張興旺 石宏佳 王璐

摘? ?要：數(shù)字孿生連續(xù)4年被列入十大戰(zhàn)略技術(shù)趨勢，它與圖書館深度融合，對于探索6G時代未來圖書館運(yùn)行新模式，具有一定價值與意義。文章分析了6G時代數(shù)字孿生與圖書館技術(shù)融合可能性，提出了孿生圖書館概念，討論了其內(nèi)涵特征、理論邏輯與現(xiàn)實要求，設(shè)計了其運(yùn)行機(jī)制與理論框架。研究認(rèn)為：6G時代圖書館與數(shù)字孿生深度融合不可避免，孿生圖書館可能會成為未來圖書館發(fā)展新模式。

關(guān)鍵詞：孿生圖書館;數(shù)字孿生;6G;未來圖書館

Abstract Digital twin has been listed in the top ten strategic technology trends for four consecutive years. Its deep integration with the library has certain value and significance for exploring the new operation mode of the library in the 6G era. In this paper， starting with 6G technology research and development in China， the development process of digital twin technology is briefly discussed， the possibility of digital twin and library technology integration in 6G era is analyzed， the concept of twin library is put forward， its connotation characteristics， theoretical logic and practical requirements are discussed， and its operation mechanism and theoretical framework are designed. The research holds that the deep integration of library and digital twin is inevitable in 6G era， and the twin library may become a new model of library development in the future.

Key words digital twin library; digital twin; 6G; future library

2019年11月，在科技部、發(fā)改委等部委組織下，我國正式啟動了6G技術(shù)研發(fā)。中國移動研究院首席專家劉光毅認(rèn)為，5G帶來萬物互聯(lián)，6G將幫助整個社會走向數(shù)字孿生的虛實結(jié)合世界[1]。5G全面建設(shè)促使圖書館從信息交互走向信息泛在，6G提前布局使其從信息泛在走向感知泛在、智能泛在成為可能。在這種復(fù)雜信息環(huán)境下，圖書館未來將何去何從，理應(yīng)成為業(yè)界關(guān)注和謀劃的重要問題。

在大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等技術(shù)浪潮席卷全球的同時，數(shù)字孿生技術(shù)自2016年開始連續(xù)4年被Gartner列入十大戰(zhàn)略技術(shù)趨勢，并被認(rèn)為將會對6G時代的社會、個人和現(xiàn)有技術(shù)產(chǎn)生顛覆性影響。目前該技術(shù)不僅被廣泛應(yīng)用于航空航天、智能制造領(lǐng)域，還被應(yīng)用于智慧城市領(lǐng)域，如2018年4月，雄安新區(qū)規(guī)劃綱要提出建設(shè)“數(shù)字孿生城市”[2]。因此，當(dāng)未來6G時代來臨，“人-機(jī)-物-環(huán)境”物理與虛擬空間中空間通信、全息智能交互、觸覺和情感交流、機(jī)器智能協(xié)調(diào)、多感官混合現(xiàn)實、身體域網(wǎng)絡(luò)等成為現(xiàn)實時，未來圖書館運(yùn)行模式將以何種形態(tài)存在？數(shù)字孿生與圖書館的深度融合將以何種形式重塑圖書館的智能化應(yīng)用格局？這一系列問題值得提前思考和布局。

基于此，本文結(jié)合6G時代數(shù)字孿生與圖書館深度融合的技術(shù)特征，提出一種“孿生圖書館”概念，并對其發(fā)展過程、內(nèi)涵特征、現(xiàn)實要求、運(yùn)行機(jī)制與理論框架等方面進(jìn)行描述與分析。

1? ?數(shù)字孿生與孿生圖書館

1.1? ? 從數(shù)字孿生到孿生圖書館

數(shù)字孿生（Digital Twin，DT）最早源于1969年美國阿波羅計劃，2003年美國密歇根大學(xué)Michael Grieves教授在講授產(chǎn)品全生命周期管理時稱之為“鏡像空間模型（2003-2005）”，后又改為“信息鏡像模型（2006-2010）”，直至2011年才提出“數(shù)字孿生”概念，后于2012年被美國NASA引入到航空航天領(lǐng)域，2016年底首次被Gartner列入十大戰(zhàn)略技術(shù)趨勢[3]，并迅速引起了全球廣泛關(guān)注，成為政府、工業(yè)界和學(xué)術(shù)界的研究熱點(diǎn)。數(shù)字孿生概念目前尚未形成統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，其理論體系仍處于不斷完善和發(fā)展中。大部分研究認(rèn)為，數(shù)字孿生是指能充分利用物理模型數(shù)據(jù)、傳感器實時更新數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)，集成多學(xué)科、多領(lǐng)域、多物理量、多尺度、多概率的仿真過程[4]，在虛擬空間模型中完成物理實體映射的全生命周期管理過程[5]。簡而言之，它是指能在虛擬信息空間中構(gòu)建與現(xiàn)實物理實體完全對應(yīng)，實現(xiàn)虛擬模型-物理實體的雙向刻畫與反映的數(shù)字化對象、技術(shù)與方法[6]。該概念模型主要包括三個主要部分：現(xiàn)實空間的物理實體、虛擬空間的孿生模型、物理實體與孿生模型之間的數(shù)據(jù)與信息交互通道[7]。

正是由于6G技術(shù)帶來的按需服務(wù)的極致網(wǎng)絡(luò)、即插即用的極簡網(wǎng)絡(luò)、支持自生自治自演進(jìn)的柔性網(wǎng)絡(luò)、嵌入式AI能力的智慧內(nèi)生、可信增強(qiáng)與泛在協(xié)同的安全內(nèi)生等一系列技術(shù)變革，使得數(shù)字孿生能從理論真正走向日常工作、生活、學(xué)習(xí)的各個角落。業(yè)界認(rèn)為到2030年6G全面展開之時，數(shù)字孿生將會成為社會不可或缺的關(guān)鍵技術(shù)，未來可期。

根據(jù)上述分析發(fā)現(xiàn)，近年來數(shù)字孿生在理論與應(yīng)用研究上取得了巨大進(jìn)步，應(yīng)用領(lǐng)域正從早期航空航天、軍事等領(lǐng)域向智能制造、知識管理、智慧城市等領(lǐng)域發(fā)展，研究內(nèi)容也由傳統(tǒng)物理實體-虛擬模型的單向模擬映射向雙向?qū)崟r映射轉(zhuǎn)變。作為智慧城市建設(shè)的重要組成部分，圖書館是以物理實體形式存在于現(xiàn)實世界。在6G時代其建設(shè)、管理與服務(wù)過程需要使用大量的物理與虛擬模型、傳感器、管理服務(wù)與運(yùn)行維護(hù)等設(shè)備與數(shù)據(jù)，且整個過程必然會集成與之相關(guān)的多尺度、多領(lǐng)域、多學(xué)科、多物理量、多概率的仿真過程，并可在虛擬信息空間中建立與之完全對應(yīng)、能實時交互與映射的數(shù)字孿生體。結(jié)合數(shù)字孿生理念、思想與技術(shù)特征，可認(rèn)為6G時代圖書館與數(shù)字孿生深度融合可能會成為未來發(fā)展的重要趨勢，孿生圖書館的誕生或許會成為未來圖書館發(fā)展與運(yùn)行的新模式。

1.2? ? 孿生圖書館概念的提出

6G時代的到來，意味著自生自治自演化的觸覺互聯(lián)網(wǎng)、身體域網(wǎng)絡(luò)、孿生體域網(wǎng)等將會成為未來圖書館存在的主要環(huán)境與形態(tài)。6G時代的孿生圖書館，除了提供傳統(tǒng)知識管理與服務(wù)模式之外，其管理與服務(wù)模式還可能產(chǎn)生顛覆性變革。（1）觸覺互聯(lián)網(wǎng)理論與技術(shù)，將促使圖書館信息、知識載體與知識交互將會超越傳統(tǒng)文本、圖像、音視頻與模型等資源類型，還將包含用戶味覺、感覺、視覺、觸覺、知覺或情感等，甚至還可能通過感官與腦電波等進(jìn)行生理性人機(jī)交互，從而形成物理、感官或情感記憶，帶來圖書館資源建設(shè)、管理與服務(wù)新變革;（2）身體域網(wǎng)絡(luò)理論與技術(shù)，將促使圖書館會更多使用嵌入式、植入型、可替代的軟硬件智能體，在知識資源、軟硬件基礎(chǔ)設(shè)施及各類物理或虛擬資源中，使用嵌入式AI智能內(nèi)生軟硬件設(shè)施，甚至用戶也可能在身體外佩戴或身體內(nèi)安裝納米智能機(jī)器人來實時、動態(tài)監(jiān)測或監(jiān)管身體各器官與心理情緒運(yùn)行，從而構(gòu)建了智能化的身體域網(wǎng)絡(luò)來對圖書館運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行全方位的實時監(jiān)測與模擬，對管理與服務(wù)過程進(jìn)行預(yù)測，從而提升管理與服務(wù)質(zhì)量;（3）孿生體域網(wǎng)理論與技術(shù)，將促使孿生圖書館成為數(shù)字孿生城市的重要組成部分，現(xiàn)實世界每一個圖書館、服務(wù)資源與用戶，都會在孿生圖書館世界中建立一個智能映射或代理，現(xiàn)實圖書館物理實體、服務(wù)資源與過程、用戶及其行為，都會在孿生圖書館中進(jìn)行實時映射與雙向反映，從而對現(xiàn)實實體未來發(fā)展做出監(jiān)測與預(yù)判，進(jìn)而對其進(jìn)行影響、干擾或觸動。

根據(jù)以上分析，孿生圖書館（Digital Twin Library，DTL）定義，是指6G時代在虛擬信息空間中構(gòu)建與圖書館物理實體完全映射的數(shù)字孿生模型，且在“人-機(jī)-物-環(huán)境”智能交互融合環(huán)境中實現(xiàn)其虛擬模型-物理實體的實時雙向映射的一種未來圖書館新模式。其本質(zhì)是構(gòu)建與圖書館物理實體完全對應(yīng)的數(shù)字化技術(shù)、過程與方法，主要包括三個部分：圖書館物理實體（含圖書館、資源與用戶等）、圖書館數(shù)字孿生模型、物理實體與數(shù)字孿生模型之間的數(shù)據(jù)與信息交互通道（含數(shù)據(jù)與數(shù)字孿生體系）。

孿生圖書館強(qiáng)調(diào)的是其現(xiàn)實圖書館與數(shù)字孿生模型之間的數(shù)據(jù)、信息與知識交互和連接作用，目的是實現(xiàn)虛實一致，實現(xiàn)其全生命周期管理與服務(wù)過程的閉環(huán)效應(yīng)。在具體構(gòu)建過程中，其數(shù)字孿生模型是圖書館物理實體在虛擬空間中的延伸與拓展，需要將數(shù)字孿生理念與技術(shù)通過圖書館服務(wù)要素管理、服務(wù)活動計劃、服務(wù)過程管控、甚至對圖書館上下游建設(shè)、管理與服務(wù)資源之間的全方位、全角度、全頻域、全要素、全時空、全流程的數(shù)據(jù)集成融合、跟蹤分析與實時雙向映射過程。

1.3? ? 孿生圖書館的內(nèi)涵分析

圖書館是一種業(yè)務(wù)復(fù)雜、結(jié)構(gòu)嚴(yán)密的復(fù)雜生態(tài)系統(tǒng)，在現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下完全呈現(xiàn)其真實運(yùn)行狀況、跟蹤其運(yùn)行軌跡、預(yù)測其運(yùn)行規(guī)律是一件難以想象的事。但數(shù)字孿生技術(shù)的誕生使之成為可能，它能構(gòu)建一個與圖書館物理實體幾乎一樣的“圖書館數(shù)字孿生模型”，打通圖書館物理實體與孿生圖書館之間的實時雙向映射和動態(tài)交互反饋，在6G、空間通信、全息智能交互、多感官混合現(xiàn)實等信息技術(shù)支持下，通過對標(biāo)準(zhǔn)化、統(tǒng)一的實時數(shù)據(jù)更新與分析來跟蹤識別圖書館動態(tài)變化，使其更加契合其運(yùn)行與發(fā)展規(guī)律。

孿生圖書館是數(shù)字孿生技術(shù)在圖書館層面的廣泛應(yīng)用，通過構(gòu)建圖書館物理實體及虛擬空間模型一一對應(yīng)、協(xié)同交互、雙向映射的復(fù)雜系統(tǒng)，實現(xiàn)圖書館全要素虛擬化與數(shù)字化、服務(wù)狀況可視化與實時化、管理決策智能化與協(xié)同化，形成物理空間的圖書館與虛擬空間的孿生圖書館的同生共存、虛實交融的發(fā)展新模式。本文認(rèn)為，孿生圖書館是6G時代圖書館發(fā)展的1.0版本，并不是“智慧圖書館”的N.0版本。它的最大創(chuàng)新在于圖書館物理實體與孿生圖書館虛實交融、共生共長，這就使得其與現(xiàn)有智慧圖書館在業(yè)務(wù)邏輯與底層結(jié)構(gòu)上有著本質(zhì)區(qū)別。

（1）孿生圖書館的最大創(chuàng)新是全要素、全過程、全方位的“寫實”，建立起標(biāo)準(zhǔn)化的數(shù)據(jù)與信息實時交互。孿生圖書館與圖書館物理實體同步建設(shè)、規(guī)劃、管理與服務(wù)，共生共長，虛實交融，將人、機(jī)、物、環(huán)境等圖書館物理主體，自始至終都接入虛擬信息空間，并實現(xiàn)實時動態(tài)更新、映射，代表了整個圖書館的“人-機(jī)-物-環(huán)境”運(yùn)行環(huán)境和過程狀況。而現(xiàn)有智慧圖書館是在已有數(shù)字圖書館之上的技術(shù)補(bǔ)丁，在反映圖書館建設(shè)、管理、服務(wù)全貌與真實狀況上有著先天缺陷。

（2）孿生圖書館與實體圖書館具有完全同步的全生命周期和運(yùn)行時序，能夠?qū)崿F(xiàn)實時動態(tài)更新與雙向映射。孿生圖書館在建設(shè)過程中，從內(nèi)到外，從實體圖書館到數(shù)字圖書館，從運(yùn)行環(huán)境到基礎(chǔ)設(shè)施，從行業(yè)發(fā)展到管理服務(wù)都會完全同步，并隨著其發(fā)展而不斷實時迭代更新，是一個不斷自生自治自進(jìn)化的復(fù)雜生態(tài)系統(tǒng)。相對而言，現(xiàn)有智慧圖書館大多局限于圖書館的某個局部或某個階段，其局部化的技術(shù)方案難以形成完整的生態(tài)系統(tǒng)，難以處理有全域價值的數(shù)據(jù)資源。

（3）孿生圖書館有一個泛在協(xié)同的智慧內(nèi)生、安全內(nèi)生與可信增強(qiáng)的“圖書館數(shù)字孿生模型”，能在與圖書館實體完全一致的情況下，對其運(yùn)行規(guī)律和發(fā)展趨勢進(jìn)行研判與預(yù)測。一方面，孿生圖書館通過實時獲取的全過程、全要素和全時域數(shù)據(jù)，運(yùn)用大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等信息技術(shù)不斷識別和獲取圖書館實體系統(tǒng)的狀況、特征和規(guī)律，將圖書館潛在規(guī)律顯性化;另一方面，孿生圖書館通過數(shù)字孿生模型的人工智能體系，結(jié)合圖書館實體中人的智慧，來實現(xiàn)二者共生共長、虛實交融，為其建設(shè)與發(fā)展提供支撐。

2? ?孿生圖書館的理論邏輯與現(xiàn)實要求

2.1? ? 圖書館作為復(fù)雜生態(tài)系統(tǒng)的理論邏輯

無論云計算、大數(shù)據(jù)、人工智能等新型信息技術(shù)如何應(yīng)用并發(fā)展于圖書館，“圖書館是什么”都是一個最根本的問題。反溯現(xiàn)代圖書館發(fā)展歷程與軌跡，每個時代、每個階段都在努力尋找其生存與發(fā)展“真諦”，而對圖書館本質(zhì)的不同認(rèn)知決定了其不同的發(fā)展與實踐方向。作為圖書館物理實體的“數(shù)字孿生模型”，孿生圖書館的底層邏輯是對圖書館本質(zhì)的正確映射與認(rèn)知。從圖書館的文獻(xiàn)管理論到復(fù)雜系統(tǒng)論再到復(fù)雜生態(tài)論，是孿生圖書館超越以往智慧圖書館建設(shè)理念與方案的根本區(qū)別。

孿生圖書館作為一種復(fù)雜生態(tài)系統(tǒng)，是對圖書館物理資產(chǎn)、管理與服務(wù)流程、體系以及信息資源的數(shù)字孿生表示，能幫助整個圖書館生態(tài)系統(tǒng)實時理解和認(rèn)知其全生命周期管理與服務(wù)的性能、狀態(tài)與規(guī)律，對其進(jìn)行全面模擬仿真，并可用于服務(wù)過程管理或服務(wù)設(shè)施資產(chǎn)運(yùn)行，進(jìn)而對包括傳感器、物聯(lián)網(wǎng)和人工智能等軟硬件基礎(chǔ)設(shè)施在內(nèi)的各項數(shù)據(jù)與設(shè)施，對人、機(jī)、資源、環(huán)境等要素實現(xiàn)多源雙向同步和持續(xù)監(jiān)測。通俗的說，具體到實踐層面，孿生圖書館必須精確反映圖書館的資產(chǎn)、資源、管理與服務(wù)的物理運(yùn)行現(xiàn)狀，必須與實體數(shù)據(jù)保持實時同步與一致。同時，根據(jù)其歷史數(shù)據(jù)能實時預(yù)測圖書館物理實體的發(fā)展趨勢，預(yù)判其發(fā)展導(dǎo)向，并實時反向映射至物理實體中對其進(jìn)行協(xié)同優(yōu)化。

2.2? ? 破解智慧圖書館局限性的重要選擇

隨著網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)的發(fā)展，圖書館與信息技術(shù)的融合研究始終是熱點(diǎn)問題。國內(nèi)圖書館學(xué)研究者相繼提出了“數(shù)字圖書館”“復(fù)合圖書館”“移動圖書館”“智能圖書館”“云圖書館”“智慧圖書館”等概念，在圖書館領(lǐng)域均引起了廣泛關(guān)注，被認(rèn)為是解決不同信息時代圖書館建設(shè)與發(fā)展問題的有效方法和可持續(xù)發(fā)展途徑。但是自IBM于2008年提出“智慧地球”“智慧城市”以來，2009年“智慧圖書館”理念的提出距今已有10年，與繁榮的理論研究相比，智慧圖書館建設(shè)與實踐距離其預(yù)期目標(biāo)尚有巨大差距，且引發(fā)了諸多質(zhì)疑。其中最具代表性的質(zhì)疑在于，當(dāng)前智慧圖書館建設(shè)過于依賴信息技術(shù)方案，對技術(shù)以外要素考慮相對較少，較多停留于技術(shù)方法的信息化，沒有緊緊抓住其建設(shè)、管理與服務(wù)模式的核心變革[8]，且對其中人的參與維度和用戶體驗關(guān)注相對較少[9]。

目前我國早已成為世界最大的智慧城市建設(shè)國，自2012年發(fā)布首批智慧城市試點(diǎn)城市以來，截至2018年底，全國100%的副省級以上城市、93%地級以上城市，超過600多座城市明確提出了智慧城市建設(shè)計劃[10]。圖書館作為智慧城市建設(shè)的重要組成部分，諸多圖書館也明確提出了智慧圖書館建設(shè)方案。無論是智慧城市還是智慧圖書館，盡管其試點(diǎn)建設(shè)都在緊鑼密鼓的展開，但其應(yīng)用實踐普遍存在著五類問題：（1）應(yīng)用實踐遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于理論研究;（2）缺乏全局規(guī)劃與設(shè)計，大多局限于業(yè)務(wù)模塊或局部功能;（3）數(shù)據(jù)源多源、異構(gòu)，缺乏統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，業(yè)務(wù)信息碎片化現(xiàn)象嚴(yán)重;（4）對建設(shè)與服務(wù)需求應(yīng)用的關(guān)注度不夠，大多流于表面;（5）以單向信息傳遞為主，智慧化程度較低。嚴(yán)格意義上來講，當(dāng)前智慧圖書館建設(shè)主要是對圖書館智能與業(yè)務(wù)流程的信息化改造，是現(xiàn)有業(yè)務(wù)模塊化分割、機(jī)械化線性式管理與服務(wù)體系的技術(shù)補(bǔ)丁，而非創(chuàng)新驅(qū)動下的技術(shù)變革。

2018年4月，國家發(fā)布的《河北雄安新區(qū)規(guī)劃綱要》中明確提出建設(shè)“綠色智慧新城”“數(shù)字城市”建設(shè)的新目標(biāo)與新要求。從各方對該規(guī)劃綱要的內(nèi)涵解讀來看，全篇未提“智慧城市”概念，卻提出“數(shù)字孿生城市”概念，這是對我國上一輪智慧城市建設(shè)中存在的主要問題的糾正與變革[2]。但是，“智慧城市不懂城市、智慧圖書館不懂圖書館”是一個本質(zhì)性問題，由此可能會削弱智慧城市與智慧圖書館在信息技術(shù)實踐中的有效性。盡管大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等信息技術(shù)是把握圖書館復(fù)雜生態(tài)系統(tǒng)的有效方法，但已有智慧圖書館建設(shè)并沒有跳出傳統(tǒng)機(jī)械還原式的圖書館認(rèn)知，帶來大量數(shù)據(jù)與信息孤島、機(jī)構(gòu)與業(yè)務(wù)孤立、體系與系統(tǒng)分離的新問題，使圖書館管理與服務(wù)體系之間的協(xié)同創(chuàng)新難度與成本因技術(shù)障礙進(jìn)一步加大，難以真正實現(xiàn)智慧建設(shè)與發(fā)展。如前所述，現(xiàn)有許多智慧圖書館建設(shè)缺乏科學(xué)、合理的頂層設(shè)計與底層邏輯，難以從根本上消除與圖書館及其服務(wù)資源之間的“互斥”反應(yīng)，只能局限于局部性的、階段性的圖書館業(yè)務(wù)優(yōu)化與補(bǔ)充，這使其可能難以代表6G時代未來圖書館的發(fā)展趨勢與發(fā)展方向。

2.3? ? 6G時代圖書館創(chuàng)新驅(qū)動的重要嘗試

作為被國家深受矚目的雄安新區(qū)建設(shè)的重要組成部分，圖書館必然是“從無到有”的建設(shè)起點(diǎn)，其孿生圖書館建設(shè)就具有獨(dú)一無二的先天優(yōu)勢，有資源、有條件以“先行者”“驅(qū)動者”形式付諸現(xiàn)實，將人工智能、數(shù)字孿生等信息技術(shù)與圖書館建設(shè)發(fā)展深度融合，以此汲取先進(jìn)理念、創(chuàng)新要素與社會資源，轉(zhuǎn)變圖書館建設(shè)與發(fā)展模式，創(chuàng)新圖書館管理與服務(wù)方式，為6G時代圖書館建設(shè)與發(fā)展做出重要嘗試，提供重要支撐和寶貴經(jīng)驗。

創(chuàng)新驅(qū)動是國家科技創(chuàng)新與產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的重要依據(jù)[11]，6G時代圖書館必須摒棄以數(shù)量規(guī)模論圖書館的固有理念，以創(chuàng)新驅(qū)動和高質(zhì)量發(fā)展為主要動力，系統(tǒng)的全方位構(gòu)筑圖書館建設(shè)與發(fā)展新模式，避免碎片化、局部化的補(bǔ)丁策略。在6G時代，極致的網(wǎng)絡(luò)通訊、智能的信息技術(shù)和數(shù)字化的數(shù)據(jù)信息將成為圖書館發(fā)展的關(guān)鍵生產(chǎn)要素。孿生圖書館建設(shè)需覆蓋到其規(guī)劃、設(shè)計、建設(shè)、運(yùn)行、維護(hù)、管理與服務(wù)的全生命周期，為數(shù)字孿生城市留下寶貴的大數(shù)據(jù)資產(chǎn)，并能提供最具學(xué)科、行業(yè)特色的數(shù)字孿生應(yīng)用場景，成為面向未來數(shù)字孿生城市的創(chuàng)新驅(qū)動試驗場，創(chuàng)造一種全新的圖書館發(fā)展與運(yùn)行新模式。

3? ?孿生圖書館的運(yùn)行機(jī)制與理論框架

3.1? ? 運(yùn)行機(jī)制

根據(jù)前述分析，可知數(shù)字孿生技術(shù)是實現(xiàn)圖書館物理實體與孿生圖書館之間信息融合的一種有效過程、技術(shù)與方法，主要由圖書館物理實體、孿生圖書館、數(shù)字孿生體系與孿生大數(shù)據(jù)等四個部分所組成。該機(jī)制從以下幾個方面極大地拓展了圖書館未來發(fā)展模式：（1）采用數(shù)字化、智能化技術(shù)與方法在圖書館物理實體之外構(gòu)建一個物理特征、內(nèi)容特性、性質(zhì)屬性、業(yè)務(wù)邏輯與運(yùn)行機(jī)理完全一致的數(shù)字孿生模型;（2）引入虛擬空間模型，建立圖書館物理空間與虛擬空間之間能夠有效實現(xiàn)實時雙向映射與動態(tài)交互;（3）客觀直接地實現(xiàn)虛實交融、共生共長、虛擬互控的先進(jìn)理念與執(zhí)行策略;（4）所有資源、管理、服務(wù)與過程等要素都可在虛擬空間中建立相應(yīng)的數(shù)字孿生模型。

對這一運(yùn)行機(jī)制（見圖1）分析可知：（1）圖書館物理實體是現(xiàn)實世界圖書館中客觀存在的資源與過程的集合，主要負(fù)責(zé)接收數(shù)字孿生體系所下達(dá)的各類數(shù)字化執(zhí)行任務(wù)，并按照數(shù)字孿生模型計算模擬后得出最佳執(zhí)行策略，執(zhí)行相應(yīng)的建設(shè)、管理與服務(wù)任務(wù)。同時模塊還需具備較強(qiáng)的智能傳感及互聯(lián)能力、多源異構(gòu)數(shù)據(jù)融合與交互能力，以及“人-機(jī)-物-環(huán)境”要素建設(shè)與融合能力;（2）圖書館數(shù)字孿生模型是圖書館物理實體在虛擬信息空間中的完全映射體，其本質(zhì)上是圖書館所有資源與過程的數(shù)字模型集合，該模型包括要素（主要是指對人、機(jī)、物、環(huán)境等生產(chǎn)要素的數(shù)字化、模型化和虛擬化的數(shù)字模型）、行為（主要是指在需求驅(qū)動作用下，對建設(shè)、管理與服務(wù)行為的時序性、并發(fā)性、相關(guān)性進(jìn)行映射的行為模型）、規(guī)則（主要是指依據(jù)圖書館復(fù)雜的運(yùn)行與發(fā)展規(guī)律而建立的執(zhí)行、優(yōu)化、預(yù)測、溯源、評估等規(guī)則模型）等三個方面;（3）數(shù)字孿生體系是孿生圖書館大數(shù)據(jù)驅(qū)動下的各類數(shù)據(jù)、服務(wù)、應(yīng)用、業(yè)務(wù)、模塊與規(guī)則的系統(tǒng)功能集合，主要對整個體系的執(zhí)行部署、規(guī)劃設(shè)計、執(zhí)行監(jiān)控的智能化管控與協(xié)調(diào);（4）圖書館孿生大數(shù)據(jù)是驅(qū)動孿生圖書館正常運(yùn)行的主要驅(qū)動力，主要由圖書館物理實體相關(guān)大數(shù)據(jù)、數(shù)字孿生模型相關(guān)大數(shù)據(jù)、數(shù)字孿生體系相關(guān)大數(shù)據(jù)，以及三者融合產(chǎn)生的大數(shù)據(jù)等四部分組成。

3.2? ? ?理論框架

根據(jù)其運(yùn)行機(jī)制，可知孿生圖書館需要與圖書館作為復(fù)雜生態(tài)系統(tǒng)的真實狀況相對應(yīng)。國內(nèi)諸多學(xué)者分別從形成機(jī)理與模型構(gòu)建、關(guān)鍵技術(shù)、角色定位與系統(tǒng)構(gòu)建等角度對圖書館大數(shù)據(jù)生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行了探討，將復(fù)雜生態(tài)系統(tǒng)的基本分析框架及其主要影響因素在圖書館語境中進(jìn)行了分析，這為構(gòu)建孿生圖書館理論框架提供了理論支撐（見圖2）。

3.2.1? ?以主體、要素流與規(guī)則等全方位數(shù)字化建設(shè)為基礎(chǔ)

孿生圖書館建設(shè)的核心在于數(shù)據(jù)驅(qū)動，通過統(tǒng)一、標(biāo)準(zhǔn)化的底層數(shù)據(jù)融合，實現(xiàn)圖書館建設(shè)、管理與服務(wù)資源與社會資源的有機(jī)融合、交互，形成圖書館、社會、數(shù)據(jù)與環(huán)境的協(xié)調(diào)統(tǒng)一，從而構(gòu)建“人-機(jī)-物-環(huán)境”四元融合的圖書館數(shù)字孿生模型。因此，圖書館主體、要素流、規(guī)則、資源、過程等全方位數(shù)字化才是孿生圖書館的基礎(chǔ)，只有全方位、全要素、全過程和全時空的數(shù)據(jù)融合，圖書館的虛擬映射表現(xiàn)和人類智慧才能更好的融合，這需要全面提升其數(shù)據(jù)、信息獲取與融合能力，從而讓更多主體參與其中。

根據(jù)復(fù)雜生態(tài)系統(tǒng)論，生態(tài)主體是圖書館生態(tài)系統(tǒng)的研究起點(diǎn)，包括與之相關(guān)的所有人類角色、服務(wù)資源，以及角色與資源關(guān)系緊密的物質(zhì)載體。智能感知與實時映射是孿生圖書館主體的重要特征，主要表現(xiàn)為其能實時感知外來信息刺激，進(jìn)行智能學(xué)習(xí)和深度學(xué)習(xí)后及時協(xié)調(diào)自身行為。（1）圖書館源于人、服務(wù)于人、因人而變革，正是因人的需求與行為，才整合資源在人與人、人與資源、資源與資源之間關(guān)聯(lián);（2）與圖書館人的需求與行為緊密相關(guān)的資源載體，如圖書館軟硬件基礎(chǔ)設(shè)施、空間建筑、文獻(xiàn)與信息資源等，承載著人的智慧與圖書館活動。孿生圖書館通過為主體、要素流與規(guī)則等建立全域數(shù)字化唯一標(biāo)識體系，使所有實體資源都能建立唯一的數(shù)字身份認(rèn)證，并通過物聯(lián)感知體系和數(shù)字孿生體系來實現(xiàn)統(tǒng)一管控與實時監(jiān)測;（3）要素流是圖書館主體映射與交互的載體，在主體間的映射與交互效率決定了其自我進(jìn)化能力。在孿生圖書館中圖書館主體之間通過資源流、信息流、數(shù)據(jù)流和服務(wù)流來產(chǎn)生關(guān)聯(lián)，圖書館生存與發(fā)展活性通過這些要素流的數(shù)量和質(zhì)量來體現(xiàn)，更要通過主體間信息流與數(shù)據(jù)流的實時交互來自我學(xué)習(xí)、自我進(jìn)化。

3.2.2? ?以圖書館的多元化和非線性狀況可視化呈現(xiàn)為重點(diǎn)

圖書館作為一個復(fù)雜生態(tài)系統(tǒng)，其影響因素復(fù)雜繁多，彼此之間相互交叉關(guān)聯(lián)，這就決定了其建設(shè)與發(fā)展具有非線性、多元化等特征。目前大部分圖書館管理思維主要還是線性的，對建設(shè)、管理與服務(wù)問題主要按照認(rèn)為切分策略來進(jìn)行解決。孿生圖書館不糾結(jié)于因果一對一的單向關(guān)系，而是通過獲取全方位、全流程、全時空數(shù)據(jù)融合來跟蹤、研判和預(yù)測圖書館的非線性發(fā)展，實時記錄和反饋圖書館動態(tài)演化過程，盡可能智能預(yù)測到外來干擾對相應(yīng)數(shù)字孿生子模塊帶來的影響，并充分利用其自適應(yīng)、自組織和自我學(xué)習(xí)能力，對外來干擾與問題進(jìn)行自我優(yōu)化和糾正，最終達(dá)到預(yù)期目的。

復(fù)雜性和多元化是圖書館的先天屬性，是圖書館主體在適應(yīng)社會和信息環(huán)境中持續(xù)生成的。在6G時代，圖書館及其用戶受益于知識網(wǎng)絡(luò)與信息技術(shù)的迅速發(fā)展而更善于表達(dá)、組織和分享自我，用戶的多元化、智慧化知識服務(wù)需求得到充分釋放，使得圖書館的服務(wù)資源、模式與內(nèi)容更具復(fù)雜性和多樣性。時間上表現(xiàn)為圖書館持續(xù)不斷地有新狀態(tài)、新模式、新結(jié)構(gòu)與新需求出現(xiàn);空間上表現(xiàn)為不同的圖書館空間、結(jié)構(gòu)、業(yè)務(wù)、功能與狀態(tài)有較大區(qū)別，而這個過程無時無刻、無處不在的發(fā)生變化。所以，在孿生圖書館的應(yīng)用實踐中，圖書館建設(shè)、管理與服務(wù)將從避免傳統(tǒng)的一刀切、單向化、一元化問題，向多元化、差異化、智慧化、個性化問題轉(zhuǎn)變，且整個過程都在圖書館物理實體與孿生圖書館之間以可視化方式實現(xiàn)實時雙向映射和動態(tài)演化。

3.2.3? ?以“積木式”解析與智能耦合方式構(gòu)筑孿生圖書館

毫無疑問，圖書館生態(tài)系統(tǒng)與孿生圖書館是沒有邊界的，但根據(jù)其建設(shè)和與發(fā)展目的不同，可根據(jù)其實際將其拆分成不同的子模塊。“積木式”解析與智能耦合為孿生圖書館不同層次、不同類型的問題提供拆分方法，但“積木式”解析與耦合方法需遵循一個基本原則，即子模塊之間應(yīng)該有著共同主體，且在相應(yīng)規(guī)則和條件約束之下進(jìn)行。如在圖書館業(yè)務(wù)角度，可將其拆分成空間、資源、管理、服務(wù)、技術(shù)五個基本子模塊，分別對應(yīng)為孿生圖書館的數(shù)字孿生模型、資源建設(shè)系統(tǒng)、物理支撐系統(tǒng)、服務(wù)系統(tǒng)和動力系統(tǒng)。

貴陽在大數(shù)據(jù)應(yīng)用實踐過程中曾提出過“塊數(shù)據(jù)”理念，是在特定區(qū)域或空間內(nèi)相關(guān)人、事、物與環(huán)境等數(shù)據(jù)的有效融合，包括了數(shù)據(jù)空間填充、空間數(shù)據(jù)重構(gòu)、融合過程組構(gòu)、組構(gòu)過程融合，以及由之衍生的相關(guān)數(shù)據(jù)[12]。圖書館物理實體是由各個子模塊耦合而成，孿生圖書館也是由各種相應(yīng)的“塊數(shù)據(jù)”智能耦合而成。故孿生圖書館是以圖書館物理實體為映射對象，但并不是簡單的構(gòu)建一系列三維數(shù)字模型，而是構(gòu)建一系列數(shù)字模型集合，模型彼此之間具有智能耦合關(guān)系，通過相應(yīng)的“塊數(shù)據(jù)”發(fā)掘、獲取、分析與組合，就可以使多源異構(gòu)數(shù)據(jù)在孿生圖書館中進(jìn)行有效融合，實現(xiàn)對圖書館運(yùn)行規(guī)律的精準(zhǔn)分析與研判，從而精準(zhǔn)預(yù)測其未來發(fā)展的趨勢與規(guī)律，進(jìn)而對圖書館物理實體運(yùn)行提供實時的優(yōu)化與協(xié)調(diào)。

孿生圖書館理論框架建立在數(shù)字孿生、生態(tài)系統(tǒng)論的基礎(chǔ)上，是一個具有較強(qiáng)包容性、跨學(xué)科性的研究領(lǐng)域，其獨(dú)特的研究范式需要多學(xué)科、多領(lǐng)域的專業(yè)融合，才能實現(xiàn)信息技術(shù)應(yīng)用與專業(yè)領(lǐng)域特征的深度融合，才有可能達(dá)到圖書館建設(shè)與發(fā)展的理想狀態(tài)。

4? ?結(jié)語

由于數(shù)字孿生城市與孿生圖書館建設(shè)是由技術(shù)創(chuàng)新、理念變革、管理與服務(wù)創(chuàng)新等一系列問題相互交叉、共同進(jìn)化的復(fù)雜生態(tài)系統(tǒng)，其建設(shè)過程中必然會面臨著諸多未知的、不確定的風(fēng)險與障礙，這就需要有強(qiáng)烈的信念與有效的組織來予以解決。（1）信息技術(shù)很少能獨(dú)立驅(qū)動圖書館理念與業(yè)務(wù)變革，需要從政策支撐、組織協(xié)調(diào)與技術(shù)創(chuàng)新等多個方面來促進(jìn)其正確進(jìn)化和良性互動。孿生圖書館的創(chuàng)新實踐就要求圖書館管理與服務(wù)邏輯從條塊化、碎片化、孤立化狀況轉(zhuǎn)向數(shù)據(jù)驅(qū)動的系統(tǒng)化、整體化和智慧化方向發(fā)展;（2）不能過于依賴技術(shù)，要清晰數(shù)字孿生技術(shù)的局限性，了解其理念與技術(shù)邊界，避免走向另一種極端。但與數(shù)字孿生技術(shù)局限相比，更大的挑戰(zhàn)在于圖書館生態(tài)系統(tǒng)自身的復(fù)雜性;（3）孿生圖書館建設(shè)必然會涉及到網(wǎng)絡(luò)安全、個人隱私保護(hù)、倫理道德等共性技術(shù)問題，如何有效解決也是值得深入探討的重要課題。