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    潛水運(yùn)動(dòng)力學(xué)分析與潛水服設(shè)計(jì)要點(diǎn)

    2015-10-18 05:01:51吳忻舟杜勁松
    關(guān)鍵詞:潛水服潛水員干式

    吳忻舟,杜勁松

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    潛水運(yùn)動(dòng)力學(xué)分析與潛水服設(shè)計(jì)要點(diǎn)

    吳忻舟1, 2,杜勁松1, 2

    (1. 東華大學(xué) 服裝藝術(shù)設(shè)計(jì)學(xué)院,上海 200051;2. 現(xiàn)代服裝設(shè)計(jì)與技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,上海 200051)

    分析三種潛水服的基本特點(diǎn)及設(shè)計(jì)要點(diǎn),并以潛水褲為例,通過對人體下肢動(dòng)作、潛水環(huán)境以及潛水服材料進(jìn)行分析,結(jié)合潛水運(yùn)動(dòng)力學(xué),為潛水服制作打下基礎(chǔ)。

    潛水服;運(yùn)動(dòng)力學(xué);保暖性;合體性

    隨著社會發(fā)展和生活水平的不斷提高,人們越來越追求除物質(zhì)之外的娛樂休閑運(yùn)動(dòng),我國休閑娛樂市場的持續(xù)多元化發(fā)展,使?jié)撍\(yùn)動(dòng)越來越受到消費(fèi)者的青睞。人們對潛水設(shè)備設(shè)施的要求也逐漸增強(qiáng),針對潛水設(shè)備的研究也逐漸增多。潛水設(shè)備,用于防止?jié)撍畷r(shí)體溫散失過快,造成失溫,同時(shí)也能保護(hù)潛水員免受礁石或有害動(dòng)物植物的傷害.而潛水服是潛水用品的一種,它是潛水作業(yè)的重要裝備,廣泛應(yīng)用于軍事及民用潛水。根據(jù)功能和目的性的不同,潛水服可分為干式、半干式和濕式三種.本文將對三種潛水服,進(jìn)行分析介紹。

    一、潛水服的特點(diǎn)分析

    (一)潛水服基本特點(diǎn)

    潛水服除了可以保護(hù)身體不被礁石割傷,以及水母??壬镄缘膫Γ€具備功能性。三種潛水服功能和目的性不同。如圖1所示:

    (a)干式潛水服 ?? ????(b)濕式潛水服 ?? ???? (c)半干式潛水服

    干式潛水服完全與水隔絕,尤其適合水溫較低的潛水作業(yè),它通過添加空氣層而保暖,穿著干式潛水服時(shí),身體完全與水隔絕,依水溫情況,可以在里面添加毛衣加強(qiáng)保溫。干式潛水服的樣式多為一件式,即帽子、衣服、褲子和靴子連成一體的潛水服,且須配備特別的防水拉鏈和其他配件,如干式潛水充氣排氣的裝置,防水性拉鏈,手腕和頸部的收緊圈(使用者可根據(jù)實(shí)際情況調(diào)節(jié)松緊程度)等等,使之密封性能良好。這些裝備均可讓潛水員保持干燥而得到良好的絕緣。潛水后干式潛水衣要浸泡清水及避免陽光曝曬,盡可能存放在通風(fēng)而陰涼的地方,拉鏈要經(jīng)常潤滑,不可長期折疊以防止造成泡沫合成橡膠無法恢復(fù)的皺摺。干式潛水服較濕式潛水衣價(jià)格高出許多,是休閑潛水保溫最好的潛水衣,且潛水員必須接受培訓(xùn),如學(xué)習(xí)如何控制及使用充氣排氣裝置,才可穿著干式潛水衣進(jìn)行水下活動(dòng),但是由于這些裝置較重且操作不易,潛水員在水下活動(dòng)時(shí)要需要消耗更多的體力和精力,而且后續(xù)保養(yǎng)維護(hù)繁瑣,據(jù)各大潛水論壇上用戶體驗(yàn),大部分用戶不太傾向購買干式潛水服,且稱干式潛水服的使用壽命都不太持久。

    半干式潛水服通過頸部、腕部、踝部的橡膠箍密封,使軀體保持干燥提供保暖,基本特點(diǎn)與干式潛水服相同,僅腳、手、頭或直接暴露于水中或采取佩戴濕式頭套、手套等措施進(jìn)行保暖[1],主要應(yīng)用于潛水旅游,漁業(yè)捕撈,水下施工等方面。

    濕式潛水服用戶體驗(yàn)面最廣,且廣泛應(yīng)用于休閑潛水。濕式潛水服依賴潛水服與潛水員皮膚之間保持的不流動(dòng)水和衣服的厚度保暖。這點(diǎn)是與干式潛水服最大的區(qū)別。因此濕式潛水服不適合在很冷的水中潛水,也不適合在污水中潛水。

    (二)潛水服功能性特點(diǎn)

    (1)保溫性

    三種潛水服在某些方面具有相同的功能性,首先三種潛水服都必須具備一定的保溫性能。由于水下寒冷環(huán)境,資料顯示海水表面的平均溫度在-1.7°-27°之間[2],有研究表明,在室溫25℃時(shí),人體感到舒適,但是在水溫25℃時(shí),人會感到?jīng)鯷3]。即便水溫25℃時(shí),不穿潛水服的受試者,能在水中浸泡很少超過1小時(shí)[4]。為了人體健康,水溫在27°以上可不穿潛水服;低于20°穿濕式潛水服;水溫在10度以下則需要穿干式潛水服。因此潛水服必須具有一定的保溫性能。一般來說潛水服的保溫效果與材料的厚薄成正比。除此之外潛水服的材料不同也能影響潛水服的保溫作用。一般來說,同種材料,厚度相同,保暖性一般相同,傳統(tǒng)潛水面料由泡沫合成橡膠的材質(zhì)制成,一般厚度可從3mm到10mm,但是根據(jù)實(shí)際情況的不同,潛水人員一般在夏天穿3mm厚的潛水服,冬天則穿5mm厚的潛水服[5]。但是,袁俊舫、顧靖華、顧心清在《二種濕式潛水服材料壓力下厚度及保暖性能對照試驗(yàn)》中提到:傳統(tǒng)的濕式潛水服材料為閉孔泡沫氯丁橡膠,這種材料存在一些缺點(diǎn),如隨著潛水深度的增加,泡沫氯丁橡膠氣泡被壓縮,厚度變薄,潛水服保暖性大大降低,貼身緊度變松,進(jìn)而破壞了身體與服裝之間的保暖水層[6]。對于這種情況,國際潛水界十分重視新材料的研究,研制一系列制作潛水服的新材料。例如新型層壓復(fù)合織物,采用四層層壓復(fù)合方式,由于這種層壓織物各組分受壓力影響很小,而且內(nèi)部不包含閉合的氣囊,在理論上不存在壓力下厚度降低的問題.為了驗(yàn)證新材料的性能,顧清華等人對新舊濕式潛水服材料進(jìn)行了壓力下的厚度及空氣中保暖性的對照試驗(yàn),得出新型層壓織物在水下的保暖性能優(yōu)于閉孔泡沫氯丁橡膠,為改進(jìn)我國現(xiàn)有濕式潛水服的性能提供了可行的方法。除此之外,《可自動(dòng)調(diào)溫的潛水服》一文中提到美國潛水員的濕式潛水服可根據(jù)周圍環(huán)境和作業(yè)要求,提高其熱保護(hù)性能,這種新型潛水服面料采用“靈巧皮膚”技術(shù)功能,不僅提高一定的防寒能力,預(yù)計(jì)可以大幅度降低外層氯丁橡膠的厚度,減少服裝重量,提高運(yùn)動(dòng)性,使其保溫性和運(yùn)動(dòng)性同時(shí)增強(qiáng)[7]。

    (2)合體性

    干式潛水服對合體性的要求并沒有濕式潛水服嚴(yán)格,濕式潛水服要求服裝和人體盡可能貼體,這是由它的保暖原理決定的。濕式潛水服的保暖原理是:當(dāng)人體與潛水服間水層不流動(dòng)時(shí),人體和濕式潛水服間的水層能在人體周圍形成溫水浴環(huán)境,使體表熱量散失最少[8],從而使?jié)袷綕撍_(dá)到保暖的效果。這與其他兩種保暖原理不同,陶恒忻在《潛水醫(yī)學(xué)》中以及Fuka zawa TH,Kawamura H ,Tanmra T在 《Water vapor transfer through mierospores membranes and polyester textiles at combination of temperature and pressure that simulated elevated altitudes》中也有相關(guān)說明。因此,研究認(rèn)為除了潛水服材料的厚度和種類會影響他的保溫性,潛水服與人體的間隙同樣影響潛水服的保溫性。若濕式潛水服貼體程度合適,當(dāng)穿著濕式潛水服時(shí),身體表面和潛水服之間會進(jìn)水,當(dāng)冷水進(jìn)入人體時(shí),體溫會慢慢地將冷水加熱到與體溫相等的溫水,身體穿著潛水服與外層的冷水隔絕,保證進(jìn)入的少量水在潛水服與皮膚之間呈不流動(dòng)狀態(tài)以保持體溫,潛水衣與身體之間的海水和外界交換越少,潛水衣的保溫效果就越好[9];若太緊身,則會讓你的身體產(chǎn)生壓迫感,形成血液循環(huán)不順暢、呼吸困難;若整體或者局部間隙偏大,則潛水服不但不能達(dá)到防寒的效果,冷水在衣服內(nèi)自由的進(jìn)出,因而將被身體加熱過的溫水因水的對流而帶走,降低保溫效果,潛水時(shí)還會兜水,影響動(dòng)作。

    (3)運(yùn)動(dòng)性

    除了潛水褲的保溫性和合體性,潛水褲的運(yùn)動(dòng)性也是十分重要的。濕式潛水服較干式潛水服不用配備排氣呼氣裝置,因此著裝輕便,運(yùn)動(dòng)靈活舒適,但若穿著泡沫氯丁橡膠制作的濕式潛水服,當(dāng)潛水至深處時(shí),外部水壓會壓縮泡沫氯丁橡膠的微孔,使其厚度變薄,此時(shí)運(yùn)動(dòng)性和保暖性均不如干式潛水服。

    潛水服的運(yùn)動(dòng)性也與潛水面料有關(guān),如顧靖華等人提出:當(dāng)使用傳統(tǒng)材料時(shí),潛水越深,需要泡沫氯丁橡膠厚度越大,限制了潛水員的水下活動(dòng)能力;潛水服越厚,浮力越大,做成潛水服的適體性越差,著裝也越困難[6]。為了減輕穿著濕式潛水服時(shí)對潛水員活動(dòng)能力的限制,有些濕式潛水服不同的部位由厚度不同的氯丁橡膠制成,四肢部位采用比軀干部位薄得多的材料,僅在較為重要的部位采用厚的材料,這樣可以使?jié)撍畣T最大限度的保持自由運(yùn)動(dòng)的能力。并且,為了提高潛水服的運(yùn)動(dòng)性,研究新型材料已經(jīng)成為趨勢。如英國佛朗根斯公司生產(chǎn)的“Isotherm plus ”濕式潛水服采用層壓復(fù)合材料制成,第一層是柔軟的6.5mm氯丁橡膠,第二層采用金屬基長毛絨纖維,厚度變薄,運(yùn)動(dòng)性增強(qiáng)。除此之外,潛水服制作工藝的特殊性與款式設(shè)計(jì)也影響其運(yùn)動(dòng)性。如潛水褲在結(jié)構(gòu)上的分割線設(shè)計(jì),使之外觀更具流線型美感,運(yùn)動(dòng)性更強(qiáng);如PUR.SUITX3型干式服,其肘部設(shè)計(jì)成稍彎曲狀態(tài),使手臂易于活動(dòng),為滿足較高或?qū)I(yè)潛水員的需要,潛水服后部較長,前部較短等[10]。

    為了使三種潛水服的比較更加明朗,現(xiàn)將三種潛水服的特點(diǎn)比較如下表1所示。

    表1 三種潛水服特點(diǎn)比較

    由于潛水運(yùn)動(dòng)的特殊性,潛水服的設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)是非常重要的,需從服裝人體工學(xué)的角度對人體結(jié)構(gòu),以及對人體潛水動(dòng)力學(xué)進(jìn)行分析。

    二、潛水運(yùn)動(dòng)力學(xué)分析

    功能性服裝如瑜伽服、游泳服、跑步運(yùn)動(dòng)服等等,在進(jìn)行服裝設(shè)計(jì)時(shí),應(yīng)充分了解該運(yùn)動(dòng)的特殊性,結(jié)合運(yùn)動(dòng)力學(xué)進(jìn)行分析考慮。

    如李岳進(jìn)在《蛙泳腿部動(dòng)作的力學(xué)分析》中運(yùn)用力學(xué)原理對蛙泳腿部動(dòng)作進(jìn)行力學(xué)分析,提出了合理的蛙泳腿部動(dòng)作方法,為提高蛙泳的速度以及游泳運(yùn)動(dòng)服的設(shè)計(jì)提供了理論依據(jù)[11]。

    馬素想在《服裝結(jié)構(gòu)與寬松量對乒乓球服舒適性影響的研究》中對乒乓球運(yùn)動(dòng)人體肢體動(dòng)作進(jìn)行觀察和分析。分析乒乓球運(yùn)動(dòng)員在做出發(fā)球、接球、攻球、搓球等動(dòng)作,全身上下尤其是肩部、手臂、腕部以及手指等肌肉的變化、身體動(dòng)作幅度及變形最大的部位,以上動(dòng)作分析皆為乒乓球服的設(shè)計(jì)打下基礎(chǔ)[12]。

    潛水服作為功能性服裝的一種,結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也應(yīng)結(jié)合潛水運(yùn)動(dòng)力學(xué),充分考慮潛水動(dòng)作以及潛水運(yùn)動(dòng)的特殊性。潛水過程主要分為入水,下潛,水中移動(dòng),浮起,上岸五個(gè)過程。分析在此過程中潛水員的運(yùn)動(dòng)動(dòng)作,姿勢,是研究潛水服結(jié)構(gòu)的重要基礎(chǔ)。本文以人體下肢為例,分析潛水運(yùn)動(dòng)時(shí)人體下肢的變化,為潛水褲結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)提供參考。

    (一)人體下肢的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

    了解人體下肢基本特點(diǎn)是研究潛水褲運(yùn)動(dòng)性能的前提條件。

    人體下肢是支持人體站立時(shí)的重要部位。它不僅具有聯(lián)系上半身的運(yùn)動(dòng)功能,而且本身還具有寬廣的運(yùn)動(dòng)范圍。下肢的骨關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)的構(gòu)造和動(dòng)作,是影響褲裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)舒適性的重要因素,在人體運(yùn)動(dòng)過程中,關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)皮膚的伸展,從而產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)松量,因此,人體下肢的骨關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)等部位是潛水褲結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)研究對象。足關(guān)節(jié)是由小腿骨和足骨所構(gòu)成。足關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)一般不會對褲裝產(chǎn)生牽引,不是褲裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中考慮的重點(diǎn)。

    由于人體下肢骨骼、肌肉、脂肪分布的不同,下肢運(yùn)動(dòng)時(shí)導(dǎo)致運(yùn)動(dòng)后人體體形發(fā)生變化也不相同,為了保證運(yùn)動(dòng)過程中的潛水褲的貼體性,潛水褲的松量設(shè)計(jì)也因人而異。因此,研究運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致人體體形發(fā)生的變化對潛水褲結(jié)構(gòu)松量的設(shè)計(jì)是十分重要的。

    (二)下肢潛水動(dòng)作分析

    肢體動(dòng)作分析是服裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ),只有從人體工效學(xué)的角度出發(fā),才能使人體發(fā)揮全部的運(yùn)動(dòng)機(jī)能,達(dá)到運(yùn)動(dòng)最優(yōu)狀態(tài)。

    有關(guān)潛水運(yùn)動(dòng)下肢動(dòng)作的文獻(xiàn)幾乎很少,因此,本文決定選取7個(gè)代表動(dòng)作,從動(dòng)作幅度,拉伸部位等方面加以分析。

    通過大量查閱資料和問卷調(diào)研了解,潛水運(yùn)動(dòng)下肢常見動(dòng)作歸納如表2所示。

    表2 潛水運(yùn)動(dòng)下體常見動(dòng)作

    通過表2動(dòng)作示意圖可以看出,7個(gè)動(dòng)作均有一定程度伸展,只是幅度不同,為了確保動(dòng)作的靈活性,使之不收牽絆,臀圍、腰圍、大腿圍以及襠長、內(nèi)長等數(shù)據(jù)都應(yīng)準(zhǔn)確合體,過緊動(dòng)作舒展不開,過松動(dòng)作有所羈絆。1號動(dòng)作身體舒展,各部位并無太大拉伸,2號和5號動(dòng)作相對幅度較小。3號和6號這兩個(gè)動(dòng)作是,人體膝蓋部運(yùn)動(dòng)角度都大于90°,人體體表發(fā)生了較大的伸展,同時(shí),在做3號和6號動(dòng)作時(shí),由于3號動(dòng)作膝蓋呈大于90°彎曲狀,6號動(dòng)作上身后仰幅度較大,由此可見襠部也受到了力的作用,影響潛水。由此可以看出,膝蓋處與襠部是潛水時(shí)潛水褲受牽制的重要部位。盧云翔在《濕式潛水褲結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法的研究》中通過大量調(diào)研和SPSS分析得出,2號動(dòng)作是潛水運(yùn)動(dòng)中最常見的,7號動(dòng)作最不常見。其中,排在前三位的動(dòng)作為1號、2號和4號動(dòng)作;排在后三位的動(dòng)作為3號、6號和7號動(dòng)作,由此,在濕式潛水褲動(dòng)態(tài)松量設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)重點(diǎn)考慮使用頻率高的前三個(gè)動(dòng)作,適量考慮使用頻率較低的排序后三的動(dòng)作,以保證潛水褲在滿足基本運(yùn)動(dòng)的前提下合體、舒適[13]。

    根據(jù)潛水員潛水時(shí)下肢運(yùn)動(dòng)動(dòng)作分析,結(jié)合運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致的皮膚變形,運(yùn)動(dòng)人體工學(xué),進(jìn)行松量設(shè)計(jì),從而使?jié)袷綕撍澥孢m合體。

    三、潛水服設(shè)計(jì)要點(diǎn)

    (一)材料選擇

    潛水服一般由海綿和基布兩部分組成,制造潛水服用的海綿一般選用氯丁橡膠(CR),基布的材料,主要是尼龍纖維或萊卡布。只要厚度相同,兩種布料所制成的潛水衣保暖效果都相同。萊卡面料顏色選擇性多,且耀眼靚麗,在水中潛水時(shí)易引人注目,尼龍面料價(jià)格低廉。潛水服的厚度不同,可以適合不同地區(qū)、緯度、季節(jié)的水溫。潛水衣主要作用為保暖,有不同的厚度和長短袖款式,配合不同的潛水環(huán)境。一般最薄的由0.5mm到較厚的10mm左右。在熱帶或亞熱帶潛水,較常用的為1至3mm。在較涼的水溫需要較厚的5mm或以上的濕衣。

    注意事項(xiàng):一般來說,濕式潛水服越薄保溫效果越差,越厚保溫效果越好,但是太厚的潛水服會阻礙身體行動(dòng)的靈活性以及增加浮力,由于潛水運(yùn)動(dòng)的特殊性,不同部位根據(jù)運(yùn)動(dòng)劇烈程度的大小也會采用不同厚度的材料進(jìn)行拼接。若為干式潛水服,則應(yīng)選擇完全防水的服飾配件。

    (二)款式設(shè)計(jì)

    根據(jù)水下作業(yè)的要求,潛水服分為連體式和分體式,連體式密封性能更好;

    根據(jù)水下溫度環(huán)境不同,款式可為長袖、短袖,長褲、短褲;

    根據(jù)設(shè)計(jì)的多樣性,款式也可有背心款、夾克款、外套式、連帽式等等;其中連帽式多應(yīng)用于干式潛水服設(shè)計(jì);

    按照門襟的位置,拉鏈可以分為前中直開拉鏈、前中斜開拉鏈、前中橫開拉鏈、后中直開拉鏈以及“U型”拉鏈設(shè)計(jì)等。

    由于面料具有雙面性,被用在款式設(shè)計(jì)中有利于發(fā)揮創(chuàng)意特性。如多樣化表面紋理:經(jīng)過壓紋的產(chǎn)品可增加外觀多樣性,賦予面料不同的特性,面料里外層顏色也可不同,通過不同顏色的撞擊,突出潛水運(yùn)動(dòng)的特性。為了設(shè)計(jì)更具有藝術(shù)性,也可將刺繡和印花技術(shù)應(yīng)用其中,不僅漂亮精致還可以增加潛水服表面摩擦力,止滑耐磨。

    注意事項(xiàng):干式潛水服一定為連體連帽式,且潛水服任何款式的設(shè)計(jì)都應(yīng)以潛水員的基本功能性訴求為基礎(chǔ)進(jìn)行設(shè)計(jì)。

    (三)功能性設(shè)計(jì)

    潛水服應(yīng)具有延展性,整體結(jié)構(gòu)上一般不采用省道,多數(shù)使用分割手法。作為功能分割線,由于潛水運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn),膝關(guān)節(jié)在潛水過程中活動(dòng)頻率高,與潛水褲的摩擦接觸較多,因此,在對應(yīng)的褲裝部位應(yīng)該進(jìn)行分割,以減少屈膝狀態(tài)下褲子對人體運(yùn)動(dòng)的牽制,減輕人體負(fù)擔(dān)[14],也可增加膝蓋的耐磨性;作為裝飾分割線,潛水服的分割線多按照人體曲線順勢分割,視覺上體現(xiàn)出對稱美和曲線美。

    注意事項(xiàng):潛水服應(yīng)易于穿脫,這就要求在手腕和頸部,腳口等部位多為拉鏈或者收緊圈設(shè)計(jì)。潛水服裁片一般通過多次刷膠、盲縫車縫的方式將其拼接,且需保證裁片與裁片的拼縫處的平整與牢固,在腳口、搖頭等部位進(jìn)行包邊處理,保證其舒適平滑。

    四、結(jié)語

    基于以上分析,不難看出潛水褲的保溫性、合體性和運(yùn)動(dòng)性直接影響潛水員的水下健康及運(yùn)動(dòng)的正常進(jìn)行。潛水服作為功能性服裝的一種,其結(jié)構(gòu)紙樣以及工藝要求都將以此性能作為基礎(chǔ),結(jié)合潛水運(yùn)動(dòng)力學(xué)考慮運(yùn)動(dòng)所需最小松量,再進(jìn)行款式設(shè)計(jì),最后綜合進(jìn)行樣板設(shè)計(jì)。

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    [13] 盧云翔.濕式潛水褲結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法的研究[D]. 上海:東華大學(xué),2014.

    Analysis of Motion Mechanics and Design Points of Wet Diving Pants

    WU Xin-zhou1, 2, DU Jin-song1, 2

    (1. Fashion Institute, Donghua University, Shanghai 200051, China; 2. Key Laboratory of Clothing Design & Technology, Ministry of Education, Shanghai 200051, China)

    The basic characteristics and design points of three kinds of diving suits are analyzed. Taking the diving pants as an example, the human lower limb movement, the diving environment and the wet diving suit material are analyzed, which lay the foundation for the production of wet diving suit.

    wet diving suit; motion mechanics; warm performance; fit performance

    TS941.26

    A

    2095-414X(2015)05-0029-05

    吳忻舟(1991-),女,碩士研究生,研究方向:服裝生產(chǎn)工程和服裝數(shù)字化.

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