数字孪生图书馆智慧应用场景建设研究

河南财经政法大学图书馆 邵安华

发布时间:2025-07-28

摘要：数字孪生是物理实体与数字虚拟空间的融合，凭借其技术特点和优势，在图书馆管理和智慧服务场景应用方面具有巨大应用价值，即整合图书馆多源数据资源，满足用户个性化场景服务需求，提升图书馆智慧科研服务水平，打造图书馆智慧空间服务。

关键词：图书馆，数字孪生，虚拟技术，智慧场景

在数字化转型发展过程中，数字孪生（Digital Twin，简称DT）技术应运而生并广受关注。数字孪生是物理实体与数字虚拟空间的融合，在工业互联网和管理领域具有广泛而深远的应用前景。数字孪生技术是智慧管理的基础技术之一，指通过数字化和虚拟化的手段和物理模型，基于管理全生命周期全过程，在虚拟数字空间中构建一个模拟实体空间，实现对管理过程和全要素的检测、分析、判断和优化的一种新兴技术形态，并能预测潜在风险，合理有效地规划或对相关资源和设备进行有效维护。

1 数字孪生在构建图书馆智慧场景应用中的价值

1.1 整合图书馆多源数据资源

图书馆是知识管理和服务的重要部门，硬件设备和知识文献资源信息存量大、结构复杂、数据多源，需要将多源数据资源都分门别类地加以存储和处理，推动图书馆虚实空间的融合，实现图书馆全要素、全生命周期的协调服务。数字孪生将图书馆信息数据进行深度融合，增强了实体世界与信息世界的一致性。

1.2 满足用户个性化场景服务需求

数字孪生带动图书馆的技术升级，通过二维码、传感器等射频识别数据方式对实体世界的整体感知，为用户构建更适宜的阅读学习场景，并通过跟踪记录用户的个人浏览、使用的信息记录等，为用户提供更精准的服务。图书馆根据用户检索的内容、数据库的选择及虚拟空间的访问等历史数据的分析，呈现用户需求。

1.3 提升图书馆智慧科研服务水平

智慧科研为用户提供不同情境下的资源使用，使用户在安全、直观和可视化的方式下改善用户的智慧科研体验界面，实现了高品质的智慧科研体验。数字孪生结合基础设备和服务，通过数据的输入输出映射，实现对图书馆的扩展，提供具有高仿真动态交互的学习体验，不仅强化了图书馆在科研服务中的角色定位，而且也提升了图书馆的综合能力^[1]。数字孪生图书馆实现智能交互融合精准化管理，促进数字资源共享、会议互动直播等业务的开展，提升图书馆作为科研中心的核心数据主体地位，对于图书馆场景服务变革具有重要的现实意义^[2]。图书馆应积极与高校内外各院系及研究机构加强合作，高效整合不同学科的科研信息与数据，对物理空间进行建模，将科研所需的各种资源动态呈现出来，嵌入科研全过程，实现智慧科研服务的落地^[3]。

1.4 打造图书馆智慧空间服务

图书馆利用智能检测数据实现对图书馆空间规划与服务项目的完善，优化其服务资源供给，对图书馆软硬件设施支持及数据库资源管理等各类服务进行重新优化，为用户提供更优质的服务。在数字孪生的助力下，图书馆的实时运行数据被全方位记录，实现对用户情景数据等的全时段采集^[4]，通过虚实互联与集成的物联网在虚实空间同步举办学术会议，全景视频同步传输、实时监控等技术的支撑强化对事物的认知和理解^[5]。

2 数字孪生图书馆智慧场景应用系统的构建

2.1 数字孪生图书馆智慧场景建设理念

数字孪生技术应用相关理念包括虚实共生、虚拟仿真、实时交互、深刻洞察等，数字孪生图书馆建设要将这些技术的相关理念融入图书馆智慧场景全过程。数字孪生图书馆是智慧文化建设的主阵地，也是智慧文化建设的重要中心，因此数字孪生图书馆的建设理念和目标应在技术指标、生态标准、设施建设等方面均有较高要求，涉及图书馆实体规划、数字资源整合、管理运维、智慧化服务等方面，覆盖图书馆全要素、全生命周期的数据和感知，通过营造高水准、高品质、高效能的创新智慧服务环境，构建先进、数字化、智慧化的公共文化创新服务阵地，为建设智慧城市提供重要的基础设施支撑。

2.2 数字孪生图书馆关键技术应用

数字孪生应用全息仿真、人工智能、扩展现实、边云协同认知计算、多源异构数字孪生模型构建等多元信息技术进行深层次数据加工，创建科学高效的图书馆智慧场景服务。一是全息仿真。数字孪生运用全息仿真技术，模拟物理世界的实体状态，实现数据模型间的虚实映射与融合和对物理实体全域、全生命周期的感知，加强对数字图书馆的协同管理和运行控制。数字孪生模型表征与事实信息的匹配度越高，虚拟服务场景的仿真性就越强，数字孪生对图书馆的数字化赋能可实现数字图书馆向智慧图书馆的升级^[6]。二是人工智能。数字孪生技术融入了人工智能实现模拟、延伸、扩展人类智能的理论、技术、方法及应用，提高了数字孪生虚拟模型的精准度，并能与海量物理实体世界交互联通，保障了数字孪生图书馆数据全程留痕，并且可追溯。三是扩展现实（XR）。数字孪生采用扩展现实技术，将明显降低数字终端设备的计算负荷和能耗，扩展现实的终端设备可变得更轻便、更智能化。图书馆员可借助扩展现实设备控制巡查机器人的检测维护，在虚拟空间中以远程控制方式检查和解决图书馆实体设施设备的故障问题。四是边云协同。数字孪生图书馆采用的边云协同技术，可以将边缘计算多硬件部署和应用场景需要的边缘侧与中心云构建协同，实现本地智能决策、及时回应和快速执行，对图书馆的海量数据进行高效运算和处理，保障数字孪生图书馆的实时性、动态数据的检测、研判和预处理，实现风险故障的精准预测和有效预防。五是多源异构。数字孪生图书馆采用多源异构数据管理方式，多源异构指一个整体由多个不同来源的数据单元构成，既有混合型数据又有离散型数据，数字孪生图书馆能够实现多源异构数据的共享和管理，为图书馆全域、全生命周期的多源、多类型数据融合提供技术保障。

2.3 构建数字孪生图书馆生态支持系统

数字孪生图书馆的关键是构建数字孪生图书馆生态系统，对图书馆各要素进行数字化建模，依据虚实空间的相互协同、相辅相成，按照生态系统逻辑关系，构建数字孪生图书馆生态支持系统的四个层次。见下页图1。

2.3.1 数据保障层。数据保障层是驱动数字孪生图书馆生态体系科学运行的基础，支撑图书馆物理实体和虚拟空间的上层体系运作。数据保障层通过对数据进行采集、清洗、储存、加工及建模等，在虚拟空间对图书馆物理实体进行实时交互及双向反馈，满足数字孪生图书馆全新业务模式中感知、分析、模拟、管控及管理和服务的需求。

2.3.2 孪生技术应用层。孪生技术应用层是图书馆生态体系构建的关键和核心层，该层采用多种数字孪生技术，并可应用于信息可视化、场景互动、人工智能、用户情景模拟等多种应用情景。数字孪生原始数据模型可以进行管理和服务需求分析，预测并优化服务提供，全面提升图书馆整体管理和服务的一体化、协同化水平，促进智慧场景服务协同运行和多元化应用情境的整合优化，对图书馆整体规划及协同管控提供技术支撑，提高了数据传输的处理效率，既能满足用户高效获取信息的需求，又能支撑图书馆作为智慧图书馆综合体的实现。

2.3.3 智慧应用层。智慧应用层基于数据特征与标签识别为用户提供个性化、精准化的推送服务，主要提供图书馆每日借阅实时数据、数据库资源调度等信息服务，针对不同用户群体提供精准的文献资料查阅服务，实现数据与模型的双驱动。图书馆依托先进的智能物联网系统，采用多元模型算法，基于用户的需求分析和使用轨迹数据，分析并画出用户画像，判断用户的使用需求和使用特点，基于多维个性标签对用户进行知识资源的精准推送，辅助用户对文献资源进行加工创新，提高智慧应用水平。

2.3.4 用户感知层。用户感知层的运行效果对持续优化数字孪生图书馆智慧场景管理具有重要参考意义。在用户感知层，数字孪生通过智能感知技术不断扩展视觉与听觉范围，为用户提供全息多感官沉浸式场景体验，直接面向用户提供便捷、可视化的服务操作，尤其要重视用户使用感和界面的友好设计。在新兴多元信息技术应用的支持下，多场景智慧服务设备升级为用户带来身临其境的感官体验，实现了多主体间的实时高效协同，使用户在数字仿真的图书馆全景服务环境中实现全沉浸式知识获取体验，提升其获取知识和服务的数字四维空间视觉舒适感。

3 建设数字孪生图书馆智慧场景应用的具体对策

3.1 保障用户信息安全

数字孪生图书馆提升图书馆资源使用率，成为提高质量、减少损耗、降低成本、优化资源、提升效率、保障安全的关键技术，针对复杂系统、复杂过程的数字孪生构建需求，需要相关的集成工具与平台支撑。与所有的信息技术应用一样，数字孪生图书馆建设的信息安全是关键保障。图书馆应从法律的角度出发，按照监管部门的要求，保障个人信息安全，不过度搜集个人信息，不强制个人提供信息，包括人脸识别信息、个人隐私信息、用户的使用信息和浏览记录等，对用户需求进行分析预测，保障个人信息的安全管理和保存，维护信息系统安全。

3.2 充分发挥个性化推荐作用

新兴技术的强化应用加强了人与人之间情感或关系的连接，数字孪生图书馆通过感知系统对用户、场馆、馆员、文献等诸要素进行实时感知，促进馆员在线平台与用户进行互动，精准推送服务信息和服务数据，分享知识，提高资源适配效率，提升用户使用体验，支持用户在服务场景或具体情境中的个性化学习和沉浸式学习^[7]。数字孪生技术强大的数据追踪与分析引擎功能，可实时追踪用户的查阅记录并进行专业的测算分析，为用户提供更为精准、高效的个性化知识推送服务，增强用户黏性，为他们提供不受时空限制的虚拟空间个性化服务，确保其及时输入学习需求并反馈学习效果。传统图书馆的场景服务提供方式已无法满足日益复杂化和个性化的情景操作模式，亟须引入数字孪生新技术以满足用户个性化需求^[8]。

3.3 强化资源优化管理

数字孪生在虚拟空间中呈现用户与仿真环境的交互，对虚实资源和主体在全生命周期内的数据进行整合，构建数字孪生体与物理实体融合共生的智慧管理服务模式，实现了空间智慧化管理与智能终端设备一体化的整合^[9]，形成循环互促的虚实映射体系，共享知识和学习空间。目前，数字孪生需要更高的标准与技术支持，强化数据共享交互，采用跨机构、多平台、高速存取的数据管理模式，高效处理图书馆和用户的结构化数据及非结构化数据，实现信息资源的优化和匹配。图书馆数字孪生智能场馆建设是一个高度复杂的高科技智能生态系统，实时呈现图书馆场景空间的超清晰视频，在数据采集、存储处理、分析应用、精准预测等方面提高图书馆数字信息资源的整合度和匹配率^[10]。

3.4 重视专业技术人才培养

数据治理策略和模型通常非常接近人类思维习惯，数字孪生帮助馆员打开思路，呈现多视角分析问题方式，辅助馆员做好智能创新服务和管理工作。数字孪生系统的运行是人工智能无法实现的，馆员的情商与智商在运作过程中起着至关重要的作用，贯穿于整个系统运行全流程，小到设备的维护，大到管控方案的实施与调整，皆依赖于馆员的间接或直接参与。馆员不仅应具备传统图书馆专业知识，还要具备新技术操作能力，推动数字孪生图书馆智慧管控系统的建设和运维能够顺利推进，保证数字孪生全生命周期循环顺利运行^[11]。图书馆服务质量受图书馆员服务能力的影响，馆员服务能力是图书馆核心竞争力的体现，对用户与图书馆之间构建长期稳定和谐的关系至关重要^[12]。数字孪生图书馆多场景智慧服务系统的搭建需要专业高效的智慧服务团队的支持，图书馆应重点筛选优秀人才，通过建立完善的智慧服务考核体系、优化团队岗位设置等方式，充分发挥专业人才的作用，并加强技术人才培养，提升馆员的服务意识和服务精神，积极主动响应用户需求，提升数字孪生图书馆智慧场景的整体管理和服务效能。

4 结语

面向未来的数字孪生技术对图书馆事业发展具有重要价值与意义。数字孪生为图书馆场景服务建设提供了虚实空间的连接，为用户带来可视化呈现与沉浸式学习体验，将图书馆的空间、知识、用户紧密连接起来，为智慧图书馆建设带来了新机遇，其应用将推动图书馆智慧服务质量的整体跃升。

参考文献：

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作者简介：邵安华（1985—），河南财经政法大学图书馆馆员。

《河南图书馆学刊》2025年第4期