基于數字孿生技術的智慧檔案館模型建構研究

展倩慧 楊智勇 楊 鵬/上海大學圖書情報檔案系

數字產業的快速發展與轉型已成為全球經濟發展的重點，2020年由工信部中國電子技術標準化研究院牽頭編寫的《數字孿生應用白皮書》發布，指出數字孿生將從促進數字經濟與實體經濟融合、貫通信息孤島、釋放數據價值、加快全要素數字化和新型智慧城市建設等層面，推動我國經濟社會的發展[1]。數字孿生作為數字轉型的代表性體現，其應用日益廣泛的同時也必將為智慧檔案館建設帶來新的人機關系和泛在知識共享空間。自2012年發布首批智慧城市試點城市以來，截至2018年底，超過600多座城市明確提出了智慧城市建設計劃[2]。智慧檔案館應順應智慧城市建設洪流，利用數字孿生技術，為其創建虛擬能耗系統，輔助構建“綠色智慧檔案館”。同時，運用數字孿生技術的智慧檔案館可以將檔案館的館藏資源、人員、知識和服務以虛擬具象化形式展示出來，建構館員孿生體、用戶孿生體、館藏資源孿生體三維虛擬畫像，形成群智協作體系，從而滿足用戶的個性化需求。

總之，在當前我國各方面強調科技應用和數智賦能的背景下，如何將數字孿生技術與檔案館事業轉型結合起來，使數字孿生在檔案工作中發揮高效決策、深度分析、智能運作等作用具有重要意義。

1 數字孿生技術與智慧檔案館

數字孿生是具有數據連接和特定物理實體或過程的數字化表達，以數字化方式創建物理實體的虛擬模型，以數據驅動力為核心模擬物理實體在現實環境中的行為[3]，通過虛實映射、技術迭代、系統交互等手段，實現物理空間與虛擬空間交互映射的通用使能技術。人工智能、“3R”技術、協同計算、全息智能交互等信息化技術構成數字孿生技術的基石。它的互操作性、可擴展性、實時性等特點，能夠在最大程度上促進人類社會以全局視角統籌方向建設，以數字空間筑實現實底座，以虛擬智能控制實體運行，實現虛擬與現實空間的同步規劃與建設。

智慧檔案館是檔案數據、信息、情報、知識的綜合體，用來解決檔案收集、管理、保存、利用等問題的智慧化系統和平臺[4]，是在傳統實體檔案館和數字檔案館基礎上，將數據挖掘、語義分析、主動推送等智能高效的技術方法，與檔案館天然的資源優勢、豐厚的文化底蘊、檔案用戶的多元需求有效銜接起來，實現檔案數據、檔案實體、檔案環境、檔案人流等全方位的智能型管理。

2 數字孿生技術應用于智慧檔案館的情境

在AI、“3R”、全息智能交互等多元技術共同作用下，智慧檔案館能夠構建一個與檔案館物理實體幾乎一樣的具有多維智慧與泛在感知的“檔案館數字孿生模型”。基于此，本文從模擬交互情境、虛擬還原情境、突發應急情境三個方面，探討數字孿生技術應用于智慧檔案館的多維場景。

2.1 模擬交互情境下的用戶體驗

數字孿生技術具有眾多特點，包括雙向映射、動態模擬、實時連接等。一方面，將數字孿生技術應用于民眾喜聞樂見的檔案館展覽中，使檔案用戶能夠“沉浸”其中， 體味檔案的“原汁”面貌。最直接的表現就是將VR技術應用于在線游覽程序制作中，通過交互式展覽鼓勵用戶模擬互動。例如，美國“銘記珍珠港”APP利用VR技術使用戶可與幸存對象在虛擬環境中交流，與當時的文物、標志性照片和檔案視頻進行交互，將自己置身于歷史場景中，使用戶更能真切地感受檔案記憶，享受全息沉浸式體驗[5]。另一方面，智慧檔案館通過收集、挖掘、分析檔案用戶的行為數據與個人背景數據，構建檔案用戶孿生體，并自動生成檔案用戶與館員孿生體匹配模式。為用戶在生活、工作、學習等不同場景里提供精準化、個性化、多元化、自動化遠程服務，每位檔案用戶都將擁有自己的館員數字孿生體，使其充當智能顧問、答疑助手的角色，獲取24×365的全天候服務。

2.2 歷史真實情境下的虛擬還原

檔案館保存著諸多珍貴的檔案文獻遺產，它們是傳承中華文化、記載社會記憶的寶貴財富。但由于人工破壞、自然侵蝕、管理疏忽等各種因素，檔案文獻遺產損壞或丟失的現象時有發生。借助數字孿生技術能夠有效保護檔案文獻遺產，一方面，可以利用數字孿生技術在虛擬信息空間構建與現實物理世界中的物質文化遺產完全一致的數字孿生體，在對檔案文獻遺產進行操作處理之前，模擬出可能發生的狀況或可能引起的后果，提前制定防護措施、修復還原計劃[6]。另一方面，利用數字孿生技術還可以為檔案文獻遺產營造虛擬鏡像化的開發平臺，與增強現實、虛擬仿真、混合現實緊密結合，疊加虛擬現實維度，提供復原再現、可視化展示與沉浸式體驗功能[7]，為檔案文獻遺產保護與開發提供更多可能性，賦予其全新生命力。例如，可以通過數字孿生技術構建“數字敦煌”“南京大屠殺孿生檔案”，借助可視化技術予以傳播展示。

2.3 突發應急情境下的安全保障

2018年，一場出其不意的大火席卷了巴西國家博物館，2000萬件珍貴文物毀于一旦；2019年，法國巴黎圣母院發生火災，整座建筑損毀嚴重；2019年，深圳市檔案中心突然起火，深圳消防緊急出動，花了4個小時才把大火撲滅。這一起起觸目驚心的突發事件為檔案管理和保護敲響了警鐘。借用數字孿生的模擬仿真技術對檔案館突發事件進行預演，讓檔案管理人員筑牢突發應急機制，進行應急和災后策略測試和實驗。通過協同計算傳感技術、人工智能、物聯網等全面感知和實時監控檔案館建筑、檔案人員、紙質檔案、館內設施設備等要素數據，在孿生檔案館內形成全生命周期數據流。同時，借助預警機器人在館內各角落巡檢監控，實時采集并上報數據至孿生檔案館中，將館內各數據要素以不同閾值區別反映，如有數據異動、超出閾值情況發生，則立即報警，從而實現潛在風險問題準確識別、動態感知、實時反饋和事前防控。

3 基于數字孿生技術的智慧檔案館模型構建

3.1 數字孿生技術應用于智慧檔案館的運轉階段

在智慧檔案館空間構建中，數字孿生技術的運用可以全程對接實體空間和虛擬空間，并對智慧檔案館的發展進行全生命周期的識別、獲取、挖掘、計算和預測，大體而言此模型運轉有以下四個階段。

首先是現狀孿生。即對實體檔案館現狀進行全要素分析，悉數全面、確切精準、動態映射現有檔案館空間數據。只有采集到真實可靠、質量上乘的檔案館數據資源，才可以構建出完整、精確的檔案館孿生系統，并為檔案館孿生體的后續建設源源不斷地提供數據資源。其次是功能孿生。即在收到上傳的檔案館物理空間數據之后，建立智慧檔案館孿生體的過程。此階段建構的檔案館孿生體是各類型、各場景的孿生空間共同組成的一個大規模孿生體的集合，并對收集而來的孿生數據進行描述、建構、診斷、決策，通過人為干預和人工操作，對檔案館各種功能、館內情境進行模擬。最后是自主孿生。這是數字孿生技術下智慧檔案館建設的高級階段，具有自主互動、深度洞察、動態聯結等特點。這一階段，智慧檔案館與用戶之間的溝通交流不再受限于物理空間或實體人力資源，而是以數字虛擬、孿生空間為引擎和場域，實現以用戶為中心的主動服務。

3.2 數字孿生技術下智慧檔案館模型要素分析

應用數字孿生技術的智慧檔案館模型包括檔案館物理實體、檔案館虛擬孿生體、檔案孿生大數據、數字孿生體系四維運轉要素，其中檔案館虛擬孿生體模型和孿生大數據是核心。

3.2.1 根脈：要素豐富的智慧檔案館物理實體

檔案館物理實體是現實社會世界中檔案館客觀存在的各種資源與進程的集合，內涵要素豐富，包括檔案館物理環境中離散的、可識別的和可觀察的全面事物[8]。如檔案館實體空間、檔案館員、檔案用戶、檔案材料、館內設施裝備等事物。這是識別并獲取全要素物理資源，分析和預測虛擬模型的發展架構的基礎。只有全過程、全方面、全系統、全時空、全天候的檔案館物理實體的要素提取，才能保證檔案館在數字孿生技術下建構出完全映射、精準仿生的虛擬空間。

3.2.2 骨架：完全映射的智慧檔案館孿生空間

檔案館孿生空間是指在虛擬空間中構建的檔案館數字模型，其全面地描述了檔案館物理實體完整的場域和運行軌跡，本質是檔案館所有物理實體的數字化模型集合。這個完全映射的檔案館孿生空間在虛擬空間里起著“關鍵樞紐”的作用，所有從實體檔案館上傳而來的資源與要素在其中存儲和集成，融匯了檔案館物理世界的真實場景，能夠使檔案管理者通過該孿生空間便可“俯瞰”和掌控整個檔案館運行過程，從全局視角與宏觀立場設計和規劃檔案館建設的發展路徑，從而制定切實可行、科學合理的數字孿生智慧檔案館整體架構、運載路線、支撐設備和運行體系。

3.2.3 細胞：中樞驅動的檔案孿生大數據

數據是智慧檔案館的基礎，也是孿生檔案館的基礎。“檔案數據不僅是一種重要的數據記錄，也是重要的社會記憶”[9]。檔案孿生大數據作為整個虛擬孿生空間的驅動力，既蘊含了檔案館內基礎設施、服務資源、時空環境、保障維護、工作人員等在運行管理過程中遺留的數據痕跡，又包括了數字孿生應用下智慧檔案館的模擬仿真過程及其智能傳感體系的服務數據等[10]，共同匯聚成檔案孿生大數據，驅動和牽引著檔案館孿生系統的健康發展。總的來說，包括檔案館物理實體相關大數據、檔案館孿生模型相關大數據、數字孿生體系大數據以及前三者融合而成的集成大數據四個部分，在處理集成后也會有機融入到各階段中，推動各部分的健康運轉。

3.2.4 大腦：智控可用的數字孿生體系

數字孿生體系是檔案館孿生大數據驅動下各類數據資源、技術工具、服務場景、應用手段、業務流程、人員操作的功能整合、集體嵌入和匹配耦連，形成綜合化、系統化、聯動化的智能調控體系和運維終端，負責整個智慧檔案館系統的執行部署與監控的智用化操控與協作[11]。主要包括“算法、仿真、智能控制”三部分。智慧檔案館數字孿生體系通過算法運算、描摹、分析檔案館物理實體的各種資源要素、檔案館各項活動運轉規則原理、檔案館運行支撐技術方法，繼而進行原態仿真和虛化模擬，使檔案館孿生體與實體檔案館精準映射，高度逼真現實世界，形成智慧檔案館真實鏡像，從而使檔案管理者對智慧檔案館的統籌部署、宏觀規劃、管理運營更加精準、智能和可控。

3.3 數字孿生技術下智慧檔案館模型驅動原則

實現智慧檔案館數字孿生驅動的科學運用，需要對檔案館物理實體特征進行歸納統計與計算，并依憑檔案孿生大數據的交匯與剖析，將智慧檔案館孿生模型應用落地，具體而言應遵循以下原則：（1）檔案信息的物理融合。檔案館物理實體各要素的感知智聯、構建虛擬檔案館模型、檔案孿生大數據交匯等基本操作與運行階段均以檔案信息的物理融合為前提。這種融合貫穿于智慧檔案館模型構建與運行的全生命周期各個階段。（2）智慧檔案館四維模型的全息建構。四維虛擬模型是實現檔案館檔案用戶體驗、檔案文獻遺產保護還原、突發事件智能預警等各種情境最核心部分，四維虛擬模型的應用功能在數據驅動下將從理論變為現實。（3）動態實時交互連接的創建。檔案館物理實體、館際模型、孿生體系勾連為一個有機貫通的結構合體離不開模型內實時的動態連接，從而促使信息與數據能夠在各部分間互換和通遞。（4）檔案利用需求的最終導向。檔案利用服務將數字孿生應用形成的沉浸式體驗、個性化需求和實時性對話等功能通過最快速簡便的通道提供給檔案用戶，同時使檔案用戶獲得直觀的模擬互動。（5）得力團隊的高效運營。人才是數字孿生技術應用的根本保障，高效、高技術水準的運營團隊能夠指導頂層設計、技術應用、標準制定，降低重復與無效建設的風險，提高檔案館孿生體系建設的規范性與可行性，確保建設目標和任務順利實現。

4 結語

檔案館被譽為“記憶宮殿”，具有天然的文獻資源優勢和技術應用特質，需要超前時變、主動應變，擁抱新技術，將數字孿生技術鍛造成智慧檔案館進步升級的階梯，從而更好地支撐用戶服務、延展檔案館智慧功能、對接國家重大戰略。