數(shù)字孿生技術(shù)驅(qū)動(dòng)下的新型智慧圖書館建設(shè)*

梁榮賢 凌征強(qiáng) 于興尚

（1.廣州城建職業(yè)學(xué)院圖書館 廣州 510925；2.廣州番禺職業(yè)技術(shù)學(xué)院圖書館 廣州 511483；

3.四川大學(xué)公共管理學(xué)院 成都 610065）

數(shù)字經(jīng)濟(jì)代表著新經(jīng)濟(jì)的生命力，已成為經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)和轉(zhuǎn)型升級(jí)的主要?jiǎng)恿υ慈椭匾?qū)動(dòng)力，是全球新一輪產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)的制高點(diǎn)。隨著數(shù)字經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，大數(shù)據(jù)、互聯(lián)網(wǎng)、人工智能等新技術(shù)已經(jīng)深入人們的日常生活中。如果人們每天在數(shù)字辦公、網(wǎng)絡(luò)社交、電子商務(wù)等活動(dòng)中投入的時(shí)間占據(jù)除去睡眠等無效時(shí)間的比例超過50%，其數(shù)字身份便會(huì)比物理身份更真實(shí)有效[1]。數(shù)字孿生技術(shù)是數(shù)字經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展的產(chǎn)物，作為一種產(chǎn)品生命周期管理的顛覆性技術(shù)，它將是未來實(shí)體產(chǎn)業(yè)高速發(fā)展的重要推動(dòng)力，并將掀起一場(chǎng)現(xiàn)代工業(yè)的新生產(chǎn)要素革命。圖書館作為生長(zhǎng)著的有機(jī)體，近年來一直處于智能化、智慧化的進(jìn)程中，數(shù)字孿生技術(shù)已具備落地圖書館的條件。數(shù)字孿生技術(shù)落地圖書館后，圖書館將可以借助立體感知的動(dòng)態(tài)監(jiān)控、泛在網(wǎng)絡(luò)的即時(shí)響應(yīng)、軟件模型的實(shí)時(shí)分析和智能決策，解決在建設(shè)規(guī)劃前期、管理發(fā)展中期及服務(wù)提升后期等全生命周期面臨的復(fù)雜性、未知性問題。

1 數(shù)字孿生及其相關(guān)

1.1 數(shù)字孿生發(fā)展歷程

“數(shù)字孿生”（Digital Twin）也被稱為“數(shù)字雙胞胎”“數(shù)字鏡像”“數(shù)字化映射”等，其出現(xiàn)的歷史最早可追溯到1969 年美國(guó)國(guó)家航空航天局NASA 的阿波羅計(jì)劃項(xiàng)目，NASA 制造了兩個(gè)完全一樣的空間飛行器，留在地球上的飛行器被稱為“模擬器”或“孿生體”[2]。2003 年，M.W.Grieves 教授在密歇根大學(xué)產(chǎn)品生命周期管理課程上最早提出數(shù)字孿生概念模型[3]。2006—2010 年仍然是數(shù)字孿生體的初始階段[4]，直至2011 年Grieves 才正式提出數(shù)字孿生體的概念，起先被美國(guó)空軍研究實(shí)驗(yàn)室應(yīng)用于飛機(jī)結(jié)構(gòu)壽命預(yù)測(cè)的概念模型[5]。2014 年以來，隨著各種新技術(shù)的發(fā)展，尤其是西門子、通用電氣等世界知名企業(yè)對(duì)數(shù)字孿生的頻繁應(yīng)用帶來的示范效應(yīng)使數(shù)字孿生廣為人知，數(shù)字孿生踏上了規(guī)?；瘧?yīng)用的征程[6]。2016 年底，數(shù)字孿生第一次被Gartner 公司納入十大戰(zhàn)略技術(shù)趨勢(shì)，并連續(xù)四年榜上有名。2017 年，中國(guó)信息通信研究院智慧城市團(tuán)隊(duì)提出的“以數(shù)字孿生城市推進(jìn)新型智慧城市建設(shè)”的創(chuàng)新理念引起強(qiáng)烈反響。2020 年4 月，國(guó)家發(fā)改委與中央網(wǎng)信辦印發(fā)的《關(guān)于推進(jìn)“上云用數(shù)賦智”行動(dòng) 培育新經(jīng)濟(jì)發(fā)展實(shí)施方案》多次強(qiáng)調(diào)數(shù)字孿生技術(shù)的重要性，并鼓勵(lì)開展相關(guān)的創(chuàng)新計(jì)劃[7]。事實(shí)上，印度海德拉巴、新加坡，我國(guó)的深圳、雄安，都已展開數(shù)字孿生方面的摸索和嘗試。騰訊的WeTransport、WeCity、微瓴，阿里的“城市大腦”，還有科大訊飛的“訊飛超腦”，都涉足智慧城市和數(shù)字孿生領(lǐng)域。目前，全球正在掀起一場(chǎng)范圍更廣、層次更深的科技和產(chǎn)業(yè)變革，數(shù)字經(jīng)濟(jì)蓬勃發(fā)展并深刻影響人類社會(huì)，而數(shù)字孿生技術(shù)在其中扮演了極其重要的角色。

1.2 數(shù)字孿生定義與內(nèi)涵

目前，數(shù)字孿生還沒有形成公認(rèn)的定義?！肮I(yè)4.0”術(shù)語編寫組認(rèn)為數(shù)字孿生是利用建模和仿真工具構(gòu)建的覆蓋產(chǎn)品全生命周期和價(jià)值鏈的數(shù)字化數(shù)據(jù)流?！稊?shù)字孿生白皮書（2019）》認(rèn)為數(shù)字孿生是整合利用感知、計(jì)算、建模等信息技術(shù)實(shí)現(xiàn)物理空間與賽博空間的交互映射[8]。陶飛等[9]認(rèn)為數(shù)字孿生是以數(shù)字化方式創(chuàng)建物理實(shí)體的虛擬模型，借助行為及手段為物理實(shí)體增加或擴(kuò)展新的能力。周瑜等[10]認(rèn)為數(shù)字孿生是指構(gòu)建與物理實(shí)體完全對(duì)應(yīng)的數(shù)字化對(duì)象的技術(shù)、過程和方法。李璐等[11]認(rèn)為數(shù)字孿生是借助數(shù)字化手段建立物理對(duì)象動(dòng)態(tài)仿真模型，實(shí)時(shí)模擬仿真物理對(duì)象的狀態(tài)、行為軌跡等。劉大同等[12]認(rèn)為數(shù)字孿生是指在信息化平臺(tái)內(nèi)建立、模擬一個(gè)物理實(shí)體、流程或者系統(tǒng)?？偟膩碚f，陶飛等研究者關(guān)于數(shù)字孿生的定義得到了業(yè)界的普遍認(rèn)可，并基本達(dá)成了共識(shí)[13]。筆者認(rèn)為，數(shù)字孿生是物理實(shí)體的真實(shí)數(shù)字表示，即物理實(shí)體擁有一個(gè)數(shù)字孿生模擬和跟蹤它的實(shí)體版本，利用實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)來實(shí)現(xiàn)理解、學(xué)習(xí)和分析，并通過同步的頻率使物理實(shí)體和數(shù)字模型趨于一致。

2 數(shù)字孿生圖書館

2.1 數(shù)字孿生圖書館的定義

數(shù)字孿生圖書館是整合了多個(gè)領(lǐng)域、學(xué)科、技術(shù)的結(jié)合體[14]，其實(shí)質(zhì)是借助孿生大數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)構(gòu)建智慧化數(shù)據(jù)閉環(huán)賦能體系，通過物理圖書館與數(shù)字孿生圖書館實(shí)時(shí)雙向映射與動(dòng)態(tài)交互起到虛實(shí)融合、以虛控實(shí)的功用。國(guó)內(nèi)研究者從不同角度對(duì)數(shù)字孿生圖書館進(jìn)行了定義，趙藝揚(yáng)[15]認(rèn)為數(shù)字孿生圖書館是深度融合大數(shù)據(jù)、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、區(qū)塊鏈等技術(shù)，構(gòu)建與物理圖書館實(shí)體完全映射的數(shù)字孿生模型，實(shí)現(xiàn)數(shù)字孿生模型—物理實(shí)體實(shí)時(shí)雙向映射的一種新型智慧圖書館。翟秀鳳等[16]認(rèn)為數(shù)字孿生圖書館是借助數(shù)字化手段構(gòu)建與物理圖書館內(nèi)容、性質(zhì)、結(jié)構(gòu)完全相同的仿真模型，通過關(guān)聯(lián)物理圖書館和孿生圖書館之間的數(shù)據(jù)和信息，實(shí)現(xiàn)“人—機(jī)—物—環(huán)境”智能交互融合。

2.2 數(shù)字孿生圖書館的特點(diǎn)

2.2.1 數(shù)字驅(qū)動(dòng)

1997 年7 月，由國(guó)家圖書館、上海圖書館等6 家公共圖書館參與的國(guó)家重點(diǎn)科技項(xiàng)目“中國(guó)試驗(yàn)型數(shù)字式圖書館項(xiàng)目”標(biāo)志著我國(guó)數(shù)字圖書館建設(shè)的開始。20 多年來，我國(guó)數(shù)字圖書館的建設(shè)取得了長(zhǎng)足進(jìn)展。數(shù)字孿生圖書館是數(shù)字圖書館的一種新態(tài)勢(shì)，將構(gòu)建一個(gè)智慧化數(shù)據(jù)閉環(huán)賦能體系。圖書館孿生數(shù)據(jù)主要由圖書館物理要素屬性數(shù)據(jù)（包括圖書館規(guī)格、功能、性能、關(guān)系等）、圖書館動(dòng)態(tài)過程數(shù)據(jù)（包括圖書館運(yùn)行狀況、環(huán)境參數(shù)、實(shí)時(shí)性能、突發(fā)擾動(dòng)等）、圖書館幾何模型相關(guān)數(shù)據(jù)（包括圖書館幾何尺寸、裝配關(guān)系、位置等）、圖書館行為模型相關(guān)數(shù)據(jù)（包括圖書館驅(qū)動(dòng)因素、環(huán)境擾動(dòng)、運(yùn)行機(jī)制等）、圖書館知識(shí)數(shù)據(jù)（包括專家知識(shí)、規(guī)則約束、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、常用算法庫(kù)與模型庫(kù)等）以及對(duì)上述數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換、預(yù)處理、分類、關(guān)聯(lián)、集成、融合等處理后獲取的衍生數(shù)據(jù)。在精準(zhǔn)、高效的數(shù)字驅(qū)動(dòng)下，數(shù)字孿生技術(shù)將筑牢圖書館的數(shù)字底座。

2.2.2 精準(zhǔn)可視

數(shù)字孿生圖書館最直觀、最典型的特征是數(shù)字表達(dá)的精準(zhǔn)可視化，通過將物理圖書館按1：1 的比例還原，做到視角上和運(yùn)行規(guī)則上的等比還原，實(shí)現(xiàn)表里如一、全息鏡像。圖書館里的樓層、書架、圖書、桌椅、電子設(shè)備、用戶等各類實(shí)體和全部設(shè)施設(shè)備，在數(shù)字孿生圖書館模型中都可以實(shí)現(xiàn)極致可視化。由于數(shù)字孿生圖書館所有數(shù)據(jù)都來自物理圖書館實(shí)體采集，這些數(shù)據(jù)借助機(jī)器學(xué)習(xí)和各種自動(dòng)化工具，可以實(shí)現(xiàn)3D 快速建模。除了不可移動(dòng)物體的靜態(tài)可視化展現(xiàn)，數(shù)字孿生圖書館還可以實(shí)現(xiàn)對(duì)光線變化、氣流變化、讀者人流變化、圖書館內(nèi)發(fā)生的各種事件等進(jìn)行動(dòng)態(tài)呈現(xiàn)。

2.2.3 虛實(shí)交互

數(shù)字孿生圖書館的虛實(shí)融合、虛實(shí)交互離不開物聯(lián)感知，數(shù)字孿生圖書館的建設(shè)首先要由實(shí)入虛。圖書館部署好全館的傳感設(shè)施，數(shù)字孿生模型借助大數(shù)據(jù)、虛擬現(xiàn)實(shí)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)、模擬仿真等新技術(shù)對(duì)物理圖書館實(shí)體的各種數(shù)據(jù)和要素進(jìn)行實(shí)時(shí)采集、精準(zhǔn)映射。同時(shí)，數(shù)字孿生圖書館也會(huì)根據(jù)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)對(duì)物理圖書館的運(yùn)行狀況進(jìn)行監(jiān)測(cè)、分析、優(yōu)化，達(dá)到以虛控實(shí)，以虛擬服務(wù)現(xiàn)實(shí)的目的?？梢哉f，傳感設(shè)備布下的“天羅地網(wǎng)”，將使圖書館的前世今生盡在掌握之中，實(shí)現(xiàn)過去可追溯，當(dāng)下知冷暖，未來可預(yù)期的圖書館精細(xì)化管理。

2.2.4 智能定義

數(shù)字孿生圖書館要實(shí)現(xiàn)對(duì)物理圖書館實(shí)體的精準(zhǔn)映射和智能管理，物理圖書館實(shí)體首先要可感可控。以泛在標(biāo)識(shí)感知體系、泛在互聯(lián)接入體系、泛在邊緣計(jì)算體系[17]及智能化的圖書館基礎(chǔ)設(shè)施為要素構(gòu)建的、面向未來智慧圖書館發(fā)展的新型信息基礎(chǔ)設(shè)施，將重塑圖書館物理形態(tài)，改變圖書館風(fēng)貌，實(shí)現(xiàn)智能定義圖書館的一切。

2.2.5 柔性仿真

實(shí)時(shí)柔性仿真能力將是未來數(shù)字孿生圖書館極其重要的能力，其重要性甚至超越大數(shù)據(jù)，對(duì)物理圖書館實(shí)體產(chǎn)生更加深遠(yuǎn)的影響。比如，圖書館的空間布局是否合理；各樓層的書架、桌椅的數(shù)量及擺放位置是否科學(xué)；隨著季節(jié)和光線的變化，圖書館的空調(diào)、照明燈如何實(shí)現(xiàn)節(jié)能但又要保證用戶使用的舒適度；新建公共圖書館的選址、地下停車場(chǎng)建設(shè)等問題是否需要調(diào)整優(yōu)化等。圖書館管理部門不可能提出100 種方案并逐一試錯(cuò)，但在數(shù)字孿生圖書館的仿真系統(tǒng)中，可以實(shí)現(xiàn)同時(shí)測(cè)試成千上萬種方案，讓系統(tǒng)快速找到最優(yōu)解，讓圖書館的決策變得更加智能、科學(xué)，不留遺憾。

3 數(shù)字孿生技術(shù)在圖書館的應(yīng)用

3.1 圖書館建筑與空間

3.1.1 圖書館實(shí)體信息秒級(jí)加載

圖書館的實(shí)體信息包括圖書館空間、人、物等所有要素及各要素相互之間產(chǎn)生的關(guān)聯(lián)信息。例如某冊(cè)圖書被借出或歸還，公用電腦被使用和閑置數(shù)量，閱覽桌、研修室被占用、預(yù)約情況，圖書館內(nèi)哪個(gè)片區(qū)人流量多或少等。目前，類似上述的構(gòu)想已在其他領(lǐng)域成為現(xiàn)實(shí)。例如香港科技大學(xué)打造的數(shù)字孿生校園項(xiàng)目，該項(xiàng)目作為智慧校園的一個(gè)鮮活實(shí)驗(yàn)室，創(chuàng)建了一個(gè)校園數(shù)字孿生平臺(tái)，一個(gè)靜態(tài)和動(dòng)態(tài)實(shí)物資產(chǎn)及系統(tǒng)的數(shù)字孿生體，通過秒級(jí)加載的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)校園，檢測(cè)或預(yù)測(cè)各種設(shè)備是否存在異常，還可以實(shí)現(xiàn)更有效地分配資源[18]。這種以數(shù)字方式導(dǎo)入真實(shí)物理數(shù)據(jù)，并與建筑管理系統(tǒng)無縫連接打造而成的智慧校園同樣適用于數(shù)字孿生圖書館的建設(shè)。屆時(shí)，在先進(jìn)的傳感器技術(shù)、分布式傳感技術(shù)、高帶寬光纖技術(shù)、分布式云服務(wù)器存儲(chǔ)技術(shù)等賦能下，數(shù)據(jù)傳輸時(shí)間將極大縮短，圖書館將實(shí)現(xiàn)實(shí)體信息秒級(jí)加載，管理者可以實(shí)時(shí)獲取圖書館的各種信息，而用戶通過智能終端設(shè)備如智能手機(jī)就可以實(shí)時(shí)獲取所要了解的圖書館信息。

3.1.2 智能感知呈現(xiàn)真實(shí)圖書館

隨著各種新技術(shù)的應(yīng)用，未來圖書館將是實(shí)體圖書館、數(shù)字圖書館和虛擬圖書館三合一的復(fù)合體。早在2008 年，我國(guó)國(guó)家圖書館就應(yīng)用VR 技術(shù)推出了“國(guó)家圖書館虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)”，用戶通過VR 設(shè)備即可便捷地了解圖書館。陸穎雋2013 年對(duì)VR 技術(shù)在數(shù)字圖書館的應(yīng)用基礎(chǔ)、VR 系統(tǒng)的構(gòu)成與實(shí)現(xiàn)、VR 技術(shù)在數(shù)字圖書館應(yīng)用的必要性與可行性以及VR 技術(shù)在數(shù)字圖書館虛擬空間、三維信息資源建設(shè)、可視化信息檢索、虛擬參考咨詢、遠(yuǎn)程遙控技術(shù)[19]等方面的應(yīng)用進(jìn)行了較為全面的研究探討。數(shù)字孿生圖書館智能感知物理圖書館的過程，是云計(jì)算、邊緣計(jì)算、移動(dòng)計(jì)算以及數(shù)據(jù)和算力、算法的協(xié)同，傳感器和物聯(lián)網(wǎng)收集到的各種數(shù)據(jù)通過數(shù)字化模擬，形成物理圖書館全方位的數(shù)據(jù)模型。這個(gè)數(shù)據(jù)模型存儲(chǔ)在云端，借助大規(guī)模的算力和算法，形成仿真、預(yù)測(cè)和決策的結(jié)果并實(shí)時(shí)反饋給物理圖書館以便執(zhí)行和控制。例如美國(guó)馬里蘭大學(xué)教授Romel Gomez 開展的學(xué)生遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)室數(shù)字孿生項(xiàng)目體驗(yàn)就是通過應(yīng)用數(shù)字孿生技術(shù)，打造了一個(gè)實(shí)驗(yàn)室數(shù)字孿生體，讓受新冠疫情影響而不能到實(shí)驗(yàn)室的學(xué)生進(jìn)行遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)[20]，其功能、使用體驗(yàn)和實(shí)體實(shí)驗(yàn)室并無明顯差別，是數(shù)字孿生體智能、準(zhǔn)確感知物理實(shí)體的成功應(yīng)用?？梢灶A(yù)見，數(shù)字孿生技術(shù)落地圖書館后，用戶足不出戶也能使用圖書館的資源和服務(wù)，甚至比親臨實(shí)體圖書館更便捷、高效、舒適。

3.1.3 開啟圖書館萬物互聯(lián)時(shí)代

數(shù)字孿生圖書館可以構(gòu)建出一個(gè)一體化感知監(jiān)測(cè)體系，這個(gè)一體化感知監(jiān)測(cè)體系包括感知設(shè)備、感知網(wǎng)絡(luò)、感知平臺(tái)等。感知設(shè)備由包含物聯(lián)網(wǎng)感知模塊的智能終端構(gòu)成，網(wǎng)絡(luò)層的主要功能是使數(shù)據(jù)從設(shè)備層高速傳輸?shù)狡脚_(tái)層，平臺(tái)層匯集的數(shù)據(jù)為圖書館大數(shù)據(jù)分析提供支撐。一體化感知監(jiān)測(cè)體系是圖書館萬物感知、萬物互聯(lián)、萬物智慧的載體、入口和中樞神經(jīng)。具體來說，傳感器、可穿戴設(shè)備、智能終端設(shè)備（如智能手機(jī)）、智能家電等設(shè)備是促進(jìn)圖書館萬物互聯(lián)的基礎(chǔ)設(shè)備，這些設(shè)備能產(chǎn)生海量的圖書館實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，同時(shí)網(wǎng)絡(luò)邊緣設(shè)備可以部署支持實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理的邊緣計(jì)算平臺(tái)為圖書館用戶提供多元化服務(wù)或個(gè)性化功能接口，而利用邊緣計(jì)算模型例如微數(shù)據(jù)中心、移動(dòng)邊緣計(jì)算、霧計(jì)算、中科院海云計(jì)算等可以高效處理網(wǎng)絡(luò)邊緣設(shè)備產(chǎn)生的海量圖書館數(shù)據(jù)[21]。屆時(shí)，物理圖書館和數(shù)字孿生圖書館里的一切物體包括圖書館建筑、館內(nèi)各種設(shè)備、圖書、用戶、館員等均可關(guān)聯(lián)起來，將開啟物理圖書館和數(shù)字孿生圖書館雙向映射、虛實(shí)交融、萬物互聯(lián)的新時(shí)代。

3.2 圖書館資源與服務(wù)

3.2.1 加快資源的整合

長(zhǎng)期以來，圖書館的資源建設(shè)存在資源分散、資源重疊、重復(fù)采購(gòu)等問題。各種數(shù)據(jù)庫(kù)之間相互獨(dú)立，用戶使用時(shí)需逐一注冊(cè)、登錄、單庫(kù)檢索，信息孤島、資源鴻溝普遍存在。高性能的協(xié)同計(jì)算為數(shù)字孿生圖書館提供了效率保障，為深度學(xué)習(xí)、自我優(yōu)化提供算力支撐，其包含的超級(jí)計(jì)算中心、云計(jì)算中心和邊緣計(jì)算中心可以對(duì)圖書館的數(shù)字資源進(jìn)行自動(dòng)甄別、分類、整合、傳送、儲(chǔ)存等。當(dāng)前，圖書館數(shù)字資源的整合技術(shù)已相當(dāng)成熟，常見的圖書館數(shù)字資源整合平臺(tái)有ARC、DL、EPrints、OAIster 等。例如美國(guó)弗吉尼亞州立大學(xué)研發(fā)的ARC 數(shù)字化整合系統(tǒng)可以把采集到的元數(shù)據(jù)進(jìn)行規(guī)范化處理，同時(shí)將處理好的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中并提供一站式檢索服務(wù)。再如斯坦福大學(xué)和查爾姆斯理工大學(xué)的聯(lián)合數(shù)字孿生實(shí)驗(yàn)室成功為混凝土光束創(chuàng)建了數(shù)字孿生體[22]，通過創(chuàng)建一個(gè)全面的SHM（結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)）系統(tǒng)來評(píng)估基礎(chǔ)設(shè)施，該系統(tǒng)使用三維結(jié)構(gòu)光掃描儀可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的自主收集，并可以采用AI 算法進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)、實(shí)時(shí)有效元仿真。以上系統(tǒng)和技術(shù)如果應(yīng)用到圖書館中，將加快圖書館信息資源整合的步伐，為構(gòu)建圖書館數(shù)字孿生體夯實(shí)基礎(chǔ)。

3.2.2 提供多元化服務(wù)

長(zhǎng)期以來，圖書館停留在以實(shí)體圖書館的物理空間和紙質(zhì)館藏為核心的階段，數(shù)字圖書館和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)只是圖書館資源與服務(wù)的有效延伸，已不能很好地滿足讀者日益增長(zhǎng)的多元化需求。同時(shí)，圖書館的服務(wù)體系也停留在以文獻(xiàn)載體為主，未實(shí)現(xiàn)從傳統(tǒng)服務(wù)向知識(shí)服務(wù)與情報(bào)服務(wù)的轉(zhuǎn)變[23]。數(shù)字孿生技術(shù)可以有效解決以上問題，圖書館通過用戶授權(quán)后應(yīng)用大數(shù)據(jù)技術(shù)采集用戶的行為大數(shù)據(jù)，精準(zhǔn)描繪用戶畫像，識(shí)別用戶的真實(shí)需求，主動(dòng)提供個(gè)性化、定制化、多元化的信息服務(wù)。其中，數(shù)據(jù)采集可以應(yīng)用類似北京易科勢(shì)騰科技股份有限公司研發(fā)的iDataBank 用戶行為分析系統(tǒng)[24]，該系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)在不影響正常業(yè)務(wù)的前提下開展數(shù)據(jù)收集、整合、統(tǒng)計(jì)、分析，可以根據(jù)不同行業(yè)的業(yè)務(wù)特點(diǎn)、數(shù)據(jù)需求建立基于用戶行為的數(shù)據(jù)指標(biāo)體系。

3.3 圖書館管理與防控

3.3.1 助力圖書館精細(xì)化管理

數(shù)字孿生圖書館最重要的任務(wù)是在數(shù)字虛擬空間建立一個(gè)與物理圖書館虛實(shí)映射、萬物互聯(lián)的數(shù)字孿生世界。在各種新技術(shù)的賦能下，物理圖書館中的所有物理實(shí)體在孿生空間中都將有與之一一對(duì)應(yīng)的數(shù)字虛擬體，圖書館管理者只需對(duì)數(shù)字虛擬體進(jìn)行操控，就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)物理圖書館空間實(shí)體的智能化、精細(xì)化管理。例如圖書館的照明燈不需人工開關(guān)，可以由自然光線的強(qiáng)度來自動(dòng)調(diào)節(jié)；館員無須到書庫(kù)現(xiàn)場(chǎng)即可掌握每個(gè)書架圖書在架容量的變化情況等。

3.3.2 應(yīng)急仿真預(yù)案精準(zhǔn)有效

圖書館的安全包括圖書館建筑安全、藏書及設(shè)備儀器安全、人員安全等，圖書館面對(duì)的災(zāi)害主要有火災(zāi)、水災(zāi)、地震及其他危及圖書館安全的突發(fā)事件。目前大部分圖書館較為重視圖書館的消防安全而忽略了其他類型的災(zāi)害。圖書館應(yīng)急仿真演練采用VR、MR、GIS 等技術(shù)，通過對(duì)各種圖書館災(zāi)害數(shù)值模擬、突發(fā)重大事故模擬和人員數(shù)值模擬的精準(zhǔn)仿真，在虛擬空間模擬真實(shí)災(zāi)害發(fā)生、發(fā)展的過程以及人員對(duì)災(zāi)害作出的不同反應(yīng)。應(yīng)急仿真演練在節(jié)約演練成本的同時(shí)，還可以極大限度地提升圖書館的安全系數(shù)。一旦圖書館真正發(fā)生緊急事件，例如火災(zāi)，借助數(shù)字孿生技術(shù)，可以全面掌握火災(zāi)發(fā)生的位置、被困人員、周圍是否有易燃易爆物品等信息，為協(xié)調(diào)、調(diào)度消防、醫(yī)療救護(hù)人員進(jìn)行火災(zāi)撲救及傷員救治等提供精準(zhǔn)數(shù)據(jù)。

3.4 用戶服務(wù)與體驗(yàn)

3.4.1 坐享更多增值服務(wù)

物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算等技術(shù)使移動(dòng)智能終端感知讀者情境信息變成可能，智慧圖書館可利用它們提供優(yōu)質(zhì)的個(gè)性化信息服務(wù)[25]。數(shù)字孿生圖書館作為智慧圖書館的更高級(jí)形態(tài)，將多領(lǐng)域、多學(xué)科、多技術(shù)融會(huì)貫通，可以為用戶提供前所未有的增值服務(wù)。例如用戶需要收集某個(gè)研究方向最新的國(guó)內(nèi)外研究成果，只要向數(shù)字孿生圖書館發(fā)出請(qǐng)求便可迅速獲取精準(zhǔn)的電子版參考資料，如需紙質(zhì)版也可依照系統(tǒng)提供的紙質(zhì)版資料所在圖書館的具體定位而快速獲取。再如數(shù)字孿生圖書館可以依據(jù)用戶的閱讀偏好，常坐位置，對(duì)室溫、光線、噪聲的期望值等提前做好相應(yīng)配置和準(zhǔn)備，并實(shí)時(shí)顯示館內(nèi)新到的用戶喜歡閱讀的圖書、常坐位置是否被占用，真正做到為用戶提供量身定做的專屬服務(wù)。

3.4.2 用戶體驗(yàn)空前提升

隨著AR、VR、5G、云計(jì)算等技術(shù)和數(shù)字孿生技術(shù)進(jìn)一步融合發(fā)展及技術(shù)成熟度的提升和沉浸感、參與度、永續(xù)性的實(shí)現(xiàn)，圖書館將給用戶帶來更為多元、個(gè)性的使用體驗(yàn)。尤其是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)帶來的沉浸式體驗(yàn)可以為圖書館用戶營(yíng)造良好的人機(jī)交互使用環(huán)境，為用戶復(fù)原真實(shí)的圖書館場(chǎng)景。數(shù)字孿生圖書館通過用戶行為數(shù)據(jù)進(jìn)行智能分析，精準(zhǔn)描繪用戶畫像，實(shí)現(xiàn)智能、精準(zhǔn)向用戶推送與其當(dāng)下需求或潛在需求高度匹配的信息資源。用戶對(duì)于圖書館所推送信息資源的精準(zhǔn)性、時(shí)效性以及接受服務(wù)所獲得的感知體驗(yàn)[26]較以往將得到空前的提升，這是因?yàn)閿?shù)字孿生圖書館將不僅僅為用戶提供聽覺和視覺的使用方式，而且還拓寬到觸摸感知、肢體動(dòng)作感知、壓力感知、重力感知等感知領(lǐng)域。

3.5 館員職業(yè)與發(fā)展

3.5.1 催生智慧館員

圖書館的形態(tài)不管如何變化，館員都不會(huì)消失，而且越來越需要智慧型館員。隨著各種新技術(shù)在圖書館的不斷滲透，館員這一職業(yè)將面臨前所未有的挑戰(zhàn)。館員必須緊跟圖書館發(fā)展步伐，主動(dòng)了解、熟悉、掌握各種可以促進(jìn)圖書館事業(yè)發(fā)展的新技術(shù)，并不斷提升自身專業(yè)素養(yǎng)和職業(yè)能力，真切了解、滿足用戶個(gè)性化、多元化的需求，努力成長(zhǎng)為數(shù)字孿生時(shí)代的智慧館員。

3.5.2 助推智慧事業(yè)

早在10 年前，王世偉就指出智慧圖書館將成為圖書館創(chuàng)新、轉(zhuǎn)型及可持續(xù)發(fā)展的新理念、新實(shí)踐，他認(rèn)為智慧圖書館是互聯(lián)、高效、便利的圖書館，具體表現(xiàn)為全面感知、立體互聯(lián)、共享協(xié)同、節(jié)能低碳、靈敏便捷、整合集群、無線泛在、就近一體、個(gè)性互動(dòng)[27]。10 多年以來，智慧圖書館建設(shè)如火如荼，智慧圖書館基本成為現(xiàn)實(shí)?？梢灶A(yù)見，未來的圖書館事業(yè)將是充滿智慧的事業(yè)，智慧的事業(yè)需要大批的智慧館員參與其中，才能確保圖書館事業(yè)取得健康、快速和可持續(xù)的發(fā)展。

4 數(shù)字孿生圖書館研究展望

數(shù)字孿生圖書館是技術(shù)創(chuàng)新、多方參與、現(xiàn)有行政關(guān)系改革、資源配置不斷優(yōu)化等一系列問題相互交織、演化的復(fù)雜系統(tǒng)，不是一勞永逸的“交鑰匙工程”。即使再先進(jìn)的技術(shù)，其本身也難以獨(dú)自驅(qū)動(dòng)社會(huì)的偉大變革，而是需要與政策變革、組織關(guān)系調(diào)整、各相關(guān)要素的整合等緊密結(jié)合起來才可以促成偉大的變革。同時(shí)，要清晰認(rèn)識(shí)到目前數(shù)字孿生技術(shù)存在的局限性（如與其他技術(shù)的融合度有待加強(qiáng)實(shí)踐、應(yīng)用場(chǎng)景還比較有限、大規(guī)模實(shí)際應(yīng)用還有較長(zhǎng)的路要走等），在科學(xué)研究和實(shí)際建設(shè)工作中不能一擁而上，以避免走向另一種技術(shù)極端。此外，數(shù)字孿生圖書館在采集用戶個(gè)人信息及各種數(shù)據(jù)的過程中，必須充分考慮采集渠道的合法性、合理性，以切實(shí)保護(hù)用戶個(gè)人隱私不受侵害。數(shù)字孿生圖書館應(yīng)避免用一串冰冷的數(shù)字符號(hào)來給每個(gè)用戶打標(biāo)簽，而是應(yīng)該通過數(shù)字孿生技術(shù)更好地認(rèn)識(shí)、理解、尊重每一個(gè)個(gè)性化、鮮活有溫度的用戶。

展望未來，數(shù)字孿生圖書館將伴隨著數(shù)字孿生城市的積極推進(jìn)而取得跨越式的發(fā)展?？萍纪伙w猛進(jìn)的發(fā)展使數(shù)字化標(biāo)識(shí)、自動(dòng)化感知、平臺(tái)化服務(wù)、智能化應(yīng)用、網(wǎng)絡(luò)化連接取得了長(zhǎng)足進(jìn)展，使數(shù)字孿生技術(shù)落地圖書館成為可能。數(shù)字孿生圖書館將作為智慧圖書館的高一級(jí)形態(tài)，其功能和服務(wù)將比智慧圖書館更全面、多元。智慧圖書館借助智慧平臺(tái)將圖書館的實(shí)體空間和虛擬空間連接起來，為用戶提供智慧化服務(wù)[28]，使圖書館不再是冰冷的建筑，而是有思維、有情感的有機(jī)生命體[29]。數(shù)字孿生圖書館則是在智慧圖書館的基礎(chǔ)之上，將基于圖書館具體場(chǎng)景的海量數(shù)據(jù)、高性能算力、信息模型、數(shù)字仿真等方面貫穿于圖書館的全生命周期，進(jìn)一步促進(jìn)圖書館物理空間和虛擬空間的融合，為用戶提供更加全面、智慧的知識(shí)服務(wù)。