【摘要】 ?數(shù)字孿生技術(shù)是2020年的五大技術(shù)趨勢(shì)之一，它與智慧圖書(shū)館相結(jié)合催生數(shù)字孿生圖書(shū)館，是推進(jìn)新型智慧圖書(shū)館建設(shè)的新思路。文章對(duì)數(shù)字孿生技術(shù)的定義、特征和技術(shù)架構(gòu)予以介紹，分析數(shù)字孿生技術(shù)在智慧圖書(shū)館建設(shè)中的應(yīng)用價(jià)值與場(chǎng)景，對(duì)數(shù)字孿生圖書(shū)館的內(nèi)涵和運(yùn)行機(jī)制進(jìn)行描述，提出推進(jìn)數(shù)字孿生圖書(shū)館落地的策略。

【關(guān) ?鍵 ?詞】數(shù)字孿生;圖書(shū)館;智慧圖書(shū)館;運(yùn)行機(jī)制

【作者單位】趙藝揚(yáng)，鄭州大學(xué)新聞與傳播學(xué)院。

【基金項(xiàng)目】國(guó)家留學(xué)基金委資助（CSC NO.201807040020）。

【中圖分類(lèi)號(hào)】G250.7【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【DOI】10.16491/j.cnki.cn45-1216/g2.2020.10.024

建設(shè)智慧城市，是推進(jìn)城市治理體系和治理能力現(xiàn)代化的重要舉措。作為智慧城市建設(shè)的重要組成部分，圖書(shū)館肩負(fù)著智慧城市信息處理中心的重任[1]，諸多圖書(shū)館也明確提出了智慧圖書(shū)館建設(shè)方案。德勤發(fā)布的《技術(shù)趨勢(shì)2020報(bào)告》中文版提出，2020年的五大技術(shù)趨勢(shì)之一為連接現(xiàn)實(shí)與數(shù)字世界的數(shù)字孿生技術(shù)。2017年，中國(guó)信通院首次提出“以數(shù)字孿生城市推進(jìn)新型智慧城市建設(shè)”的創(chuàng)新理念。在2019年中國(guó)數(shù)博會(huì)上，“數(shù)字孿生城市”概念受到各界廣泛關(guān)注。數(shù)字孿生城市是城市信息化發(fā)展的高階階段，這一階段以物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、虛擬現(xiàn)實(shí)、大數(shù)據(jù)等技術(shù)的綜合運(yùn)用為主，形成與物理城市相對(duì)應(yīng)的數(shù)字孿生城市，充分利用前期形成的城市全域大數(shù)據(jù)，為城市綜合決策、智能管理、全局優(yōu)化等提供支持。如果數(shù)字孿生技術(shù)與智慧城市結(jié)合可以形成新型智慧城市建設(shè)的創(chuàng)新理念，那么，數(shù)字孿生技術(shù)是否能應(yīng)用于智慧圖書(shū)館建設(shè)，具體應(yīng)該如何操作？本文將對(duì)此問(wèn)題進(jìn)行探討。

一、數(shù)字孿生概述

關(guān)于數(shù)字孿生還未有統(tǒng)一定義，國(guó)外研究機(jī)構(gòu)包括德勤、埃森哲、密歇根大學(xué)等都對(duì)其進(jìn)行過(guò)研究和界定，國(guó)內(nèi)的專(zhuān)家學(xué)者如寧振波、趙敏、林詩(shī)萬(wàn)、陶飛等也對(duì)其做過(guò)定義。本文選用中國(guó)電子信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究院（賽迪集團(tuán)）推出的《數(shù)字孿生白皮書(shū)（2019）》中對(duì)數(shù)字孿生的定義，即數(shù)字孿生是綜合運(yùn)用感知、計(jì)算、建模等信息技術(shù)，通過(guò)軟件定義，對(duì)物理空間進(jìn)行描述、診斷、預(yù)測(cè)、決策，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)物理空間與賽博空間的交互映射[2]。

數(shù)字孿生技術(shù)具有五大典型特征。一是數(shù)字驅(qū)動(dòng)。數(shù)字孿生的本質(zhì)是在比特的汪洋中重構(gòu)原子運(yùn)行軌道，以數(shù)據(jù)的流動(dòng)實(shí)現(xiàn)物理世界的資源優(yōu)化。二是模型支撐。數(shù)字孿生的核心是面向物理實(shí)體和邏輯對(duì)象建立機(jī)理模型或數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)模型，形成物理空間在賽博空間的虛實(shí)交互。三是軟件定義。數(shù)字孿生的關(guān)鍵是將模型代碼化、標(biāo)準(zhǔn)化，以軟件的形式動(dòng)態(tài)模擬或監(jiān)測(cè)物理空間的真實(shí)狀態(tài)、行為和規(guī)則。四是精準(zhǔn)映射。數(shù)字孿生通過(guò)感知、建模、軟件等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)物理空間在賽博空間的全面呈現(xiàn)、精準(zhǔn)表達(dá)和動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。五是智能決策。未來(lái)數(shù)字孿生將融合人工智能等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)物理空間和賽博空間的虛實(shí)互動(dòng)、輔助決策和持續(xù)優(yōu)化。

數(shù)字孿生的技術(shù)架構(gòu)分為物理層、數(shù)據(jù)層、模型層和功能層。從應(yīng)用視角來(lái)看，數(shù)字孿生主要應(yīng)用于智能工廠、車(chē)聯(lián)網(wǎng)、智慧城市、智慧建筑、智慧醫(yī)療等應(yīng)用場(chǎng)景;從功能視角來(lái)看，主要包括描述、診斷、預(yù)測(cè)、決策四個(gè)能力等級(jí);從部署視角來(lái)看，主要包括設(shè)想、確定方案、試運(yùn)行、產(chǎn)業(yè)化、效果后評(píng)價(jià)五個(gè)階段。

二、數(shù)字孿生技術(shù)應(yīng)用于智慧圖書(shū)館建設(shè)的價(jià)值與場(chǎng)景

1.數(shù)字孿生技術(shù)在智慧圖書(shū)館建設(shè)中的應(yīng)用價(jià)值

數(shù)字孿生技術(shù)將圖書(shū)館物理空間與虛擬空間有機(jī)銜接，全面感知圖書(shū)館物理環(huán)境，建立了智能舒適的閱讀和學(xué)習(xí)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)了二維三維一體、虛實(shí)一體的圖書(shū)館精細(xì)化管理，為圖書(shū)館實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)交互、精準(zhǔn)服務(wù)和滿(mǎn)足用戶(hù)個(gè)性化需求提供了可能。

由于數(shù)字孿生技術(shù)通過(guò)模型與用戶(hù)交互，因此網(wǎng)絡(luò)形態(tài)的知識(shí)需要轉(zhuǎn)化為用戶(hù)可以理解和接受的可視化形態(tài)。未來(lái)，圖書(shū)館空間和系統(tǒng)都擁有智慧化的特征，通過(guò)主動(dòng)感知和動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)形成對(duì)某一用戶(hù)、資源或服務(wù)的深度洞察。數(shù)字孿生技術(shù)加持下的智慧圖書(shū)館進(jìn)入了圖書(shū)館信息化發(fā)展的高階階段。微觀上，數(shù)字孿生技術(shù)下的智慧圖書(shū)館會(huì)形成了用戶(hù)—用戶(hù)孿生體、用戶(hù)孿生體自演化、用戶(hù)—物孿生體、物孿生體自演化四種形式，使用戶(hù)與其孿生體、群體孿生體、空間或系統(tǒng)孿生體之間形成數(shù)據(jù)交換與群智協(xié)作[3]，從而使圖書(shū)館的資源、服務(wù)、空間和活動(dòng)以具象化的形式來(lái)滿(mǎn)足用戶(hù)的個(gè)性化需求，幫助圖書(shū)館改進(jìn)資源和服務(wù)，幫助用戶(hù)改善和提升自身，以更好地獲取知識(shí)。中觀上，圖書(shū)館物理空間中的所有功能和設(shè)施將被激活并構(gòu)建孿生畫(huà)像，為用戶(hù)提供自適應(yīng)個(gè)性化空間，同時(shí)與社會(huì)各領(lǐng)域進(jìn)行連接，使圖書(shū)館成為重要的知識(shí)管理和服務(wù)平臺(tái)。宏觀上，數(shù)字孿生技術(shù)下的智慧圖書(shū)館與數(shù)字孿生校園、數(shù)字孿生城市等進(jìn)行連接，成為未來(lái)數(shù)字孿生時(shí)代的重要組成部分。

2.數(shù)字孿生技術(shù)在智慧圖書(shū)館中的應(yīng)用場(chǎng)景

數(shù)字孿生技術(shù)在智慧圖書(shū)館中的可應(yīng)用領(lǐng)域繁多，正處于無(wú)限設(shè)想階段，筆者無(wú)法窮盡，只能做簡(jiǎn)單的場(chǎng)景劃分與描述。首先，圖書(shū)館可以通過(guò)數(shù)字孿生體即數(shù)字孿生模型來(lái)對(duì)圖書(shū)館資源進(jìn)行優(yōu)化配置，提升圖書(shū)館設(shè)備的使用效率。如通過(guò)數(shù)字孿生體對(duì)物理圖書(shū)館的空間利用進(jìn)行合理分配，對(duì)物理圖書(shū)館的軟硬件設(shè)施進(jìn)行全生命周期監(jiān)測(cè)與管理以及定期檢測(cè)，及時(shí)排除故障，保障設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。其次，數(shù)字孿生體可以作為物理圖書(shū)館的可視化工具，助力圖書(shū)館創(chuàng)客空間建設(shè)。如用戶(hù)可以通過(guò)VR、AR等技術(shù)進(jìn)入沉浸式的可視化場(chǎng)景，在高仿真環(huán)境下對(duì)知識(shí)進(jìn)行自由探索、應(yīng)用與創(chuàng)造，滿(mǎn)足其個(gè)性化需求。再次，通過(guò)館員孿生體建設(shè)更好地為用戶(hù)服務(wù)，以最快的速度和最低的成本解決用戶(hù)在檢索和閱讀過(guò)程中出現(xiàn)的各種問(wèn)題。此外，館員孿生體還可以實(shí)現(xiàn)圖書(shū)館在線學(xué)習(xí)功能，與用戶(hù)實(shí)時(shí)互動(dòng)，為用戶(hù)提供個(gè)性化的知識(shí)體系。最后，可建立圖書(shū)館能耗系統(tǒng)的數(shù)字孿生體，對(duì)圖書(shū)館能耗進(jìn)行精細(xì)化和可視化管理，以及建立館員、用戶(hù)、空間與系統(tǒng)的能耗關(guān)聯(lián)，輔助建設(shè)綠色圖書(shū)館。

三、數(shù)字孿生圖書(shū)館的運(yùn)行機(jī)制

1.數(shù)字孿生圖書(shū)館的內(nèi)涵

數(shù)字孿生圖書(shū)館是指綜合運(yùn)用感知、計(jì)算、建模等信息技術(shù)，通過(guò)軟件定義以及對(duì)圖書(shū)館物理實(shí)體空間進(jìn)行描述、診斷、預(yù)測(cè)、決策，進(jìn)而在虛擬信息空間中構(gòu)建與物理圖書(shū)館實(shí)體完全映射的數(shù)字孿生模型，以在“人—機(jī)—物—環(huán)境”智能交互融合環(huán)境中實(shí)現(xiàn)數(shù)字孿生模型—物理實(shí)體實(shí)時(shí)雙向映射的一種新型智慧圖書(shū)館。

數(shù)字孿生圖書(shū)館是數(shù)字孿生技術(shù)在圖書(shū)館層面的應(yīng)用，通過(guò)數(shù)字孿生模型可以在網(wǎng)絡(luò)虛擬信息空間中完全映射出物理圖書(shū)館內(nèi)部的復(fù)雜生態(tài)系統(tǒng)，呈現(xiàn)真實(shí)的運(yùn)行狀況，診斷運(yùn)行問(wèn)題，預(yù)測(cè)運(yùn)行軌跡，調(diào)整運(yùn)行方向，從而實(shí)現(xiàn)物理圖書(shū)館與虛擬圖書(shū)館之間的實(shí)時(shí)雙向映射和動(dòng)態(tài)交互反饋，并在物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、區(qū)塊鏈、人工智能、空間通信、全息智能交互、多感官混合現(xiàn)實(shí)等信息技術(shù)支持下，實(shí)現(xiàn)圖書(shū)館全要素虛擬化與數(shù)字化、服務(wù)狀況可視化與實(shí)時(shí)化、管理決策智能化與協(xié)同化，從而形成物理圖書(shū)館與虛擬圖書(shū)館之間的協(xié)同交互、同生共存、虛實(shí)交融的發(fā)展新模式。

2.數(shù)字孿生圖書(shū)館的運(yùn)行機(jī)制

數(shù)字孿生圖書(shū)館的運(yùn)行主要依靠物理圖書(shū)館、虛擬圖書(shū)館、數(shù)字孿生系統(tǒng)與圖書(shū)館孿生大數(shù)據(jù)四部分，如圖1所示。

（1）物理圖書(shū)館是現(xiàn)實(shí)世界中圖書(shū)館的實(shí)體集合，包含圖書(shū)館、資源與用戶(hù)等，主要負(fù)責(zé)接收數(shù)字孿生體系所下達(dá)的各類(lèi)數(shù)字化執(zhí)行任務(wù)，并按照?qǐng)D書(shū)館數(shù)字孿生模型模擬仿真后計(jì)算出最佳執(zhí)行策略，執(zhí)行相應(yīng)實(shí)體的建設(shè)、管理與服務(wù)任務(wù)，需具備較強(qiáng)的多源異構(gòu)數(shù)據(jù)智能傳感互聯(lián)和實(shí)時(shí)交互感知能力，以及“人—機(jī)—物—環(huán)境”要素建設(shè)與融合能力。

（2）虛擬圖書(shū)館是圖書(shū)館物理實(shí)體在虛擬信息空間中的數(shù)字化映射，其實(shí)質(zhì)是圖書(shū)館所有資源與過(guò)程的數(shù)字模型集合。該模型包括對(duì)人、機(jī)、物、環(huán)境等數(shù)字化、模型化的生產(chǎn)要素模型，對(duì)建設(shè)、管理和服務(wù)行為的時(shí)序性、并發(fā)性、相關(guān)性進(jìn)行映射的行為模型，以及依據(jù)圖書(shū)館復(fù)雜的運(yùn)行與發(fā)展規(guī)律建立的執(zhí)行、優(yōu)化、預(yù)測(cè)、溯源、評(píng)估等規(guī)則模型。

（3）數(shù)字孿生系統(tǒng)是圖書(shū)館孿生大數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)下各類(lèi)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，主要負(fù)責(zé)整個(gè)體系的執(zhí)行部署、規(guī)劃設(shè)計(jì)、執(zhí)行監(jiān)控的智能化管控與協(xié)調(diào)。

（4）圖書(shū)館孿生大數(shù)據(jù)是驅(qū)動(dòng)數(shù)字孿生圖書(shū)館正常運(yùn)行的主要驅(qū)動(dòng)力，主要由物理圖書(shū)館大數(shù)據(jù)、虛擬圖書(shū)館大數(shù)據(jù)、數(shù)字孿生系統(tǒng)大數(shù)據(jù)以及三者融合產(chǎn)生的大數(shù)據(jù)等組成[4]。

數(shù)字孿生技術(shù)是實(shí)現(xiàn)物理圖書(shū)館與虛擬圖書(shū)館之間信息融合的一種有效方法，從三個(gè)方面拓展了圖書(shū)館的未來(lái)發(fā)展模式：（1）采用數(shù)字化、智能化技術(shù)與方法在物理圖書(shū)館之外構(gòu)建了一個(gè)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——虛擬圖書(shū)館;（2）引入虛擬圖書(shū)館，使所有資源、用戶(hù)、管理、服務(wù)與過(guò)程等要素都可在其中呈現(xiàn)，使物理圖書(shū)館與虛擬圖書(shū)館能夠有效實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)映射與交互;（3）客觀直接地實(shí)現(xiàn)了虛實(shí)交融、協(xié)同交互、同生共存的先進(jìn)理念與執(zhí)行策略。

四、推進(jìn)數(shù)字孿生圖書(shū)館落地的策略

1. 頂層設(shè)計(jì)

世界主要發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)將數(shù)字孿生技術(shù)作為國(guó)家數(shù)字化轉(zhuǎn)型的新抓手，我國(guó)也先后提出“雄安新區(qū)數(shù)字城市”“杭州數(shù)字大腦”等建設(shè)目標(biāo)。美國(guó)的特斯拉、福特，日本的豐田、本田，德國(guó)的西門(mén)子以及中國(guó)的百度、華為、騰訊、阿里巴巴等公司先后將數(shù)字孿生提升到企業(yè)戰(zhàn)略高度的位置，可見(jiàn)其重要性。我國(guó)要做好數(shù)字孿生技術(shù)發(fā)展規(guī)劃和設(shè)計(jì)，不僅要持續(xù)出臺(tái)一系列優(yōu)惠政策和措施，從財(cái)稅和融資等各方面加大對(duì)數(shù)字孿生技術(shù)產(chǎn)業(yè)的支持力度，扶持龍頭企業(yè)，樹(shù)立示范項(xiàng)目，推動(dòng)數(shù)字孿生技術(shù)的普及;還要組織專(zhuān)家團(tuán)隊(duì)、科研院所、骨干企業(yè)進(jìn)行集體攻關(guān)，不斷完善技術(shù)，爭(zhēng)取掌握核心技術(shù)，優(yōu)化生產(chǎn)工藝，努力降低生產(chǎn)和使用成本[5]。

2. 技術(shù)操作

要立足于圖書(shū)館系統(tǒng)本身，物理圖書(shū)館中運(yùn)行成熟的管理系統(tǒng)，負(fù)責(zé)設(shè)施的管理、資源的管理、人員的管理和業(yè)務(wù)的運(yùn)轉(zhuǎn)，將這些管理系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)景三維建模，建立與之對(duì)應(yīng)的信息模型，并將已經(jīng)成熟運(yùn)行的管理系統(tǒng)疊加到信息模型上，以信息模型集成各類(lèi)數(shù)據(jù)對(duì)管理系統(tǒng)進(jìn)行重塑，實(shí)現(xiàn)從二維到三維、從平面到立體、從靜態(tài)到動(dòng)態(tài)的升級(jí)，使管理更加可視化、精細(xì)化、智能化。越來(lái)越多的圖書(shū)館管理系統(tǒng)與三維信息模型進(jìn)行嫁接，可以實(shí)現(xiàn)管理能力的快速升級(jí)。

3. 人才培養(yǎng)

專(zhuān)業(yè)人才是創(chuàng)新的主力軍，是行業(yè)發(fā)展的決定性力量。數(shù)字孿生技術(shù)涉及物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、區(qū)塊鏈、人工智能等眾多新技術(shù)。隨著數(shù)字孿生城市、數(shù)字孿生醫(yī)療、數(shù)字孿生農(nóng)業(yè)等建設(shè)的加速，各行各業(yè)對(duì)數(shù)字孿生技術(shù)人才的需求缺口加大，培養(yǎng)和儲(chǔ)備數(shù)字孿生技術(shù)人才顯得刻不容緩。

國(guó)家層面，要加大對(duì)數(shù)字孿生技術(shù)人才的培養(yǎng)力度，打造多層次、多類(lèi)型的專(zhuān)業(yè)人才隊(duì)伍體系。首先，要在高等學(xué)校、職業(yè)學(xué)院中開(kāi)設(shè)數(shù)字孿生技術(shù)專(zhuān)業(yè)，通過(guò)相關(guān)教學(xué)與實(shí)踐對(duì)人才進(jìn)行系統(tǒng)化培養(yǎng)。其次，要建立國(guó)家、地方各級(jí)數(shù)字孿生科研中心、實(shí)訓(xùn)基地，鼓勵(lì)社會(huì)各界學(xué)者、科研人員、企業(yè)開(kāi)展應(yīng)用研究和技術(shù)攻關(guān)，在實(shí)踐中培養(yǎng)實(shí)用型人才。再次，要推動(dòng)國(guó)際交流與合作，與國(guó)際接軌，培養(yǎng)高層次人才。

圖書(shū)館層面，要加快自身數(shù)字孿生技術(shù)人才隊(duì)伍建設(shè)。首先，要與科研單位、軟件公司、設(shè)備供應(yīng)商進(jìn)行緊密合作，通過(guò)相關(guān)產(chǎn)品和服務(wù)的使用培訓(xùn)提升館員技能，使其盡快發(fā)展成為數(shù)字孿生技術(shù)的實(shí)用型人才。其次，要加強(qiáng)與各類(lèi)型圖書(shū)館、檔案館、文化館、科技館、博物館等文化機(jī)構(gòu)的交流合作，關(guān)注行業(yè)內(nèi)數(shù)字孿生技術(shù)應(yīng)用的成功案例，積極組織相關(guān)人員進(jìn)行實(shí)地觀摩和學(xué)習(xí)。再次，要積極引進(jìn)具有數(shù)字孿生技術(shù)背景的高層次人才到圖書(shū)館工作。

圖書(shū)館的每次變革都伴隨新技術(shù)的驅(qū)動(dòng)：計(jì)算機(jī)技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和移動(dòng)信息技術(shù)推動(dòng)了數(shù)字圖書(shū)館、移動(dòng)圖書(shū)館的發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)技術(shù)、云計(jì)算、人工智能、機(jī)器學(xué)習(xí)、區(qū)塊鏈等技術(shù)推動(dòng)了智慧圖書(shū)館的出現(xiàn)與發(fā)展，數(shù)字孿生技術(shù)的出現(xiàn)將智慧圖書(shū)館推向更高階的信息化階段。圖書(shū)館應(yīng)抓住技術(shù)變革的重要機(jī)遇，積極探索，勇于實(shí)踐，以數(shù)字孿生技術(shù)為突破口和支點(diǎn)，通過(guò)與圖書(shū)館各項(xiàng)業(yè)務(wù)的深度融合，加速推進(jìn)數(shù)字孿生圖書(shū)館的落地，以推動(dòng)智慧圖書(shū)館向數(shù)字孿生圖書(shū)館的轉(zhuǎn)型升級(jí)。

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