高校智慧圖書館4.0：基于工業4.0和Web4.0的未來圖書館研究

王圣元，陳萬明，陸 康，劉 慧

（1.南京曉莊學院 a.商學院，b.圖書館；2.南京航空航天大學經濟與管理學院）

互聯網等新的技術使得社會不斷發展與進步，圖書館領域也隨著技術的發展而與時俱進，實現了信息、知識與文化的有機融合，實現了圖書館服務模式與理念的創新，高校圖書館也需要跟上時代步伐。由于新的數字與人工智能技術提供了圖書館快速發展的技術支撐，學者們持續關注并研究各種圖書館演化與發展階段性特征。圖書館在本質上與生物體非常相似，因為它們受到不斷演進的外部壓力的影響。在這種情況下，包括不斷變化的信息技術環境和對于網絡服務的依賴。

目前學者們構建的圖書館4.0 模型主要是基于工業4.0 或者Web 4.0 開發的。技術不斷向前飛躍，圖書館發展必須跟上這些快速發展的趨勢。

工業4.0 以及Web 4.0 均無法單獨支撐圖書館4.0 模型的構建，本文將在對以上兩種模式的對比分析基礎之上，構建整合后的未來圖書館4.0模型。在未來圖書館4.0 模型的基礎上構建高校圖書館4.0 的概念和模型，并且結合案例來說明高校圖書館4.0 的應用。

1 文獻回顧

1.1 基于工業4.0 的圖書館4.0

“工業4.0”研究項目由德國聯邦教研部與聯邦經濟技術部聯手資助，在德國工程院、弗勞恩霍夫協會、西門子公司等德國學術界和產業界的建議和推動下形成，并已上升為德國的國家級戰略［1］。2013 年4 月，德國政府在漢諾威工業博覽會上正式提出“工業4.0”戰略，其目的是為了提高德國工業的競爭力，在新一輪工業革命中占領先機。該戰略已經得到德國科研機構和產業界的廣泛認同，弗勞恩霍夫協會將在其下屬6-7 個生產領域的研究所引入工業4.0 概念，西門子公司已經開始將這一概念引入其工業軟件開發和生產控制系統［2］。

工業 4.0 戰略要點包括智能工廠和智能制造、賽博信息物理系統、智能服務、縱向集成、橫向集成、端到端集成、大數據分析等。“工業4.0”概念包含了由集中式控制向分散式增強型控制的基本模式轉變，旨在建立一個高度靈活的個性化和數字化的產品與服務的生產模式。在這種模式中，傳統的行業界限將消失，并會產生各種新的活動領域和合作形式。創造新價值的過程正在發生改變，產業鏈分工將被重組［3］。

在工業4.0 時代，任何行業都是智能化的，圖書館也不例外。近些年來，智慧服務、智慧圖書館等概念先后被圖情界提出，使得圖書館也迫不及待地跟隨時代發展的步伐而自我變革。所謂的圖書館智能化或者智慧服務，是把學習、工作和生活變得更加簡單，而不是把事情變得更加復雜，這是智能化（智慧服務）的根本定律。

工業 4.0 相關理念給高校圖書館智能網絡架構、滿足個性需要、跨界經營和利用大數據方面帶來許多啟示，高校圖書館未來應從打破理念界限和拓展服務模式兩方面不斷改進服務質量，提升讀者的使用體驗［4］。工業4.0 的內涵可以為圖書館4.0 的發展方向提供指引［5］。圖書館的智能化是建立在讀者使用基礎上的，因此，圖書館4.0即智能圖書館時代，是以個性化服務為目標的全媒體、全時空、人工智能化的智慧圖書館服務體系［6］。從工業化和信息化深度融合的視覺定義基于工業智能制造背景下的智慧圖書館，有助于促進現代圖書館的進一步發展［7］。

綜上可得，基于工業 4.0 構建的圖書館4.0定義為：圖書館實體通過信息物理系統融合基礎設施、智能設備和信息技術，建立圖書館智慧服務基礎設施，將大數據、云計算、物聯網、虛擬現實和增強現實等互聯網新技術充分運用于圖書館服務和業務管理的各個方面，最大程度地利用、開發、整合信息資源，優化圖書館服務流程，為用戶提供更及時、更精準的個性定制信息服務的智能系統［7］。

1.2 基于Web 4.0 的圖書館4.0

Web 技術是計算機終端、移動通訊、網絡（虛擬網絡） 和數據中心的有機整合體。Web 技術促進了人與人、機器與機器、人與機器、人與社會的互動。人類的思維意識與現代虛擬網絡之間相互融合，由此形成了新的社會網絡［8］。Web 4.0 與圖書館結合將會促進人們的互動與聯系，改變著人類的認知與知識管理。

Web 4.0 一些概念已經引入圖書館，開始構成圖書館4.0 模型，關于Web 4.0 的討論雖然已經存在相當長的時間。但是，這些討論是零星的，并沒有涵蓋整個圖書館領域。因此，現在有必要對基于Web 4.0 的圖書館4.0 展開系統性研究，預測未來基于Web 4.0 的圖書館4.0 的發展方向和發展策略，以便未來圖書館能夠發揮主導作用，響應Web 4.0 時代的到來。

美國數字公共圖書館（Digital PublicLibraryof America，DPLA） 開展了一個未來數字圖書館實驗［9］，該圖書館基于共享系統、元數據和數字化內容進行構建，為可用的虛擬目錄提供搜索工具，擴展圖書搜索范圍，是一種大規模的組織間合作圖書館。

自2009 年以來，美國圖書館協會（American Library Association，ALA） 提供了將尖端技術應用于圖書館服務的實例，并在2013 年評估了其中最具創新性的技術，如移動互聯網、云資源、開放源代碼和具有成本效益的在線教育［10］。美國圖書館協會還給出了成功應用這些創新技術的圖書館案例。如，馬薩諸塞州的波士頓學院高中圖書館允許所有學生通過其移動網站和開發的應用程序訪問圖書館的在線資源，這些應用程序對于移動搜索來說更加優化。此外，美國圖書館協會于2014 年評選出的優秀案例包括數字招牌系統、允許用戶通過“Me 卡”訪問所有聯網圖書館的技術、面向用戶的開放存儲庫、簡單的視頻創建系統等［11］。

基于Web 4.0 的圖書館4.0 的概念模型是將智慧服務、圖書館大數據、增強現實與虛擬現實技術、上下文感知、高端（前沿）的識別能力服務、創客空間（眾創空間）的技術與理念組合而成的圖書館運行體系，而該概念模型的最終實現，需要圖書館管理者、館員與用戶通力合作［12］。高校圖書館以學科服務保障教學與科研，圖書館4.0 概念的提出，將在圖書館效率提升上起到進一步的促進作用。

1.3 圖書館4.0 發展脈絡

任何事物的發展不是一蹴而就的，研究其發展歷程有助于我們對該事物的了解。圖書館、工業技術和Web 的時代劃分對比見表1 所示。

綜上可見，基于工業 4.0 構建的圖書館4.0概念模型強調智能制造及其相關設備、技術、人才在圖書館領域的應用；基于Web 4.0 的圖書館4.0 的概念模型主要從信息傳遞、網絡與網絡技術的角度詮釋新時代圖書館的特征。西方發達國家在發展過程中有著明確的工業化、信息化的時代劃分，而我國在發展過程中這一階段界限不是那么清晰，原因主要是我國在工業化沒有完全完成的情況下開始了信息化的相關實踐。因此，我國目前產業升級、智能化轉型的可行路徑是工業化、信息化同步并行推進。這一理念拓展到圖書館領域同樣適用。

表1 圖書館、工業技術和Web 的時代劃分對比

2 圖書館4.0 的整合模型

2.1 開放性譯碼

扎根理論研究主要由三個步驟構成。首先，數據收集，包括學術研究文獻、案例、政府的法規與政策文件等二手資料，也包括通過深度訪談、問卷調查等實地研究獲得的一手資料。其次，數據分析環節，包括開放性譯碼（編碼）、主軸譯碼（軸心編碼）、選擇性譯碼（編碼）。開放譯碼必須拋棄任何前設，將資料分解、檢查、對比、概念化、類屬化。主軸譯碼是在開放譯碼的基礎上形成類屬，并檢驗各類屬之間的關系。本階段的譯碼范式模型可以根據發展順序來聯結。譯碼范式模型的發展順序為：“因果—現象—情境—中介條件—行動策略—結果”。選擇性譯碼是在類屬中區分核心類屬與支援類屬。最后，理論構建，通過融合圖和故事線將各種理論要素整合起來。

本研究對訪談資料、案例資料、學術研究資料等提供的數據進行開放性譯碼。對各種文獻資料進行反復、仔細的閱讀，進行概念化和抽象化。通過不斷地比較來提煉概念，并進行范疇的劃分。初始階段的譯碼較寬，然后逐步縮小，直至號碼飽和。圍繞“圖書館4.0”這一主題對數據進行開放式譯碼。按照邏輯關系對開放式譯碼進行級別設置，在此基礎之上提煉出35 個概念（ai）。將概念歸入各自所屬現象，形成9 個范疇（Ai），具體內容如表2 所示。

表2 圖書館4.0 的整合模型開放性譯碼

通過對表2 開放性譯碼的分析，可以發現圖書館4.0 的整合模型中的組織與個人處在智能制造技術、物聯網、互聯網+ 技術、經濟、法律、人力資本、社會文化等諸多環境因素之中。圖書館4.0 的整合模型系統的復雜性可見一斑。孤立的概念與范疇依然不足以對圖書館4.0 系統進行清晰的解釋。

2.2 主軸譯碼

各范疇之間是相對獨立的，需要通過主軸譯碼技術對范疇之間的關系進行深入的解析。范疇有主副之分，因果關系、現象、情境、中介條件、行動策略與結果構成了典范模型的分析框架。典范模型可以更好地說明主范疇與副范疇的關系。主軸譯碼的結果如表3 所示。

表3 主范疇與典范模型

通過對表3 主范疇和典范模型的分析，可以發現圖書館4.0 的整合模型的發展路徑主要有智慧集成、媒體融合、眾創空間、外部環境、專業人才五個主要范疇。五個主要范疇之間互相協同聯結，構成了一個非線性的圖書館4.0 活動支撐環境，主要范疇之間的良好互動促成圖書館4.0系統的自適應協同演進。

2.3 選擇性譯碼

本階段的主要工作是在對范疇及其關系進行分析的基礎上，構建相關扎根理論模型，描述故事線索。中國情境下的圖書館4.0 的整合模型可以用以下故事線來加以描述。

圖書館4.0 的整合模型是一個支持圖書館員進行圖書館智能化轉型工作的協同演化生態系統。這一生態系統在法律法規允許范圍內，借助工業4.0 和Web4.0 的發展動力提高圖書館運作主體的創新、服務與管理能力。在基礎設施、技術系統、社會文化幫助下實現圖書館的全面發展。

最后，進行理論飽和度檢驗是保證扎根研究信度的重要環節。從兩個方面進行理論飽和度檢驗［13］。一方面，進行文獻研究，查閱本研究領域有影響力的專著、重要學術期刊、著名圖書館應用案例等。對以上文獻資料進行數據的定性篩選，發現提煉的概念均已存在于前文研究的范疇之中。另一方面，對相關領域學者、圖書館館員、讀者進行補充性的訪談，發現的概念也同樣包含在前文研究的范疇之中。

3 高校圖書館4.0 的整合模型

根據圖書館4.0 的整合模型構建高校圖書館4.0 模型。高校圖書館4.0 是高校支持圖書館員進行圖書館智能化轉型工作的協同演化生態系統。這一生態系統在相關高等教育法律法規允許范圍內，借助工業4.0 和Web4.0 的發展動力提升高校圖書館運作主體的創新、服務與管理能力。在基礎設施、技術系統、社會文化幫助下實現高校圖書館的全面發展，助力高校圖書館在服務師生方面做出更加杰出的貢獻。

高校圖書館4.0 是一個復雜巨系統，由智能化閱讀體驗與實踐子系統、智能感知子系統、大數據分析子系統、增強現實子系統、校園全時空移動圖書館子系統、校園創客空間子系統、上下文感知子系統、高端（前沿）識別子系統、教學支持服務子系統、人力資本（圖書館員）開發與保障子系統等構成（見圖1）。

圖1 高校圖書館4.0 模型

4 圖書館4.0 的設計案例

為了更好地說明如何建設高校圖書館4.0，本文以南京某高校圖書館為例，構建基于圖書館4.0整合模型的實際應用系統。

4.1 智能化閱讀體驗與實踐子系統

高校圖書館智能化閱讀體驗子系統由全媒體智能文獻閱讀功能模塊、手工實踐功能模塊、人工智能互動交流功能模塊、虛擬現實功能模塊、增強現實功能模塊構成。具體措施包括：利用全媒體技術、人工智能技術等現代化手段建設傳統的文獻閱覽區、視聽資源區；配套建設手工實踐區，如農作物種植、花卉種植區、藝術體驗、烹飪、多媒體制作室等［14］；打造人工智能互動交流體驗區，研制能聽、會說、能理解人類語言、能進行實時交互的計算機，幫助人們實現與被計算機模仿的虛擬人物交流思想的愿望［8］；打造虛擬現實影院，配備沉浸式的投影式虛擬現實系統和設備。可以播放科技知識、教學視聽資料及讀者點播的其他資源［15,16］。

4.2 智能感知系統

高校圖書館智能感知系統是由前端感應器和網絡感應組織而成的一種智能系統，通過各項高級的感應技術將現場的情況轉換成信息傳遞到網絡的另一端，達到全程掌控的目標［17］。智能感知系統的功能主要是書刊管理、人員的清晰定位、自動監控。智能感知系統可以根據讀者的需求幫助讀者查閱尋找書籍，引導讀者去想去的地方，根據自動監控給予讀者最新消息。比如自主學習室是否有空位，讀者所查閱書籍是否被借出。智能感知系統可以自主控制圖書館的照明與空調系統，提升了閱讀環境的優雅舒適度。在發生緊急情況時將信息迅速傳遞給讀者，且進行自動報警處理，為快速解決事故贏得時間［18］。

4.3 大數據分析系統

數字圖書館發展至今，多業務系統的服務與用戶多樣化的閱讀體驗，對服務的擴展與資源的進一步開放、可用提出了要求。新的互聯網技術使用滿足了用戶的需求，促使大數據、云計算和開放資源大量涌現，圖書館已不知不覺進入大數據時代［19］。大數據可以通過對類型多樣的龐大體量數據進行高速處理以揭示出規律性，增強洞察力，提高決策水平。高校圖書館依托互聯網技術，將資源、空間、服務等系統有效關聯，構建一套以圖書館數據收集、取樣、傳遞至云計算平臺進行標準化處理、轉化、存儲與管理，并根據此數據進行清洗、挖掘與分析，實現對圖書館用戶需求的感知，進而實施提供精細化服務。

高校圖書館的大數據分析系統包含以下幾種功能：數據庫具備動態即時創建能力；用戶個性化需求自主分析功能；智能化文獻處理與多語言自動翻譯功能；高質量文獻庫協同建設功能；個性化與精細化服務導向功能。

4.4 增強現實圖書館

圖書館用戶群體的多樣化以及圖書館的服務范圍與服務方式需要覆蓋大部分用戶。對于視障群體用戶的服務，需要通過一些技術實現，例如建立增強現實閱覽室或者閱讀室。增強現實是將真實世界疊加顯示虛擬元素的技術，是虛擬現實的延伸，通過在多維時空里的即時交互實現應用性。增強現實技術在展現真實世界信息的同時將虛擬信息也顯示出來，兩種信息相互協作。增強現實業務的實施可以為特殊群體用戶提供更多的與外界交流以及信息、知識獲取的渠道，同時也能夠讓他們獨立獲取信息［20］。增強現實技術在高校圖書館的應用將給用戶帶來更多便利，高校圖書館的服務在互聯網技術的支持下，進一步得到拓展與優化，高校圖書館的建筑實體、空間設施、館員、用戶、各種文獻資源都能得到增強的現實信息。

4.5 校園全時空移動圖書館系統

校園全時空移動圖書館系統主要具備信息服務、資源預覽、 移動閱讀三大功能。校園全時空移動圖書館用戶可以通過短信息（手機短信、微信、專用App 信息）服務獲取學校發布的新書推薦、圖書到期續借、活動沙龍、專家講座、培訓公告、校園服務等通知。校園全時空移動圖書館系統的信息服務功能將實現對移動終端用戶身份的識別，以便提供精準服務。可以對高校圖書館內圖書、期刊等文獻資源進行預覽是圖書館的一個基本功能。無論是傳統圖書館還是校園全時空移動圖書館，都要具有對館內文獻資源進行預覽的功能。讀者可以通過文獻資源主題、文獻資源分類和文獻資源目錄三個方面對館藏紙質資源進行預覽。與傳統圖書館相同，校園全時空移動圖書館的核心功能是閱讀服務。校園全時空移動圖書館要強化在移動環境下為讀者提供閱讀服務的功能。校園全時空移動圖書館的用戶，在校園智能化網絡的幫助下，可以做到隨時隨地拿出手機就能獲取相關文獻資源信息。

4.6 校園圖書館創客空間

校園圖書館創客空間是一種全新的校園創新創業的組織形式和服務平臺，為校園創客們提供創新創業的材料、工具、技術和創意交流平臺。創客空間具備開放性、低成本、協同、互利共贏等特點，高校圖書館和創客空間聯合將為大學生、高校教師創新創業提供更好的平臺。校園圖書館的創客空間功能在于吸引高校各類型的人才。創客空間屬于空間服務的一個重要組成部分，提供給用戶獨立的創作空間。用戶可以在此空間內進行創造性的思考、探索、找尋解決問題的方案，創客空間屬于未來高校圖書館衍生服務的一種，該空間也是一個用特定技術收集和創建新事物的空間。

4.7 上下文感知圖書館

上下文感知作為新興技術，是高校圖書館4.0模型中所需的業務拓展技術。上下文感知智能計算技術是通過計算機系統自動地對上下文歷史、上下文關系和上下文變化感知和應用，并根據此結果為用戶提供智慧化、個性化、精細化的信息服務。在數字圖書館的多系統運行狀態下，上下文感知的應用能夠提升圖書館業務系統的智慧性、高效性，為圖書館智慧服務的實施提供精確的信息支撐。上下文感知的智慧服務運用于圖書館具體業務中，主要包括圖書館的文獻信息服務、滿足用戶個性化需求的服務，數字圖書館業務系統之間的上下文信息處理與挖掘工作等。上下文感知技術的應用，實現了業務系統的智慧化，為業務數據的挖掘并識別用戶的特征、用戶類型的分類等操作，提供了新的方式與方法。

4.8 高端識別能力圖書館

文獻資源的呈現形式隨著時代的發展而呈現多樣化的趨勢。高校圖書館作為文獻資源的保存機構，高端識別技術的運用在文獻資源收藏、呈現與用戶服務方面起到一定的作用。圖書館4.0需要構建前沿高端的識別能力，將文獻資源顯示環境趨于多元化，實現多平臺、多渠道、多方法、多工具的展示，促使不斷研究新技術與新方法，并將其應用于圖書館中。當前高校圖書館信息展示平臺不斷發展，數字資源以空間服務形式展示給用戶，例如清華大學圖書館的瀑布流電子圖書借閱機等。此外，谷歌眼鏡以及各類型的顯示設備廣泛應用于高校圖書館，將數字資源從互聯網門戶平臺轉移到圖書館空間服務中，拉近了用戶與數字資源的距離，讓用戶近距離了解圖書館的各類信息與所擁有的資源，從而提高了圖書館資源的利用率。

新技術一向是圖書館領域的專家學者所熱衷研究的對象。信息的收集、存儲、發布以及相關的服務方法、策略等相關性的文獻資源內容，都是圖書館學者們所研究的對象。圖書館文獻資源、服務信息的動態展示，是讓用戶時刻掌握圖書館資源動態、服務拓展等信息的重要途徑，也是圖書館空間的升級服務的方法。空間服務內容的提升，需要通過各類新技術來展示，也是實現圖書館4.0 最具成效性的措施。

4.9 教學支持服務

高校圖書館主要特征是滿足高校用戶的教學與科研需求。高校圖書館的教學保障任務主要是通過特定的文獻庫與資源平臺建設，如針對學科的教學資源與文獻庫建設、嵌入式分學科輔導館員、文獻信息素養教育與培訓、嵌入式教學系統、互聯網教學平臺等學科服務方式實現。其中，嵌入式學科館員作為信息資源的推送人，融入教學一線，運用圖書館資源和自身專業知識，支持師生的教學活動［21］。教學資源的建設，除組織開發本館紙質資源和電子資源外，還注重對網絡免費資源的收集和整理，如教學參考平臺、重點學科導航庫等［22］。圖書館將信息素養教育與學科課程相整合，通過融合學科課程教學來實現信息素養教育的目標［23］；圖書館以網絡學習平臺為基礎，加入圖書館資源和服務的相關鏈接，提供課程所需的各類資料和服務，為教師的教和學生的學提供個性化的虛擬空間［24-26］。高校圖書館4.0 系統中教學支持服務將實現以上各種服務方式的智能化有機整合，打破不同教學服務支持方式之間的隔閡，實現全學科、全時空的多維整合服務。

4.10 圖書館員人才開發子系統

高校圖書館的信息服務，都需要與用戶接觸，承擔著用戶的信息咨詢任務。圖書館館員在信息服務環境下，從中協調用戶在圖書館使用、資源獲取方面的請求，并承擔著信息交流的幫助者、資源導航員等身份。適應圖書館4.0 環境下的圖書館館員的能力，需要納入到人才培養系統中，以滿足圖書館4.0 運行的需要。

高校圖書館要使用各種信息工具與新技術為用戶的教學與科研提供信息保障服務，圖書館服務效率的提升、服務方式的創新、服務內容的拓展以及服務領域的拓寬是影響圖書館4.0 成功與否的關鍵。互聯網的各種技術，如數據收集、數據分析、數據挖掘等技術的組合應用，為圖書館文獻資源、服務內容的信息推送，提高了精準率，互聯網平臺的創新建設、移動互聯網技術、云計算、大數據等逐漸被引入到圖書館業務實施的各種領域中。隨著服務內容與服務方式已發生改變，圖書館館員作為文獻服務的主體，其服務的理念與方法也需要進一步改善，以實現文獻資源的有效利用［27］。因此，圖書館應加大力度培養本館館員學習現代信息技術，掌握核心技能，熟練地將相關技術運用于圖書館的各項服務中［28］。

5 結論

高校圖書館4.0 系統應該緊隨著工業4.0 和Web 4.0 發展的步伐，不斷前行。在工業4.0 和Web 4.0 環境下討論高校圖書館4.0 概念模型的構建是兼顧理論價值與實踐意義的研究內容。本研究在梳理圖書館對Web 4.0 和工業4.0 對未來圖書館影響展望的基礎上，提出基于工業4.0 和Web 4.0 的圖書館4.0 整合概念模型，并且在圖書館4.0 整合模型的基礎上構建了高校圖書館4.0 模型，這對探討未來高校圖書館的發展具有一定學術和實踐啟示。但是如何將工業4.0 和Web 4.0成功運用于高校圖書館4.0 方面的相關研究、實踐還較為缺乏，所以本研究僅僅是對高校圖書館4.0 未來發展的方向性研究。未來研究的重點應該更為集中于工業4.0 和Web4.0 技術如何應用于高校圖書館，以滿足用戶的個性化、多樣化、動態化需求。