高校智慧图书馆4.0：基于工业4.0和Web4.0的未来图书馆研究

王圣元，陈万明，陆 康，刘 慧

（1.南京晓庄学院 a.商学院，b.图书馆；2.南京航空航天大学经济与管理学院）

互联网等新的技术使得社会不断发展与进步，图书馆领域也随着技术的发展而与时俱进，实现了信息、知识与文化的有机融合，实现了图书馆服务模式与理念的创新，高校图书馆也需要跟上时代步伐。由于新的数字与人工智能技术提供了图书馆快速发展的技术支撑，学者们持续关注并研究各种图书馆演化与发展阶段性特征。图书馆在本质上与生物体非常相似，因为它们受到不断演进的外部压力的影响。在这种情况下，包括不断变化的信息技术环境和对于网络服务的依赖。

目前学者们构建的图书馆4.0 模型主要是基于工业4.0 或者Web 4.0 开发的。技术不断向前飞跃，图书馆发展必须跟上这些快速发展的趋势。

工业4.0 以及Web 4.0 均无法单独支撑图书馆4.0 模型的构建，本文将在对以上两种模式的对比分析基础之上，构建整合后的未来图书馆4.0模型。在未来图书馆4.0 模型的基础上构建高校图书馆4.0 的概念和模型，并且结合案例来说明高校图书馆4.0 的应用。

1 文献回顾

1.1 基于工业4.0 的图书馆4.0

“工业4.0”研究项目由德国联邦教研部与联邦经济技术部联手资助，在德国工程院、弗劳恩霍夫协会、西门子公司等德国学术界和产业界的建议和推动下形成，并已上升为德国的国家级战略［1］。2013 年4 月，德国政府在汉诺威工业博览会上正式提出“工业4.0”战略，其目的是为了提高德国工业的竞争力，在新一轮工业革命中占领先机。该战略已经得到德国科研机构和产业界的广泛认同，弗劳恩霍夫协会将在其下属6-7 个生产领域的研究所引入工业4.0 概念，西门子公司已经开始将这一概念引入其工业软件开发和生产控制系统［2］。

工业 4.0 战略要点包括智能工厂和智能制造、赛博信息物理系统、智能服务、纵向集成、横向集成、端到端集成、大数据分析等。“工业4.0”概念包含了由集中式控制向分散式增强型控制的基本模式转变，旨在建立一个高度灵活的个性化和数字化的产品与服务的生产模式。在这种模式中，传统的行业界限将消失，并会产生各种新的活动领域和合作形式。创造新价值的过程正在发生改变，产业链分工将被重组［3］。

在工业4.0 时代，任何行业都是智能化的，图书馆也不例外。近些年来，智慧服务、智慧图书馆等概念先后被图情界提出，使得图书馆也迫不及待地跟随时代发展的步伐而自我变革。所谓的图书馆智能化或者智慧服务，是把学习、工作和生活变得更加简单，而不是把事情变得更加复杂，这是智能化（智慧服务）的根本定律。

工业 4.0 相关理念给高校图书馆智能网络架构、满足个性需要、跨界经营和利用大数据方面带来许多启示，高校图书馆未来应从打破理念界限和拓展服务模式两方面不断改进服务质量，提升读者的使用体验［4］。工业4.0 的内涵可以为图书馆4.0 的发展方向提供指引［5］。图书馆的智能化是建立在读者使用基础上的，因此，图书馆4.0即智能图书馆时代，是以个性化服务为目标的全媒体、全时空、人工智能化的智慧图书馆服务体系［6］。从工业化和信息化深度融合的视觉定义基于工业智能制造背景下的智慧图书馆，有助于促进现代图书馆的进一步发展［7］。

综上可得，基于工业 4.0 构建的图书馆4.0定义为：图书馆实体通过信息物理系统融合基础设施、智能设备和信息技术，建立图书馆智慧服务基础设施，将大数据、云计算、物联网、虚拟现实和增强现实等互联网新技术充分运用于图书馆服务和业务管理的各个方面，最大程度地利用、开发、整合信息资源，优化图书馆服务流程，为用户提供更及时、更精准的个性定制信息服务的智能系统［7］。

1.2 基于Web 4.0 的图书馆4.0

Web 技术是计算机终端、移动通讯、网络（虚拟网络） 和数据中心的有机整合体。Web 技术促进了人与人、机器与机器、人与机器、人与社会的互动。人类的思维意识与现代虚拟网络之间相互融合，由此形成了新的社会网络［8］。Web 4.0 与图书馆结合将会促进人们的互动与联系，改变着人类的认知与知识管理。

Web 4.0 一些概念已经引入图书馆，开始构成图书馆4.0 模型，关于Web 4.0 的讨论虽然已经存在相当长的时间。但是，这些讨论是零星的，并没有涵盖整个图书馆领域。因此，现在有必要对基于Web 4.0 的图书馆4.0 展开系统性研究，预测未来基于Web 4.0 的图书馆4.0 的发展方向和发展策略，以便未来图书馆能够发挥主导作用，响应Web 4.0 时代的到来。

美国数字公共图书馆（Digital PublicLibraryof America，DPLA） 开展了一个未来数字图书馆实验［9］，该图书馆基于共享系统、元数据和数字化内容进行构建，为可用的虚拟目录提供搜索工具，扩展图书搜索范围，是一种大规模的组织间合作图书馆。

自2009 年以来，美国图书馆协会（American Library Association，ALA） 提供了将尖端技术应用于图书馆服务的实例，并在2013 年评估了其中最具创新性的技术，如移动互联网、云资源、开放源代码和具有成本效益的在线教育［10］。美国图书馆协会还给出了成功应用这些创新技术的图书馆案例。如，马萨诸塞州的波士顿学院高中图书馆允许所有学生通过其移动网站和开发的应用程序访问图书馆的在线资源，这些应用程序对于移动搜索来说更加优化。此外，美国图书馆协会于2014 年评选出的优秀案例包括数字招牌系统、允许用户通过“Me 卡”访问所有联网图书馆的技术、面向用户的开放存储库、简单的视频创建系统等［11］。

基于Web 4.0 的图书馆4.0 的概念模型是将智慧服务、图书馆大数据、增强现实与虚拟现实技术、上下文感知、高端（前沿）的识别能力服务、创客空间（众创空间）的技术与理念组合而成的图书馆运行体系，而该概念模型的最终实现，需要图书馆管理者、馆员与用户通力合作［12］。高校图书馆以学科服务保障教学与科研，图书馆4.0 概念的提出，将在图书馆效率提升上起到进一步的促进作用。

1.3 图书馆4.0 发展脉络

任何事物的发展不是一蹴而就的，研究其发展历程有助于我们对该事物的了解。图书馆、工业技术和Web 的时代划分对比见表1 所示。

综上可见，基于工业 4.0 构建的图书馆4.0概念模型强调智能制造及其相关设备、技术、人才在图书馆领域的应用；基于Web 4.0 的图书馆4.0 的概念模型主要从信息传递、网络与网络技术的角度诠释新时代图书馆的特征。西方发达国家在发展过程中有着明确的工业化、信息化的时代划分，而我国在发展过程中这一阶段界限不是那么清晰，原因主要是我国在工业化没有完全完成的情况下开始了信息化的相关实践。因此，我国目前产业升级、智能化转型的可行路径是工业化、信息化同步并行推进。这一理念拓展到图书馆领域同样适用。

表1 图书馆、工业技术和Web 的时代划分对比

2 图书馆4.0 的整合模型

2.1 开放性译码

扎根理论研究主要由三个步骤构成。首先，数据收集，包括学术研究文献、案例、政府的法规与政策文件等二手资料，也包括通过深度访谈、问卷调查等实地研究获得的一手资料。其次，数据分析环节，包括开放性译码（编码）、主轴译码（轴心编码）、选择性译码（编码）。开放译码必须抛弃任何前设，将资料分解、检查、对比、概念化、类属化。主轴译码是在开放译码的基础上形成类属，并检验各类属之间的关系。本阶段的译码范式模型可以根据发展顺序来联结。译码范式模型的发展顺序为：“因果—现象—情境—中介条件—行动策略—结果”。选择性译码是在类属中区分核心类属与支援类属。最后，理论构建，通过融合图和故事线将各种理论要素整合起来。

本研究对访谈资料、案例资料、学术研究资料等提供的数据进行开放性译码。对各种文献资料进行反复、仔细的阅读，进行概念化和抽象化。通过不断地比较来提炼概念，并进行范畴的划分。初始阶段的译码较宽，然后逐步缩小，直至号码饱和。围绕“图书馆4.0”这一主题对数据进行开放式译码。按照逻辑关系对开放式译码进行级别设置，在此基础之上提炼出35 个概念（ai）。将概念归入各自所属现象，形成9 个范畴（Ai），具体内容如表2 所示。

表2 图书馆4.0 的整合模型开放性译码

通过对表2 开放性译码的分析，可以发现图书馆4.0 的整合模型中的组织与个人处在智能制造技术、物联网、互联网+ 技术、经济、法律、人力资本、社会文化等诸多环境因素之中。图书馆4.0 的整合模型系统的复杂性可见一斑。孤立的概念与范畴依然不足以对图书馆4.0 系统进行清晰的解释。

2.2 主轴译码

各范畴之间是相对独立的，需要通过主轴译码技术对范畴之间的关系进行深入的解析。范畴有主副之分，因果关系、现象、情境、中介条件、行动策略与结果构成了典范模型的分析框架。典范模型可以更好地说明主范畴与副范畴的关系。主轴译码的结果如表3 所示。

表3 主范畴与典范模型

通过对表3 主范畴和典范模型的分析，可以发现图书馆4.0 的整合模型的发展路径主要有智慧集成、媒体融合、众创空间、外部环境、专业人才五个主要范畴。五个主要范畴之间互相协同联结，构成了一个非线性的图书馆4.0 活动支撑环境，主要范畴之间的良好互动促成图书馆4.0系统的自适应协同演进。

2.3 选择性译码

本阶段的主要工作是在对范畴及其关系进行分析的基础上，构建相关扎根理论模型，描述故事线索。中国情境下的图书馆4.0 的整合模型可以用以下故事线来加以描述。

图书馆4.0 的整合模型是一个支持图书馆员进行图书馆智能化转型工作的协同演化生态系统。这一生态系统在法律法规允许范围内，借助工业4.0 和Web4.0 的发展动力提高图书馆运作主体的创新、服务与管理能力。在基础设施、技术系统、社会文化帮助下实现图书馆的全面发展。

最后，进行理论饱和度检验是保证扎根研究信度的重要环节。从两个方面进行理论饱和度检验［13］。一方面，进行文献研究，查阅本研究领域有影响力的专著、重要学术期刊、著名图书馆应用案例等。对以上文献资料进行数据的定性筛选，发现提炼的概念均已存在于前文研究的范畴之中。另一方面，对相关领域学者、图书馆馆员、读者进行补充性的访谈，发现的概念也同样包含在前文研究的范畴之中。

3 高校图书馆4.0 的整合模型

根据图书馆4.0 的整合模型构建高校图书馆4.0 模型。高校图书馆4.0 是高校支持图书馆员进行图书馆智能化转型工作的协同演化生态系统。这一生态系统在相关高等教育法律法规允许范围内，借助工业4.0 和Web4.0 的发展动力提升高校图书馆运作主体的创新、服务与管理能力。在基础设施、技术系统、社会文化帮助下实现高校图书馆的全面发展，助力高校图书馆在服务师生方面做出更加杰出的贡献。

高校图书馆4.0 是一个复杂巨系统，由智能化阅读体验与实践子系统、智能感知子系统、大数据分析子系统、增强现实子系统、校园全时空移动图书馆子系统、校园创客空间子系统、上下文感知子系统、高端（前沿）识别子系统、教学支持服务子系统、人力资本（图书馆员）开发与保障子系统等构成（见图1）。

图1 高校图书馆4.0 模型

4 图书馆4.0 的设计案例

为了更好地说明如何建设高校图书馆4.0，本文以南京某高校图书馆为例，构建基于图书馆4.0整合模型的实际应用系统。

4.1 智能化阅读体验与实践子系统

高校图书馆智能化阅读体验子系统由全媒体智能文献阅读功能模块、手工实践功能模块、人工智能互动交流功能模块、虚拟现实功能模块、增强现实功能模块构成。具体措施包括：利用全媒体技术、人工智能技术等现代化手段建设传统的文献阅览区、视听资源区；配套建设手工实践区，如农作物种植、花卉种植区、艺术体验、烹饪、多媒体制作室等［14］；打造人工智能互动交流体验区，研制能听、会说、能理解人类语言、能进行实时交互的计算机，帮助人们实现与被计算机模仿的虚拟人物交流思想的愿望［8］；打造虚拟现实影院，配备沉浸式的投影式虚拟现实系统和设备。可以播放科技知识、教学视听资料及读者点播的其他资源［15,16］。

4.2 智能感知系统

高校图书馆智能感知系统是由前端感应器和网络感应组织而成的一种智能系统，通过各项高级的感应技术将现场的情况转换成信息传递到网络的另一端，达到全程掌控的目标［17］。智能感知系统的功能主要是书刊管理、人员的清晰定位、自动监控。智能感知系统可以根据读者的需求帮助读者查阅寻找书籍，引导读者去想去的地方，根据自动监控给予读者最新消息。比如自主学习室是否有空位，读者所查阅书籍是否被借出。智能感知系统可以自主控制图书馆的照明与空调系统，提升了阅读环境的优雅舒适度。在发生紧急情况时将信息迅速传递给读者，且进行自动报警处理，为快速解决事故赢得时间［18］。

4.3 大数据分析系统

数字图书馆发展至今，多业务系统的服务与用户多样化的阅读体验，对服务的扩展与资源的进一步开放、可用提出了要求。新的互联网技术使用满足了用户的需求，促使大数据、云计算和开放资源大量涌现，图书馆已不知不觉进入大数据时代［19］。大数据可以通过对类型多样的庞大体量数据进行高速处理以揭示出规律性，增强洞察力，提高决策水平。高校图书馆依托互联网技术，将资源、空间、服务等系统有效关联，构建一套以图书馆数据收集、取样、传递至云计算平台进行标准化处理、转化、存储与管理，并根据此数据进行清洗、挖掘与分析，实现对图书馆用户需求的感知，进而实施提供精细化服务。

高校图书馆的大数据分析系统包含以下几种功能：数据库具备动态即时创建能力；用户个性化需求自主分析功能；智能化文献处理与多语言自动翻译功能；高质量文献库协同建设功能；个性化与精细化服务导向功能。

4.4 增强现实图书馆

图书馆用户群体的多样化以及图书馆的服务范围与服务方式需要覆盖大部分用户。对于视障群体用户的服务，需要通过一些技术实现，例如建立增强现实阅览室或者阅读室。增强现实是将真实世界叠加显示虚拟元素的技术，是虚拟现实的延伸，通过在多维时空里的即时交互实现应用性。增强现实技术在展现真实世界信息的同时将虚拟信息也显示出来，两种信息相互协作。增强现实业务的实施可以为特殊群体用户提供更多的与外界交流以及信息、知识获取的渠道，同时也能够让他们独立获取信息［20］。增强现实技术在高校图书馆的应用将给用户带来更多便利，高校图书馆的服务在互联网技术的支持下，进一步得到拓展与优化，高校图书馆的建筑实体、空间设施、馆员、用户、各种文献资源都能得到增强的现实信息。

4.5 校园全时空移动图书馆系统

校园全时空移动图书馆系统主要具备信息服务、资源预览、 移动阅读三大功能。校园全时空移动图书馆用户可以通过短信息（手机短信、微信、专用App 信息）服务获取学校发布的新书推荐、图书到期续借、活动沙龙、专家讲座、培训公告、校园服务等通知。校园全时空移动图书馆系统的信息服务功能将实现对移动终端用户身份的识别，以便提供精准服务。可以对高校图书馆内图书、期刊等文献资源进行预览是图书馆的一个基本功能。无论是传统图书馆还是校园全时空移动图书馆，都要具有对馆内文献资源进行预览的功能。读者可以通过文献资源主题、文献资源分类和文献资源目录三个方面对馆藏纸质资源进行预览。与传统图书馆相同，校园全时空移动图书馆的核心功能是阅读服务。校园全时空移动图书馆要强化在移动环境下为读者提供阅读服务的功能。校园全时空移动图书馆的用户，在校园智能化网络的帮助下，可以做到随时随地拿出手机就能获取相关文献资源信息。

4.6 校园图书馆创客空间

校园图书馆创客空间是一种全新的校园创新创业的组织形式和服务平台，为校园创客们提供创新创业的材料、工具、技术和创意交流平台。创客空间具备开放性、低成本、协同、互利共赢等特点，高校图书馆和创客空间联合将为大学生、高校教师创新创业提供更好的平台。校园图书馆的创客空间功能在于吸引高校各类型的人才。创客空间属于空间服务的一个重要组成部分，提供给用户独立的创作空间。用户可以在此空间内进行创造性的思考、探索、找寻解决问题的方案，创客空间属于未来高校图书馆衍生服务的一种，该空间也是一个用特定技术收集和创建新事物的空间。

4.7 上下文感知图书馆

上下文感知作为新兴技术，是高校图书馆4.0模型中所需的业务拓展技术。上下文感知智能计算技术是通过计算机系统自动地对上下文历史、上下文关系和上下文变化感知和应用，并根据此结果为用户提供智慧化、个性化、精细化的信息服务。在数字图书馆的多系统运行状态下，上下文感知的应用能够提升图书馆业务系统的智慧性、高效性，为图书馆智慧服务的实施提供精确的信息支撑。上下文感知的智慧服务运用于图书馆具体业务中，主要包括图书馆的文献信息服务、满足用户个性化需求的服务，数字图书馆业务系统之间的上下文信息处理与挖掘工作等。上下文感知技术的应用，实现了业务系统的智慧化，为业务数据的挖掘并识别用户的特征、用户类型的分类等操作，提供了新的方式与方法。

4.8 高端识别能力图书馆

文献资源的呈现形式随着时代的发展而呈现多样化的趋势。高校图书馆作为文献资源的保存机构，高端识别技术的运用在文献资源收藏、呈现与用户服务方面起到一定的作用。图书馆4.0需要构建前沿高端的识别能力，将文献资源显示环境趋于多元化，实现多平台、多渠道、多方法、多工具的展示，促使不断研究新技术与新方法，并将其应用于图书馆中。当前高校图书馆信息展示平台不断发展，数字资源以空间服务形式展示给用户，例如清华大学图书馆的瀑布流电子图书借阅机等。此外，谷歌眼镜以及各类型的显示设备广泛应用于高校图书馆，将数字资源从互联网门户平台转移到图书馆空间服务中，拉近了用户与数字资源的距离，让用户近距离了解图书馆的各类信息与所拥有的资源，从而提高了图书馆资源的利用率。

新技术一向是图书馆领域的专家学者所热衷研究的对象。信息的收集、存储、发布以及相关的服务方法、策略等相关性的文献资源内容，都是图书馆学者们所研究的对象。图书馆文献资源、服务信息的动态展示，是让用户时刻掌握图书馆资源动态、服务拓展等信息的重要途径，也是图书馆空间的升级服务的方法。空间服务内容的提升，需要通过各类新技术来展示，也是实现图书馆4.0 最具成效性的措施。

4.9 教学支持服务

高校图书馆主要特征是满足高校用户的教学与科研需求。高校图书馆的教学保障任务主要是通过特定的文献库与资源平台建设，如针对学科的教学资源与文献库建设、嵌入式分学科辅导馆员、文献信息素养教育与培训、嵌入式教学系统、互联网教学平台等学科服务方式实现。其中，嵌入式学科馆员作为信息资源的推送人，融入教学一线，运用图书馆资源和自身专业知识，支持师生的教学活动［21］。教学资源的建设，除组织开发本馆纸质资源和电子资源外，还注重对网络免费资源的收集和整理，如教学参考平台、重点学科导航库等［22］。图书馆将信息素养教育与学科课程相整合，通过融合学科课程教学来实现信息素养教育的目标［23］；图书馆以网络学习平台为基础，加入图书馆资源和服务的相关链接，提供课程所需的各类资料和服务，为教师的教和学生的学提供个性化的虚拟空间［24-26］。高校图书馆4.0 系统中教学支持服务将实现以上各种服务方式的智能化有机整合，打破不同教学服务支持方式之间的隔阂，实现全学科、全时空的多维整合服务。

4.10 图书馆员人才开发子系统

高校图书馆的信息服务，都需要与用户接触，承担着用户的信息咨询任务。图书馆馆员在信息服务环境下，从中协调用户在图书馆使用、资源获取方面的请求，并承担着信息交流的帮助者、资源导航员等身份。适应图书馆4.0 环境下的图书馆馆员的能力，需要纳入到人才培养系统中，以满足图书馆4.0 运行的需要。

高校图书馆要使用各种信息工具与新技术为用户的教学与科研提供信息保障服务，图书馆服务效率的提升、服务方式的创新、服务内容的拓展以及服务领域的拓宽是影响图书馆4.0 成功与否的关键。互联网的各种技术，如数据收集、数据分析、数据挖掘等技术的组合应用，为图书馆文献资源、服务内容的信息推送，提高了精准率，互联网平台的创新建设、移动互联网技术、云计算、大数据等逐渐被引入到图书馆业务实施的各种领域中。随着服务内容与服务方式已发生改变，图书馆馆员作为文献服务的主体，其服务的理念与方法也需要进一步改善，以实现文献资源的有效利用［27］。因此，图书馆应加大力度培养本馆馆员学习现代信息技术，掌握核心技能，熟练地将相关技术运用于图书馆的各项服务中［28］。

5 结论

高校图书馆4.0 系统应该紧随着工业4.0 和Web 4.0 发展的步伐，不断前行。在工业4.0 和Web 4.0 环境下讨论高校图书馆4.0 概念模型的构建是兼顾理论价值与实践意义的研究内容。本研究在梳理图书馆对Web 4.0 和工业4.0 对未来图书馆影响展望的基础上，提出基于工业4.0 和Web 4.0 的图书馆4.0 整合概念模型，并且在图书馆4.0 整合模型的基础上构建了高校图书馆4.0 模型，这对探讨未来高校图书馆的发展具有一定学术和实践启示。但是如何将工业4.0 和Web 4.0成功运用于高校图书馆4.0 方面的相关研究、实践还较为缺乏，所以本研究仅仅是对高校图书馆4.0 未来发展的方向性研究。未来研究的重点应该更为集中于工业4.0 和Web4.0 技术如何应用于高校图书馆，以满足用户的个性化、多样化、动态化需求。