（2018年第1期）高校图书馆生态改造中的数据思维研究.doc

高校图书馆生态改造中的数据思维研究 刘洁破 （南京师范大学图书馆 江苏 南京 210097） 摘要：在图书馆智慧化、智能化进程中，数据驱动发现为生态改造提供了更精细 化、个性化的研究内容。数据思维在以高能耗设备改造、空气质量监测、植物虚 拟布置、遗迹仿真修复及资源优化配置为主要内容的生态改造中具有广泛的应用 前景，其局限性主要体现在非结构数据价值密度低、数据积累不完整、人文性淡 化、主体性评价缺失几方面。量化分析与质化分析在生态改造中的有机结合是体 现数据价值与主体价值的重要途径。 关键词：高校图书馆 生态改造 大数据 数据思维 [中图分类号] G250。1；Tu18 [文献标识码] A 1 研究背景 图书馆是高校的标志性建筑。20 世纪 90 年代以来，我国以“共建、调整、 合作、合并”为基本思路，进行了大范围、大规模的高校合并与校区扩张。在此 背景下，高校图书馆普遍存在跨校区多馆并存现状。位于新校区的图书馆大都修 建于 2000 年以后，建筑面积、体量相对较大，很多已是地标性建筑，设计之初 即贯彻了人性化、可持续等理念。老馆多位于老校区，如南京部分高校的老馆属 于“民国建筑”，建筑面积、体量相对较小，设施设备相对落后。随着 20 世纪 80 年代建成的一批图书馆功能上陆续步入“老龄化''，结构布局难以适应现代图 书馆信息化发展的需要，书库也接近饱和，馆舍改造计划已经（或将）被很多高 校提上日程。2016 年 2 月，教育部印发的«普通高等学校图书馆规程（修订）» 明确规定，“高等学校要把图书馆的经费列入学校预算，并根据发展需要逐年增 加。图书馆的经费包括文献信息资源购置费、运行费和专项建设费。运行费主要 包括设备设施维护费、办公费等。”[1]这项规定也从制度上为图书馆修结、改 造经费子以了保障。 高校图书馆馆舍改造项目不同、预期不同、理念不同，改造方式亦不同。例 如，国家图书馆一期维修改造工程、北京大学图书馆旧馆改造工程、东南大学图 书馆老馆加固改造工程都遵循了“修旧如旧”的指导思想，而北京航空航天大学 图书馆改造设计工程则大胆运用了“整旧如新”的原则。美国阿拉巴马大学罗杰 斯科学与工程图书馆（Rodgers Library for Science and Engineering at the Uni-versity of Alabama）以用 户需求、期望变化为动因，以移动技术、家具、艺术配飾、灯光为打造重点，管 造温馨空间氛围供合作、共享之用，评估数据显示，再造后投入使用的空间使读 者访问量较同期增加了约 43%[2]。芬兰坦佩雷理工大学（Tampere University of Technology）图书馆尝试建构共同设计的多功能临时学习空间，通过与母机 构合作提供支持和资源，在强化目标导向学习的同时使图书馆的学术角色不断加 强[3]。美国康奈尔大学奥林图书馆（Olin Library）通过调査、对比读者学习行 为在某一特定区域改造前后的改变，发现弹性化空间设计更受欢迎[4]。 在现代图书馆智慧化、智能化进程中，射频识别技术、无线传感器网络技术、 基于无线射频的主流定位技术为图书馆物理空间可持续发展提供了客观的技术 视角。万物互联环境下，图书馆不断地生成结构数据，建构关联数据，数字元素 成为图书馆虚拟空间规划重构的主要意义载体。各类传感数据、监控数据、事务 性数据、交互性数据结合 Pajet、Ucinet、Jigsaw、Citespace 等可视化数据智 能分析软件，加强了趋势研判的科学性。数据驱动发现成为一种新的科学进步路 线[5]，由此将引发图书馆空间改造手段的变革。从为传统改造研究提供更精细 化、个性化内容的角度看，对大数据应用范時的探讨具有现实指导意义。 2 数据思维在生态改造中的应用 社会思潮的渗透使公共建筑价值观不断演变，从强调实用、艺术、机械、空 间、环境到强调生态。党的十八大把生态文明纳入“五位一体”总体布局，并写 入“十三五”规划；中共十八属五中全会提出了“创新、协调、绿色、开放、共 享”五大发展理念。以牺牲环境为代价、传统粗放型改造模式被逐新扬弃，环境 友好、资源节约、舒适安全、回归内涵成为图书馆空间规划调整的主要基调。生 态价值视域下，接受阳光、风、水、植物等自然恩惠，遵循自然模式营造舒适节 能微气候，强调自然色彩和天然材料的应用，成为图书馆公共空间设计发展新趋 势。数据思维在以设备设施、空气质量、景观植物、历史遗迹、资源优化为主要 对象的生态改造中具有广泛的应用前景。 2.1 设备设施改造 高科技的发展、物质文化水平的提高使机电产品越来越追求高性能化和高附 加值化。20 世纪 90 年代，材料生态设计研究的兴起促进了设备的全生命周期节 能减排。旧式照明灯具、采暖、空调等用电用能设备是图书馆的耗能主力军，被 废弃淘汰的数量不断增加。借助设备升级、空问分区重构、设备材料循环利用， 图书馆的能源浪费逐年递减。例如，南京师范大学随园图书馆古籍特藏室改造中 升级使用了恒温恒湿的精密空调，精确掌握书库的温度变化，使除湿过程更精确、 可靠、节能。南京理工大学图书馆在阅览室设计中对面积较大的阅览室采用了分 区照明:提高阅读区的照度，降低其他区的照度，并使用多种近光源，阅览桌上 的光源可按需控制。随着现代工艺技术的发展，图书馆对回收设备材料（如金属 材料、无机非金属材料、高分子材料等）的循环利用逐渐重视起来。 一方面，完好率、可动率、役龄新度、事故发生率、故障修复率、平均故障 间隔期、设备大修理成本、主动预防维修费用率、设备状态标识出错次数等机械 量化指标客观反映了高耗能设备设施的当前使用状态及维护成本。另一方面，高 能耗设备改造问题往往具有综合性，以图书馆照明系统升级为例，不仅需要从价 格、维护成本、物料损耗等多角度计算投入成本，从光度学、色度学、视觉光环 境及灯具的电学性能、机械性能、热学性能等多角度对图书馆老馆的照明系统进 行测评，还需要考虑照明对珍贵文献的损害效应，对室内产热、人的主观感受的 影响，预估施工难度、潜在风险，扣除对自然污染破坏的代价或成本[6]。与传 统的为每个单独改造项目收集整理数据相比，系统性改造需要对多方面、多渠道 收集的数据进行综合处理，以更好地发挥数字信息资源的决策作用。各类传感器、 智能设备的增加，为关注改造产业链的横向关系型数据积累提供了可能，使设计 师具有了更强的决策力、洞察力及流程优化力。 2.2 空气质量监测 图书馆生态改造中建材、涂料、颜料、胶粘剂是挥发性有机化合物（Volatile Organic Compounds，简称 VOC）的主要产生源。VOC 中甲醛释放周期长，成 为室内主要污染源，其他如苯系物、燒燈、酷类、醇类释放曲线存在活跃期与稳 定期。物联网时代，除了减量使用人造板、泡沫隔热材料、塑料板材、油漆、涂 料、胶粘剂，控制 VOC 的产生渠道，对 VOC 浓度实施数据监控，能预防有害 效应的发生。以绿色植物、微生物为主的环境生物资源在图书馆环境净化监测中 发挥着重要作用。由于超过一定阈值的室内空气污染物会对植物叶片、花的生长 造成重要影响，利用植物对气体的特殊敏感性可对馆内空气进行检测与评价。对 污染物指示植物（indicator organism）叶片受害百分比、伤害严重性指数进行 量化统计分析，可为图书馆空气评价提供参考:一般而言，叶片受害面积<125% 为轻度污染；25%≤受害面积<50%为中度污染；50%≤受害面积<75%为较重 污染；受害面积≥75%为严重污染[7]。选择具有区域代表性的监测点位与断面 布设空气质量传感器能感应不同成分的混合气体、燃烧烟雾等，常用的 C02 传 感器能精确测定图书馆室内 C02 含量。通风参数检测仪能精确测定气体的流速、 流量和温度，按照工程空气质量表征标准，保证卫生要求的 C02 浓度小于 l000x10-6。 采用自然通风，在人流集中的空间确保有穿堂风，增加空气流速，有助于降 低 VOC 浓度，增加图书馆的舒适度[8]。以往常用的开窗通风仅适用于室外空气 质量较高或有干净空气源的条件。随着大气环境的恶化，雾霾频发，室外空气引 入稀释室内空气反而会加剧污染。以大数据、云计算技术为基础的 PM2.5 雾霾 预报软件能对海量的环境气象、污染源排放数据作精密计算分析，预测未来 72 小时的 PM2.5 含量。植物伤害症状描述数据、空气质量传感数据、通风参数数 据，结合环境气象大数据分析软件，为图书馆室内空气质量评价提供了全方位多 角度的辅助参考。 2.3 植物虚拟布置 摆放花色明度高、暖色植物或棕竹、旱伞草等耐阴植物，并分段放置一些观 花或观叶植物，对改善图书馆生态效益具有重要意义。一些大型的现代图书馆， 如南京师范大学敬文图书馆还建有以轻质木材作为主材， 以活体植物搭配小藤架、 小凉亭的露台花园。 老图书馆室内通风、采光条件相对不足，屋顶花园/露台花园位置特殊，日 照条件随季节、建筑物反射和聚光情况、周围建筑物遮挡阴影区的变化而变化。 应用大数据系统仿真实体运行和模拟结果，有助于优化设计植物配置方案。虚拟 植物技术通过虚拟植株的拓扑结构，得到该植株上每种类型器官的个数以及各个 器官之问的位置关系，通过精确再现植株形态结构研究植物的生理生态过程回。 其可预测不同环境条件下植物生长的某些综合指标；筛选适宜移植的耐旱、耐贫 瘠、耐积水、抗风、不宜倒伏、抗寒、冬季能露地越冬的浅根系乡土植物。虚拟 现实技术通过多媒体技术与仿真技术相结合，模拟屋顶花园/露台花园、馆内的 生存环境，由季节更替、种植间距、水分蒸騰、植物间竞争互利关系导致的环境 变化，精确估算植物在图书馆的可存活性、生存所需的最小植土厚度、排水层厚 度等，科学布置种植区结构并确定种植土的合理配比。 2.4 遗迹仿真修复 作为标志性建筑的老图书馆，如胡建平所言“身处城市核心区，承载建筑历 史印记以及城市文脉的优势，是图书馆新建馆舍不能比肩的”[10]。南京高校的 “民国图书馆”建筑形式有中国传统的斗拱宫殿式、西方古典式、西方折衷式， 是中国近代建筑的重要组成部分。在«<福州古厝>序»中习近平总书记指出，“保 护好古建筑、保护好文物就是保存历史，保存城市的文脉，保存历史文化名城无 形的优良传统。”[11] 历史建筑物展现了特色传统元素、地域文化，在改造时往往要更多地考虑如 何最好地维护原建筑的风格和面貌。例如，东南大学老图书馆属“国立中央大学” l 日址民国建筑群，外立面、门窗独具特色，入口大厅采用了古典欧式装饰风格， 复杂的线脚、欧式柱头、石膏拼贴既有凹凸感又有层次进退，十分精美。由于建 筑结构加固会破坏这些装飾，在修缮过程中修錯者对其进行了全面的现场测绘和 拍照，绘制了大量的节点详图大样，目的是为其改造复原提供精确的空间信息和 数据资料[12]。因为物理改造的过程与成果不可逆，建筑物的维护、销毁过程又 伴随着不同程度的环境污染，所以对文物性图书馆的数字化保护与生态修复往往 相辅相成。以数字化方式生成精准的模型，可使现存的珍惜古迹、馆舍建筑历史 文化预先得以记录与保存。由于虚拟现实场景绘制包含了纹理、材质参数、渲染 模式等状态集合，借助 3D（4D）打印快速成型技术与热可塑性树脂、射线烧结 金属粉末等新材料，可对缺失部分进行复原、再现，保留历史建筑的沧桑感。 数字可视化为我们理解遗迹复杂的几何形态、空间结构提供了更多的帮助。 南京师范大学校园建筑规划设计师亨利·墨菲尝试中国传统宫殿式建筑元素与 美式建筑架构融合之初，在一期工程中留下了斗拱错位的缺憾[13]。1932 年开 工建造华夏图书馆时，墨菲在陈明记营造厂的帮助下，直接将设计蓝图细节做成 大比例实物模型（石灰大样），以便和中国工匠充分研究、讨论屋面和其他构件 之间的结构关系与美学关系[13]。现代计算机图形学算法、三维模型网格细化技 术的发展已经能够实现三维图像以指定角度旋转，既能在同一个坐标系中对图形 进行旋转、缩放、平移，又能在不同的坐标系中观察同一物体。虚拟现实与现实 场景有机融合的混合实境（mixed reality）给设计师带来了更丰富的信息与直观 感受。2.5 资源优化配置 随着传统借阅服务模式向以读者为中心的智慧型知识服务模式的转变，大数 据在图书馆资源优化配置方面得天独厚的优势不断显现。以计算机调取的书目数 据、借阅数据、检索记录数据为依据，通过剔旧（调拨、剔除）将部分利用率低 的馆藏搬移密集库，适度分散管理馆藏是很多图书馆缓步释放藏书空问的做法。 书目 MARC 记录是一种结构化数据，ISBD（Internationa1 Standard Bibliographic Description，国际标准书目著录）数据元素、权威机构定义的数据 元素都包含在 MARC 记录中。通过调取 MARC 记录，我们可以获得题名与责 任说明、版本、出版物类型、获得方式、馆藏地等方面的信息。可见，书目数据 的规范化控制为高效率大数据分析打下了基础，结构数据交叉分析能弥补单字段 分析产生的偏差。 关联数据、非结构化数据的迅速增加，使存储及计算规模随之增大，资源管 理成本也急剧上升。以不同的大数据算法为中心，针对不同的工作负载、硬件环 境及性能而设计的垃圾回收器，将为图书馆虚拟空间建设带来收益，如减少内存 泄漏问题发生几率、简化并发数据结构的构建和使用，使代码更容易被理解和维 护[14]。而对访问日志、网络检索历史记录、下载记录等关联数据统合分析，有 助于挖掘读者的潜在需求，查重、去重有助于优化资源补给采购。 3 数据思维在生态改造中的应用优势 图书馆生态改造的实施是多部门共同参与、统筹协调的复杂工程。图书馆历 来是信息技术应用的重点场所，物联网、互联网、大数据、云计算加速了图书馆 智 慧 互 联 、 智 能 计 算 的 步 伐 。 以 地 理 信 息 系 统 （ Geographic Information System，简称 GIS）为基础的空间数据提供了空间物体的位置、形状、大小、 分布特征等诸多方面信息，不仅包括了物体本身的空间位置及状态信息，还包括 了表示物体空间关系的信息，成为信息时代图书馆空间解析的新工具。 用温度、湿度、空气流速、新风量表现舒适度，用工程学定义目标值，用化 学参数、反射性参数反映室内环境污染程度，提升了空间环境描述的准确性与信 息传递的准确性。从大数据中捕捉有潜在价值的数据，明确事物之间的相关性是 数据思维的关键所在。数据思维在生态改造中的应用优势体现在: 一是从感知 到传输到决策应用的数字信息流，将为生态改造提供决策依据；二是通过对远程 监控实体的数据实行动态分析，为改造控制提供支持；三是应用大数据仿真实体 运行和模拟结果，可在反复的推倒重建虚拟尝试中，制定最优的设计方案和施工 方案；四是借助历史记录数据，分析用户信息行为，优化资源配置策略，提高系 统运行效率。 4 数据思维在生态改造中的局限性 数据思维的局限性主要体现在非结构数据价值密度低、数据积累不完整、人 文性淡化、主体性评价缺失几方面。 4.1 非结构数据价值密度低 图书馆生态改造、资源布局调整中分析的运行数据大都是结构化数据。新的 数据源和数据采集技术的出现使图书馆的数据类型不断增多，特别是摄像头的记 录价值逐步为人们认识、利用后，通过摄像头调取读者、工作人员在图书馆的动 态影像，有助于统计发现主要问题。然而，图片、视频、音频、地理位置等非结 构化（或半结构化）数据增加了大数据的复杂性。因为无法预知哪天的录像捕提 了问题片段，而从庞大的监控视频记录数据中抓取问题片段，往往需要大量回放。 由于数据包含了大量的隐私信息、甚至机密信息，我国«侵权责任法»«治安 管理处罚法»都涉及到对泄露摄像头图像信息的行为进行惩罚，因此图像信息资 料的保存时间、调取权限与程序、使用范围受到严格控制，数据难以共享、比较。 局部性生态改造往往仅关注于每个垂直改造目标，进行纵向数据采集、汇聚，数 据交叉复用价值低。 4.2 数据积累不完整 图书馆生态改造是个综合性问题，需要应用系统的感知、探测、监护技术， 以连续的观测数据为支持，为科学决策提供依据。尽管图书馆在数字化建设、数 据监护方面已经开展了很多研究，但在空间改造、生态环境观测方面，长期、连 续、动态的基础数据积累不够，关注于整个改造产业链的横向数据积累不够，且 缺乏严格的质量控制。 数据的真实性、一致性、精确性、完整性、时效性和实体同一性是保证数据 规模有效的重要基础。随着大数据并行处理技术的发展，传统的 ETL（ Elect Transfer Load，抽取、转化、加载）数据整合方式逐渐被先加载后转化的 ELT 模式取代， 尽可能保持数据原样。 经过处理后的高价值数据需支持高并发、低 延时访问，以保持稳定性与可靠性。然而，本地库中一些早期 MARC 著录不完 整、不规范，关键字段缺失或不详，馆藏地、财产号存在错误影响了藏书剔旧的 准确性，数据的稀疏性、冷启动等问题影响了算法的准确性。 4.3 人文性淡化 图书馆不仅具有藏、借、阅功能，其建筑风格、室内规划风格是记录人类智 慧、 反映人类文化素养的里程碑。 生态改造不仅需要技术理性，还具有人文性， 需 要 体 现 对 人 的 关 怀 与 尊 重 。 例 如 ， 20 世 纪 90 年 代 全 纳 教 育 （ inclusive education）理念提出后，图书馆对无障碍服务的关注加强，开辟了残障人士专 用通道、专用阅览室，配备了残障人士专用卫生间，这些成为老馆空间再造的重 要内容。 近年来，继美国、英国、澳大利亚、泰国、韩国以及我国台湾地区在世界学 前教育组织（OMEP）的鼓励下组建玩具图书馆后[15]，国内儿童玩具图书馆 （ toy library ）逐渐兴起，与特殊教育机构、盲文出版社、残联、盲校等残障 组织建立合作关系，设置沙盘区、娃娃屋、布偶剧场、角色扮演区、手工操作区、 图画区、惯怒发泄区，投放小型多样玩具及触觉绘本、点读绘本、电子绘本等阅 读新载体， 满足“3D”，即高活动性注意缺陷（ ADHD）、学习困难（ LD） 及自闭症谱系障碍（ ASD）弱势群体多样化阅读需求，促进特殊几童感觉统合 训练，为图书馆全面深入开展阅读推广提供基础设施保障成为空间改造的重要内 容 。 “互联网+”时代，读者共同参与的“互动关系”与“期待”促使空间功能多 元转化[16]。联机数字资源的增多使读者信息共享行为加强， 如浙江传媒学院 图 书 馆 在 空 间 设 计 实 践 中 提 出 利 于 交 往 （ communication ） 、 适 于 协 作 （ collaboration）、用于创造（ creation）的“3C”理念[17]。国家加快实施 创新驱动发展战略后，创客空间（ hackerspaces， fab labs）理念在图书馆界 迅速付诸实践。例如，南京师范大学图书馆将部分电子阅览室改造为信息共享空 间， 有共同兴趣的读者可在共享空间里开展合作学习，分享创意。以数据为驱 动、技术为导向的改造着重强调数据积累、数据质量、数据分析，易淡化人的多 层次需求。图书馆的人学、社会学特质需要改造体现出对人的关怀与尊重，改造 者应辩证看待数据思维的运用，以避免一叶障目的数据误导 。 4.4 主体性评价缺失 «建筑工程施工质量评价标准»（ GB/T50375-2006 ）、«室内空气质量标 准»（ GB/Tl8883-2002 ）、«声环境质量标准»（ GB3096-2008 ）等系列标 准为改造评价提供了相关数据评价依据。评价指标的可量化有助于实现质量的可 控性。例如，中庭配天窗在 20 世纪末已成为一种普遍的图书馆建筑形式，肉眼 观察只能发现青苔遮掩、尘埃妹网、玻璃破碑等表象，量化测評能进一步确保构 件强度、刚度的力学性能、水密性、气密性、风荷载、雪荷载、重力荷载在使用 期内符合相关要求， 以降低安全隐患。 数据比对使改造项目成本、进度绩效控 制更精确， 能迅速确定现实状况与计划状况的偏差。如果仅以数学结构、公式 解释改造， 将评价内容窄化为技术原理的可行性、技术规范的有效性，一味凸 显工具理性、操作理性将导致主体性评价缺失。 空间自组织行为理论提出，一栋建筑物只有通过使用才能实现自身的完整价 值，“将空间及其产物理解为一种分享式的事业同时也意味着将建筑环境理解为 集体性创造的产物”[18]。人类生成、搜索数据的能力，有效组织、管理信息的 能力，合作、协作以及同伴学习给图书馆生态改造带来新动力。列斐伏尔的空间 生产理论认为，空问是具有可塑性和生产性的生命体。如何使改造设计人性化， 提升馆舍的使用舒适性；如何使改造设计兼顾历史性与发展性，与现代阅读方式 相适应，人的情感、判断性、创造性发挥重要影响。除了安全性、实用性、经济 性、美观程度等传统评价内容，创新性、独特性等指标也常被纳入现代生态改造 评价体系。定性指标补充描述了无法通过数据计算分析评价的内容。政府机构、 图书馆行业协/学会、图书馆、第三方机构和用户都可成为评价主体[19]。读者满 意度是图书馆价值的最终体现，将读者纳入评价主体所得到的体验性、使用性反 馈是量化数据无法替代的。 5 结 语 图书馆正是在内部空间被重新设计、改造的过程中实现服务再造，在保留经 典元素的基础上重新焕发活力。前沿交叉研究为解决智慧图书馆生态改造问题提 供了可能，物联网实现了对物理空间的全面感知与数据描述，云计算为数据挖掘 提供了平台，以大数据为基础的虚拟现实技术、仿真技术扩展了人类的认知手段 和领域。图书馆的参与、投入将促进基础研究与应用研究的紧密结合，进一步推 动生态与环境科技的发展。大数据影响力的作用效果有限，人的主体性不仅仅体 现在对空间视觉效果、使用功能规划方面，还反映在对传统设计改造手法的继承 和创新方面。完全偏南了定性和人的主观判断所进行的数据分析，也很难在空间 再造过程中产生实践意义，量化分析与质化分析的有机结合是体现数据价值与主 体价值的重要途径。 参考文献: [1] 教 育 部 : 教 学 时 间 内 图 书 馆 每 周 开 馆 不 低 于 9o 小 时 [EB/0L] 。 [2016-02-26] 。 http://www 。 gov 。 cn/xinwen/2016-02/09/content_5040431。htm。 [2] Sandy J H， Krishnamurthy M， Scalfani V F。 Repurposing Space in a Science and Engineering Library: Considerations for aSuccessfu1 Outcome[J] 。 The Jouma1 of Academic Librarianship ， ， 2014 ， 40 （3-4）:388-393。 [3] Tevaniemi J ， Poutanen J ， Lahdemaki R 。 Library as a Partner in Co-Designing Learning Spaces: A Case Study at Tampere University of Techno1ogy， Finland[J]。 New Review of Academic Librarianship，20] 5，21 （3）:304-324。 [4] Montgomery S E。 Library Space Assessment: User Learning Behaviors in the Library[J]。The Journa1 of Academic Librarianship， 20l4，40（1）:70-75。 [5] 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