基于數字孿生技術的智慧圖書館空間重構與服務優化研究

摘 要：文章探討了數字孿生技術的內涵與特征，分析了當前智慧圖書館空間存在的問題，并提出了基于數字孿生技術的空間重構與服務優化策略。通過構建全域感知網絡、推行模塊化空間設計、建立人機協同的智慧運維管理體系以及完善數據治理框架，旨在提高圖書館空間的動態適配能力和服務質量。研究表明，數字孿生技術能夠有效實現物理空間與虛擬服務的協同優化，從而推動智慧圖書館向更高效、靈活的方向發展。

關鍵詞：數字孿生技術；智慧圖書館；空間重構；服務優化

中圖分類號：G250 文獻標識碼：A

隨著數字技術深刻重塑社會服務形態，智慧圖書館作為公共文化服務體系的重要載體，正面臨空間功能僵化與服務模式單一的雙重挑戰。傳統圖書館依賴固定功能分區的物理空間布局，難以適應讀者日益增長的動態化、個性化需求，自習區擁擠與閑置區域并存、設備設施利用率不均衡等問題持續制約服務效能的提升。數字孿生技術通過構建虛實交互的精準映射體系，為破解空間資源錯配難題提供了全新路徑，其實時感知、動態模擬與智能決策能力，正在打開圖書館空間管理與服務優化的創新窗口。當前智慧圖書館的空間重構仍停留在局部設備設施智能化階段，物理空間與數字系統的協同程度較低，功能切換遲滯與服務響應被動等問題普遍存在。書架與座位的靜態排列模式無法快速響應學術研討、主題展覽等臨時活動需求，空間資源配置缺乏前瞻性與彈性。讀者行為數據與空間狀態信息的割裂，導致服務策略制定依賴經驗判斷，難以實現精準預測與主動干預。數字孿生技術的深度應用，能夠打通從空間感知到服務優化的完整閉環，通過虛實聯動機制驅動空間布局動態調整，為構建彈性化、智慧化的現代圖書館服務體系奠定基礎。

一、數字孿生技術與智慧圖書館空間概述

1.數字孿生技術的內涵與特征

數字孿生技術并非孤立存在的工具，而是通過虛擬模型與物理實體的深度融合構建出的動態映射系統。從本質來看，這項技術突破了傳統信息管理系統的單向數據傳遞模式，實現了真實空間與數字空間的實時交互與協同優化。其核心在于對實體對象的全要素數字化建模，既能精準復現物理世界的運行狀態，又能通過仿真預測為決策提供前瞻性指導。在技術特性層面，虛實融合是其根本屬性，通過在數字空間構建與實體圖書館完全對應的三維模型，將書架布局、人流軌跡以及設備設施狀態等要素轉化為可計算的數據單元。實時交互性體現為物聯感知設備設施持續采集環境數據，同步更新虛擬模型中的動態參數，形成雙向反饋機制。動態演化能力則表現為系統可根據歷史數據與實時信息，自主推演不同管理策略下的空間使用效率，為調整館內功能區劃提供依據。全周期管理特征貫穿圖書館從規劃建設到運營維護的各階段，既能輔助設計階段的空間合理性驗證，也能支撐服務過程中根據讀者行為數據優化資源調度方案。

2.智慧圖書館空間重構的必要性

智慧圖書館空間重構的必要性體現在傳統服務模式與數字化需求日益增長的矛盾之中，隨著信息技術快速發展，讀者對于知識獲取方式的期待逐漸從單一文獻借閱轉向多元化場景體驗，原有物理空間布局與服務功能已難以滿足動態化、個性化的新型閱讀需求。從資源利用效率角度分析，固定功能分區的局限性導致空間利用率不均衡，部分區域存在閑置浪費而核心服務區時常面臨承載壓力，這種結構性矛盾亟須通過空間重構實現動態調整與智能分配。數字孿生技術的引入為解決這些問題提供了創新路徑，通過構建虛實映射的圖書館數字模型，能夠實時感知讀者行為數據與空間使用狀態，為空間資源配置提供可視化決策支持。在服務質量提升層面，空間重構是智慧圖書館深化服務內涵的關鍵舉措。在傳統服務框架下，讀者活動軌跡分析、環境舒適度調節以及設備設施故障響應等環節存在響應滯后問題，難以形成精準、高效的服務閉環。借助數字孿生技術搭建的智慧管理平臺，不僅能夠優化館內導航、座位預約等基礎服務，還能通過用戶行為數據分析挖掘潛在需求，為創客空間建設、沉浸式閱讀場景打造等新型服務提供設計依據。這種重構過程本質上是對圖書館服務能力的系統性升級，使靜態建筑空間轉化為具備學習支持、文化傳播以及社交互動等多維功能的智慧生態體系。

3.數字孿生技術對智慧圖書館空間重構的影響

數字孿生技術對智慧圖書館空間重構的影響滲透于物理空間與虛擬服務的協同優化過程中，從效率提升的角度看，數字孿生構建的虛擬鏡像能夠實時映射圖書館實體空間的動態變化，解決傳統人工巡查與設備調試需要依賴經驗的滯后性問題。通過傳感器網絡與三維建模技術的融合，書架狀態、人流密度和溫濕度等數據被持續采集并同步至數字孿生平臺，管理人員可遠程監控空間的使用情況，快速定位設備故障或區域擁堵，使維護響應速度提升的同時減少人力消耗。在空間管理精細化層面，數字孿生技術打破了傳統靜態布局的固化模式。實體空間的功能分區不再局限于物理墻體的限制，而是通過虛擬模型預演不同場景下的空間配置方案。例如，在學術研討季可模擬臨時小組討論區的增設效果，在考試周可動態調整自習座位分布策略。這種虛實交互的預判能力讓空間資源分配更具彈性，既避免過度改造造成的資源浪費，又能精準匹配讀者需求的時空波動規律。

二、當前智慧圖書館空間存在的問題分析

1.空間功能固化難以適應動態需求

當前智慧圖書館物理空間布局仍延續傳統功能分區模式，靜態書架排列與固定座位設置占據主導地位。這種固化設計導致空間資源調配缺乏靈活性，高峰時段自習區擁擠與低峰期空間閑置現象并存，既影響讀者體驗又降低空間使用效率。尤其在工作日上午，密集的固定座位區常出現占位現象，而下午休閑閱讀區卻大面積空置，時空資源錯配問題十分突出。書架密集排列形成的物理阻隔不僅阻礙視線的通透性，更限制了空間單元的彈性組合能力。部分場館雖引入智能設備設施，但其部署多集中于局部區域，未能形成覆蓋全館的動態感知網絡，空間狀態監測依賴人工巡查，實時響應能力不足。例如，閱覽區人流量監控探頭僅覆蓋主通道，書架區域及角落存在監測盲區，導致空間利用率統計數據失真。管理員需每兩小時人工巡查登記座位使用狀態，響應滯后性達30分鐘以上。空間功能與讀者行為的動態匹配機制缺失，難以滿足學術研討、展覽展示等臨時性活動對空間快速重構的需求。當臨時舉辦專題書展時，需提前三日清空指定區域的書架設備，既打斷正常服務又增加人力成本。移動隔斷系統的缺失導致空間無法按需切換為小型研討室或協作學習區，制約了知識共享效能。

2.技術應用表層化導致虛實融合不足

多數智慧圖書館的技術升級停留在基礎設備設施數字化階段，物理空間與虛擬服務的協同尚未形成體系。具體表現為自助借還機預約系統功能單一，僅支持圖書借閱操作，未能關聯空間導航設備進行座位預約。虛擬書架導航與實體書庫間存在數據延遲，當紙質書被移動歸架時，數字定位信息需幾小時后更新。傳感器、物聯網設備設施采集的數據多用于單一場景控制，如燈光調節或空調開關，缺乏跨系統數據整合與分析能力。環境監測系統僅存儲溫濕度閾值記錄，未關聯入館閘機的人流數據形成峰值預測。空調啟停策略仍按預設時間表執行，無法依據實時在館人數調整能耗強度，造成電力資源空耗。三維建模、虛擬仿真等技術應用局限于可視化展示，未能與空間管理決策流程深度結合。數字孿生所需的虛實交互通道建設滯后，讀者行為數據與空間運行數據仍存在信息孤島，導致虛擬模型無法精準指導實體空間優化，技術賦能效果大打折扣。

3.服務模式被動制約用戶體驗提升

現有服務流程多圍繞圖書借閱等基礎功能展開，空間服務的主動性與前瞻性不足。讀者尋找座位、定位書籍時仍需依賴傳統標識或人工問詢，智能導航系統覆蓋范圍有限且更新延遲。室內導航終端僅部署于大廳入口處，借閱區內未設查詢節點。導航路徑無法規避臨時占道設備，曾出現將讀者導向施工圍擋區域的失誤。個性化服務推送缺乏空間行為數據支撐，難以根據讀者停留時長、活動軌跡等特征提供精準服務。空間環境調節機制機械化，溫濕度、照明等參數調整依賴固定預設方案，未能結合實時人流量與個體舒適度反饋展開動態優化，智能化服務水平與讀者期待存在明顯落差。

4.數據治理缺位引發運營隱患

智慧圖書館運行中產生的空間使用數據、設備設施狀態數據尚未建立統一管理標準，數據采集頻率與存儲格式差異導致分析應用困難。部分系統數據更新不同步，虛擬空間信息與實體場館狀態存在偏差，影響管理決策的可靠性。數據安全防護措施多集中于網絡層面，空間傳感器、智能終端等邊緣設備設施的漏洞修復與權限控制較為薄弱，存在信息被泄露的風險。門禁系統攝像頭去年曾因未及時更新固件遭越權訪問，導致讀著連續三天進出記錄異常丟失。環境監測終端密碼策略仍為初始默認設置，存在非授權訪問風險。歷史數據歸檔機制不完善，大量過程數據未被有效保存，制約了空間優化策略的長期迭代與效果驗證。

三、基于數字孿生技術的智慧圖書館空間重構與服務優化策略

1.構建全域感知網絡，提高空間動態適配能力

針對智慧圖書館空間功能固化問題，需建立基于數字孿生技術的動態感知體系。在圖書館物理空間內部署多類型傳感器，覆蓋書架區、自習區、走廊通道及功能活動區，實時采集書籍借閱流動狀態、讀者停留時長以及座位使用頻率等核心數據。通過物聯網網關將物理空間狀態同步映射至虛擬孿生平臺，形成與實體場館完全對應的數字鏡像。利用機器學習技術對歷史空間使用數據展開深度挖掘，識別不同時間段、特殊場景下的空間需求規律，如學期中的考試周自習區使用峰值、寒暑假期間學術研討室低利用率特征。根據預測模型輸出空間配置方案，通過智能控制系統遠程調度可移動書架、升降式隔斷等設備設施，將閑置區域臨時轉換為自習區或活動場地。同時，聯動電子導覽系統更新導航標識，通過館內顯示屏與移動端應用實時推送空閑區域信息，引導讀者合理分布，有效緩解高峰時段局部區域擁擠問題，提高空間資源整體的利用率。

2.推行模塊化空間設計，實現快速功能轉換

打破傳統圖書館固定功能分區模式，采用模塊化理念重構物理空間布局。將書架、桌椅和電子屏等基礎設施設計為標準尺寸的可拆卸單元，底部加裝智能滑軌系統支持自由移動與組合。在數字孿生平臺中預置多種空間布局模板，包括日常學習模式、小組研討模式以及展覽展示模式等，每種模式對應不同的設備設施排列組合與服務資源配置邏輯。當需要舉辦臨時活動或應對突發性空間需求時，系統根據實時監測的讀者流量、活動類型自動匹配最優布局方案，生成設備設施移動路徑規劃與安全避讓方案。通過自動化控制系統驅動設備設施按預設路徑重組，配合增強現實導航設備實施為現場讀者提供動態路線指引。這種模塊化改造使空間功能切換時間從傳統改造需要的數日縮短至兩個小時內完成，既保證日常服務的連續性，又能快速響應多樣化需求，顯著增強空間的使用彈性。

3.建立人機協同的智慧運維管理體系

數字孿生技術的深度應用需要同步提高館員的空間管理能力。構建包含理論培訓、模擬操作以及實戰演練的三維培養體系，重點強化館員的三項核心技能：一是通過孿生平臺三維可視化界面準確解讀空間熱力圖、設備設施負荷預警等實時數據的能力。二是基于預測模型提前預判空間需求波動，制定預防性調度方案的決策能力。三是熟練操作智能控制系統執行空間重構、設備設施維護等指令的實操能力。定期開展虛實聯動的應急演練，如在虛擬環境中模擬節假日人流量激增、設備設施突發故障等場景，訓練館員通過調整空間配置方案實現服務不中斷。建立讀者反饋即時響應機制，在移動端設置空間使用體驗評價模塊，將讀者對溫度、光照和噪聲等環境指標的滿意度數據實時回傳孿生平臺，作為優化空間服務策略的重要依據。通過人機協同管理模式，推動館員從傳統的場地管理員轉變為空間資源優化師。

4.完善數據治理框架，保障系統穩定運行

構建覆蓋數據全生命周期的標準化管理體系，確保數字孿生系統與物理空間的精準映射。制定統一的數據采集規范，明確各類傳感器、智能設備設施的數據格式、采樣頻率與傳輸協議，消除多源數據融合中的標準沖突。部署數據質量監控節點，在邊緣計算層對異常數據展開實時清洗與校正，自動識別并剔除因傳感器故障產生的錯誤空間占用數據。建立網絡安全防護體系，采用分級加密技術保護讀者隱私數據，在設備設施接入層實施雙向身份認證，防止未授權的訪問。設置系統自檢模塊，每日自動比對物理空間實體與虛擬模型的設備設施位置、環境參數等關鍵指標，發現偏差立即觸發校準程序。對歷史空間使用數據分類歸檔管理，構建可追溯的數據資源池，為長期服務策略優化提供可靠依據。通過系統化的數據治理，確保數字孿生系統在全天候運行中保持高精度與穩定性。

四、結束語

本研究探討了數字孿生技術在智慧圖書館空間重構與服務優化中的應用，為提高圖書館的管理效率和服務質量提供了新的視角和實踐路徑。通過構建全域感知網絡、推行模塊化設計、建立智慧運維管理體系以及完善數據治理框架，智慧圖書館能夠更好地適應讀者的動態需求，實現空間資源的高效配置與利用。未來，隨著技術的不斷進步和深入應用，數字孿生技術將在智慧圖書館的智能化轉型中發揮更加重要的作用，促進圖書館服務模式的創新與發展。

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作者單位：南京圖書館

作者簡介：周一（1991—），女，漢族，江蘇無錫人，本科，館員，研究方向：文獻修復與保護。