基于數(shù)字孿生技術(shù)的智慧檔案館模型建構(gòu)研究

展倩慧 楊智勇 楊 鵬/上海大學(xué)圖書情報(bào)檔案系

數(shù)字產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展與轉(zhuǎn)型已成為全球經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重點(diǎn)，2020年由工信部中國(guó)電子技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化研究院牽頭編寫的《數(shù)字孿生應(yīng)用白皮書》發(fā)布，指出數(shù)字孿生將從促進(jìn)數(shù)字經(jīng)濟(jì)與實(shí)體經(jīng)濟(jì)融合、貫通信息孤島、釋放數(shù)據(jù)價(jià)值、加快全要素?cái)?shù)字化和新型智慧城市建設(shè)等層面，推動(dòng)我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展[1]。數(shù)字孿生作為數(shù)字轉(zhuǎn)型的代表性體現(xiàn)，其應(yīng)用日益廣泛的同時(shí)也必將為智慧檔案館建設(shè)帶來新的人機(jī)關(guān)系和泛在知識(shí)共享空間。自2012年發(fā)布首批智慧城市試點(diǎn)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(shè)計(jì)劃[2]。智慧檔案館應(yīng)順應(yīng)智慧城市建設(shè)洪流，利用數(shù)字孿生技術(shù)，為其創(chuàng)建虛擬能耗系統(tǒng)，輔助構(gòu)建“綠色智慧檔案館”。同時(shí)，運(yùn)用數(shù)字孿生技術(shù)的智慧檔案館可以將檔案館的館藏資源、人員、知識(shí)和服務(wù)以虛擬具象化形式展示出來，建構(gòu)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(xié)作體系，從而滿足用戶的個(gè)性化需求。

總之，在當(dāng)前我國(guó)各方面強(qiáng)調(diào)科技應(yīng)用和數(shù)智賦能的背景下，如何將數(shù)字孿生技術(shù)與檔案館事業(yè)轉(zhuǎn)型結(jié)合起來，使數(shù)字孿生在檔案工作中發(fā)揮高效決策、深度分析、智能運(yùn)作等作用具有重要意義。

1 數(shù)字孿生技術(shù)與智慧檔案館

數(shù)字孿生是具有數(shù)據(jù)連接和特定物理實(shí)體或過程的數(shù)字化表達(dá)，以數(shù)字化方式創(chuàng)建物理實(shí)體的虛擬模型，以數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)力為核心模擬物理實(shí)體在現(xiàn)實(shí)環(huán)境中的行為[3]，通過虛實(shí)映射、技術(shù)迭代、系統(tǒng)交互等手段，實(shí)現(xiàn)物理空間與虛擬空間交互映射的通用使能技術(shù)。人工智能、“3R”技術(shù)、協(xié)同計(jì)算、全息智能交互等信息化技術(shù)構(gòu)成數(shù)字孿生技術(shù)的基石。它的互操作性、可擴(kuò)展性、實(shí)時(shí)性等特點(diǎn)，能夠在最大程度上促進(jìn)人類社會(huì)以全局視角統(tǒng)籌方向建設(shè)，以數(shù)字空間筑實(shí)現(xiàn)實(shí)底座，以虛擬智能控制實(shí)體運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)虛擬與現(xiàn)實(shí)空間的同步規(guī)劃與建設(shè)。

智慧檔案館是檔案數(shù)據(jù)、信息、情報(bào)、知識(shí)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(tǒng)和平臺(tái)[4]，是在傳統(tǒng)實(shí)體檔案館和數(shù)字檔案館基礎(chǔ)上，將數(shù)據(jù)挖掘、語(yǔ)義分析、主動(dòng)推送等智能高效的技術(shù)方法，與檔案館天然的資源優(yōu)勢(shì)、豐厚的文化底蘊(yùn)、檔案用戶的多元需求有效銜接起來，實(shí)現(xiàn)檔案數(shù)據(jù)、檔案實(shí)體、檔案環(huán)境、檔案人流等全方位的智能型管理。

2 數(shù)字孿生技術(shù)應(yīng)用于智慧檔案館的情境

在AI、“3R”、全息智能交互等多元技術(shù)共同作用下，智慧檔案館能夠構(gòu)建一個(gè)與檔案館物理實(shí)體幾乎一樣的具有多維智慧與泛在感知的“檔案館數(shù)字孿生模型”?；诖?，本文從模擬交互情境、虛擬還原情境、突發(fā)應(yīng)急情境三個(gè)方面，探討數(shù)字孿生技術(shù)應(yīng)用于智慧檔案館的多維場(chǎng)景。

2.1 模擬交互情境下的用戶體驗(yàn)

數(shù)字孿生技術(shù)具有眾多特點(diǎn)，包括雙向映射、動(dòng)態(tài)模擬、實(shí)時(shí)連接等。一方面，將數(shù)字孿生技術(shù)應(yīng)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(xiàn)就是將VR技術(shù)應(yīng)用于在線游覽程序制作中，通過交互式展覽鼓勵(lì)用戶模擬互動(dòng)。例如，美國(guó)“銘記珍珠港”APP利用VR技術(shù)使用戶可與幸存對(duì)象在虛擬環(huán)境中交流，與當(dāng)時(shí)的文物、標(biāo)志性照片和檔案視頻進(jìn)行交互，將自己置身于歷史場(chǎng)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(yàn)[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(shù)據(jù)與個(gè)人背景數(shù)據(jù)，構(gòu)建檔案用戶孿生體，并自動(dòng)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(xué)習(xí)等不同場(chǎng)景里提供精準(zhǔn)化、個(gè)性化、多元化、自動(dòng)化遠(yuǎn)程服務(wù)，每位檔案用戶都將擁有自己的館員數(shù)字孿生體，使其充當(dāng)智能顧問、答疑助手的角色，獲取24×365的全天候服務(wù)。

2.2 歷史真實(shí)情境下的虛擬還原

檔案館保存著諸多珍貴的檔案文獻(xiàn)遺產(chǎn)，它們是傳承中華文化、記載社會(huì)記憶的寶貴財(cái)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(xiàn)遺產(chǎn)損壞或丟失的現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生。借助數(shù)字孿生技術(shù)能夠有效保護(hù)檔案文獻(xiàn)遺產(chǎn)，一方面，可以利用數(shù)字孿生技術(shù)在虛擬信息空間構(gòu)建與現(xiàn)實(shí)物理世界中的物質(zhì)文化遺產(chǎn)完全一致的數(shù)字孿生體，在對(duì)檔案文獻(xiàn)遺產(chǎn)進(jìn)行操作處理之前，模擬出可能發(fā)生的狀況或可能引起的后果，提前制定防護(hù)措施、修復(fù)還原計(jì)劃[6]。另一方面，利用數(shù)字孿生技術(shù)還可以為檔案文獻(xiàn)遺產(chǎn)營(yíng)造虛擬鏡像化的開發(fā)平臺(tái)，與增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)、虛擬仿真、混合現(xiàn)實(shí)緊密結(jié)合，疊加虛擬現(xiàn)實(shí)維度，提供復(fù)原再現(xiàn)、可視化展示與沉浸式體驗(yàn)功能[7]，為檔案文獻(xiàn)遺產(chǎn)保護(hù)與開發(fā)提供更多可能性，賦予其全新生命力。例如，可以通過數(shù)字孿生技術(shù)構(gòu)建“數(shù)字敦煌”“南京大屠殺孿生檔案”，借助可視化技術(shù)予以傳播展示。

2.3 突發(fā)應(yīng)急情境下的安全保障

2018年，一場(chǎng)出其不意的大火席卷了巴西國(guó)家博物館，2000萬(wàn)件珍貴文物毀于一旦；2019年，法國(guó)巴黎圣母院發(fā)生火災(zāi)，整座建筑損毀嚴(yán)重；2019年，深圳市檔案中心突然起火，深圳消防緊急出動(dòng)，花了4個(gè)小時(shí)才把大火撲滅。這一起起觸目驚心的突發(fā)事件為檔案管理和保護(hù)敲響了警鐘。借用數(shù)字孿生的模擬仿真技術(shù)對(duì)檔案館突發(fā)事件進(jìn)行預(yù)演，讓檔案管理人員筑牢突發(fā)應(yīng)急機(jī)制，進(jìn)行應(yīng)急和災(zāi)后策略測(cè)試和實(shí)驗(yàn)。通過協(xié)同計(jì)算傳感技術(shù)、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)等全面感知和實(shí)時(shí)監(jiān)控檔案館建筑、檔案人員、紙質(zhì)檔案、館內(nèi)設(shè)施設(shè)備等要素?cái)?shù)據(jù)，在孿生檔案館內(nèi)形成全生命周期數(shù)據(jù)流。同時(shí)，借助預(yù)警機(jī)器人在館內(nèi)各角落巡檢監(jiān)控，實(shí)時(shí)采集并上報(bào)數(shù)據(jù)至孿生檔案館中，將館內(nèi)各數(shù)據(jù)要素以不同閾值區(qū)別反映，如有數(shù)據(jù)異動(dòng)、超出閾值情況發(fā)生，則立即報(bào)警，從而實(shí)現(xiàn)潛在風(fēng)險(xiǎn)問題準(zhǔn)確識(shí)別、動(dòng)態(tài)感知、實(shí)時(shí)反饋和事前防控。

3 基于數(shù)字孿生技術(shù)的智慧檔案館模型構(gòu)建

3.1 數(shù)字孿生技術(shù)應(yīng)用于智慧檔案館的運(yùn)轉(zhuǎn)階段

在智慧檔案館空間構(gòu)建中，數(shù)字孿生技術(shù)的運(yùn)用可以全程對(duì)接實(shí)體空間和虛擬空間，并對(duì)智慧檔案館的發(fā)展進(jìn)行全生命周期的識(shí)別、獲取、挖掘、計(jì)算和預(yù)測(cè)，大體而言此模型運(yùn)轉(zhuǎn)有以下四個(gè)階段。

首先是現(xiàn)狀孿生。即對(duì)實(shí)體檔案館現(xiàn)狀進(jìn)行全要素分析，悉數(shù)全面、確切精準(zhǔn)、動(dòng)態(tài)映射現(xiàn)有檔案館空間數(shù)據(jù)。只有采集到真實(shí)可靠、質(zhì)量上乘的檔案館數(shù)據(jù)資源，才可以構(gòu)建出完整、精確的檔案館孿生系統(tǒng)，并為檔案館孿生體的后續(xù)建設(shè)源源不斷地提供數(shù)據(jù)資源。其次是功能孿生。即在收到上傳的檔案館物理空間數(shù)據(jù)之后，建立智慧檔案館孿生體的過程。此階段建構(gòu)的檔案館孿生體是各類型、各場(chǎng)景的孿生空間共同組成的一個(gè)大規(guī)模孿生體的集合，并對(duì)收集而來的孿生數(shù)據(jù)進(jìn)行描述、建構(gòu)、診斷、決策，通過人為干預(yù)和人工操作，對(duì)檔案館各種功能、館內(nèi)情境進(jìn)行模擬。最后是自主孿生。這是數(shù)字孿生技術(shù)下智慧檔案館建設(shè)的高級(jí)階段，具有自主互動(dòng)、深度洞察、動(dòng)態(tài)聯(lián)結(jié)等特點(diǎn)。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?qū)嶓w人力資源，而是以數(shù)字虛擬、孿生空間為引擎和場(chǎng)域，實(shí)現(xiàn)以用戶為中心的主動(dòng)服務(wù)。

3.2 數(shù)字孿生技術(shù)下智慧檔案館模型要素分析

應(yīng)用數(shù)字孿生技術(shù)的智慧檔案館模型包括檔案館物理實(shí)體、檔案館虛擬孿生體、檔案孿生大數(shù)據(jù)、數(shù)字孿生體系四維運(yùn)轉(zhuǎn)要素，其中檔案館虛擬孿生體模型和孿生大數(shù)據(jù)是核心。

3.2.1 根脈：要素豐富的智慧檔案館物理實(shí)體

檔案館物理實(shí)體是現(xiàn)實(shí)社會(huì)世界中檔案館客觀存在的各種資源與進(jìn)程的集合，內(nèi)涵要素豐富，包括檔案館物理環(huán)境中離散的、可識(shí)別的和可觀察的全面事物[8]。如檔案館實(shí)體空間、檔案館員、檔案用戶、檔案材料、館內(nèi)設(shè)施裝備等事物。這是識(shí)別并獲取全要素物理資源，分析和預(yù)測(cè)虛擬模型的發(fā)展架構(gòu)的基礎(chǔ)。只有全過程、全方面、全系統(tǒng)、全時(shí)空、全天候的檔案館物理實(shí)體的要素提取，才能保證檔案館在數(shù)字孿生技術(shù)下建構(gòu)出完全映射、精準(zhǔn)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(gòu)建的檔案館數(shù)字模型，其全面地描述了檔案館物理實(shí)體完整的場(chǎng)域和運(yùn)行軌跡，本質(zhì)是檔案館所有物理實(shí)體的數(shù)字化模型集合。這個(gè)完全映射的檔案館孿生空間在虛擬空間里起著“關(guān)鍵樞紐”的作用，所有從實(shí)體檔案館上傳而來的資源與要素在其中存儲(chǔ)和集成，融匯了檔案館物理世界的真實(shí)場(chǎng)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(gè)檔案館運(yùn)行過程，從全局視角與宏觀立場(chǎng)設(shè)計(jì)和規(guī)劃?rùn)n案館建設(shè)的發(fā)展路徑，從而制定切實(shí)可行、科學(xué)合理的數(shù)字孿生智慧檔案館整體架構(gòu)、運(yùn)載路線、支撐設(shè)備和運(yùn)行體系。

3.2.3 細(xì)胞：中樞驅(qū)動(dòng)的檔案孿生大數(shù)據(jù)

數(shù)據(jù)是智慧檔案館的基礎(chǔ)，也是孿生檔案館的基礎(chǔ)。“檔案數(shù)據(jù)不僅是一種重要的數(shù)據(jù)記錄，也是重要的社會(huì)記憶”[9]。檔案孿生大數(shù)據(jù)作為整個(gè)虛擬孿生空間的驅(qū)動(dòng)力，既蘊(yùn)含了檔案館內(nèi)基礎(chǔ)設(shè)施、服務(wù)資源、時(shí)空環(huán)境、保障維護(hù)、工作人員等在運(yùn)行管理過程中遺留的數(shù)據(jù)痕跡，又包括了數(shù)字孿生應(yīng)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(wù)數(shù)據(jù)等[10]，共同匯聚成檔案孿生大數(shù)據(jù)，驅(qū)動(dòng)和牽引著檔案館孿生系統(tǒng)的健康發(fā)展?？偟膩碚f，包括檔案館物理實(shí)體相關(guān)大數(shù)據(jù)、檔案館孿生模型相關(guān)大數(shù)據(jù)、數(shù)字孿生體系大數(shù)據(jù)以及前三者融合而成的集成大數(shù)據(jù)四個(gè)部分，在處理集成后也會(huì)有機(jī)融入到各階段中，推動(dòng)各部分的健康運(yùn)轉(zhuǎn)。

3.2.4 大腦：智控可用的數(shù)字孿生體系

數(shù)字孿生體系是檔案館孿生大數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)下各類數(shù)據(jù)資源、技術(shù)工具、服務(wù)場(chǎng)景、應(yīng)用手段、業(yè)務(wù)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(tǒng)化、聯(lián)動(dòng)化的智能調(diào)控體系和運(yùn)維終端，負(fù)責(zé)整個(gè)智慧檔案館系統(tǒng)的執(zhí)行部署與監(jiān)控的智用化操控與協(xié)作[11]。主要包括“算法、仿真、智能控制”三部分。智慧檔案館數(shù)字孿生體系通過算法運(yùn)算、描摹、分析檔案館物理實(shí)體的各種資源要素、檔案館各項(xiàng)活動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)規(guī)則原理、檔案館運(yùn)行支撐技術(shù)方法，繼而進(jìn)行原態(tài)仿真和虛化模擬，使檔案館孿生體與實(shí)體檔案館精準(zhǔn)映射，高度逼真現(xiàn)實(shí)世界，形成智慧檔案館真實(shí)鏡像，從而使檔案管理者對(duì)智慧檔案館的統(tǒng)籌部署、宏觀規(guī)劃、管理運(yùn)營(yíng)更加精準(zhǔn)、智能和可控。

3.3 數(shù)字孿生技術(shù)下智慧檔案館模型驅(qū)動(dòng)原則

實(shí)現(xiàn)智慧檔案館數(shù)字孿生驅(qū)動(dòng)的科學(xué)運(yùn)用，需要對(duì)檔案館物理實(shí)體特征進(jìn)行歸納統(tǒng)計(jì)與計(jì)算，并依憑檔案孿生大數(shù)據(jù)的交匯與剖析，將智慧檔案館孿生模型應(yīng)用落地，具體而言應(yīng)遵循以下原則：（1）檔案信息的物理融合。檔案館物理實(shí)體各要素的感知智聯(lián)、構(gòu)建虛擬檔案館模型、檔案孿生大數(shù)據(jù)交匯等基本操作與運(yùn)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(gòu)建與運(yùn)行的全生命周期各個(gè)階段。（2）智慧檔案館四維模型的全息建構(gòu)。四維虛擬模型是實(shí)現(xiàn)檔案館檔案用戶體驗(yàn)、檔案文獻(xiàn)遺產(chǎn)保護(hù)還原、突發(fā)事件智能預(yù)警等各種情境最核心部分，四維虛擬模型的應(yīng)用功能在數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)下將從理論變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。（3）動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)交互連接的創(chuàng)建。檔案館物理實(shí)體、館際模型、孿生體系勾連為一個(gè)有機(jī)貫通的結(jié)構(gòu)合體離不開模型內(nèi)實(shí)時(shí)的動(dòng)態(tài)連接，從而促使信息與數(shù)據(jù)能夠在各部分間互換和通遞。（4）檔案利用需求的最終導(dǎo)向。檔案利用服務(wù)將數(shù)字孿生應(yīng)用形成的沉浸式體驗(yàn)、個(gè)性化需求和實(shí)時(shí)性對(duì)話等功能通過最快速簡(jiǎn)便的通道提供給檔案用戶，同時(shí)使檔案用戶獲得直觀的模擬互動(dòng)。（5）得力團(tuán)隊(duì)的高效運(yùn)營(yíng)。人才是數(shù)字孿生技術(shù)應(yīng)用的根本保障，高效、高技術(shù)水準(zhǔn)的運(yùn)營(yíng)團(tuán)隊(duì)能夠指導(dǎo)頂層設(shè)計(jì)、技術(shù)應(yīng)用、標(biāo)準(zhǔn)制定，降低重復(fù)與無效建設(shè)的風(fēng)險(xiǎn)，提高檔案館孿生體系建設(shè)的規(guī)范性與可行性，確保建設(shè)目標(biāo)和任務(wù)順利實(shí)現(xiàn)。

4 結(jié)語(yǔ)

檔案館被譽(yù)為“記憶宮殿”，具有天然的文獻(xiàn)資源優(yōu)勢(shì)和技術(shù)應(yīng)用特質(zhì)，需要超前時(shí)變、主動(dòng)應(yīng)變，擁抱新技術(shù)，將數(shù)字孿生技術(shù)鍛造成智慧檔案館進(jìn)步升級(jí)的階梯，從而更好地支撐用戶服務(wù)、延展檔案館智慧功能、對(duì)接國(guó)家重大戰(zhàn)略。