基于数字孪生技术的智慧档案馆模型建构研究

2021-11-26展倩慧杨智勇上海大学图书情报档案系

浙江档案 2021年2期

展倩慧杨智勇杨鹏/上海大学图书情报档案系

数字产业的快速发展与转型已成为全球经济发展的重点，2020年由工信部中国电子技术标准化研究院牵头编写的《数字孪生应用白皮书》发布，指出数字孪生将从促进数字经济与实体经济融合、贯通信息孤岛、释放数据价值、加快全要素数字化和新型智慧城市建设等层面，推动我国经济社会的发展[1]。数字孪生作为数字转型的代表性体现，其应用日益广泛的同时也必将为智慧档案馆建设带来新的人机关系和泛在知识共享空间。自2012年发布首批智慧城市试点城市以来，截至2018年底，超过600多座城市明确提出了智慧城市建设计划[2]。智慧档案馆应顺应智慧城市建设洪流，利用数字孪生技术，为其创建虚拟能耗系统，辅助构建“绿色智慧档案馆”。同时，运用数字孪生技术的智慧档案馆可以将档案馆的馆藏资源、人员、知识和服务以虚拟具象化形式展示出来，建构馆员孪生体、用户孪生体、馆藏资源孪生体三维虚拟画像，形成群智协作体系，从而满足用户的个性化需求。

总之，在当前我国各方面强调科技应用和数智赋能的背景下，如何将数字孪生技术与档案馆事业转型结合起来，使数字孪生在档案工作中发挥高效决策、深度分析、智能运作等作用具有重要意义。

1 数字孪生技术与智慧档案馆

数字孪生是具有数据连接和特定物理实体或过程的数字化表达，以数字化方式创建物理实体的虚拟模型，以数据驱动力为核心模拟物理实体在现实环境中的行为[3]，通过虚实映射、技术迭代、系统交互等手段，实现物理空间与虚拟空间交互映射的通用使能技术。人工智能、“3R”技术、协同计算、全息智能交互等信息化技术构成数字孪生技术的基石。它的互操作性、可扩展性、实时性等特点，能够在最大程度上促进人类社会以全局视角统筹方向建设，以数字空间筑实现实底座，以虚拟智能控制实体运行，实现虚拟与现实空间的同步规划与建设。

智慧档案馆是档案数据、信息、情报、知识的综合体，用来解决档案收集、管理、保存、利用等问题的智慧化系统和平台[4]，是在传统实体档案馆和数字档案馆基础上，将数据挖掘、语义分析、主动推送等智能高效的技术方法，与档案馆天然的资源优势、丰厚的文化底蕴、档案用户的多元需求有效衔接起来，实现档案数据、档案实体、档案环境、档案人流等全方位的智能型管理。

2 数字孪生技术应用于智慧档案馆的情境

在AI、“3R”、全息智能交互等多元技术共同作用下，智慧档案馆能够构建一个与档案馆物理实体几乎一样的具有多维智慧与泛在感知的“档案馆数字孪生模型”。基于此，本文从模拟交互情境、虚拟还原情境、突发应急情境三个方面，探讨数字孪生技术应用于智慧档案馆的多维场景。

2.1 模拟交互情境下的用户体验

数字孪生技术具有众多特点，包括双向映射、动态模拟、实时连接等。一方面，将数字孪生技术应用于民众喜闻乐见的档案馆展览中，使档案用户能够“沉浸”其中，体味档案的“原汁”面貌。最直接的表现就是将VR技术应用于在线游览程序制作中，通过交互式展览鼓励用户模拟互动。例如，美国“铭记珍珠港”APP利用VR技术使用户可与幸存对象在虚拟环境中交流，与当时的文物、标志性照片和档案视频进行交互，将自己置身于历史场景中，使用户更能真切地感受档案记忆，享受全息沉浸式体验[5]。另一方面，智慧档案馆通过收集、挖掘、分析档案用户的行为数据与个人背景数据，构建档案用户孪生体，并自动生成档案用户与馆员孪生体匹配模式。为用户在生活、工作、学习等不同场景里提供精准化、个性化、多元化、自动化远程服务，每位档案用户都将拥有自己的馆员数字孪生体，使其充当智能顾问、答疑助手的角色，获取24×365的全天候服务。

2.2 历史真实情境下的虚拟还原

档案馆保存着诸多珍贵的档案文献遗产，它们是传承中华文化、记载社会记忆的宝贵财富。但由于人工破坏、自然侵蚀、管理疏忽等各种因素，档案文献遗产损坏或丢失的现象时有发生。借助数字孪生技术能够有效保护档案文献遗产，一方面，可以利用数字孪生技术在虚拟信息空间构建与现实物理世界中的物质文化遗产完全一致的数字孪生体，在对档案文献遗产进行操作处理之前，模拟出可能发生的状况或可能引起的后果，提前制定防护措施、修复还原计划[6]。另一方面，利用数字孪生技术还可以为档案文献遗产营造虚拟镜像化的开发平台，与增强现实、虚拟仿真、混合现实紧密结合，叠加虚拟现实维度，提供复原再现、可视化展示与沉浸式体验功能[7]，为档案文献遗产保护与开发提供更多可能性，赋予其全新生命力。例如，可以通过数字孪生技术构建“数字敦煌”“南京大屠杀孪生档案”，借助可视化技术予以传播展示。

2.3 突发应急情境下的安全保障

2018年，一场出其不意的大火席卷了巴西国家博物馆，2000万件珍贵文物毁于一旦；2019年，法国巴黎圣母院发生火灾，整座建筑损毁严重；2019年，深圳市档案中心突然起火，深圳消防紧急出动，花了4个小时才把大火扑灭。这一起起触目惊心的突发事件为档案管理和保护敲响了警钟。借用数字孪生的模拟仿真技术对档案馆突发事件进行预演，让档案管理人员筑牢突发应急机制，进行应急和灾后策略测试和实验。通过协同计算传感技术、人工智能、物联网等全面感知和实时监控档案馆建筑、档案人员、纸质档案、馆内设施设备等要素数据，在孪生档案馆内形成全生命周期数据流。同时，借助预警机器人在馆内各角落巡检监控，实时采集并上报数据至孪生档案馆中，将馆内各数据要素以不同阈值区别反映，如有数据异动、超出阈值情况发生，则立即报警，从而实现潜在风险问题准确识别、动态感知、实时反馈和事前防控。

3 基于数字孪生技术的智慧档案馆模型构建

3.1 数字孪生技术应用于智慧档案馆的运转阶段

在智慧档案馆空间构建中，数字孪生技术的运用可以全程对接实体空间和虚拟空间，并对智慧档案馆的发展进行全生命周期的识别、获取、挖掘、计算和预测，大体而言此模型运转有以下四个阶段。

首先是现状孪生。即对实体档案馆现状进行全要素分析，悉数全面、确切精准、动态映射现有档案馆空间数据。只有采集到真实可靠、质量上乘的档案馆数据资源，才可以构建出完整、精确的档案馆孪生系统，并为档案馆孪生体的后续建设源源不断地提供数据资源。其次是功能孪生。即在收到上传的档案馆物理空间数据之后，建立智慧档案馆孪生体的过程。此阶段建构的档案馆孪生体是各类型、各场景的孪生空间共同组成的一个大规模孪生体的集合，并对收集而来的孪生数据进行描述、建构、诊断、决策，通过人为干预和人工操作，对档案馆各种功能、馆内情境进行模拟。最后是自主孪生。这是数字孪生技术下智慧档案馆建设的高级阶段，具有自主互动、深度洞察、动态联结等特点。这一阶段，智慧档案馆与用户之间的沟通交流不再受限于物理空间或实体人力资源，而是以数字虚拟、孪生空间为引擎和场域，实现以用户为中心的主动服务。

3.2 数字孪生技术下智慧档案馆模型要素分析

应用数字孪生技术的智慧档案馆模型包括档案馆物理实体、档案馆虚拟孪生体、档案孪生大数据、数字孪生体系四维运转要素，其中档案馆虚拟孪生体模型和孪生大数据是核心。

3.2.1 根脉：要素丰富的智慧档案馆物理实体

档案馆物理实体是现实社会世界中档案馆客观存在的各种资源与进程的集合，内涵要素丰富，包括档案馆物理环境中离散的、可识别的和可观察的全面事物[8]。如档案馆实体空间、档案馆员、档案用户、档案材料、馆内设施装备等事物。这是识别并获取全要素物理资源，分析和预测虚拟模型的发展架构的基础。只有全过程、全方面、全系统、全时空、全天候的档案馆物理实体的要素提取，才能保证档案馆在数字孪生技术下建构出完全映射、精准仿生的虚拟空间。

3.2.2 骨架：完全映射的智慧档案馆孪生空间

档案馆孪生空间是指在虚拟空间中构建的档案馆数字模型，其全面地描述了档案馆物理实体完整的场域和运行轨迹，本质是档案馆所有物理实体的数字化模型集合。这个完全映射的档案馆孪生空间在虚拟空间里起着“关键枢纽”的作用，所有从实体档案馆上传而来的资源与要素在其中存储和集成，融汇了档案馆物理世界的真实场景，能够使档案管理者通过该孪生空间便可“俯瞰”和掌控整个档案馆运行过程，从全局视角与宏观立场设计和规划档案馆建设的发展路径，从而制定切实可行、科学合理的数字孪生智慧档案馆整体架构、运载路线、支撑设备和运行体系。

3.2.3 细胞：中枢驱动的档案孪生大数据

数据是智慧档案馆的基础，也是孪生档案馆的基础。“档案数据不仅是一种重要的数据记录，也是重要的社会记忆”[9]。档案孪生大数据作为整个虚拟孪生空间的驱动力，既蕴含了档案馆内基础设施、服务资源、时空环境、保障维护、工作人员等在运行管理过程中遗留的数据痕迹，又包括了数字孪生应用下智慧档案馆的模拟仿真过程及其智能传感体系的服务数据等[10]，共同汇聚成档案孪生大数据，驱动和牵引着档案馆孪生系统的健康发展。总的来说，包括档案馆物理实体相关大数据、档案馆孪生模型相关大数据、数字孪生体系大数据以及前三者融合而成的集成大数据四个部分，在处理集成后也会有机融入到各阶段中，推动各部分的健康运转。

3.2.4 大脑：智控可用的数字孪生体系

数字孪生体系是档案馆孪生大数据驱动下各类数据资源、技术工具、服务场景、应用手段、业务流程、人员操作的功能整合、集体嵌入和匹配耦连，形成综合化、系统化、联动化的智能调控体系和运维终端，负责整个智慧档案馆系统的执行部署与监控的智用化操控与协作[11]。主要包括“算法、仿真、智能控制”三部分。智慧档案馆数字孪生体系通过算法运算、描摹、分析档案馆物理实体的各种资源要素、档案馆各项活动运转规则原理、档案馆运行支撑技术方法，继而进行原态仿真和虚化模拟，使档案馆孪生体与实体档案馆精准映射，高度逼真现实世界，形成智慧档案馆真实镜像，从而使档案管理者对智慧档案馆的统筹部署、宏观规划、管理运营更加精准、智能和可控。

3.3 数字孪生技术下智慧档案馆模型驱动原则

实现智慧档案馆数字孪生驱动的科学运用，需要对档案馆物理实体特征进行归纳统计与计算，并依凭档案孪生大数据的交汇与剖析，将智慧档案馆孪生模型应用落地，具体而言应遵循以下原则：（1）档案信息的物理融合。档案馆物理实体各要素的感知智联、构建虚拟档案馆模型、档案孪生大数据交汇等基本操作与运行阶段均以档案信息的物理融合为前提。这种融合贯穿于智慧档案馆模型构建与运行的全生命周期各个阶段。（2）智慧档案馆四维模型的全息建构。四维虚拟模型是实现档案馆档案用户体验、档案文献遗产保护还原、突发事件智能预警等各种情境最核心部分，四维虚拟模型的应用功能在数据驱动下将从理论变为现实。（3）动态实时交互连接的创建。档案馆物理实体、馆际模型、孪生体系勾连为一个有机贯通的结构合体离不开模型内实时的动态连接，从而促使信息与数据能够在各部分间互换和通递。（4）档案利用需求的最终导向。档案利用服务将数字孪生应用形成的沉浸式体验、个性化需求和实时性对话等功能通过最快速简便的通道提供给档案用户，同时使档案用户获得直观的模拟互动。（5）得力团队的高效运营。人才是数字孪生技术应用的根本保障，高效、高技术水准的运营团队能够指导顶层设计、技术应用、标准制定，降低重复与无效建设的风险，提高档案馆孪生体系建设的规范性与可行性，确保建设目标和任务顺利实现。