面向全周期管理的數(shù)字孿生圖書館理論模型、運(yùn)行機(jī)理與體系構(gòu)建研究

王璐 張興旺

摘 ? 要：數(shù)字孿生技術(shù)為實(shí)現(xiàn)圖書館全周期管理與信息物理融合提供了一種全新的策略與方法。文章提出了數(shù)字孿生圖書館五維模型，圍繞全周期管理理念對(duì)其運(yùn)行機(jī)理、體系架構(gòu)、關(guān)鍵技術(shù)、協(xié)同驅(qū)動(dòng)框架及其數(shù)字孿生模型構(gòu)建等進(jìn)行了分析，并在理論基礎(chǔ)上，對(duì)相應(yīng)的應(yīng)用情境進(jìn)行了分析。研究認(rèn)為：數(shù)字孿生圖書館主要由圖書館物理實(shí)體、數(shù)字孿生模型、數(shù)字孿生服務(wù)體系、孿生大數(shù)據(jù)與各部分間連接等五個(gè)部分組成;其全周期管理主要由知識(shí)服務(wù)生命周期環(huán)、數(shù)字孿生模型周期環(huán)和知識(shí)服務(wù)內(nèi)容周期環(huán)等三個(gè)環(huán)組成。

關(guān)鍵詞：全周期管理;數(shù)字孿生;數(shù)字孿生圖書館;虛實(shí)融合;以虛控實(shí)

中圖分類號(hào)：G250.7 ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? DOI：10.11968/tsyqb.1003-6938.2020085

Abstract Digital twin technology provides a new strategy and method for the realization of the integration of library full cycle management and Information Physics. This paper puts forward the five-dimensional model of digital twin library， analyzes its operation mechanism， architecture， key technology， collaborative driving framework and digital twin model construction around the concept of full cycle management， and analyzes the corresponding application situation on the basis of theory. The research shows that the digital twin library is mainly composed of five parts： the physical entity of the library， the digital twin model， the digital twin service system， the connection between the twin big data and each part; its full cycle management is mainly composed of three parts： the life cycle of knowledge service， the cycle of digital twin model and the cycle of knowledge service content.

Key words full cycle management; digital twin; digital twin library; virtual reality integration; virtual control of reality

1 ? 研究背景

圖書館物理實(shí)體與虛擬信息空間的深度融合是實(shí)現(xiàn)其智慧服務(wù)體系構(gòu)建的關(guān)鍵所在。在5G/6G、人工智能、數(shù)字孿生等新一代信息技術(shù)飛速發(fā)展的技術(shù)背景下，智慧服務(wù)模式的誕生給現(xiàn)有知識(shí)管理、知識(shí)生產(chǎn)模式帶來(lái)了重大變革與機(jī)遇。用戶智慧化知識(shí)服務(wù)需求與信息物理融合、泛在智能傳感與人工智能技術(shù)的深度融合逐漸成為未來(lái)圖書館建設(shè)與發(fā)展的重要趨勢(shì)[1]，但其在知識(shí)管理與知識(shí)服務(wù)的智慧化程度、能力、效率與水平等方面難如人意，始終面臨著一個(gè)巨大瓶頸——圖書館物理實(shí)體與虛擬空間的有效融合與交互，為此提出了數(shù)字孿生圖書館全周期管理的解決策略。

數(shù)字孿生（Digital Twin，DT）作為實(shí)現(xiàn)圖書館信息物理融合及其生命周期管理目標(biāo)的一個(gè)重要方法，為圖書館智慧服務(wù)體系構(gòu)建提供了一種新思路與新途徑。該概念最早在2003年由美國(guó)M.Grieves教授在介紹產(chǎn)品全生命周期管理時(shí)提出，直至2011年才引起政府、學(xué)界的廣泛認(rèn)同與關(guān)注[2]。自2016開始，Gartner連續(xù)四年將其列入十大顛覆性戰(zhàn)略技術(shù)趨勢(shì)[3]。自此其逐漸成為全球信息技術(shù)發(fā)展與科技創(chuàng)新的焦點(diǎn)話題，并被多個(gè)國(guó)家上升至國(guó)家戰(zhàn)略層面，視為國(guó)家智慧化建設(shè)與數(shù)字化轉(zhuǎn)型的重要內(nèi)容，如德國(guó)工業(yè)4.0計(jì)劃、美國(guó)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)戰(zhàn)略等，進(jìn)而提出數(shù)字孿生城市建設(shè)規(guī)劃與發(fā)展目標(biāo)[4]，如雄安新區(qū)數(shù)字孿生城市、虛擬新加坡、數(shù)字孿生巴黎等。因此，數(shù)字孿生技術(shù)為圖書館未來(lái)建設(shè)與發(fā)展提供了新思路與新途徑，采用數(shù)字孿生技術(shù)可對(duì)其智慧服務(wù)過(guò)程進(jìn)行高效系統(tǒng)地模擬仿真、預(yù)測(cè)分析與全域管控。

2 ? 理論分析

2.1 ? ?全周期管理與數(shù)字孿生圖書館

2020年3月10日、3月31日國(guó)家領(lǐng)導(dǎo)人在湖北武漢、浙江杭州調(diào)研時(shí)提出“樹立‘全周期管理意識(shí)”[5]“推動(dòng)城市治理體系和治理能力現(xiàn)代化”[6]。因此，將“全周期管理”意識(shí)引入圖書館基層治理體系，為努力探索其治理能力現(xiàn)代化新路子，尤其是為疫情之后圖書館管理與服務(wù)體系創(chuàng)新，提供了新思路與新理念。

圖書館全周期管理是指將圖書館所有元素視為一個(gè)自主生產(chǎn)、全面開放、關(guān)聯(lián)融合、動(dòng)態(tài)演化的有機(jī)生命體，從業(yè)務(wù)邏輯、系統(tǒng)要素、體系結(jié)構(gòu)、過(guò)程監(jiān)管、結(jié)果反饋等方面對(duì)其進(jìn)行全要素統(tǒng)籌、全流程管控和全周期管理，從而確保其整個(gè)管理與服務(wù)體系從初期的預(yù)測(cè)分析、中期的決策實(shí)施、后期的評(píng)價(jià)反饋，每一步都能按系統(tǒng)思維，將建設(shè)、管理和服務(wù)維度與各種要素進(jìn)行有機(jī)融合，建立智慧化、標(biāo)準(zhǔn)化、系統(tǒng)化的全周期管理體系與機(jī)制。

自20世紀(jì)60年代全生命周期（Life Cycle）理論被提出以來(lái)，其逐漸在航空航天、智能制造、智慧城市與知識(shí)管理等領(lǐng)域得到廣泛關(guān)注與應(yīng)用[7]。數(shù)字孿生衍生自全生命周期管理理論[8]，自2003年誕生之日起，就圍繞著數(shù)字化、智能化、虛實(shí)共生、以虛控實(shí)等關(guān)鍵問(wèn)題展開[9-10]，可用于實(shí)現(xiàn)不同應(yīng)用領(lǐng)域中相應(yīng)知識(shí)資源的全周期管理、信息資源整合與智慧服務(wù)，并提供相應(yīng)的決策優(yōu)化支持[11]。陶飛等[12]對(duì)數(shù)字孿生概念、內(nèi)涵與特征等進(jìn)行了分析，并提出數(shù)字孿生是以數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的全要素、全流程、全業(yè)務(wù)集成與融合。向峰等[13]認(rèn)為數(shù)字孿生是從要素、物理、行為、規(guī)則與集合等方面對(duì)相關(guān)實(shí)體資源進(jìn)行模擬，實(shí)現(xiàn)其實(shí)時(shí)和高保真的虛擬映射、全生命周期的數(shù)據(jù)管理與模擬融合、多維的虛實(shí)交互與大數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng);陶飛[14]等提出了物理實(shí)體、虛擬實(shí)體、服務(wù)、孿生大數(shù)據(jù)、各部分間連接的五維數(shù)字孿生模型;趙浩然等[15]對(duì)數(shù)字孿生技術(shù)的內(nèi)涵、體系結(jié)構(gòu)與發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了分析，并指出數(shù)字孿生既是一種思想與理念，也是一種技術(shù)與方法。

2.2 ? ?數(shù)字孿生圖書館五維模型

數(shù)字孿生圖書館主要是指利用圖書館物理實(shí)體模型、泛在物聯(lián)智能傳感體系，及其相應(yīng)的建設(shè)、管理、服務(wù)歷史數(shù)據(jù)與運(yùn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，在對(duì)應(yīng)的虛擬知識(shí)空間中以數(shù)字化、模型化形式建立圖書館物理實(shí)體的多維、多尺度、多物理量的動(dòng)態(tài)虛擬模型，來(lái)反映其相應(yīng)的要素、對(duì)象、屬性、行為、規(guī)則與邏輯的全生命周期管理過(guò)程。其主要由圖書館物理實(shí)體、數(shù)字孿生模型、數(shù)字孿生服務(wù)體系、孿生大數(shù)據(jù)與各部分間連接等五個(gè)部分組成[16]。

依據(jù)陶飛等提出的數(shù)字孿生理論模型，結(jié)合圖書館管理與服務(wù)實(shí)際，提出相應(yīng)的數(shù)字孿生圖書館五維模型（見圖1），該模型以智慧服務(wù)資源的協(xié)同開發(fā)貫穿于其全周期管理過(guò)程，并通過(guò)相應(yīng)的孿生大數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)，將圖書館物理實(shí)體與虛擬信息空間進(jìn)行有效融合。其模型表示為L(zhǎng)ibDT={Lpe，Vis，Dtd，Tst，Cit}。

該模型能滿足其圖書館全周期管理的新需求。其中，LibDT表示一個(gè)通用型的數(shù)字孿生圖書館體系架構(gòu)，可應(yīng)用于圖書館所有相關(guān)要素與對(duì)象，其五維模型能將圖書館及其已有知識(shí)資源、服務(wù)資源、軟硬件設(shè)施、網(wǎng)絡(luò)環(huán)境、信息技術(shù)、業(yè)務(wù)規(guī)則、管理與服務(wù)行為等進(jìn)行有效融合與集成，來(lái)滿足其物理實(shí)體與信息空間的實(shí)時(shí)雙向映射、虛實(shí)融合與交互等需求。Lpe表示圖書館物理實(shí)體，是數(shù)字孿生圖書館的物理基礎(chǔ)，是LibDT建設(shè)與發(fā)展、管理與服務(wù)的前提。Vis表示圖書館數(shù)字孿生模型，是對(duì)圖書館物理實(shí)體的完全映射，是圖書館所有資源、要素、過(guò)程、行為、規(guī)則與邏輯的數(shù)字孿生模型集合，主要包括幾何模型（Gs）、物理模型、行為模型、規(guī)則模型和要素模型等。Tst表示數(shù)字孿生服務(wù)體系，主要指數(shù)字孿生圖書館運(yùn)行過(guò)程中所有相關(guān)數(shù)據(jù)、服務(wù)、應(yīng)用、模型、業(yè)務(wù)與規(guī)則等業(yè)務(wù)邏輯，以及相關(guān)接口、中間件、業(yè)務(wù)引擎與工具模塊等功能模塊的集合，主要對(duì)該模型的運(yùn)行進(jìn)行智能管控與協(xié)同驅(qū)動(dòng)。Dtd表示孿生大數(shù)據(jù)，是數(shù)字孿生圖書館正常運(yùn)轉(zhuǎn)的驅(qū)動(dòng)力，主要包括圖書館物理實(shí)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)字孿生服務(wù)體系相關(guān)大數(shù)據(jù)，以及該模型運(yùn)轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的其他所有相關(guān)大數(shù)據(jù)。Cit表示Lpe、Vis、Dtd與Tst各部分之間的相互連接。

3 ? 面向全周期管理的數(shù)字孿生圖書館運(yùn)行機(jī)理

3.1 ? ?運(yùn)行機(jī)理

面向全周期管理的數(shù)字孿生圖書館服務(wù)體系結(jié)構(gòu)主要由知識(shí)服務(wù)生命周期環(huán)、數(shù)字孿生模型周期環(huán)和知識(shí)服務(wù)內(nèi)容周期環(huán)等三個(gè)環(huán)組成（見圖2）。其中，知識(shí)服務(wù)生命周期環(huán)包括服務(wù)需求、服務(wù)行為設(shè)計(jì)、服務(wù)模型構(gòu)建、服務(wù)資源協(xié)調(diào)、服務(wù)執(zhí)行優(yōu)化、服務(wù)過(guò)程管控、服務(wù)結(jié)果評(píng)價(jià)等階段;數(shù)字孿生周期環(huán)包括服務(wù)需求全內(nèi)容、服務(wù)行為全流程、服務(wù)資源全要素、服務(wù)資源協(xié)調(diào)全過(guò)程、服務(wù)執(zhí)行全業(yè)務(wù)等數(shù)字孿生體;知識(shí)服務(wù)內(nèi)容周期環(huán)包括面向空間資源/設(shè)施資源/設(shè)備資源的服務(wù)、面向數(shù)據(jù)資源/信息資源/知識(shí)資源的服務(wù)、面向?qū)W科服務(wù)/閱讀推廣/專業(yè)服務(wù)的服務(wù)等。

在面向全周期管理的數(shù)字孿生圖書館服務(wù)體系結(jié)構(gòu)中，知識(shí)服務(wù)生命周期環(huán)是物理環(huán)，數(shù)字孿生模型周期環(huán)是虛擬環(huán)，知識(shí)服務(wù)內(nèi)容周期環(huán)是其核心環(huán)，支撐著知識(shí)服務(wù)生命周期環(huán)與數(shù)字孿生模型周期環(huán)的運(yùn)行。三者彼此融合與交互，按照五維模型的運(yùn)行模式，在其全周期管理的不同階段進(jìn)行實(shí)時(shí)雙向映射和迭代優(yōu)化，支撐著整個(gè)數(shù)字孿生圖書館的運(yùn)行。

3.2 ? ?知識(shí)服務(wù)生命周期環(huán)

知識(shí)服務(wù)生命周期環(huán)與服務(wù)內(nèi)容周期環(huán)之間是深度融合、協(xié)同驅(qū)動(dòng)的關(guān)系（見圖3）。其服務(wù)需求、需求認(rèn)知與服務(wù)行為設(shè)計(jì)、服務(wù)模式構(gòu)建與技術(shù)設(shè)計(jì)等環(huán)節(jié)基本確定了圖書館所需空間資源、設(shè)施資源與設(shè)備資源。數(shù)據(jù)資源、信息資源、知識(shí)資源的篩選與整合主要在服務(wù)資源協(xié)調(diào)、配置、執(zhí)行優(yōu)化與匹配等環(huán)節(jié)完成，并根據(jù)實(shí)際需求協(xié)調(diào)配置相應(yīng)的空間資源、設(shè)施資源與設(shè)備資源，以滿足用戶的多元化、智慧化知識(shí)服務(wù)需求。服務(wù)運(yùn)行、檢測(cè)與管控環(huán)節(jié)是面向具體的服務(wù)形式與服務(wù)內(nèi)容，對(duì)其空間資源、設(shè)施資源與設(shè)備資源等運(yùn)行狀況、性能、故障等進(jìn)行預(yù)測(cè)與分析，進(jìn)而對(duì)其管理與服務(wù)模式進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。

3.3 ? ?數(shù)字孿生模型周期環(huán)

莊存波等[17]認(rèn)為行為數(shù)字孿生體是指物理實(shí)體的運(yùn)行狀況和行為規(guī)則在虛擬信息空間中的全要素、全流程與全業(yè)務(wù)的實(shí)時(shí)映射與數(shù)字化重構(gòu)，是用來(lái)預(yù)測(cè)、管控、模擬和監(jiān)測(cè)物理實(shí)體在現(xiàn)實(shí)世界中的狀況與行為。

數(shù)字孿生模型是與圖書館物理實(shí)體完全映射的數(shù)字模型，能全業(yè)務(wù)、全要素、全流程的實(shí)時(shí)雙向映射物理實(shí)體的要素、對(duì)象、屬性、行為、規(guī)則與邏輯。數(shù)字孿生模型周期環(huán)為虛擬環(huán)，與知識(shí)服務(wù)生命周期環(huán)是實(shí)時(shí)雙向映射與交互的。在用戶服務(wù)需求環(huán)節(jié)構(gòu)建的虛擬數(shù)字模型與空間稱之為服務(wù)需求全內(nèi)容數(shù)字孿生體。在服務(wù)行為設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)構(gòu)建的虛擬數(shù)字模型與空間稱之為服務(wù)行為全流程數(shù)字孿生體。在服務(wù)模式構(gòu)建與技術(shù)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)構(gòu)建的是服務(wù)資源全要素?cái)?shù)字孿生體，包括所有相關(guān)的對(duì)象、屬性、行為、規(guī)則與邏輯等圖書館全要素的虛擬數(shù)字模型，這些資源要素彼此之間相互協(xié)調(diào)與兼容，才能有效支撐數(shù)字孿生圖書館的有效運(yùn)轉(zhuǎn)。在服務(wù)執(zhí)行優(yōu)化與匹配階段構(gòu)建的是資源協(xié)調(diào)全過(guò)程數(shù)字孿生體，它與后續(xù)的服務(wù)執(zhí)行全業(yè)務(wù)數(shù)字孿生體一起支撐服務(wù)執(zhí)行狀況的管控與監(jiān)測(cè)，并對(duì)可能出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行預(yù)測(cè)與處理。

3.4 ? ?知識(shí)服務(wù)內(nèi)容周期環(huán)

知識(shí)服務(wù)內(nèi)容周期環(huán)主要包括面向空間、設(shè)施與設(shè)備資源的服務(wù);面向數(shù)據(jù)、信息與知識(shí)資源的服務(wù);面向?qū)W科服務(wù)、閱讀推廣與專業(yè)服務(wù)等一系列服務(wù)內(nèi)容，支撐著相應(yīng)的圖書館服務(wù)體系的全周期管理的運(yùn)行與發(fā)展。同時(shí)，也基于所有數(shù)字孿生體進(jìn)行服務(wù)資源協(xié)調(diào)配置與服務(wù)過(guò)程執(zhí)行管控，來(lái)滿足不同類型用戶的多元化、智慧化知識(shí)服務(wù)需求。

4 ? 面向全周期管理的數(shù)字孿生圖書館體系構(gòu)建

4.1 ? ?體系架構(gòu)與關(guān)鍵技術(shù)

數(shù)字孿生圖書館是一個(gè)多學(xué)科、多技術(shù)、多領(lǐng)域融合的復(fù)雜生命體，其本質(zhì)是智慧化孿生大數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的數(shù)據(jù)閉環(huán)賦能體系，通過(guò)圖書館物理實(shí)體與虛擬信息空間的實(shí)時(shí)雙向映射與交互達(dá)到虛實(shí)融合、以虛控實(shí)的目的。在其五維模型與運(yùn)行機(jī)理基礎(chǔ)上，構(gòu)建相應(yīng)的體系結(jié)構(gòu)，共分為三層（見圖4）。

（1）圖書館物理實(shí)體層。該層是圖書館物理實(shí)體資源的主體，主要包括實(shí)體建筑、空間資源與人員等實(shí)體資源，圖書、期刊、報(bào)紙、數(shù)據(jù)、信息與知識(shí)資源等知識(shí)資源，RFID軟硬件設(shè)施、智聯(lián)物聯(lián)傳感設(shè)施與泛在智能網(wǎng)絡(luò)等設(shè)備設(shè)施資源，相關(guān)要素、行為、規(guī)則、邏輯、對(duì)象與屬性等業(yè)務(wù)邏輯資源，將其進(jìn)行有效融合，為實(shí)現(xiàn)數(shù)字孿生圖書館的建設(shè)、管理與服務(wù)活動(dòng)提供支持。

（2）數(shù)字孿生模型層。該層是數(shù)字孿生圖書館的關(guān)鍵與核心，由孿生大數(shù)據(jù)與數(shù)字模型組成。其中數(shù)字模型是相關(guān)實(shí)體資源的數(shù)字化映射，是實(shí)體資源幾何特征、物理屬性等全要素表達(dá)的真實(shí)映射。孿生大數(shù)據(jù)主要由圖書館物理實(shí)體大數(shù)據(jù)、數(shù)字孿生模型大數(shù)據(jù)、數(shù)字孿生服務(wù)體系大數(shù)據(jù)、與其他相關(guān)大數(shù)據(jù)組成。將二者有機(jī)融合在一起就形成其相應(yīng)的數(shù)字孿生模型。其是對(duì)圖書館建設(shè)、管理與服務(wù)過(guò)程的數(shù)字化重構(gòu)，主要是在虛擬信息空間中對(duì)物理實(shí)體資源的要素、行為、規(guī)則、邏輯、對(duì)象與屬性等進(jìn)行實(shí)時(shí)雙向映射。該層主要解決其物理實(shí)體資源在虛擬信息空間中的虛擬化模擬仿真、協(xié)同分析、泛在感知、迭代優(yōu)化與智能決策等功能。

（3）應(yīng)用服務(wù)層。該層主要面向用戶，通過(guò)數(shù)字孿生模型在虛擬信息空間中實(shí)時(shí)映射其實(shí)體資源建設(shè)、管理與服務(wù)過(guò)程，從而實(shí)現(xiàn)其實(shí)體資源數(shù)據(jù)信息的快速測(cè)繪采集、圖書館實(shí)體資源數(shù)據(jù)的真實(shí)“讀寫”、海量孿生大數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)處理、圖書館自我學(xué)習(xí)智慧成長(zhǎng)的智能推動(dòng)、圖書館“前世今生”的精準(zhǔn)描述與圖書館未來(lái)運(yùn)行態(tài)勢(shì)的智能推演。

4.2 ? ?關(guān)鍵技術(shù)分析

根據(jù)以上分析構(gòu)建的數(shù)字孿生圖書館體系結(jié)構(gòu)，其應(yīng)用服務(wù)層的功能是其目的，相應(yīng)的孿生大數(shù)據(jù)的獲取、數(shù)字孿生模型的構(gòu)建、實(shí)體資源實(shí)時(shí)雙向映射是整個(gè)體系結(jié)構(gòu)的核心與關(guān)鍵。由此可認(rèn)為其關(guān)鍵技術(shù)主要包括以下四個(gè)方面：

（1）數(shù)字孿生模型構(gòu)建技術(shù)。數(shù)字孿生模型是數(shù)字孿生圖書館建設(shè)的核心，是精準(zhǔn)描繪圖書館物理實(shí)體與服務(wù)過(guò)程細(xì)節(jié)、精準(zhǔn)描述其發(fā)展歷程、預(yù)測(cè)其未來(lái)發(fā)展態(tài)勢(shì)的智能化信息載體。該模型構(gòu)建需要搭建統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)化業(yè)務(wù)邏輯框架，針對(duì)其多樣化的實(shí)體資源類型、智能化的服務(wù)資源協(xié)調(diào)與多元化的孿生大數(shù)據(jù)，構(gòu)建相應(yīng)的數(shù)字孿生模型。

（2）圖書館物理實(shí)體多源異構(gòu)的孿生大數(shù)據(jù)采集技術(shù)。圖書館物理實(shí)體資源涉及面非常廣，包含了相應(yīng)的物理建筑、基礎(chǔ)設(shè)施、空間資源、網(wǎng)絡(luò)環(huán)境、人員與知識(shí)資源等不同類型要素，且相同要素也存在大量不同標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)格和技術(shù)的設(shè)備設(shè)施，這些類型、規(guī)模、特征各異的設(shè)備設(shè)施所蘊(yùn)含或產(chǎn)生的數(shù)據(jù)類型、規(guī)模與結(jié)構(gòu)也各不相同。為有效實(shí)現(xiàn)其虛擬信息空間與物理實(shí)體的實(shí)時(shí)雙向映射與交互，智能精準(zhǔn)、安全可信、穩(wěn)定高效的數(shù)據(jù)采集技術(shù)就顯得更為重要。因此，多源異構(gòu)的孿生大數(shù)據(jù)采集技術(shù)是數(shù)字孿生圖書館體系構(gòu)建的關(guān)鍵與基礎(chǔ)。

（3）實(shí)體資源及其數(shù)字孿生模型之間的實(shí)時(shí)雙向映射技術(shù)。一方面，實(shí)體資源狀況實(shí)時(shí)映射到其對(duì)應(yīng)的數(shù)字孿生模型中，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)其全面、精準(zhǔn)刻畫與映射，達(dá)到虛實(shí)融合的目的;另一方面，數(shù)字孿生模型對(duì)物理實(shí)體的實(shí)時(shí)映射，能夠?qū)D書館物理實(shí)體的運(yùn)行態(tài)勢(shì)、發(fā)展規(guī)律進(jìn)行預(yù)測(cè)，并根據(jù)預(yù)測(cè)分析結(jié)果對(duì)實(shí)體資源的行為、動(dòng)作與狀況進(jìn)行協(xié)調(diào)管控，達(dá)到以虛控實(shí)的目的。所以，二者實(shí)時(shí)雙向映射是達(dá)到虛實(shí)融合、以虛控實(shí)的關(guān)鍵所在，能為數(shù)字孿生圖書館建設(shè)提供基礎(chǔ)性技術(shù)與服務(wù)支撐。

（4）數(shù)字孿生圖書館的自我學(xué)習(xí)智慧成長(zhǎng)技術(shù)。自我學(xué)習(xí)、智慧成長(zhǎng)是數(shù)字孿生圖書館典型的兩個(gè)特征。它通過(guò)搭建的全方位的泛在智能物聯(lián)感知體系，給所有相關(guān)要素、資源、流程與規(guī)則等分別賦予唯一數(shù)字標(biāo)識(shí)，結(jié)合所構(gòu)建的全域智慧服務(wù)體系，實(shí)現(xiàn)其全域協(xié)同治理、態(tài)勢(shì)智能感知決策、服務(wù)需求提前預(yù)判、問(wèn)題智能感應(yīng)處理與服務(wù)資源智能協(xié)調(diào)等功能，來(lái)達(dá)到自我進(jìn)化與智慧生長(zhǎng)的目的。因此，相應(yīng)的自我學(xué)習(xí)智慧成長(zhǎng)技術(shù)就成為其關(guān)鍵技術(shù)之一。

4.3 ? ?協(xié)同驅(qū)動(dòng)框架

根據(jù)以上分析，在數(shù)字孿生圖書館中，虛擬信息空間中的數(shù)字孿生模型與現(xiàn)實(shí)物理實(shí)體的智慧服務(wù)過(guò)程通過(guò)數(shù)字孿生服務(wù)體系進(jìn)行實(shí)時(shí)雙向映射與交互，據(jù)此構(gòu)建了相應(yīng)的面向全周期管理的數(shù)字孿生圖書館服務(wù)體系的協(xié)同驅(qū)動(dòng)框架（見圖5）。

其協(xié)同驅(qū)動(dòng)框架體系按系統(tǒng)方法論中的V字型結(jié)構(gòu)，在孿生大數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)下圍繞其數(shù)字孿生服務(wù)體系對(duì)其圖書館物理實(shí)體與虛擬信息空間進(jìn)行了有效連接。由圖5可見，右邊是由下至上的圖書館實(shí)體資源整合過(guò)程，左邊是由上至下的虛擬服務(wù)設(shè)計(jì)過(guò)程。其中，實(shí)體資源整合過(guò)程主要包括其相關(guān)空間、設(shè)施、社會(huì)資源、數(shù)據(jù)、信息與知識(shí)資源等實(shí)體資源建模、服務(wù)資源整合與協(xié)調(diào)以及相應(yīng)的數(shù)字孿生體生成，分別對(duì)應(yīng)著智慧化設(shè)計(jì)空間的資源域、整合域、行為域，且均為智慧域的子集。虛擬服務(wù)設(shè)計(jì)過(guò)程主要包括相應(yīng)的服務(wù)需求分析、服務(wù)行為分析、服務(wù)設(shè)計(jì)執(zhí)行，分別對(duì)應(yīng)智慧服務(wù)空間的用戶域、服務(wù)域、行為域、體系域。其中，各個(gè)環(huán)節(jié)之間交互與執(zhí)行是由相應(yīng)的孿生大數(shù)據(jù)來(lái)協(xié)同驅(qū)動(dòng)，且每個(gè)服務(wù)業(yè)務(wù)均可采用數(shù)學(xué)建模、計(jì)算機(jī)仿真方法對(duì)相應(yīng)服務(wù)需求、要素、物理、行為、規(guī)則、屬性與特征等進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化描述與建模，得到相應(yīng)的數(shù)字模型，進(jìn)而有效組合形成相應(yīng)的數(shù)字孿生模型。

5.2 ? ?圖書館智慧管理模擬：形成全貌的一體化治理

數(shù)字孿生圖書館可立足于圖書館決策、建設(shè)、運(yùn)營(yíng)、管理與服務(wù)需求，將其各領(lǐng)域相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行深度融合與有效關(guān)聯(lián)，實(shí)時(shí)展示圖書館運(yùn)行全貌，形成實(shí)時(shí)雙向映射、虛實(shí)交互、精準(zhǔn)監(jiān)測(cè)、智慧管理、協(xié)同驅(qū)動(dòng)的圖書館一體化治理體系。

（1）基于智能預(yù)測(cè)推演實(shí)現(xiàn)圖書館運(yùn)行全貌的一體化治理。根據(jù)圖書館數(shù)字孿生模型及疊加其上的多源孿生大數(shù)據(jù)，構(gòu)建智慧、精準(zhǔn)、動(dòng)態(tài)的圖書館智慧大腦，通過(guò)模擬仿真、智能預(yù)測(cè)與深度學(xué)習(xí)，發(fā)現(xiàn)圖書館復(fù)雜管理服務(wù)規(guī)律、資源間潛在關(guān)聯(lián)關(guān)系、知識(shí)組織隱性規(guī)律與運(yùn)行機(jī)理，解決存在的各類難題，形成圖書館全貌的一體化治理與協(xié)同驅(qū)動(dòng)模式，幫助相關(guān)決策者、管理者、館員與用戶們從不同視角來(lái)體驗(yàn)與認(rèn)知其發(fā)展歷史，分析與掌握其發(fā)展現(xiàn)狀，預(yù)測(cè)與推演其趨勢(shì)規(guī)律。

（2）基于全域智能感知實(shí)現(xiàn)圖書館全要素的一體化管理。圖書館構(gòu)成要素管理是其建設(shè)與管理的重點(diǎn)與難點(diǎn)。一方面，隨著圖書館泛在化、智慧化與虛擬化發(fā)展，其構(gòu)成要素的類型、數(shù)量呈指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)趨勢(shì)，管理復(fù)雜度劇增;另一方面，圖書館構(gòu)成要素廣泛分布于其管理與服務(wù)全流程。在數(shù)字孿生圖書館中，通過(guò)全覆蓋統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的全域數(shù)字化標(biāo)識(shí)體系、全方位立體部署的智能物聯(lián)感知體系與全時(shí)空安全可信的網(wǎng)絡(luò)安全環(huán)境，為圖書館的全部構(gòu)成要素、軟硬件基礎(chǔ)設(shè)施，甚至是水、電、空調(diào)、服務(wù)空間等服務(wù)資源賦予唯一的數(shù)字化標(biāo)識(shí)體系，實(shí)現(xiàn)其全要素的智能感知、實(shí)時(shí)分析、協(xié)同管控與高效處理。

5.3 ? ?圖書館智慧服務(wù)模擬：體驗(yàn)全新的智慧化服務(wù)

數(shù)字孿生智慧服務(wù)體系具備四個(gè)特征：一是從數(shù)據(jù)與信息資源到服務(wù)孿生大數(shù)據(jù)的跨越;二是知識(shí)實(shí)體與知識(shí)空間的實(shí)時(shí)雙向映射[19];三是信息服務(wù)從割裂隔離到深度融合的轉(zhuǎn)變;四是服務(wù)體系的自我學(xué)習(xí)與智慧成長(zhǎng)。其智慧服務(wù)體系協(xié)同驅(qū)動(dòng)的智能化模擬仿真和沉浸式虛實(shí)交互，能再造知識(shí)生產(chǎn)內(nèi)容，重構(gòu)知識(shí)服務(wù)體系，重塑知識(shí)傳播形式，進(jìn)而有效提升其智慧服務(wù)效率與質(zhì)量。

（1）基于數(shù)字孿生畫像提升智慧服務(wù)的精準(zhǔn)性。采用數(shù)字孿生技術(shù)加速構(gòu)建基于個(gè)性化服務(wù)需求、多元化服務(wù)特征與多維度生理指標(biāo)的用戶數(shù)字孿生畫像，賦予圖書館“透視”智慧服務(wù)能力，提高智慧服務(wù)的精準(zhǔn)性。通過(guò)打造全覆蓋的智能物聯(lián)感知體系，打造圖書館數(shù)字孿生智慧大腦，在做好數(shù)據(jù)與網(wǎng)絡(luò)安全基礎(chǔ)上，智能繪制與監(jiān)測(cè)圖書館、用戶與第三方運(yùn)營(yíng)者的行為、心理、生理等多維度數(shù)據(jù)立體畫像，搭建以人為本、智慧精準(zhǔn)、安全可信、全時(shí)空服務(wù)的智慧服務(wù)體系。

（2）基于數(shù)字孿生空間實(shí)現(xiàn)智慧服務(wù)的全息化。數(shù)字孿生圖書館中，智能物聯(lián)感知體系的高精度感知與全方位部署，結(jié)合5G/6G、霧計(jì)算與邊緣計(jì)算等技術(shù)，能對(duì)其進(jìn)行全要素精準(zhǔn)“繪制”，使得圖書館實(shí)體資源的全域感知與全息映射，成為常態(tài)。使得圖書館一桌一椅、一書一架、一人一位、一花一草，均能以特定頻率更新狀況和位置信息，真正形成圖書館“全息”數(shù)字孿生空間。將全要素、全業(yè)務(wù)、全內(nèi)容與全流程等以文字、圖像、聲音、視頻、模型等多種形式進(jìn)行智能配置，讓知識(shí)服務(wù)與交互過(guò)程可感可視，知識(shí)生產(chǎn)、知識(shí)服務(wù)與知識(shí)傳播更為高效直觀。

5.4 ? ?圖書館應(yīng)急演練模擬：打造全面的虛擬化預(yù)案

火災(zāi)、疫情等突發(fā)事件的不確定性與動(dòng)態(tài)演化性，使圖書館難以預(yù)測(cè)、消除其帶來(lái)的潛在威脅與破壞，只能在盡可能情況下減緩或降低其帶來(lái)的傷害與損失[20]。針對(duì)這一情境，數(shù)字孿生圖書館可模擬仿真突發(fā)事件的真實(shí)情境（如火災(zāi)、雪災(zāi)、暴雨或疫情等），讓圖書館與用戶能獲取沉浸式、情境化體驗(yàn)感受，幫助圖書館及時(shí)、有效的應(yīng)對(duì)或預(yù)防突發(fā)事件帶來(lái)的損失。

（1）基于“情境-應(yīng)對(duì)”模式實(shí)現(xiàn)應(yīng)急預(yù)案仿真。按照“情境-應(yīng)對(duì)”模式構(gòu)建相應(yīng)的數(shù)字孿生模型。在構(gòu)建的數(shù)字孿生模型基礎(chǔ)上對(duì)自然災(zāi)害、公共安全、事故等突發(fā)事件及其應(yīng)急預(yù)案的全要素進(jìn)行精準(zhǔn)“描繪”，對(duì)整個(gè)突發(fā)事件的處理全過(guò)程、全業(yè)務(wù)、全要素進(jìn)行模擬仿真，并對(duì)整個(gè)模擬仿真過(guò)程、應(yīng)急資源的協(xié)調(diào)情況、應(yīng)急預(yù)案的執(zhí)行效率等內(nèi)容進(jìn)行全面、真實(shí)、客觀的評(píng)價(jià)。

（2）基于“三維-還原”模式實(shí)現(xiàn)應(yīng)急環(huán)境重建。采用新型測(cè)繪與智能物聯(lián)感知技術(shù)，真實(shí)、客觀、迅速地重建自然災(zāi)害、公共安全等突發(fā)事件引起的應(yīng)急現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境，為圖書館決策者、管理者與用戶進(jìn)行局勢(shì)研判、事件分析、隱患排查、事后重建等業(yè)務(wù)提供了高精度、高可靠的數(shù)據(jù)保障，為其應(yīng)急預(yù)案制定提供了有效保障。

（3）基于“演練-模擬”模式實(shí)現(xiàn)應(yīng)急預(yù)案演習(xí)。針對(duì)應(yīng)急預(yù)案的角色定位，在數(shù)字孿生空間中分別對(duì)其進(jìn)行模擬演練，從而達(dá)到其應(yīng)急預(yù)案優(yōu)化、用戶應(yīng)急意識(shí)培育與圖書館應(yīng)急措施演練的目的。在具體模擬過(guò)程中，預(yù)先設(shè)置其突發(fā)事件激發(fā)閾值，一旦觸發(fā)該事件，則驅(qū)動(dòng)相關(guān)用戶根據(jù)自身角色定位按照既定步驟與要求執(zhí)行演練，并對(duì)其行為產(chǎn)生的一系列影響進(jìn)行模擬仿真，同時(shí)需對(duì)整個(gè)過(guò)程進(jìn)行評(píng)估與優(yōu)化。

6 ? 結(jié)語(yǔ)

數(shù)字孿生理念與技術(shù)自誕生以來(lái)就受到政府、工業(yè)界與學(xué)術(shù)界的廣泛關(guān)注與高度認(rèn)同。當(dāng)前，各領(lǐng)域、各地區(qū)對(duì)數(shù)字孿生理論研究與技術(shù)應(yīng)用的需求非常強(qiáng)烈，但其究竟如何構(gòu)建，仍是未知之?dāng)?shù)，其理論體系、技術(shù)方法與應(yīng)用推廣亟待統(tǒng)一規(guī)范。本文將數(shù)字孿生理論與技術(shù)引入圖書館領(lǐng)域，提出數(shù)字孿生圖書館的全周期管理理念，通過(guò)對(duì)其所涉及到的理論體系、技術(shù)方法、運(yùn)行機(jī)理，以及相應(yīng)的應(yīng)用情境進(jìn)行分析，試圖為數(shù)字孿生圖書館建設(shè)、發(fā)展與研究提供一定的參考與借鑒。

從未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看，隨著數(shù)字孿生理論與技術(shù)研究的不斷深入與完善，圖書館未來(lái)的管理與服務(wù)場(chǎng)景將可能會(huì)發(fā)生巨大變化，超級(jí)智慧服務(wù)時(shí)代即將來(lái)臨。同時(shí)，先進(jìn)管理服務(wù)理念、技術(shù)集成創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)將可能會(huì)給智慧圖書館現(xiàn)有理念、技術(shù)與產(chǎn)業(yè)格局帶來(lái)一定變化，促使其發(fā)展與研究重心發(fā)生偏移。

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作者簡(jiǎn)介：王璐（1979-），男，中國(guó)地質(zhì)大學(xué)馬克思主義學(xué)院博士研究生，桂林理工大學(xué)旅游與風(fēng)景園林學(xué)院副教授;張興旺（1982-），男，桂林理工大學(xué)旅游與風(fēng)景園林學(xué)院研究館員，碩士生導(dǎo)師。