數(shù)字技術(shù)賦能科普場館高質(zhì)量發(fā)展

劉進軍 徐曉紅 吉亞妮 吳曉雷 陳近

(上海科技館 上海 200127)

數(shù)字技術(shù)指借助一定的設(shè)備將文字、圖片、語音及視頻等各種信息轉(zhuǎn)化為計算機可識別的二進制數(shù)字并進行運算、加工、存儲、傳送、傳播和還原的技術(shù)。數(shù)字技術(shù)的核心是信息的數(shù)字轉(zhuǎn)化，以及數(shù)據(jù)的處理、傳輸和存儲?，F(xiàn)實生活中產(chǎn)生大量數(shù)據(jù)，而在當(dāng)下信息化、智能化迅速發(fā)展的背景下，這些數(shù)據(jù)就是資源。通過數(shù)字化手段將現(xiàn)實活動產(chǎn)生的海量數(shù)據(jù)通過算力和人工智能等算法進行運算處理，分析和挖掘數(shù)據(jù)中蘊含的價值，可以為社會生活發(fā)展提供強大動力。

數(shù)字技術(shù)與線下各類社會生產(chǎn)生活活動的深度融合，一方面可以挖掘和充分釋放實體大數(shù)據(jù)所蘊含的巨大價值，另一方面也將培育線下實體活動新優(yōu)勢和增長點，推動傳統(tǒng)生產(chǎn)、生活方式的轉(zhuǎn)型和升級。作為數(shù)字技術(shù)與傳統(tǒng)行業(yè)深度融合的場景之一，科普場館的數(shù)字化成為世界范圍內(nèi)行業(yè)發(fā)展的趨勢和必然選擇[1]也正逐步成為我國文化產(chǎn)業(yè)發(fā)展的新增長點。深化科普領(lǐng)域的數(shù)實融合，形成虛實互嵌的復(fù)合性教育和傳播體系，使教育、傳播更加生動可感，推動科普事業(yè)高質(zhì)量發(fā)展將起到至關(guān)重要的作用。

對于科普場館而言，展品展項、教育活動、藏品、影視作品、文創(chuàng)產(chǎn)品、場館建設(shè)及運維等都是可以進行數(shù)字化或與數(shù)字技術(shù)結(jié)合的資源和對象，與數(shù)字技術(shù)結(jié)合，可以更好地挖掘和傳遞其價值。隨著信息通信領(lǐng)域的快速發(fā)展，各種新興數(shù)字技術(shù)層出不窮。在場館科普和文化傳播方面當(dāng)前可用的數(shù)字技術(shù)有人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)采集及應(yīng)用、云計算、區(qū)塊鏈、NFT、Web3D、數(shù)字孿生、元宇宙（VR/AR/MR/XR）、5G/6G、數(shù)字多媒體技術(shù)、全息成像、視頻融合、虛擬數(shù)字人等。這些技術(shù)在展區(qū)的展覽展示和建筑機電系統(tǒng)建設(shè)中均可以運用，具體采用哪些技術(shù)手段，需要根據(jù)展示內(nèi)容、理念以及場館運維需求而定。

1 科普場館展覽展示常用數(shù)字技術(shù)

數(shù)實融合的本質(zhì)是數(shù)字賦能，就科普場館而言是以數(shù)字化轉(zhuǎn)型實現(xiàn)場館的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化、高端化、綠色化發(fā)展。說到底數(shù)字技術(shù)只是技術(shù)手段，場館應(yīng)立足自身資源稟賦，響應(yīng)國家推動數(shù)字中國建設(shè)、加強國家科普能力建設(shè)的戰(zhàn)略發(fā)展規(guī)劃，準確研判可以執(zhí)行的方向，這是數(shù)實融合語境下場館科學(xué)普及和文化傳播能力建設(shè)的關(guān)鍵所在。以下是科普場館展覽展示方面常用的一些主要數(shù)字技術(shù)。

1.1 線上科技館/博物館

線下觀展受制于標識標牌布置位置及其可識別性、物理空間距離、參觀者體力等現(xiàn)實因素的影響，而線上展覽有其自身優(yōu)勢，如觀展更加便捷高效[2]、知識獲取更加系統(tǒng)等。線上展館部分替代實體場館的作用，為不方便到館的公眾提供高質(zhì)量的科普服務(wù)。數(shù)字技術(shù)打破了現(xiàn)實世界與虛擬世界的壁壘，使公眾獲取科普資源、參與科普活動便利化。

依托數(shù)字化技術(shù)手段，公眾參觀科普展覽、獲取科技知識的方式正變得更加多元化、智能化。打開虛擬展廳鏈接，輕拖鼠標即可云端觀展，漫游場館；借助VR或AR眼鏡，可以“觸摸”實體裝置，實現(xiàn)模擬實驗操作，充分激發(fā)公眾學(xué)習(xí)參與的積極性和主動性。

將Web3D技術(shù)與虛擬現(xiàn)實技術(shù)相融合，可以打造沉浸式數(shù)字化平臺[3]。通過展項3D 模型+BIM3D 建筑空間+虛擬數(shù)字人塑造元宇宙線上展廳，從而將現(xiàn)實展覽以線上3D 的方式呈現(xiàn)在移動端或PC 端，用心為公眾打造所見即所得的沉浸式觀展體驗[4]，并可在線與其他用戶互動，比如同科學(xué)家交流對話。

從傳播媒介而言，線上科普的搭載平臺眾多，包括電視廣播等傳統(tǒng)媒體，以及門戶網(wǎng)站、頭條、知乎、微博、公眾號、小程序、快手、抖音、B 站等層出不窮的新媒體手段。場館應(yīng)積極擁抱新媒體，不斷提升科普傳播力、影響力和輻射力。

1.2 數(shù)字多媒體技術(shù)

數(shù)字媒體是把數(shù)字化的內(nèi)容作品，以現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)為主要的傳播載體，通過完善的服務(wù)體系，分發(fā)到終端用戶進行消費的全過程。相對于傳統(tǒng)的靜態(tài)展陳，最新數(shù)字多媒體技術(shù)與場館的融合，既可以豐富展陳手段，又可以提升展示的表現(xiàn)力和趣味性，具有打破空間限制、突出表達、互動性強等特點[5]，更能夠充分調(diào)動公眾的積極性和主動性。通過引導(dǎo)公眾主動參與、主動選擇，多媒體技術(shù)可以讓公眾更好地理解消化和吸收相關(guān)科學(xué)知識。例如：日本未來科學(xué)館的數(shù)字地球展項，利用直徑6 m的OLED球形屏以多媒體形式呈現(xiàn)天氣、地震、生態(tài)等大數(shù)據(jù)信息，具有直觀化、互動性強等特點。數(shù)百種數(shù)據(jù)源于實際的科學(xué)觀測并定期更新，背后由超級計算機完成數(shù)據(jù)處理。公眾可以觀看來自人造衛(wèi)星拍攝的氣象云圖，使用AR眼鏡動態(tài)地體驗地球的運動，還可以在觸摸屏上自由訪問各種地球觀測科學(xué)信息，自行探索發(fā)現(xiàn)地球運行現(xiàn)象和規(guī)律等。目前，我國已建成的超算支撐數(shù)字地球裝置通過線上平臺將中國科學(xué)院資源、環(huán)境、生物、生態(tài)等領(lǐng)域基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和科研成果向公眾開放，線下設(shè)有裝置展廳“地球模擬實驗室”。類似裝置在完成科研任務(wù)的同時可以結(jié)合數(shù)字多媒體技術(shù)進一步挖掘科普潛力、釋放科普效益，使公眾更好地了解、利用和發(fā)展相關(guān)科技。

1.3 虛擬數(shù)字人/人工智能技術(shù)

虛擬數(shù)字人，是運用數(shù)字技術(shù)創(chuàng)造出來的，與人類形象接近的虛擬人物形象，具有人的外觀、行為和思想特征。虛擬數(shù)字人的運用可以增強場館的科技感和趣味性，并適度降低工作人員的講解負擔(dān)。在虛擬3D展館中虛擬數(shù)字人可以充當(dāng)導(dǎo)游的角色，為公眾介紹關(guān)于展品展項或者教育活動的有關(guān)知識和規(guī)則，提高線上場館的觀展效率。

人工智能是研究、開發(fā)用于模擬、延伸和擴展人的智能的理論、方法、技術(shù)及應(yīng)用系統(tǒng)的一門新的技術(shù)科學(xué)。類似GPT AI 的通用人工智能多模態(tài)大模型的開發(fā)和進化，使得人工智能的發(fā)展水平開始從專業(yè)化的特定領(lǐng)域向綜合的通用智能方向快速提升。將來，類似模型的進化版本與虛擬數(shù)字人甚至實體機器人結(jié)合，可以進一步提升場館的科技感并完成場館內(nèi)原本由員工承擔(dān)的多種角色。這些角色除了講解和導(dǎo)覽，還可能有輔助展覽或活動策劃、展示設(shè)計效果評估、收藏和研究、在線教育、智慧運維、宣傳推廣、在線客服、更高水平輔助決策等。隨著人工智能技術(shù)的不斷發(fā)展，不管是在線智能還是實體智能都將提供更多智慧功能[6]，輔助工作人員完成多種科普目標。

1.4 數(shù)字化導(dǎo)覽技術(shù)

數(shù)字導(dǎo)覽是指采用智能顯示技術(shù)與觸摸互動技術(shù)，以音頻、視頻、動畫、圖片、文字等為主要呈現(xiàn)方式，將建筑或展覽信息快速展示給游客，以解決客流引導(dǎo)、路線指引、通知公告等問題的導(dǎo)覽系統(tǒng)。相對于傳統(tǒng)的圖文版標識標牌，數(shù)字導(dǎo)覽屏在提高導(dǎo)覽信息的覆蓋面、加快信息更新的及時性等方面具有明顯優(yōu)勢，但對于一些相對固定的信息，如洗手間、影院位置指示等，傳統(tǒng)的標識牌已經(jīng)足夠。因此，數(shù)字導(dǎo)覽更適合于變動頻繁或者內(nèi)容復(fù)雜的導(dǎo)覽信息，如排片信息、教育活動信息、客流信息、臨展信息等適合由數(shù)字導(dǎo)覽屏負責(zé)，特別是數(shù)字導(dǎo)覽屏可以通過觸屏或?qū)υ挿绞交硬樵兯栊畔7]。因此，數(shù)字化導(dǎo)覽是傳統(tǒng)導(dǎo)覽方式的有益補充，且對于線上展覽等虛擬環(huán)境而言，數(shù)字導(dǎo)覽則成為唯一的導(dǎo)覽方式。

數(shù)字導(dǎo)覽的另一項優(yōu)勢在于利用大數(shù)據(jù)進行具有針對性的游客個性化推送，可以根據(jù)游客興趣點及知識層面智能規(guī)劃觀展線路。

將展項解說與展示空間的照片相結(jié)合，在清晰定位視點位置的前提下對各展項信息通過終端設(shè)備進行解說可以大大減輕館內(nèi)展教工作人員的解說負擔(dān)并確保解說品質(zhì)的穩(wěn)定性。例如：井堰絵里佳、伏見清香、籔本美孝等人開發(fā)了某些場館的展示解說網(wǎng)頁，通過終端打開后在場館內(nèi)移動使用[8]，方便公眾詳細地了解展項信息，提高觀展的興趣和效率。其實，類似功能也可以通過AR更好地實現(xiàn)，通過“掃一掃”把智慧導(dǎo)覽和智能講解進行融合，在現(xiàn)場背景中呈現(xiàn)真人講解的生動效果。

1.5 NFT數(shù)字文創(chuàng)

NFT是基于區(qū)塊鏈技術(shù)創(chuàng)造的數(shù)字資產(chǎn)和虛擬藝術(shù)，是非同質(zhì)化代幣，因具有不可復(fù)制、不可更改、不可分割和不可損毀等優(yōu)良特性而受到廣泛關(guān)注。

科技館、博物館擁有大量獨特的寶貴科技、教育或藏品資源，可以充分利用這一優(yōu)勢打造IP數(shù)字藏品和數(shù)字文創(chuàng)產(chǎn)品，在元宇宙背景下通過第三方或者自有NFT 平臺發(fā)行[9]。利用場館特有資源的稀缺性開發(fā)NFT 數(shù)字文創(chuàng)產(chǎn)品，可以在Web3D 上完成確權(quán)和交易，既可以適應(yīng)元宇宙發(fā)展趨勢擴大科技和優(yōu)秀文化的傳播力，又能提升場館或景區(qū)自身的品牌影響力。

2 科普場館建筑機電系統(tǒng)數(shù)字化建設(shè)和運維

數(shù)字技術(shù)在場館建筑機電系統(tǒng)建設(shè)和既有場館改造中均可以應(yīng)用，可以有效提升工程建設(shè)效率和質(zhì)量，并降低建設(shè)和后期運維成本。以下是部分常用的相關(guān)數(shù)字技術(shù)。

2.1 數(shù)字化三維測繪技術(shù)

三維測繪就是測量目標物的三維空間坐標，確定目標物的幾何形狀、空間位置和姿態(tài)，對目標物進行三維重構(gòu)從而盡可能真實地再現(xiàn)目標物的技術(shù)。特別是對于既有場館而言，往往由于部分區(qū)域年久失修、圖紙不全、后期改造等原因?qū)е卢F(xiàn)場情況與竣工圖紙多有不符。大修改造中需要對現(xiàn)場進行全面精細排摸測繪，由于建筑面積大、部分空間難以進入等原因，需要借助數(shù)字化三維掃描技術(shù)手段如激光掃描儀、無人機、機器人等輔助測繪。把繪制的3D 點云模型與已有的BIM模型進行融合，可以修正模型中的錯漏部分，保證建筑機電BIM 模型的完整性和準確性，從而為下一步構(gòu)建施工BIM模型打下良好的基礎(chǔ)。

2.2 數(shù)字孿生

數(shù)字孿生，也稱為數(shù)字映射、數(shù)字鏡像。是充分利用物理模型、傳感器更新、運行歷史等數(shù)據(jù)，集成多學(xué)科、多物理量、多尺度、多概率的仿真過程，在虛擬空間中完成映射，從而反映相對應(yīng)的實體裝備的全生命周期過程。用BIM構(gòu)建數(shù)字孿生體，全過程指導(dǎo)設(shè)計、施工和運維。在設(shè)計和施工過程中，BIM 模型可用于檢查和優(yōu)化專業(yè)設(shè)計圖紙的建筑結(jié)構(gòu)、機電設(shè)備管線之間的位置關(guān)系、校準圖紙基準點、測算工程量、模擬和優(yōu)化施工方案和工藝、合理安排和監(jiān)督施工進度計劃、對比檢測施工偏差等。后期運維階段，輕量化BIM 模型可與實體間雙向映射，構(gòu)成數(shù)字孿生體，做到虛實共生。三維可視化狀態(tài)下實現(xiàn)機電設(shè)備和重點空間部位的實時監(jiān)測，尤其是AR的運用可實現(xiàn)異常部位的虛實無縫顯示切換，使場館運維工作更加直觀高效。

2.3 數(shù)字化運維技術(shù)

數(shù)字化運維是借助物聯(lián)網(wǎng)等數(shù)字化技術(shù)將建筑物與設(shè)備的運營、維護、管理放到數(shù)字化平臺上進行遠程管理，大大提高管理效率和水平，實現(xiàn)降本增效的目的。

建筑設(shè)備管理系統(tǒng)（BMS）對建筑體內(nèi)設(shè)備進行集成管理和監(jiān)控聯(lián)動，集成了樓宇自控系統(tǒng)（BAS）、火災(zāi)報警系統(tǒng)（FAS）和安防自動化系統(tǒng)（SAS）等。該系統(tǒng)可與輕量化BIM 模型相結(jié)合，利用建筑結(jié)構(gòu)和機電設(shè)備模型及屬性，實現(xiàn)樓宇自控、能源管理、機房監(jiān)控和環(huán)境監(jiān)測等相關(guān)子系統(tǒng)的數(shù)字化3D 遠程集中管理。通過增加通信自動化和辦公自動化子系統(tǒng)，則可以構(gòu)建完整的智能建筑集成管理系統(tǒng)（IBMS），進一步通過引入人工智能技術(shù)和數(shù)字孿生可實現(xiàn)人機物的深度融合，智能建筑升級到智慧建筑，在公眾體驗、綠色節(jié)能、環(huán)境友好等方面具有更加卓越的表現(xiàn)。

2.4 建筑能源管理技術(shù)

建筑能源管理系統(tǒng)就是對建筑物內(nèi)的暖通空調(diào)、照明、電梯、給排水等能源使用狀況實行集中監(jiān)測、管理和分散控制的管理與控制系統(tǒng)，是實現(xiàn)建筑能耗在線監(jiān)測和動態(tài)分析的硬件與軟件系統(tǒng)的統(tǒng)稱。建筑行業(yè)全生命周期能耗和碳排放約占全國總量的一半，既有場館改造中通過規(guī)范、行業(yè)經(jīng)驗和運行實踐等設(shè)置合理的運行參數(shù)范圍，如溫度方面夏季不低于26 ℃，冬季不高于23 ℃。物聯(lián)網(wǎng)泛在的傳感器網(wǎng)絡(luò)可以敏銳感知和采集溫度、濕度、光照度、二氧化碳濃度、PM2.5、TVOC等多種物理量，并結(jié)合場館既有的歷史數(shù)據(jù)，用AI 算法挖掘分析，尋找最優(yōu)運行策略。通過建立具備可擴展的、擁有統(tǒng)計分析能力的建筑節(jié)能監(jiān)管系統(tǒng)，完成建筑物綜合能耗（水、電、氣）數(shù)據(jù)采集和統(tǒng)計分析，給出優(yōu)化運營建議。在保障人體舒適和健康的前提下，通過不斷優(yōu)化運行策略降低運行能耗，即通過系統(tǒng)調(diào)適減少碳排放，助力國家雙碳目標的實現(xiàn)。

其他適用數(shù)字技術(shù)不再一一贅述。這些數(shù)字化技術(shù)的應(yīng)用須立足場館實際，量身定制最佳整體解決方案，可以為公眾帶來更好的觀展體驗，為員工創(chuàng)造更好的辦公環(huán)境。

3 科普場館數(shù)字技術(shù)應(yīng)用尚存不足與對策思考

當(dāng)前國內(nèi)科普場館均采用了一些數(shù)字化技術(shù)，對于提升場館的吸引力和科普傳播能力起到了重要作用[10]，但在應(yīng)用方面仍存在以下的一些不足，需要采取措施進一步改善，著力打造公眾滿意的數(shù)字化、智能化的科普場館。

3.1 部分場館沉浸效果營造不佳

某些線下沉浸式劇場沉浸效果不佳，影響因素較多。投影機的流明度較高、投影面積較大、炫酷動感的光影組合、LED大屏和投影的人機便捷互動、恰當(dāng)?shù)募夹g(shù)組合和設(shè)備選型等都有利于沉浸式空間的打造。另外，建筑工程和展示工程從規(guī)劃設(shè)計之初就需要從沉浸式展覽展示的需求出發(fā)，做好墻地面建設(shè)的細節(jié)處理，從展示區(qū)域造型、材料、粗糙程度、大小、展項過渡、圍蔽、光照度、建聲和電聲音效等各個角度全方位做好配套設(shè)計和實施，恰當(dāng)運用適配主題和建筑空間的視覺、聽覺、觸覺乃至味覺的多種感官綜合刺激，減少“出戲”，增強沉浸效果。

3.2 數(shù)字內(nèi)容形式單一，交互性不足

國內(nèi)多數(shù)場館停留在電子屏播放加部分觸屏的簡單互動模式，數(shù)字內(nèi)容的呈現(xiàn)形式比較單調(diào)，缺乏吸引力，應(yīng)加大互動展項的研發(fā)和配置比例，使公眾在互動參與中學(xué)習(xí)科學(xué)知識、體悟科學(xué)道理。

3.3 數(shù)字內(nèi)容更新不及時，缺乏時代性

當(dāng)今時代科學(xué)技術(shù)特別是信息通信技術(shù)迅猛發(fā)展，科普內(nèi)容應(yīng)能反映重要科技前沿和重大科技進步，但是有些科普場館數(shù)字內(nèi)容的更新較慢，不能適應(yīng)公眾接觸學(xué)習(xí)新知識、新技術(shù)的迫切需求。有人提出建立專門的創(chuàng)新科技小組加快展品展項的更新周期甚至做到實時更新[11]，但如何讓更多公眾第一時間了解場館科普資源的更新狀況仍然十分重要。

因此，科普場館應(yīng)多關(guān)注和應(yīng)用最新信息技術(shù)成果，加快展品展項的微更新，努力做到展項常新。另外，大型科普場館可以充分利用自己的藏品優(yōu)勢、教育和科研人才優(yōu)勢創(chuàng)作各種數(shù)字展品和影視作品，突出場館自身特色、增強科普傳播力。而且，可以通過多種新媒體形式不單將科普知識本身傳遞給公眾，也可以將場館展品展項更新信息第一時間傳遞給公眾，引導(dǎo)公眾到現(xiàn)場參與互動，從而獲得更好的科普體驗。

3.4 數(shù)字設(shè)備維保不及時，影響科普效果。

由于建成時間久或者使用頻次高等原因，部分場館的數(shù)字設(shè)備常出現(xiàn)亂碼、黑屏等故障或者硬件損壞，明顯影響公眾體驗和場館形象。針對這種現(xiàn)象，應(yīng)加強展品展項的日常巡檢，對于故障狀況做到及時發(fā)現(xiàn)、及時維修或更換，確保展示和互動效果。

4 結(jié)語

在數(shù)字化和智能化技術(shù)迅猛發(fā)展的時代背景下，場館展覽展示和教育活動的高質(zhì)量線上化、可視化成為可能，線上與線下一體化成為趨勢。通過數(shù)字技術(shù)融合應(yīng)用，場館可以便捷高效地把科技文化知識與理念傳遞給公眾。如何進一步運用不斷涌現(xiàn)的各種新興數(shù)字技術(shù)與展覽展示和教育活動有機融合，同時規(guī)避應(yīng)用方面的不足，提高科普效率和文化傳播力并使得這一過程更具科技感、未來感和趣味性，打造科普場館高質(zhì)量發(fā)展新動能，是一個需要持續(xù)關(guān)注和解決的重要課題。