數(shù)字孿生技術(shù)如何革新高校圖書館學(xué)科服務(wù)

李淑紅?孫曉琳?楊菁?多朵

摘要：隨著信息技術(shù)的迅速發(fā)展，高校圖書館正面臨從傳統(tǒng)服務(wù)模式向智慧服務(wù)模式轉(zhuǎn)型的挑戰(zhàn)。數(shù)字孿生作為一種新興的技術(shù)手段，在許多行業(yè)領(lǐng)域內(nèi)已經(jīng)顯現(xiàn)出其巨大的潛力和價(jià)值?；诖耍F(xiàn)針對(duì)圖書館在學(xué)科服務(wù)中存在的問(wèn)題，提出基于數(shù)字孿生技術(shù)構(gòu)建學(xué)科服務(wù)體系和數(shù)字孿生學(xué)科服務(wù)模型，探討數(shù)字孿生技術(shù)在高校圖書館學(xué)科服務(wù)中的應(yīng)用，同時(shí)從基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、數(shù)據(jù)整合與管理、知識(shí)管理與服務(wù)、用戶體驗(yàn)設(shè)計(jì)四個(gè)方面闡述實(shí)現(xiàn)數(shù)字孿生在學(xué)科服務(wù)中的實(shí)施策略，旨在為高校圖書館提供更加準(zhǔn)確、高效與個(gè)性化的學(xué)科服務(wù)。

新時(shí)期，國(guó)家在教育領(lǐng)域作出了巨大改革，尤其是在高等教育領(lǐng)域，習(xí)近平總書記在主持中共中央政治局第五次集體學(xué)習(xí)時(shí)強(qiáng)調(diào)，“建設(shè)教育強(qiáng)國(guó)，龍頭是高等教育。要把加快建設(shè)中國(guó)特色、世界一流的大學(xué)和優(yōu)勢(shì)學(xué)科作為重中之重，大力加強(qiáng)基礎(chǔ)學(xué)科、新興學(xué)科、交叉學(xué)科建設(shè)，瞄準(zhǔn)世界科技前沿和國(guó)家重大戰(zhàn)略需求推進(jìn)科研創(chuàng)新，不斷提升原始創(chuàng)新能力和人才培養(yǎng)質(zhì)量”[1]。由此可見(jiàn)，高等學(xué)校的學(xué)科建設(shè)直接關(guān)乎人才培養(yǎng)的質(zhì)量和社會(huì)服務(wù)的能力，推動(dòng)學(xué)科建設(shè)是高等學(xué)校履行職能的最基本體現(xiàn)。圖書館作為高校知識(shí)交流、學(xué)術(shù)研究、信息素養(yǎng)培訓(xùn)和文化建設(shè)的重要基地，對(duì)于推動(dòng)學(xué)校全方位學(xué)科建設(shè)具有不可替代的作用。學(xué)科服務(wù)作為高校圖書館面向不同學(xué)科師生的一個(gè)綜合性平臺(tái)，正逐步從以藏書為中心的理念向以用戶為中心的理念方向轉(zhuǎn)變，但也在數(shù)字化轉(zhuǎn)型、信息素養(yǎng)、個(gè)性化服務(wù)、學(xué)科整合與跨學(xué)科服務(wù)、專業(yè)人才培養(yǎng)、空間優(yōu)化等領(lǐng)域面臨巨大的挑戰(zhàn)。

隨著高校教育模式的轉(zhuǎn)變和數(shù)字化技術(shù)的發(fā)展，以數(shù)字孿生為代表的技術(shù)為高校圖書館學(xué)科服務(wù)的創(chuàng)新提供了新的思路和方法。數(shù)字孿生技術(shù)是一種通過(guò)創(chuàng)建物理實(shí)體的虛擬副本以模擬、預(yù)測(cè)和優(yōu)化物理實(shí)體在現(xiàn)實(shí)世界中的行為和性能的技術(shù)。在高校智慧圖書館領(lǐng)域，2020年，趙藝揚(yáng)[2]基于數(shù)字孿生技術(shù)提出了新型智慧化圖書館的建設(shè)思路，探析了數(shù)字孿生圖書館的運(yùn)行機(jī)制，確定了運(yùn)行策略。2021年，牛青[3]針對(duì)目前圖書館的現(xiàn)狀，從個(gè)性化服務(wù)、全方位管理等角度提出了數(shù)字孿生與圖書館運(yùn)行的融合機(jī)制。2022年，呂豐華，姜繼紅等[4]運(yùn)用數(shù)字孿生技術(shù)優(yōu)化了讀者借閱服務(wù)、精準(zhǔn)服務(wù)，提高了館藏資源利用率，王家玲，王偉赟[5]也通過(guò)研究數(shù)字孿生構(gòu)建了圖書館精準(zhǔn)服務(wù)體系。2023年，李淑紅，孫曉琳等[6]從數(shù)字孿生角度提出了智慧圖書館建設(shè)的理論模式，重點(diǎn)分析了圖書館的決策模式。

在高校圖書館領(lǐng)域，數(shù)字孿生技術(shù)在智慧圖書館建設(shè)中起著不可估量的作用，這意味著可以創(chuàng)造一個(gè)虛擬的圖書館學(xué)科服務(wù)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)資源的最優(yōu)配置和服務(wù)的個(gè)性化設(shè)計(jì)，對(duì)于推動(dòng)學(xué)科建設(shè)與發(fā)展具有極其重要的意義。本文立足于新時(shí)期高等教育快速發(fā)展的背景，研究分析數(shù)字孿生技術(shù)在高校圖書館學(xué)科服務(wù)模式中的應(yīng)用策略。

數(shù)字孿生技術(shù)概述

數(shù)字孿生的定義

數(shù)字孿生（Digital Twin）是一種虛擬模型技術(shù)[7]，以數(shù)字化的形式創(chuàng)建了一個(gè)物理實(shí)體的多維度、多空間、多尺度、多學(xué)科的動(dòng)態(tài)虛擬模型，通過(guò)虛擬模型刻畫和仿真現(xiàn)實(shí)物理實(shí)體的性能、狀態(tài)和動(dòng)態(tài)行為。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，數(shù)字孿生就是將真實(shí)世界中的物體、過(guò)程或系統(tǒng)與其數(shù)字復(fù)制品連接起來(lái)，允許我們對(duì)物理實(shí)體進(jìn)行分析、測(cè)試和優(yōu)化，而不會(huì)影響實(shí)際的物體或系統(tǒng)。這個(gè)概念最早由美國(guó)密歇根大學(xué)Michael Grieves教授提出[8]，初期主要應(yīng)用于飛機(jī)零件的生命周期管理，主要包括工藝流程的改進(jìn)、生產(chǎn)效率與質(zhì)量的提高方面。近年來(lái)，它被廣泛應(yīng)用于智慧城市建設(shè)、衛(wèi)星空間通信、制造車間、車輛船舶、智慧物流、醫(yī)療健康等多個(gè)領(lǐng)域。

數(shù)字孿生的關(guān)鍵技術(shù)

數(shù)字孿生技術(shù)之所以能夠精確地反映物理實(shí)體的狀態(tài)、行為和過(guò)程，主要依賴于一系列先進(jìn)技術(shù)的融合系統(tǒng)，其中，物聯(lián)網(wǎng)（IoT）、云計(jì)算和人工智能技術(shù)（AI）是實(shí)現(xiàn)數(shù)字孿生的關(guān)鍵技術(shù)。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)將各種信息傳感設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)相連接起來(lái)，利用嵌入在物理對(duì)象中的各種傳感器，收集環(huán)境中的設(shè)備參數(shù)、狀態(tài)及操作參數(shù)，還可以接收控制指令，實(shí)現(xiàn)對(duì)物理實(shí)體的遠(yuǎn)程操控。云計(jì)算主要提供了強(qiáng)大的計(jì)算資源和存儲(chǔ)能力，保證了數(shù)據(jù)的長(zhǎng)期可訪問(wèn)和安全性，同時(shí)可以快速地處理并分析收集到的數(shù)據(jù)，允許用戶在世界各地都能訪問(wèn)數(shù)字孿生模型。人工智能技術(shù)主要用于智能化的分析和決策輔助，通過(guò)機(jī)器學(xué)習(xí)算法從歷史數(shù)據(jù)中學(xué)習(xí)并識(shí)別出特定的行為模式，預(yù)測(cè)設(shè)備的未來(lái)行為并提出優(yōu)化的建議，實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的自動(dòng)化決策和物理實(shí)體的實(shí)時(shí)響應(yīng)。

高校圖書館學(xué)科服務(wù)的現(xiàn)狀

當(dāng)前高校圖書館在學(xué)科服務(wù)中主要提供文獻(xiàn)檢索、索引編制、學(xué)科指導(dǎo)、數(shù)據(jù)庫(kù)電子資源等服務(wù)，盡管學(xué)科服務(wù)具備了一定的發(fā)展規(guī)模，但是隨著物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算和人工智能技術(shù)的發(fā)展，在高等教育學(xué)科發(fā)展中已經(jīng)出現(xiàn)了諸多問(wèn)題。安徽建筑大學(xué)圖書館林贊聲，馬潔[9]以安徽15所高校圖書館為調(diào)查對(duì)象，在學(xué)科館員、學(xué)科服務(wù)及平臺(tái)建設(shè)方面對(duì)圖書館學(xué)科服務(wù)進(jìn)行了梳理；黑龍江省黑河學(xué)院圖書館馬春花[10]對(duì)當(dāng)前圖書館的資源建設(shè)和學(xué)科服務(wù)進(jìn)行了分析，指出了學(xué)科服務(wù)過(guò)程中的不足之處；長(zhǎng)沙理工大學(xué)鄧婕從非雙一流高校圖書館發(fā)展的角度分析了學(xué)科服務(wù)的內(nèi)容及現(xiàn)狀，并提出將學(xué)科服務(wù)嵌入各個(gè)服務(wù)窗口的機(jī)制。綜上分析，目前學(xué)科服務(wù)主要存在服務(wù)學(xué)科不夠全面、信息素養(yǎng)教育落后、學(xué)科館員嚴(yán)重匱乏、資源整合能力有限、個(gè)性化服務(wù)不足等情況。

筆者以新疆理工學(xué)院各學(xué)科建設(shè)為例，通過(guò)知網(wǎng)數(shù)據(jù)庫(kù)分析了2020年以來(lái)以新疆理工學(xué)院為第一單位的作者發(fā)表論文（如圖1所示）。根據(jù)圖1可知，發(fā)表論文各類學(xué)科情況為：高等教育215篇，占總比37.33%；農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)62篇，占總比10.76%；計(jì)算機(jī)軟件及應(yīng)用61篇，占總比10.59%；輕工業(yè)手工業(yè)36篇，占總比6.25%；體育36篇，占總比6.25%；有機(jī)化工33篇，占總比5.73%；旅游32篇，占總比5.56%；環(huán)境科學(xué)與資源利用31篇，占總比5.38%；中國(guó)語(yǔ)言文字27篇，占總比4.69%；貿(mào)易經(jīng)濟(jì)26篇，占總比4.51%。新疆理工學(xué)院學(xué)科建設(shè)以工為主，理、工、經(jīng)、管、文、法多學(xué)科交叉融合發(fā)展，通過(guò)以上數(shù)據(jù)可以在一定程度上反映當(dāng)前學(xué)科發(fā)展的一個(gè)趨勢(shì)，在高等教育這一方面發(fā)展相對(duì)較好，但是與理工類的學(xué)科發(fā)展相比仍存在一定的差距。對(duì)此，圖書館在學(xué)科服務(wù)中可以采取一系列促進(jìn)措施，了解讀者及院部師生的多樣化需求，充分促進(jìn)資源、團(tuán)隊(duì)、管理等的融合發(fā)展。

基于數(shù)字孿生的學(xué)科服務(wù)模式

數(shù)字孿生在學(xué)科服務(wù)中的應(yīng)用

通過(guò)構(gòu)建學(xué)科服務(wù)的數(shù)字孿生模型，精準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)不同用戶的多樣化需求，明確學(xué)科服務(wù)的發(fā)展目標(biāo)，使物理圖書館與虛擬圖書館學(xué)科服務(wù)體系更加完善。根據(jù)筆者前期研究的數(shù)字孿生圖書館五維框架模型[11]，以用戶為中心，構(gòu)建數(shù)字孿生學(xué)科服務(wù)應(yīng)用體系（如圖2所示）。

數(shù)字孿生學(xué)科服務(wù)應(yīng)用體系主要由學(xué)科服務(wù)孿生體與終端用戶組成，而學(xué)科服務(wù)孿生體主要包括數(shù)字孿生圖書館和學(xué)科服務(wù)平臺(tái)，終端用戶包括院部機(jī)構(gòu)、師生用戶、學(xué)科館員。其中，數(shù)字孿生圖書館為學(xué)科服務(wù)體系提供基礎(chǔ)資源，主要由物理圖書館與虛擬圖書館交互而成，通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算將物理實(shí)體、虛擬實(shí)體、孿生數(shù)據(jù)相融合，是整個(gè)學(xué)科服務(wù)體系運(yùn)行決策的大動(dòng)脈。

學(xué)科服務(wù)平臺(tái)是通過(guò)龐大的數(shù)據(jù)信息和先進(jìn)的人工智能算法模擬實(shí)現(xiàn)的，主要涉及數(shù)據(jù)信息的儲(chǔ)存與處理，這些數(shù)據(jù)用來(lái)教授人工智能算法如何識(shí)別模式和預(yù)測(cè)，目前較為成熟的算法有卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遞歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、長(zhǎng)短期記憶網(wǎng)絡(luò)以及生成對(duì)抗網(wǎng)絡(luò)，其平臺(tái)通過(guò)這些算法的訓(xùn)練，實(shí)現(xiàn)學(xué)科服務(wù)體系的智慧分析、智慧決策、智慧管理以及智慧服務(wù)。

終端用戶院部機(jī)構(gòu)是承載學(xué)科發(fā)展的一線教學(xué)單位，在這一過(guò)程中，服務(wù)平臺(tái)主要應(yīng)用于教育教學(xué)，通過(guò)創(chuàng)建精確的實(shí)驗(yàn)室設(shè)備和實(shí)驗(yàn)過(guò)程虛擬模型，讓學(xué)生完成風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)較高的科學(xué)實(shí)驗(yàn)，避免人身安全受到傷害。通過(guò)數(shù)字孿生技術(shù)指導(dǎo)學(xué)生遠(yuǎn)程實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的操作和流程，提供全面的學(xué)習(xí)資源。也可以在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域使用數(shù)字孿生技術(shù)進(jìn)行手術(shù)模擬，幫助學(xué)生在安全的環(huán)境中磨練技能。師生用戶不僅是學(xué)科服務(wù)的接受者，同時(shí)也是學(xué)科服務(wù)的反饋者，可以利用數(shù)字孿生平臺(tái)模擬復(fù)雜的物理系統(tǒng)或產(chǎn)品性能，評(píng)估優(yōu)化解決現(xiàn)實(shí)生活中的技術(shù)難題。通過(guò)師生用戶的學(xué)習(xí)、研究和興趣需要，充實(shí)學(xué)科服務(wù)需求的方向和內(nèi)容，師生用戶在使用服務(wù)過(guò)程中產(chǎn)生的反饋，是學(xué)科服務(wù)持續(xù)改進(jìn)和創(chuàng)新的關(guān)鍵。而在整個(gè)學(xué)科體系服務(wù)中，學(xué)科館員具有非常關(guān)鍵的作用和地位，他們是連接圖書館資源與用戶（如學(xué)生、教師和研究人員）的橋梁，同時(shí)也是推動(dòng)圖書館服務(wù)創(chuàng)新和學(xué)科知識(shí)發(fā)展的重要力量。在其應(yīng)用體系中，學(xué)科館員應(yīng)具有資源開(kāi)發(fā)與管理、信息素養(yǎng)教育、學(xué)術(shù)交流與合作、參考咨詢以及個(gè)性化服務(wù)的基本技能，確保服務(wù)體系的正常運(yùn)行及各院部機(jī)構(gòu)的交流合作，以更好地支持教學(xué)和研究的共同發(fā)展。

數(shù)字孿生在學(xué)科服務(wù)中的實(shí)施策略

為了有效實(shí)施基于數(shù)字孿生的學(xué)科服務(wù)，根據(jù)數(shù)字孿生技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系[12]，圖書館需要結(jié)合高校辦學(xué)特色和辦學(xué)條件，從基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、數(shù)據(jù)整合與管理、知識(shí)管理與服務(wù)、用戶體驗(yàn)設(shè)計(jì)等方面進(jìn)行合理部署與規(guī)劃。

1.基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)

構(gòu)建數(shù)字孿生的學(xué)科服務(wù)體系需要具備跨學(xué)科的知識(shí)，涉及信息技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)安全、機(jī)械工程、軟件開(kāi)發(fā)等領(lǐng)域的專業(yè)能力。同時(shí)，還需要考慮規(guī)模經(jīng)濟(jì)。例如，物聯(lián)網(wǎng)（IoT）設(shè)備、傳感器、計(jì)算機(jī)設(shè)備、數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備、數(shù)據(jù)儲(chǔ)存管理設(shè)備、數(shù)據(jù)處理分析平臺(tái)、可視化工具等。

2.數(shù)據(jù)整合與管理

組織和整合不同來(lái)源的圖書館資源數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)通常來(lái)源于傳感器、設(shè)備日志、操作系統(tǒng)、業(yè)務(wù)系統(tǒng)等。確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和實(shí)時(shí)更新以支持后續(xù)的分析和決策，使數(shù)據(jù)孿生成為可能。同時(shí)，對(duì)于多樣化數(shù)據(jù)要進(jìn)行數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化和清洗，排除那些錯(cuò)誤的、重復(fù)的或不完整的信息，確保不同源的數(shù)據(jù)格式、度量單位和時(shí)間戳能多元融合。

3.知識(shí)管理與服務(wù)

為有效管理和利用學(xué)科知識(shí)資源，滿足各類用戶的學(xué)習(xí)和研究需求，圖書館學(xué)科館員要具備數(shù)據(jù)收集與整理、信息檢索與分析、使用現(xiàn)代技術(shù)手段、用戶培訓(xùn)與教育、咨詢與決策等能力，這就需要圖書館人員加強(qiáng)對(duì)知識(shí)和技術(shù)的不間斷學(xué)習(xí)。

4.用戶體驗(yàn)設(shè)計(jì)

用戶體驗(yàn)設(shè)計(jì)是整個(gè)數(shù)字孿生學(xué)科服務(wù)體系平穩(wěn)運(yùn)行的關(guān)鍵，需要開(kāi)發(fā)高度個(gè)性化、互動(dòng)性強(qiáng)、界面友好的產(chǎn)品和服務(wù)，可以通過(guò)用戶行為和偏好實(shí)時(shí)調(diào)整界面和交互方式、實(shí)時(shí)反饋循環(huán)設(shè)計(jì)，構(gòu)建不同用戶場(chǎng)景，提供更加個(gè)性化的用戶體驗(yàn)。同時(shí)，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）和虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）的集成能夠幫助用戶更加直觀地了解和使用產(chǎn)品或服務(wù)。在設(shè)計(jì)中引入數(shù)據(jù)保護(hù)措施，確保用戶數(shù)據(jù)的安全。

數(shù)字孿生技術(shù)為高校圖書館的學(xué)科服務(wù)提供了一種新的發(fā)展方向。本文通過(guò)分析數(shù)字孿生技術(shù)的特點(diǎn)和高校學(xué)科服務(wù)發(fā)展的現(xiàn)狀，探索性地提出構(gòu)建學(xué)科服務(wù)的數(shù)字孿生模型，主要由學(xué)科服務(wù)孿生體與終端用戶組成，詳細(xì)地闡述了兩部分應(yīng)用體系的特點(diǎn)，能夠?yàn)閳D書館提供更加精確和個(gè)性化的服務(wù)，在提高資源利用效率的同時(shí)也能夠促進(jìn)圖書館服務(wù)的創(chuàng)新。最后，從基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、數(shù)據(jù)整合與管理、知識(shí)管理與服務(wù)、用戶體驗(yàn)設(shè)計(jì)四方面提出了實(shí)現(xiàn)數(shù)字孿生在學(xué)科服務(wù)過(guò)程中的實(shí)施策略。隨著本研究技術(shù)的進(jìn)步和應(yīng)用實(shí)踐的深入，基于數(shù)字孿生的高校圖書館學(xué)科服務(wù)將展現(xiàn)出更加廣闊的發(fā)展前景，為新型智慧化圖書館建設(shè)提供一定的新思路。

本文系新疆高校圖工委科研項(xiàng)目資助，項(xiàng)目名稱：基于數(shù)字孿生技術(shù)的圖書館服務(wù)模式研究，課題編號(hào)：TGW-20231201；項(xiàng)目名稱：高校圖書館知識(shí)服務(wù)評(píng)價(jià)與優(yōu)化研究，課題編號(hào)：TGW-20222404。

（作者單位：新疆理工學(xué)院圖書館）

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