數字孿生技術助力未來數字孿生圖書館應用探索*

吳銀燕 汪英姿

（常州大學圖書館，江蘇 常州 213164）

1 引言

近年來，人工智能、云計算、區塊鏈、物聯網等新技術推動全球經濟蓬勃發展，極大地改變了人們的生活。數字孿生作為一項嶄新的前沿技術，也逐漸滲透到各行各業。數字孿生技術是利用物理模型、運行歷史等數據對實體裝備進行實時、高精度模擬仿真的過程，將作為一種工具運用到多個行業和領域[1]。

圖書館作為公共文化服務機構，運用數字孿生技術可以讓圖書館在虛擬空間中建立高度仿真模型，在虛實結合中提高圖書館的服務效能。同時，可以將圖書館的資源和知識轉換為更豐富的形式，提高讀者的閱覽興趣，增強讀者對圖書館的黏性。此外，數字孿生技術的運用將有助于圖書館與其他領域的相互融合，做到圖書館與時代先進科學技術同頻發展。

2 數字孿生技術及其特征

2.1 數字孿生技術的起源和發展

2011年3月，美國空軍研究實驗室在演講中首次提出數字孿生（DigitalTwin）的概念[1]，隨后美國通用電氣公司向美國國防部提出數字孿生技術，并將此技術用于航空飛行器的維護。在虛擬數字空間中建立實體飛機模型，利用傳感器等技術同步飛機的真實飛行狀態數據，從而評估飛機性能，決定能否正常飛行。

2015年，世界各國開始陸續提出制造業戰略轉型策略，構建物理信息系統，實現物理工廠與信息化虛擬工廠的相互融合，實現智能制造。數字孿生技術作為實現實體工作與虛擬環境交互的工具，被中外學術界和企業家高度關注。隨后，有學者提出數字孿生城市概念，通過建立數字孿生城市模型輔助實體城市的規劃發展。從此，數字孿生技術開始風靡全球互聯網界和產業界。

2.2 數字孿生技術的內涵特征

數字孿生作為一項前沿科學技術，國內外學者對其特征和內涵的認識還存在差異。筆者從概念來分析，認為其特征主要體現在虛擬仿真、實時交互和科學預見3個方面。

（1）虛擬仿真。數字孿生技術實質上是構建一個與物理實體完全一樣的高度仿真的虛擬數字孿生體，其所有結構和數據都是參照物理實體構建，與物理實體高度一致。數字孿生體與物理實體之間實行數據交換和傳遞[2]。

（2）實時交互。數字孿生體通過模擬物理實體在不同場景下的全生命周期過程，實現對物理實體的高精度仿真。在這個過程中，數字孿生體與物理實體之間通過網絡傳輸技術進行實時數據傳遞。實體的運行數據同步映射到虛擬數字孿生體，虛擬數字孿生體通過人工智能、大數據、機器算法等技術模擬實體的運行過程，同時將數據信息反饋給物理實體[3]。

（3）科學預見。通過高精度模擬物理實體，在虛擬仿真世界中構建數字孿生體，對物理實體的運行狀態進行科學預見，便于對實體進行預判與不斷修正。當在產品制造過程中出現問題時，可以基于數字孿生體對生產流程進行分析調整，然后基于優化后的生產策略進行下一步生產。

3 建設數字孿生圖書館的內涵分析

3.1 建設數字孿生圖書館的必要性

2022年7月9日，首都經濟貿易大學與社會科學文獻出版社聯合發布《京津冀藍皮書：京津冀發展報告（2022）——數字經濟助推區域協同發展》，報告中顯示，數字城市建設是京津冀地區發展數字經濟的有力支撐[4]。河北雄安新區數字孿生城市建設已如火如荼展開，首個市場化項目——中國電信智慧城市產業園建設項目（一階段）率先封頂[5]。數字孿生城市的發展，離不開公共數字文化服務機構的建設，圖書館作為公共文化的建設和服務機構，理應融入數字孿生城市的建設和發展進程中。數字孿生技術是建設未來數字孿生圖書館的新興手段之一，它將支持未來圖書館走向可持續發展。

從社會與城市長遠規劃與發展的角度看，高新技術的融入和全面參與，必將使城市的規劃建設融入良性的綠色生態建設發展環境中，建立起持續更新和優化的創新服務知識體系。同時，數字孿生城市的建設和發展將帶動未來圖書館走向高速發展的快車道。

3.2 建設數字孿生圖書館的內涵分析

構建數字孿生圖書館，是實現實體圖書館在虛擬世界里的高度模擬仿真，是將數字孿生的理念、技術與圖書館空間、資源、服務、管理進行全方位、全過程的溝通和交融[6]。具體見圖1。

圖1 實體圖書館與數字孿生圖書館數據交互

數字孿生圖書館最大的亮點是它與實體圖書館完全同步，同步規劃、同步建設。此外，圖書館物理實體映射到虛擬仿真世界中，孿生圖書館依照實體圖書館的運行狀況進行動態更新、實時交互，全面直觀地反映整個圖書館的服務和管理流程。

數字孿生圖書館是與實體圖書館完全一致的高仿真模型，能夠科學預見圖書館的運行規律和發展趨勢。通過實時獲取實體圖書館的全過程、全空間數據，運用大數據、人工智能等算法和技術獲取和分析實體圖書館的狀態、規律，數字孿生模型可以模擬實體圖書館運行狀態，分析和發現問題，提出解決辦法，從而調整實體圖書館的服務和管理策略，映射到孿生圖書館，再進行模擬運行，直到狀態穩定[7]。

數字孿生圖書館管理系統采用多種先進技術建立智能顯示屏，將實體圖書館的實際運行狀態按類別顯示在屏幕上，便于圖書館員直觀地觀察和分析各種學術資源、服務空間、推廣活動的使用和參與情況，為實體圖書館建設提供參考和反饋。

4 數字孿生技術助力未來數字孿生圖書館發展路徑

圖書館館舍空間建設、讀者、服務活動、館藏資源和人力資源是保障圖書館運行和發展的幾個必不可少的因素。筆者將從4個方面探討數字孿生技術助力未來數字孿生圖書館的發展路徑，具體框架見圖2。

圖2 數字孿生圖書館框架

4.1 圖書館數字孿生空間

利用三維建模技術建立與圖書館物理空間完全一致的虛擬圖書館仿真模型[8]。實體圖書館中的書庫、書架、圖書、自助借還機、書目展覽、數據庫推介、閱覽室、學習空間、桌椅、辦公區等都在圖書館孿生空間中一比一呈現。在虛擬的圖書館孿生空間里，讀者可以整體感知圖書館的結構布局、館藏分布情況，便于讀者直觀地了解和認識圖書館。另外，在數字孿生圖書館里，可以運用美學思維，結合館員的經驗和智慧，實時調整自助借還機、展覽以及各種硬件設施的擺放位置和方式，為實體圖書館進行布局調整提供參考。

為便于新書上架，可在虛擬圖書館空間里統計新書的數量，預估其所占空間，模擬其所需書架分布，實體圖書館即可參照數字孿生圖書館中的排架進行新書上架，減輕調庫工作量。另外，對于“黨建知識”專題書展這一類活動，可以在孿生圖書館里建立虛擬的黨建知識專題書架，從各個書庫抽調相關的圖書，按類別擺放，設立專門的Logo，從而為實體圖書館設立專題書展提供參考模型。

在實體圖書館管理系統里，分時間、分時段統計圖書館入館人數、閱覽座位使用人數，映射到數字孿生圖書館中，在數字孿生圖書館中利用相關算法預估實體圖書館的人流量和入座率，便于實時調整借閱室開放數量和時間段?？荚囍芮跋?、考研階段、周末、寒暑假期間，可以借助數字孿生圖書館中分析的結果，調整閱覽室開放時間。

4.2 讀者孿生體

運用數字孿生技術，不僅可以構建虛擬圖書館，模擬圖書館不同的應用場景，還可以構建讀者孿生體。從圖書館管理系統中調取讀者的姓名、年齡、專業、年級、常用的檢索關鍵詞、借閱書目、借閱時間、借閱時長、常用數據庫、期刊瀏覽、論文下載等信息，構建讀者孿生體。通過模擬讀者在圖書館的各種需求，在虛擬圖書館中實時呈現，挖掘讀者在不同場景下的各種隱性需求，做到預見性、針對性服務，為圖書館精準推送服務奠定基礎，滿足讀者的個性化需求，打造讀者專屬的個人圖書館空間[9]。

針對新生，圖書館可以在管理系統中提取同一專業高年級讀者的相關數據信息，結合其借閱歷史、檢索關鍵詞、下載論文、所學專業等信息，預估新生可能感興趣的圖書、期刊、論文、數據庫，在入學之初推送給相關讀者，為他們未來的大學學習提供參考和借鑒。對于新入職的教職工，可以根據其研究方向、發表論文、研究課題等關鍵信息，推送與其專業相關的學術資源，做到有針對性服務。

4.3 數字孿生資源

館藏資源是圖書館的核心要素。構建數字孿生資源首先需要將圖書館的紙質資源數字化，在虛擬孿生圖書館中呈現數字化資源。在實體圖書館中構建資源畫像，建立資源元數據。在圖書館管理系統中對所有數字資源進行標引，建立資源元數據要素，包括資源所屬專業類別、資源類型、用戶群體、瀏覽次數、下載次數、用戶評價等信息[10]。在孿生圖書館中映射數字孿生資源，運用機器算法將數字孿生資源的元數據要素與讀者孿生體的屬性進行匹配，為資源尋找目標用戶，將實用的資源推送給有需求的讀者，方便讀者使用圖書館資源，提高圖書館資源利用率。具體如圖3所示。

圖3 圖書館資源與讀者匹配

一些珍貴的古籍文獻對庋藏和借閱的要求比較高，運用數字孿生技術生成數字孿生資源，可將原始文獻在虛擬世界中真實再現，方便讀者閱覽，減少借閱過程中對古籍文獻造成的損害。

4.4 數字孿生服務活動

圖書館是公共文化服務機構，服務是圖書館的立足之本。近年來，中國圖書館學會聯合全國各級公共圖書館在全國范圍內大力開展全民閱讀推廣活動。今后可借鑒雄安新區數字孿生城市建設思路[11]，運用數字孿生技術建設數字孿生圖書館，建立統一的數據管理平臺，解決各地區、各級圖書館之間數據不互通的問題，避免“信息孤島”。

將實體圖書館的服務活動在數字孿生城市或數字孿生圖書館中完整呈現，生成圖書館數字孿生服務活動，根據實體圖書館中的活動情況進行實時分析，開通讀者評價反饋渠道，在數字孿生服務活動中對活動方案進行調整，在虛擬世界里打造圖書館服務活動品牌，從而完美呈現在實體圖書館活動中，推動閱讀推廣活動取得滿意的效果。

5 結語

新技術的發展和數字孿生城市的出現必將帶動數字孿生圖書館的發展。圖書館作為公共文化服務機構，也必將迎來新的發展機遇。在數字孿生城市和數字孿生圖書館建設中，建設經費和科技是影響數字孿生技術運用的關鍵因素。圖書館要把握時代發展大潮，著力打造集文化與休閑旅游于一體的高吸引力的未來圖書館，為文化強國貢獻圖書館人的力量。