故宫博物院“数字孪生”：从理论突破到全域应用

原标题 | 故宫博物院数字孪生：从理论突破到全域应用——大型综合性博物馆数字孪生关键技术研究与服务示范项目

以故宫博物院为典型代表、集博物馆、古建筑群与旅游景区于一体的大型综合性文博机构，通常存在遗产保护刚性约束与公众服务精细化需求的复杂矛盾，管理工作面临多重挑战。“十四五”国家重点研发项目“大型综合性博物院馆数字孪生关键技术研究与服务示范”项目，由故宫博物院牵头，联合国内五所知名高校、三家数字科技头部企业开展系统攻关，探索以数字孪生支撑大型文博机构保护、管理与服务的新路径，并逐步实现从局部试点到全域应用的推广。

保护、服务与管理中的现实困境

故宫博物院自2008年开始筹划文化遗产监测以来，陆续建成了覆盖建筑、藏品、室外陈设、动植物、环境质量等十余个监测系统。但由于建成时间和技术差异，监测数据分散在各个专业系统中，难以形成覆盖全域、贯穿日常的预防性分析、决策保护能力，研判与处置仍较多依赖现场经验。

为进一步促进文化遗产的长期保存和可持续发展，从2015年文化和自然遗产日起，故宫博物院实行每日限流8万人次，但随着文化旅游事业兴旺发展，在暑期和五一、十一旅游黄金周，这一接待量与实际参观需求之间存在着巨大差异，导致近年来“一票难求”矛盾突出。日均8万人次，已达评估测算的“最大承载量”，现场服务人员、设施长期处于饱和、超饱和运营状态，观众的参观期待和实际体验之间存在差异。院内根据需求，陆续建设了数十个支撑各领域业务的管理信息系统，同样面临着技术差异、数据孤岛等难题，各部门难以整体掌握院区运行态势，协同调度效率有待提升。此外，不少珍贵文物因保护条件限制无法常设展出，现场可见的建筑、藏品与其历史背景、工艺知识、空间语境之间的关联不够紧密，观众“看得到却读不懂、走得快却印象浅”的情况非常普遍。

紧扣文博需求为导向的系统研发

在理论层面，项目立足“博物馆—古建筑群—旅游景区”三位一体的机构特点，构建了适用于大型综合性博物馆的数字孪生理论框架。将工业制造、城市治理等领域成熟的数字孪生概念，有针对性地创新应用到文博领域。关注文物与建筑本体、区域空间环境、观众参观行为、内部业务流程等特征维度，回答“数字孪生究竟要解决什么、服务谁、如何持续运转”等根本问题。聚焦文博领域的业务需求和数据来源，提出“三维四类三层级”的数据组织思路：围绕物、地、人建立关联，整合基础信息、文物档案、动态监测和日常管理的4类36项，多达2200万余条数据，构建了数字孪生数据基底，并按照故宫全域、中轴线、核心殿宇等不同精度分级使用，使数据既能服务整体运行，也能支撑重点区域的精细化管理与服务，大幅缩短了数据在系统中流转的链路，更加高效地支撑管理决策。

项目总体研发思路图

在技术层面，项目按照管理、服务的不同用户需要分级推进。面向观众服务的统筹管理，重点解决多源信息整合问题，为管理决策提供直观、轻量的数字底图；面向观众参观导览和宣教应用，重点突破复杂遗址快速数字化复原技术，缩短从现场采集到应用的周期；面向养心殿等高精度虚拟漫游展示区域，重点解决高仿真数字场景对算力的高需求，提供高速流畅的沉浸式体验。

在应用层面，项目首次建成“故宫智慧管理—服务协同三维可视化平台”，对故宫全域建筑、道路、植物进行了精准定位，在三维数字沙盘上直观呈现安防、客流、展陈、后勤等多个维度的业务数据，支撑日常监测、预警研判、应急指挥和运行调度，形成“发现问题－辅助决策－落实处置”的管理闭环；并依托同一数字底座开发中轴线、养心殿区域的虚拟参观、AR智能导览、跨时空多人同游、大空间沉浸式体验等公众服务应用，使保护工作中积累的数字资源转化为可感知、可传播的文化产品。

构建博物馆数字孪生数据基底

数字孪生平台成果初见成效

平台实现了对文物本体、古建筑、观众活动、环境状况等要素的动态监测与综合研判，已应用于应急指挥、客流疏导、环境监测、建筑形变分析等场景，管理决策逐步从经验判断转向数据支撑。通过客流预测、虚拟预演等手段，能够在开放策划和珍宝馆等热点区域管控中提前研判风险，提升预防性保护水平。对一线管理人员而言，最直观的变化是“信息更集中、态势更清晰、响应更及时”。

在已经发布上线的养心殿在线虚拟漫游中，观众在线的平均停留时长达10～16分钟，足够支撑对养心殿仿真场景及其中预埋的知识点进行较为充分的游览和理解，远超同类在线体验产品体验时长（2～4分钟）。增强现实导览、多人同步参观、沉浸式体验等应用，对数字孪生体数字资产进行了多个维度、多种形式的复用开发，使不同需求的观众能够按兴趣深入探索、按节奏理解内容，相关成果不仅服务故宫本院的线上线下观众，还应用于香港故宫文化博物馆“纹以载道”展览、基层学校文化普及等场景。

分层级开展典型区域三维重建

故宫数字孪生平台通过故宫官方小程序、高德和联通的故宫专区扩大线上覆盖面，体现了优质文化资源向社会延伸的可能。项目线下落地大高玄殿数字馆、故宫永寿宫“九重之下—故宫造办处旧址考古成果展”等场景，并在世界互联网大会、数字中国建设峰会等国际重要展览展会交流，受到主流媒体广泛关注。项目已牵头或参与立项国际标准1项、国家标准2项、行业标准3项、团体标准1项，其中在国际电信联盟（ITU-T）立项的《博物馆数字孪生中公众服务的可视化元素》，标志着我国文博实践已踏出了进入国际规则讨论的重要一步。

故宫博物院数字孪生应用服务平台

养心殿在线虚拟漫游

大型文博机构数字孪生建设的几点思考

故宫博物院项目的实践表明，数字孪生不是给博物馆“贴一个新技术标签”，而是将保护理念、管理模式、服务方式和组织能力进行一次系统性、协同性升级。关键在于坚持以下几个原则：

其一，坚持从业务难点痛点出发。优先解决最紧迫、最现实的管理和服务问题，打通信息、先形成可用平台，再逐步提升精细程度。其二，坚持保护与利用一体化设计。“数字孪生体”资产一旦建成，既要兼顾文博机构管理运行、服务调度等多方需求，也要合理转化为公众可触达、可体验的优质文化产品，在用户需求与数字孪生更新之间建立可持续发展的良性循环。其三，坚持统一建设、分级应用。大型综合性博物馆占地广、业务多、数据多，建立统一的数字孪生底座，再按业务分级配置应用，避免重复建设和数据割裂的“烟囱效应”。其四，坚持研发与规范同步推进。面向文博机构的数字孪生仍处于起步探索阶段，在开展技术攻关的同时，推进标准研究和评价体系建设，有助于形成行业共识，为后续可复制可推广提供共同遵循。

面向未来，大型文博机构数字孪生建设仍将在保护更精准、管理更协同、服务更普惠的方向上持续深化。只有坚持保护为本、服务为民、管理提效、成果共享，数字孪生技术才能真正成为文博事业高质量发展的有力支撑，为文化遗产保护和传承利用提供持久而切实的助力。

|作者单位：故宫博物院

|本文来源：中国文物报

THE END

当东方匠作闪耀于“永恒之城”

“生生不息”故宫文创主题展侧记

美美与共，生生不息

“故宫文创走进联合国”活动侧记

故宫文创：在“故”与“新”之间

探寻“生生不息”的文明密码

总监制：唐晓艳 李志翔

监制：刘园

编审：霍默静 张凌云

编辑：申潇 周洋