高校圖書館生態改造中的數據思維研究

[摘要]在圖書館智慧化、智能化進程中，數據驅動發現為生態改造提供了更精細化、個性化的研究內容。數據思維在以高能耗設備改造、空氣質量監測、植物虛擬布置、遺跡仿真修復及資源優化配置為主要內容的生態改造中具有廣泛的應用前景，其局限性主要體現在非結構數據價值密度低、數據積累不完整、人文性淡化、主體性評價缺失幾方面。量化分析與質化分析在生態改造中的有機結合是體現數據價值與主體價值的重要途徑。

[關鍵詞]高校圖書館 生態改造 大數據 數據思維

[中圖分類號]G250.1：TU18 [文獻標識碼]A

1研究背景

圖書館是高校的標志性建筑。20世紀90年代以來，我國以“共建、調整、合作、合并”為基本思路，進行了大范圍、大規模的高校合并與校區擴張。在此背景下，高校圖書館普遍存在跨校區多館并存現狀。位于新校區的圖書館大都修建于2000年以后，建筑面積、體量相對較大，很多已是地標性建筑，設計之初即貫徹了人性化、可持續等理念。老館多位于老校區，如南京部分高校的老館屬于“民國建筑”，建筑面積、體量相對較小，設施設備相對落后。隨著20世紀80年代建成的一批圖書館功能上陸續步入“老齡化”，結構布局難以適應現代圖書館信息化發展的需要，書庫也接近飽和，館舍改造計劃已經（或將）被很多高校提上日程。2016年2月，教育部印發的《普通高等學校圖書館規程（修訂）》明確規定，“高等學校要把圖書館的經費列入學校預算，并根據發展需要逐年增加。圖書館的經費包括文獻信息資源購置費、運行費和專項建設費。運行費主要包括設備設施維護費、辦公費等。”這項規定也從制度上為圖書館修繕、改造經費予以了保障。

高校圖書館館舍改造項目不同、預期不同、理念不同，改造方式亦不同。例如，國家圖書館一期維修改造工程、北京大學圖書館舊館改造工程、東南大學圖書館老館加固改造工程都遵循了“修舊如舊”的指導思想，而北京航空航天大學圖書館改造設計工程則大膽運用了“整舊如新”的原則。美國阿拉巴馬大學羅杰斯科學與工程圖書館（Rodgers Library for Science and Engineering at the Uni-versity of Alabama）以用戶需求、期望變化為動因，以移動技術、家具、藝術配飾、燈光為打造重點，營造溫馨空間氛圍供合作、共享之用，評估數據顯示，再造后投入使用的空間使讀者訪問量較同期增加了約43%。芬蘭坦佩雷理工大學（Tampere University of Technology）圖書館嘗試建構共同設計的多功能臨時學習空間，通過與母機構合作提供支持和資源，在強化目標導向學習的同時使圖書館的學術角色不斷加強。美國康奈爾大學奧林圖書館（Olin Library）通過調查、對比讀者學習行為在某一特定區域改造前后的改變，發現彈性化空間設計更受歡迎。

在現代圖書館智慧化、智能化進程中，射頻識別技術、無線傳感器網絡技術、基于無線射頻的主流定位技術為圖書館物理空間可持續發展提供了客觀的技術視角。萬物互聯環境下，圖書館不斷地生成結構數據，建構關聯數據，數字元素成為圖書館虛擬空間規劃重構的主要意義載體。各類傳感數據、監控數據、事務性數據、交互性數據結合Pajet、Ucinet、Jigsaw、Citespace等可視化數據智能分析軟件，加強了趨勢研判的科學性。數據驅動發現成為一種新的科學進步路線，由此將引發圖書館空間改造手段的變革。從為傳統改造研究提供更精細化、個性化內容的角度看，對大數據應用范疇的探討具有現實指導意義。

2數據思維在生態改造中的應用

社會思潮的滲透使公共建筑價值觀不斷演變，從強調實用、藝術、機械、空間、環境到強調生態。黨的十八大把生態文明納入“五位一體”總體布局，并寫入“十三五”規劃；中共十八屆五中全會提出了“創新、協調、綠色、開放、共享”五大發展理念。以犧牲環境為代價、傳統粗放型改造模式被逐漸揚棄，環境友好、資源節約、舒適安全、回歸內涵成為圖書館空間規劃調整的主要基調。生態價值視域下，接受陽光、風、水、植物等自然恩惠，遵循自然模式營造舒適節能微氣候，強調自然色彩和天然材料的應用，成為圖書館公共空間設計發展新趨勢。數據思維在以設備設施、空氣質量、景觀植物、歷史遺跡、資源優化為主要對象的生態改造中具有廣泛的應用前景。

2.1設備設施改造

高科技的發展、物質文化水平的提高使機電產品越來越追求高性能化和高附加值化。20世紀90年代，材料生態設計研究的興起促進了設備的全生命周期節能減排。舊式照明燈具、采暖、空調等用電用能設備是圖書館的耗能主力軍，被廢棄淘汰的數量不斷增加。借助設備升級、空間分區重構、設備材料循環利用，圖書館的能源浪費逐年遞減。例如，南京師范大學隨園圖書館古籍特藏室改造中升級使用了恒溫恒濕的精密空調，精確掌握書庫的溫度變化，使除濕過程更精確、可靠、節能。南京理工大學圖書館在閱覽室設計中對面積較大的閱覽室采用了分區照明：提高閱讀區的照度，降低其他區的照度，并使用多種近光源，閱覽桌上的光源可按需控制。隨著現代工藝技術的發展，圖書館對回收設備材料（如金屬材料、無機非金屬材料、高分子材料等）的循環利用逐漸重視起來。

一方面，完好率、可動率、役齡新度、事故發生率、故障修復率、平均故障間隔期、設備大修理成本、主動預防維修費用率、設備狀態標識出錯次數等機械量化指標客觀反映了高耗能設備設施的當前使用狀態及維護成本。另一方面，高能耗設備改造問題往往具有綜合性，以圖書館照明系統升級為例，不僅需要從價格、維護成本、物料損耗等多角度計算投入成本，從光度學、色度學、視覺光環境及燈具的電學性能、機械性能、熱學性能等多角度對圖書館老館的照明系統進行測評，還需要考慮照明對珍貴文獻的損害效應，對室內產熱、人的主觀感受的影響，預估施工難度、潛在風險，扣除對自然污染破壞的代價或成本。與傳統的為每個單獨改造項目收集整理數據相比，系統性改造需要對多方面、多渠道收集的數據進行綜合處理，以更好地發揮數字信息資源的決策作用。各類傳感器、智能設備的增加，為關注改造產業鏈的橫向關系型數據積累提供了可能，使設計師具有了更強的決策力、洞察力及流程優化力。

2.2空氣質量監測

圖書館生態改造中建材、涂料、顏料、膠粘劑是揮發性有機化合物（Volatile Organic Compounds，簡稱VOC）的主要產生源。VOC中甲醛釋放周期長，成為室內主要污染源，其他如苯系物、烷烴、酯類、醇類釋放曲線存在活躍期與穩定期。物聯網時代，除了減量使用人造板、泡沫隔熱材料、塑料板材、油漆、涂料、膠粘劑，控制VOC的產生渠道，對VOC濃度實施數據監控，能預防有害效應的發生。以綠色植物、微生物為主的環境生物資源在圖書館環境凈化監測中發揮著重要作用。由于超過一定閾值的室內空氣污染物會對植物葉片、花的生長造成重要影響，利用植物對氣體的特殊敏感性可對館內空氣進行檢測與評價。對污染物指示植物（indicator organism）葉片受害百分比、傷害嚴重性指數進行量化統計分析，可為圖書館空氣評價提供參考：一般而言，葉片受害面積<25%為輕度污染；25%≤受害面積<50%為中度污染；50%≤受害面積<75%為較重污染；受害面積≥75%為嚴重污染。選擇具有區域代表性的監測點位與斷面布設空氣質量傳感器能感應不同成分的混合氣體、燃燒煙霧等，常用的C02傳感器能精確測定圖書館室內CO₂含量。通風參數檢測儀能精確測定氣體的流速、流量和溫度，按照工程空氣質量表征標準，保證衛生要求的CO₂濃度小于1000×10^-6。

采用自然通風，在人流集中的空間確保有穿堂風，增加空氣流速，有助于降低VOC濃度，增加圖書館的舒適度。以往常用的開窗通風僅適用于室外空氣質量較高或有干凈空氣源的條件。隨著大氣環境的惡化，霧霾頻發，室外空氣引入稀釋室內空氣反而會加劇污染。以大數據、云計算技術為基礎的PM2.5霧霾預報軟件能對海量的環境氣象、污染源排放數據作精密計算分析，預測未來72小時的PM2.5含量。植物傷害癥狀描述數據、空氣質量傳感數據、通風參數數據，結合環境氣象大數據分析軟件，為圖書館室內空氣質量評價提供了全方位多角度的輔助參考。

2.3植物虛擬布置

擺放花色明度高、暖色植物或棕竹、旱傘草等耐陰植物，并分段放置一些觀花或觀葉植物，對改善圖書館生態效益具有重要意義。一些大型的現代圖書館，如南京師范大學敬文圖書館還建有以輕質木材作為主材，以活體植物搭配小藤架、小涼亭的露臺花園。

老圖書館室內通風、采光條件相對不足，屋頂花園/露臺花園位置特殊，日照條件隨季節、建筑物反射和聚光情況、周圍建筑物遮擋陰影區的變化而變化。應用大數據系統仿真實體運行和模擬結果，有助于優化設計植物配置方案。虛擬植物技術通過虛擬植株的拓撲結構，得到該植株上每種類型器官的個數以及各個器官之間的位置關系，通過精確再現植株形態結構研究植物的生理生態過程。其可預測不同環境條件下植物生長的某些綜合指標；篩選適宜移植的耐旱、耐貧瘠、耐積水、抗風、不宜倒伏、抗寒、冬季能露地越冬的淺根系鄉土植物。虛擬現實技術通過多媒體技術與仿真技術相結合，模擬屋頂花園/露臺花園、館內的生存環境，由季節更替、種植間距、水分蒸騰、植物間競爭互利關系導致的環境變化，精確估算植物在圖書館的可存活性、生存所需的最小植土厚度、排水層厚度等，科學布置種植區結構并確定種植土的合理配比。

2.4遺跡仿真修復

作為標志性建筑的老圖書館，如胡建平所言“身處城市核心區，承載建筑歷史印記以及城市文脈的優勢，是圖書館新建館舍不能比肩的”。南京高校的“民國圖書館”建筑形式有中國傳統的斗拱宮殿式、西方古典式、西方折衷式，是中國近代建筑的重要組成部分。在《〈福州古厝〉序》中習近平總書記指出，“保護好古建筑、保護好文物就是保存歷史，保存城市的文脈，保存歷史文化名城無形的優良傳統。”

歷史建筑物展現了特色傳統元素、地域文化，在改造時往往要更多地考慮如何最好地維護原建筑的風格和面貌。例如，東南大學老圖書館屬“國立中央大學”舊址民國建筑群，外立面、門窗獨具特色，入口大廳采用了古典歐式裝飾風格，復雜的線腳、歐式柱頭、石膏拼貼既有凹凸感又有層次進退，十分精美。由于建筑結構加固會破壞這些裝飾，在修繕過程中修繕者對其進行了全面的現場測繪和拍照，繪制了大量的節點詳圖大樣，目的是為其改造復原提供精確的空間信息和數據資料。因為物理改造的過程與成果不可逆，建筑物的維護、銷毀過程又伴隨著不同程度的環境污染，所以對文物性圖書館的數字化保護與生態修復往往相輔相成。以數字化方式生成精準的模型，可使現存的珍惜古跡、館舍建筑歷史文化預先得以記錄與保存。由于虛擬現實場景繪制包含了紋理、材質參數、渲染模式等狀態集合，借助3D（4D）打印快速成型技術與熱可塑性樹脂、射線燒結金屬粉末等新材料，可對缺失部分進行復原、再現，保留歷史建筑的滄桑感。

數字可視化為我們理解遺跡復雜的幾何形態、空間結構提供了更多的幫助。南京師范大學校園建筑規劃計計師亨利·墨菲嘗試中國傳統宮殿式建筑元素與美式建筑架構融合之初，在一期工程中留下了斗拱錯位的缺憾。1932年開工建造華夏圖書館時，墨菲在陳明記營造廠的幫助下，直接將計計藍圖細節做成大比例實物模型（石灰大樣），以便和中國工匠充分研究、討論屋面和其他構件之間的結構關系與美學關系。現代計算機圖形學算法、三維模型網格細化技術的發展已經能夠實現三維圖像以指定角度旋轉，既能在同一個坐標系中對圖形進行旋轉、縮放、平移，又能在不同的坐標系中觀察同一物體。虛擬現實與現實場景有機融合的混合實境（mixed reality）給設計師帶來了更豐富的信息與直觀感受。

2.5資源優化配置

隨著傳統借閱服務模式向以讀者為中心的智慧型知識服務模式的轉變，大數據在圖書館資源優化配置方面得天獨厚的優勢不斷顯現。以計算機調取的書目數據、借閱數據、檢索記錄數據為依據，通過剔舊（調撥、剔除）將部分利用率低的館藏搬移密集庫，適度分散管理館藏是很多圖書館緩步釋放藏書空間的做法。書目MARC記錄是一種結構化數據，ISBD（International Standard Bibliographic Description，國際標準書目著錄）數據元素、權威機構定義的數據元素都包含在MARC記錄中。通過調取MARC記錄，我們可以獲得題名與責任說明、版本、出版物類型、獲得方式、館藏地等方面的信息。可見，書目數據的規范化控制為高效率大數據分析打下了基礎，結構數據交叉分析能彌補單字段分析產生的偏差。

關聯數據、非結構化數據的迅速增加，使存儲及計算規模隨之增大，資源管理成本也急劇上升。以不同的大數據算法為中心，針對不同的工作負載、硬件環境及性能而設計的垃圾回收器，將為圖書館虛擬空間建設帶來收益，如減少內存泄漏問題發生幾率、簡化并發數據結構的構建和使用，使代碼更容易被理解和維護。而對訪問日志、網絡檢索歷史記錄、下載記錄等關聯數據統合分析，有助于挖掘讀者的潛在需求，查重、去重有助于優化資源補給采購。

3數據思維在生態改造中的應用優勢

圖書館生態改造的實施是多部門共同參與、統籌協調的復雜工程。圖書館歷來是信息技術應用的重點場所，物聯網、互聯網、大數據、云計算加速了圖書館智慧互聯、智能計算的步伐。以地理信息系統（Geographic Information System，簡稱GIS）為基礎的空間數據提供了空間物體的位置、形狀、大小、分布特征等諸多方面信息，不僅包括了物體本身的空間位置及狀態信息，還包括了表示物體空間關系的信息，成為信息時代圖書館空間解析的新工具。

用溫度、濕度、空氣流速、新風量表現舒適度，用工程學定義目標值，用化學參數、反射性參數反映室內環境污染程度，提升了空間環境描述的準確性與信息傳遞的準確性。從大數據中捕捉有潛在價值的數據，明確事物之間的相關性是數據思維的關鍵所在。數據思維在生態改造中的應用優勢體現在：一是從感知到傳輸到決策應用的數字信息流，將為生態改造提供決策依據；二是通過對遠程監控實體的數據實行動態分析，為改造控制提供支持；三是應用大數據仿真實體運行和模擬結果，可在反復的推倒重建虛擬嘗試中，制定最優的設計方案和施工方案；四是借助歷史記錄數據，分析用戶信息行為，優化資源配置策略，提高系統運行效率。

4數據思維在生態改造中的局限性

數據思維的局限性主要體現在非結構數據價值密度低、數據積累不完整、人文性淡化、主體性評價缺失幾方面。

4.1非結構數據價值密度低

圖書館生態改造、資源布局調整中分析的運行數據大都是結構化數據。新的數據源和數據采集技術的出現使圖書館的數據類型不斷增多，特別是攝像頭的記錄價值逐步為人們認識、利用后，通過攝像頭調取讀者、工作人員在圖書館的動態影像，有助于統計發現主要問題。然而，圖片、視頻、音頻、地理位置等非結構化（或半結構化）數據增加了大數據的復雜性。因為無法預知哪天的錄像捕捉了問題片段，而從龐大的監控視頻記錄數據中抓取問題片段，往往需要大量回放。

由于數據包含了大量的隱私信息、甚至機密信息，我國《侵權責任法》《治安管理處罰法》都涉及到對泄露攝像頭圖像信息的行為進行懲罰，因此圖像信息資料的保存時間、調取權限與程序、使用范圍受到嚴格控制，數據難以共享、比較。局部性生態改造往往僅關注于每個垂直改造目標，進行縱向數據采集、匯聚，數據交叉復用價值低。

4.2數據積累不完整

圖書館生態改造是個綜合性問題，需要應用系統的感知、探測、監護技術，以連續的觀測數據為支持，為科學決策提供依據。盡管圖書館在數字化建設、數據監護方面已經開展了很多研究，但在空間改造、生態環境觀測方面，長期、連續、動態的基礎數據積累不夠，關注于整個改造產業鏈的橫向數據積累不夠，且缺乏嚴格的質量控制。

數據的真實性、一致性、精確性、完整性、時效性和實體同一性是保證數據規模有效的重要基礎。隨著大數據并行處理技術的發展，傳統的ETL（Elect Transfer Load，抽取、轉化、加載）數據整合方式逐漸被先加載后轉化的ELT模式取代，盡可能保持數據原樣。經過處理后的高價值數據需支持高并發、低延時訪問，以保持穩定性與可靠性。然而，本地庫中一些早期MARC著錄不完整、不規范，關鍵字段缺失或不詳，館藏地、財產號存在錯誤影響了藏書剔舊的準確性，數據的稀疏性、冷啟動等問題影響了算法的準確性。

4.3人文性淡化

圖書館不僅具有藏、借、閱功能，其建筑風格、室內規劃風格是記錄人類智慧、反映人類文化素養的里程碑。生態改造不僅需要技術理性，還具有人文性，需要體現對人的關懷與尊重。例如，20世紀90年代全納教育（inclusive education）理念提出后，圖書館對無障礙服務的關注加強，開辟了殘障人士專用通道、專用閱覽室，配備了殘障人士專用衛生間，這些成為老館空間再造的重要內容。

近年來，繼美國、英國、澳大利亞、泰國、韓國以及我國臺灣地區在世界學前教育組織（OMEP）的鼓勵下組建玩具圖書館后，國內兒童玩具圖書館（toy library）逐漸興起，與特殊教育機構、盲文出版社、殘聯、盲校等殘障組織建立合作關系，設置沙盤區、娃娃屋、布偶劇場、角色扮演區、手工操作區、圖畫區、憤怒發泄區，投放小型多樣玩具及觸覺繪本、點讀繪本、電子繪本等閱讀新載體，滿足“3D”，即高活動性注意缺陷（ADHD）、學習困難（LD）及自閉癥譜系障礙（ASD）弱勢群體多樣化閱讀需求，促進特殊兒童感覺統合訓練，為圖書館全面深入開展閱讀推廣提供基礎設施保障成為空間改造的重要內容。

“互聯網+”時代，讀者共同參與的“互動關系”與“期待”促使空間功能多元轉化。聯機數字資源的增多使讀者信息共享行為加強，如浙江傳媒學院圖書館在空間設計實踐中提出利于交往（communication）、適于協作（collaboration）、用于創造（creation）的“3C”理念。國家加快實施創新驅動發展戰略后，創客空間（hackerspaces，fab labs）理念在圖書館界迅速付諸實踐。例如，南京師范大學圖書館將部分電子閱覽室改造為信息共享空間，有共同興趣的讀者可在共享空間里開展合作學習，分享創意。以數據為驅動、技術為導向的改造著重強調數據積累、數據質量、數據分析，易淡化人的多層次需求。圖書館的人學、社會學特質需要改造體現出對人的關懷與尊重，改造者應辯證看待數據思維的運用，以避免一葉障目的數據誤導。

4.4主體性評價缺失

《建筑工程施工質量評價標準》（GB/T50375—2006）、《室內空氣質量標準》（GB/T18883—2002）、《聲環境質量標準》（GB3096—2008）等系列標準為改造評價提供了相關數據評價依據。評價指標的可量化有助于實現質量的可控性。例如，中庭配天窗在20世紀末已成為一種普遍的圖書館建筑形式，肉眼觀察只能發現青苔遮掩、塵埃蛛網、玻璃破碎等表象，量化測評能進一步確保構件強度、剛度的力學性能、水密性、氣密性、風荷載、雪荷載、重力荷載在使用期內符合相關要求，以降低安全隱患。數據比對使改造項目成本、進度績效控制更精確，能迅速確定現實狀況與計劃狀況的偏差。如果僅以數學結構、公式解釋改造。將評價內容窄化為技術原理的可行性、技術規范的有效性，一味凸顯工具理性、操作理性將導致主體性評價缺失。

空間自組織行為理論提出，一棟建筑物只有通過使用才能實現自身的完整價值，“將空間及其產物理解為一種分享式的事業同時也意味著將建筑環境理解為集體性創造的產物”。人類生成、搜索數據的能力，有效組織、管理信息的能力，合作、協作以及同伴學習給圖書館生態改造帶來新動力。列斐伏爾的空間生產理論認為，空間是具有可塑性和生產性的生命體。如何使改造設計人性化，提升館舍的使用舒適性；如何使改造設計兼顧歷史性與發展性，與現代閱讀方式相適應，人的情感、判斷性、創造性發揮重要影響。除了安全性、實用性、經濟性、美觀程度等傳統評價內容，創新性、獨特性等指標也常被納入現代生態改造評價體系。定性指標補充描述了無法通過數據計算分析評價的內容。政府機構、圖書館行業協，學會、圖書館、第三方機構和用戶都可成為評價主體。讀者滿意度是圖書館價值的最終體現，將讀者納入評價主體所得到的體驗性、使用性反饋是量化數據無法替代的。

5結語

圖書館正是在內部空間被重新設計、改造的過程中實現服務再造，在保留經典元素的基礎上重新煥發活力。前沿交叉研究為解決智慧圖書館生態改造問題提供了可能，物聯網實現了對物理空間的全面感知與數據描述，云計算為數據挖掘提供了平臺，以大數據為基礎的虛擬現實技術、仿真技術擴展了人類的認知手段和領域。圖書館的參與、投入將促進基礎研究與應用研究的緊密結合，進一步推動生態與環境科技的發展。大數據影響力的作用效果有限，人的主體性不僅僅體現在對空間視覺效果、使用功能規劃方面，還反映在對傳統設計改造手法的繼承和創新方面。完全偏離了定性和人的主觀判斷所進行的數據分析，也很難在空間再造過程中產生實踐意義，量化分析與質化分析的有機結合是體現數據價值與主體價值的重要途徑。