【摘要】 ?數(shù)字孿生技術(shù)是2020年的五大技術(shù)趨勢之一，它與智慧圖書館相結(jié)合催生數(shù)字孿生圖書館，是推進新型智慧圖書館建設的新思路。文章對數(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)在智慧圖書館建設中的應用價值與場景，對數(shù)字孿生圖書館的內(nèi)涵和運行機制進行描述，提出推進數(shù)字孿生圖書館落地的策略。

【關(guān) ?鍵 ?詞】數(shù)字孿生;圖書館;智慧圖書館;運行機制

【作者單位】趙藝揚，鄭州大學新聞與傳播學院。

【基金項目】國家留學基金委資助（CSC NO.201807040020）。

【中圖分類號】G250.7【文獻標識碼】A 【DOI】10.16491/j.cnki.cn45-1216/g2.2020.10.024

建設智慧城市，是推進城市治理體系和治理能力現(xiàn)代化的重要舉措。作為智慧城市建設的重要組成部分，圖書館肩負著智慧城市信息處理中心的重任[1]，諸多圖書館也明確提出了智慧圖書館建設方案。德勤發(fā)布的《技術(shù)趨勢2020報告》中文版提出，2020年的五大技術(shù)趨勢之一為連接現(xiàn)實與數(shù)字世界的數(shù)字孿生技術(shù)。2017年，中國信通院首次提出“以數(shù)字孿生城市推進新型智慧城市建設”的創(chuàng)新理念。在2019年中國數(shù)博會上，“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、大數(shù)據(jù)等技術(shù)的綜合運用為主，形成與物理城市相對應的數(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的創(chuàng)新理念，那么，數(shù)字孿生技術(shù)是否能應用于智慧圖書館建設，具體應該如何操作？本文將對此問題進行探討。

一、數(shù)字孿生概述

關(guān)于數(shù)字孿生還未有統(tǒng)一定義，國外研究機構(gòu)包括德勤、埃森哲、密歇根大學等都對其進行過研究和界定，國內(nèi)的專家學者如寧振波、趙敏、林詩萬、陶飛等也對其做過定義。本文選用中國電子信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究院（賽迪集團）推出的《數(shù)字孿生白皮書（2019）》中對數(shù)字孿生的定義，即數(shù)字孿生是綜合運用感知、計算、建模等信息技術(shù)，通過軟件定義，對物理空間進行描述、診斷、預測、決策，進而實現(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。數(shù)字孿生的本質(zhì)是在比特的汪洋中重構(gòu)原子運行軌道，以數(shù)據(jù)的流動實現(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體和邏輯對象建立機理模型或數(shù)據(jù)驅(qū)動模型，形成物理空間在賽博空間的虛實交互。三是軟件定義。數(shù)字孿生的關(guān)鍵是將模型代碼化、標準化，以軟件的形式動態(tài)模擬或監(jiān)測物理空間的真實狀態(tài)、行為和規(guī)則。四是精準映射。數(shù)字孿生通過感知、建模、軟件等技術(shù)，實現(xiàn)物理空間在賽博空間的全面呈現(xiàn)、精準表達和動態(tài)監(jiān)測。五是智能決策。未來數(shù)字孿生將融合人工智能等技術(shù)，實現(xiàn)物理空間和賽博空間的虛實互動、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。從應用視角來看，數(shù)字孿生主要應用于智能工廠、車聯(lián)網(wǎng)、智慧城市、智慧建筑、智慧醫(yī)療等應用場景;從功能視角來看，主要包括描述、診斷、預測、決策四個能力等級;從部署視角來看，主要包括設想、確定方案、試運行、產(chǎn)業(yè)化、效果后評價五個階段。

二、數(shù)字孿生技術(shù)應用于智慧圖書館建設的價值與場景

1.數(shù)字孿生技術(shù)在智慧圖書館建設中的應用價值

數(shù)字孿生技術(shù)將圖書館物理空間與虛擬空間有機銜接，全面感知圖書館物理環(huán)境，建立了智能舒適的閱讀和學習環(huán)境，實現(xiàn)了二維三維一體、虛實一體的圖書館精細化管理，為圖書館實現(xiàn)實時交互、精準服務和滿足用戶個性化需求提供了可能。

由于數(shù)字孿生技術(shù)通過模型與用戶交互，因此網(wǎng)絡形態(tài)的知識需要轉(zhuǎn)化為用戶可以理解和接受的可視化形態(tài)。未來，圖書館空間和系統(tǒng)都擁有智慧化的特征，通過主動感知和動態(tài)監(jiān)測形成對某一用戶、資源或服務的深度洞察。數(shù)字孿生技術(shù)加持下的智慧圖書館進入了圖書館信息化發(fā)展的高階階段。微觀上，數(shù)字孿生技術(shù)下的智慧圖書館會形成了用戶—用戶孿生體、用戶孿生體自演化、用戶—物孿生體、物孿生體自演化四種形式，使用戶與其孿生體、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]，從而使圖書館的資源、服務、空間和活動以具象化的形式來滿足用戶的個性化需求，幫助圖書館改進資源和服務，幫助用戶改善和提升自身，以更好地獲取知識。中觀上，圖書館物理空間中的所有功能和設施將被激活并構(gòu)建孿生畫像，為用戶提供自適應個性化空間，同時與社會各領域進行連接，使圖書館成為重要的知識管理和服務平臺。宏觀上，數(shù)字孿生技術(shù)下的智慧圖書館與數(shù)字孿生校園、數(shù)字孿生城市等進行連接，成為未來數(shù)字孿生時代的重要組成部分。

2.數(shù)字孿生技術(shù)在智慧圖書館中的應用場景

數(shù)字孿生技術(shù)在智慧圖書館中的可應用領域繁多，正處于無限設想階段，筆者無法窮盡，只能做簡單的場景劃分與描述。首先，圖書館可以通過數(shù)字孿生體即數(shù)字孿生模型來對圖書館資源進行優(yōu)化配置，提升圖書館設備的使用效率。如通過數(shù)字孿生體對物理圖書館的空間利用進行合理分配，對物理圖書館的軟硬件設施進行全生命周期監(jiān)測與管理以及定期檢測，及時排除故障，保障設備的正常運轉(zhuǎn)。其次，數(shù)字孿生體可以作為物理圖書館的可視化工具，助力圖書館創(chuàng)客空間建設。如用戶可以通過VR、AR等技術(shù)進入沉浸式的可視化場景，在高仿真環(huán)境下對知識進行自由探索、應用與創(chuàng)造，滿足其個性化需求。再次，通過館員孿生體建設更好地為用戶服務，以最快的速度和最低的成本解決用戶在檢索和閱讀過程中出現(xiàn)的各種問題。此外，館員孿生體還可以實現(xiàn)圖書館在線學習功能，與用戶實時互動，為用戶提供個性化的知識體系。最后，可建立圖書館能耗系統(tǒng)的數(shù)字孿生體，對圖書館能耗進行精細化和可視化管理，以及建立館員、用戶、空間與系統(tǒng)的能耗關(guān)聯(lián)，輔助建設綠色圖書館。

三、數(shù)字孿生圖書館的運行機制

1.數(shù)字孿生圖書館的內(nèi)涵

數(shù)字孿生圖書館是指綜合運用感知、計算、建模等信息技術(shù)，通過軟件定義以及對圖書館物理實體空間進行描述、診斷、預測、決策，進而在虛擬信息空間中構(gòu)建與物理圖書館實體完全映射的數(shù)字孿生模型，以在“人—機—物—環(huán)境”智能交互融合環(huán)境中實現(xiàn)數(shù)字孿生模型—物理實體實時雙向映射的一種新型智慧圖書館。

數(shù)字孿生圖書館是數(shù)字孿生技術(shù)在圖書館層面的應用，通過數(shù)字孿生模型可以在網(wǎng)絡虛擬信息空間中完全映射出物理圖書館內(nèi)部的復雜生態(tài)系統(tǒng)，呈現(xiàn)真實的運行狀況，診斷運行問題，預測運行軌跡，調(diào)整運行方向，從而實現(xiàn)物理圖書館與虛擬圖書館之間的實時雙向映射和動態(tài)交互反饋，并在物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算、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)實等信息技術(shù)支持下，實現(xiàn)圖書館全要素虛擬化與數(shù)字化、服務狀況可視化與實時化、管理決策智能化與協(xié)同化，從而形成物理圖書館與虛擬圖書館之間的協(xié)同交互、同生共存、虛實交融的發(fā)展新模式。

2.數(shù)字孿生圖書館的運行機制

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

（1）物理圖書館是現(xiàn)實世界中圖書館的實體集合，包含圖書館、資源與用戶等，主要負責接收數(shù)字孿生體系所下達的各類數(shù)字化執(zhí)行任務，并按照圖書館數(shù)字孿生模型模擬仿真后計算出最佳執(zhí)行策略，執(zhí)行相應實體的建設、管理與服務任務，需具備較強的多源異構(gòu)數(shù)據(jù)智能傳感互聯(lián)和實時交互感知能力，以及“人—機—物—環(huán)境”要素建設與融合能力。

（2）虛擬圖書館是圖書館物理實體在虛擬信息空間中的數(shù)字化映射，其實質(zhì)是圖書館所有資源與過程的數(shù)字模型集合。該模型包括對人、機、物、環(huán)境等數(shù)字化、模型化的生產(chǎn)要素模型，對建設、管理和服務行為的時序性、并發(fā)性、相關(guān)性進行映射的行為模型，以及依據(jù)圖書館復雜的運行與發(fā)展規(guī)律建立的執(zhí)行、優(yōu)化、預測、溯源、評估等規(guī)則模型。

（3）數(shù)字孿生系統(tǒng)是圖書館孿生大數(shù)據(jù)驅(qū)動下各類數(shù)據(jù)、服務、應用、業(yè)務、模塊與規(guī)則的系統(tǒng)功能集合，主要負責整個體系的執(zhí)行部署、規(guī)劃設計、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)動數(shù)字孿生圖書館正常運行的主要驅(qū)動力，主要由物理圖書館大數(shù)據(jù)、虛擬圖書館大數(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)是實現(xiàn)物理圖書館與虛擬圖書館之間信息融合的一種有效方法，從三個方面拓展了圖書館的未來發(fā)展模式：（1）采用數(shù)字化、智能化技術(shù)與方法在物理圖書館之外構(gòu)建了一個物理特征、內(nèi)容特性、性質(zhì)屬性、業(yè)務邏輯與運行機理完全一致的數(shù)字孿生模型——虛擬圖書館;（2）引入虛擬圖書館，使所有資源、用戶、管理、服務與過程等要素都可在其中呈現(xiàn)，使物理圖書館與虛擬圖書館能夠有效實現(xiàn)實時映射與交互;（3）客觀直接地實現(xiàn)了虛實交融、協(xié)同交互、同生共存的先進理念與執(zhí)行策略。

四、推進數(shù)字孿生圖書館落地的策略

1. 頂層設計

世界主要發(fā)達國家已經(jīng)將數(shù)字孿生技術(shù)作為國家數(shù)字化轉(zhuǎn)型的新抓手，我國也先后提出“雄安新區(qū)數(shù)字城市”“杭州數(shù)字大腦”等建設目標。美國的特斯拉、福特，日本的豐田、本田，德國的西門子以及中國的百度、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，可見其重要性。我國要做好數(shù)字孿生技術(shù)發(fā)展規(guī)劃和設計，不僅要持續(xù)出臺一系列優(yōu)惠政策和措施，從財稅和融資等各方面加大對數(shù)字孿生技術(shù)產(chǎn)業(yè)的支持力度，扶持龍頭企業(yè)，樹立示范項目，推動數(shù)字孿生技術(shù)的普及;還要組織專家團隊、科研院所、骨干企業(yè)進行集體攻關(guān)，不斷完善技術(shù)，爭取掌握核心技術(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

要立足于圖書館系統(tǒng)本身，物理圖書館中運行成熟的管理系統(tǒng)，負責設施的管理、資源的管理、人員的管理和業(yè)務的運轉(zhuǎn)，將這些管理系統(tǒng)進行實景三維建模，建立與之對應的信息模型，并將已經(jīng)成熟運行的管理系統(tǒng)疊加到信息模型上，以信息模型集成各類數(shù)據(jù)對管理系統(tǒng)進行重塑，實現(xiàn)從二維到三維、從平面到立體、從靜態(tài)到動態(tài)的升級，使管理更加可視化、精細化、智能化。越來越多的圖書館管理系統(tǒng)與三維信息模型進行嫁接，可以實現(xiàn)管理能力的快速升級。

3. 人才培養(yǎng)

專業(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)等建設的加速，各行各業(yè)對數(shù)字孿生技術(shù)人才的需求缺口加大，培養(yǎng)和儲備數(shù)字孿生技術(shù)人才顯得刻不容緩。

國家層面，要加大對數(shù)字孿生技術(shù)人才的培養(yǎng)力度，打造多層次、多類型的專業(yè)人才隊伍體系。首先，要在高等學校、職業(yè)學院中開設數(shù)字孿生技術(shù)專業(yè)，通過相關(guān)教學與實踐對人才進行系統(tǒng)化培養(yǎng)。其次，要建立國家、地方各級數(shù)字孿生科研中心、實訓基地，鼓勵社會各界學者、科研人員、企業(yè)開展應用研究和技術(shù)攻關(guān)，在實踐中培養(yǎng)實用型人才。再次，要推動國際交流與合作，與國際接軌，培養(yǎng)高層次人才。

圖書館層面，要加快自身數(shù)字孿生技術(shù)人才隊伍建設。首先，要與科研單位、軟件公司、設備供應商進行緊密合作，通過相關(guān)產(chǎn)品和服務的使用培訓提升館員技能，使其盡快發(fā)展成為數(shù)字孿生技術(shù)的實用型人才。其次，要加強與各類型圖書館、檔案館、文化館、科技館、博物館等文化機構(gòu)的交流合作，關(guān)注行業(yè)內(nèi)數(shù)字孿生技術(shù)應用的成功案例，積極組織相關(guān)人員進行實地觀摩和學習。再次，要積極引進具有數(shù)字孿生技術(shù)背景的高層次人才到圖書館工作。

圖書館的每次變革都伴隨新技術(shù)的驅(qū)動：計算機技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和移動信息技術(shù)推動了數(shù)字圖書館、移動圖書館的發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)技術(shù)、云計算、人工智能、機器學習、區(qū)塊鏈等技術(shù)推動了智慧圖書館的出現(xiàn)與發(fā)展，數(shù)字孿生技術(shù)的出現(xiàn)將智慧圖書館推向更高階的信息化階段。圖書館應抓住技術(shù)變革的重要機遇，積極探索，勇于實踐，以數(shù)字孿生技術(shù)為突破口和支點，通過與圖書館各項業(yè)務的深度融合，加速推進數(shù)字孿生圖書館的落地，以推動智慧圖書館向數(shù)字孿生圖書館的轉(zhuǎn)型升級。

|參考文獻|

[1] 任娟莉，王若鴻. 5G布局下圖書館多場景VR服務構(gòu)建[J]. 出版廣角，2019（18）：70-73.

[2] 賽迪：2019年數(shù)字孿生白皮書 [EB/OL]. （2020-01-15）[2020-03-24]. http：//www. 199it. com/archives/988856. html .

[3] 孔繁超. 基于數(shù)字孿生技術(shù)的智慧圖書館空間重構(gòu)研究[J]. 情報理論與實踐，2020（2）：21-31.

[4] 秦曉珠，張興旺. 數(shù)字孿生技術(shù)在物質(zhì)文化遺產(chǎn)數(shù)字化建設中的應用[J]. 情報資料工作，2018（2）：103—111.

[5] 武洪興. 基于物聯(lián)網(wǎng)的智慧圖書館應用構(gòu)想[J]. 圖書館工作與研究，2020（3）：85-91.