRS的管理算法，实现库内文献时间与位置轮转，使书库成为一个有序的生命体。
（1）入库前分拣模式，库内轮转
按配送线路分拣：“图书馆之城”统一服务平台上的基层图书馆具有数量多、分布广、馆藏容量小的特点，在人工处理模式下很难做到馆际文献轮换。文献智能仓储系统建成后，依托立库与分拣系统协同作业，为基层图书馆实现文献品种和服务周期精准轮换创造了条件。以自助图书馆图书配送为例，读者在图书馆及自助图书馆还回的自助图书馆配送图书，按配送线路分拣后整箱传送入5号库存储。通过分拣结果记录书箱内图书的物流配送线路和入库时间，在立库内通过管理系统预置配送线路和配送周期轮转策略排序等待出库。当执行文献配送作业时，按配送线路整箱出库，对接自助图书馆物流，实现精准配送。
按文献所属馆分拣：读者在图书馆及自助图书馆还回的各馆图书，其中需要转运回馆的，经“图书馆之城”物流或自助图书馆物流运抵中心，按照文献所属馆分拣后经整箱传输线传送入5号库缓存。当执行文献回馆配送作业时，按所属馆整箱批量出库，对接“图书馆之城”物流，提高转运效率。
（2）出库后分拣模式，对应各类业务需求
预借图书：图书馆自动化集成系统（LAS）定时收割读者发出的借书请求后通知立库出箱拣选，出箱后的预借图书按照读者选择的取书方式分别传递，读者到馆自取的图书经调阅小车传输至北馆服务区一、二、四楼的服务台站点；选择快递到家方式的图书，则利用播种墙系统进行合单后由快递公司配送；选择服务点取书方式的图书经分拣系统按配送线路集中分拣后交物流配送。
本地还回图书：馆内各服务楼层还回图书经垂直传输系统整箱入5号库缓存，按照常规每日2次和高峰期每日3次的频率集中出库，经整箱传输线送至投入工位单册投入分拣，完成分拣后，本地服务区图书经垂直传输系统整箱传送至各服务楼层，其他服务点图书传送至中转区或5号库存放。
2.书箱分型设计满足各类作业需要
基于北馆兼顾全市调剂书库和“图书馆之城”物流中心的职能，智能仓储系统设计了两种书箱，即A型书箱和B型书箱。
A型书箱为主存储箱，主要用于存放可预借/调阅图书，统一编码管理，存储位置为1—4号库；图书摆放采用书脊垂直书箱底部、书脊朝向书箱长侧边方向的方式，符合国内出版图书的保存和利用特点；长侧边镂空，便于工作人员查看书脊的书名和书标；书箱中带有活动隔板，将书箱分隔为2—6个单元，图书在装箱时会将其信息绑定至具体单元；长隔板两侧能同时放置正度16开的图书，存储容量为56册（按单册图书20mm厚度计算）。
B型书箱兼具存储箱、分拣箱和中转箱功能，统一编码管理，存储位置为5号库。B型分拣箱承接分拣格口滑落图书，可直接转为存储箱，设计存储容量为58册（按单册图书20mm厚度计算），存储图书范围涵盖“图书馆之城”图书、自助图书馆图书、本地还回图书等，使各项作业流程在分拣、传输、缓存等环节得以优化和统一。
3.拣选工作站衔接各业务系统
（1）多功能设计
拣选工作站集成设计了立体书库拣选和分拣投入的功能，工作人员可根据系统订单进行A型书箱图书的出入库操作，也可以将待分拣图书逐本放置在皮带机上传送到分拣机。拣选工作站也是轨道小车传输起始站点之一，可以将立体书库拣选出库的文献装入轨道小车运送到各楼层服务台。
（2）传输线连接出入库作业
拣选工作站和立库巷道之间设计双层环形传输线连接，用于书箱出库和入库传输。以传输线连接的方式可以均衡分配拣选工作站和立库巷道作业任务，提升整体作业效率。
（3）书箱可旋转，方便出入箱操作
根据A型书箱图书立放、书脊朝向两侧的特点，系统设计了两级书箱旋转机构，方便工作人员拣选图书。第一级旋转机构位于立体书库的出库传输线，系统根据图书在书箱中存放单元的信息分析需要出箱的朝向，扫描识别书箱外表面所贴书箱编码和方向编码（两侧）判断该朝向是否面向工作人员，如果不是，则通过第一级旋转机构将书箱旋转180度再传送到工作人员面前；如果书箱的两侧单元都有需要出箱的图书，则通过在拣选工作站的第二级旋转机构进行180度旋转。图书入库装箱也需要使用拣选工作站的旋转机构。
4.整箱作业串联各个功能区域
智能仓储系统设计了多条整箱传输流线，相应系统均设置通道和系统接口，如立体书库系统支持整箱出入库模式，包括A型书箱和B型书箱，配置1条整箱上线专用通道和2条整箱下线专用通道；分拣系统分拣箱（B型书箱）可通过水平传输系统对接立库系统直接入库、暂留中转区及装卸区出馆，或通过垂直传输系统转至各楼层；还书系统的还书箱（B型书箱）可通过垂直传输系统转运至作业区。
5.自动导引运输车（AGV）实现跨区转运
（1）潜伏式AGV
智能仓储系统在不适合部署电辊筒输送机的中转区和装卸区采用潜伏式AGV搬运B型书箱，主要对接立体书库系统、分拣系统和物流装载区。其搬运方式为通过移栽机将书箱排列在搬运货架上，AGV顶升货架运送至目的地。每个货架可装载4个B型书箱。
（2）夹抱式AGV
在图书馆主要还书服务区使用夹抱式AGV对接四台自助还书机和垂直提升机，实现读者一次多本还书、还回图书整箱自动转运至一楼的分拣作业区。
6.轨道小车自动卸载提高工作效率
轨道小车系统主要负责将从书库中拣选出的读者预借文献或调阅文献传输到楼层服务台，或将读者调阅后的文献回库。系统设置7个站点，包括地下3个密集架书库站点、1个立体书库作业区站点和3个服务区站点（少儿区服务台、3楼预借服务台和5楼调阅服务台）。配备24台运载小车，每台可装载5册图书；小车具备到站自动卸载功能，卸载后即可承接后续运送任务，无需等待工作人员处理。轨道小车单次运行时间不超过8分钟，给读者提供方便快捷的借阅体验。
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