基于建筑信息模型技術(shù)裝配式檢查井在市政工程中的應(yīng)用

董奪

【摘要】隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和政府的持續(xù)支持，建筑信息模型（BIM）技術(shù)得到了大多數(shù)企業(yè)的大力支持，并廣泛應(yīng)用于各建筑院所和施工單位。在建筑設(shè)計(jì)中有效應(yīng)用建筑信息模型技術(shù)（Building Information Modeling，BIM）可視化、模擬性、協(xié)同性等優(yōu)勢(shì)特征，可以使設(shè)計(jì)質(zhì)量有效提高，工期縮短。本文主要圍繞BIM技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域、傳統(tǒng)方式與BIM技術(shù)的比較及傳統(tǒng)方式與BIM技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀、裝配式檢查井的優(yōu)缺點(diǎn)和管網(wǎng)安裝在市政工程中的一些應(yīng)用等進(jìn)行闡述。

【關(guān)鍵詞】BIM技術(shù);裝配式檢查井;市政工程

【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2022.07.075

引言：

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的普及和發(fā)展，土木工程中智能化方法的運(yùn)用極大地促進(jìn)了施工技術(shù)和管理水平的提高，從而促進(jìn)了施工學(xué)科的進(jìn)步和不斷發(fā)展。通過(guò)在土木行業(yè)建筑工程施工中引入BIM技術(shù)的工程實(shí)踐證明，在建筑工程施工中應(yīng)用BIM技術(shù)已經(jīng)成為可能。

現(xiàn)代建筑信息模型技術(shù)與綠色建筑施工管理的融合是發(fā)展趨勢(shì)，采用BIM技術(shù)顯著提高了項(xiàng)目施工效率，項(xiàng)目節(jié)約了大量的工期和返工。當(dāng)前BIM技術(shù)在建筑領(lǐng)域里也得到了廣泛應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了更加精益、綠色的施工模式。同時(shí)在市政工程中，傳統(tǒng)檢查井仍以磚砌井的方式為主，其運(yùn)輸能耗大、現(xiàn)場(chǎng)損耗多，環(huán)境污染嚴(yán)重，獨(dú)立養(yǎng)護(hù)成本高，促使建筑方式朝著生態(tài)化發(fā)展已迫在眉睫，因此發(fā)展裝配式建筑是我國(guó)推進(jìn)供給側(cè)改革和新型城鎮(zhèn)化建設(shè)的著力點(diǎn)^[10]。

大型市政工程的特點(diǎn)，對(duì)市政構(gòu)筑物的施工建造提出了更高要求^[13]。建筑信息模型技術(shù)（Building Information Modeling，BIM）是用三維數(shù)字技術(shù)作為基礎(chǔ)，將建設(shè)工程項(xiàng)目中所有相關(guān)的信息集成工程數(shù)據(jù)模型^[14]，從而進(jìn)行諸如工程化管理、工程監(jiān)理、物業(yè)管理、設(shè)備管理、數(shù)字化加工等功能，業(yè)內(nèi)已將之視為建筑行業(yè)應(yīng)用CAD 以后的第二次創(chuàng)新^[2]。BIM 技術(shù)在建筑領(lǐng)域起步較早，且已取得了一定的成效，但在市政工程領(lǐng)域的應(yīng)用和研究卻相對(duì)較少。本文對(duì)BIM技術(shù)裝配式管網(wǎng)在市政工程中的應(yīng)用進(jìn)行闡述，旨在分析傳統(tǒng)方式與BIM技術(shù)的比較以及傳統(tǒng)方式與BIM技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀、裝配式檢查井的優(yōu)缺點(diǎn)等，為BIM技術(shù)的裝配式管網(wǎng)安裝在市政工程中的發(fā)展提供一定的理論依據(jù)。

1、現(xiàn)階段BIM技術(shù)在施工管理上的應(yīng)用

近些年，香港、日本、美國(guó)等國(guó)家在建筑工程方面應(yīng)用BIM技術(shù)獲得成果較多。將該技術(shù)應(yīng)用于施工管理，極大降低了成本、縮短了工期，提高了工程質(zhì)量，是促進(jìn)建筑行業(yè)技術(shù)創(chuàng)新和快速發(fā)展的重要工具。利用BIM技術(shù)研究建筑工程的施工，可使工程項(xiàng)目的管理精細(xì)化，促進(jìn)建筑技術(shù)的進(jìn)步?，F(xiàn)階段BIM技術(shù)在施工管理方面的應(yīng)用可以概括為以下幾個(gè)方面：（1） 施工虛擬：利用BIM 施工虛擬，能通過(guò)可視化效果了解施工的過(guò)程及最終結(jié)果，盡可能降低管理成本，減低成本、減少風(fēng)險(xiǎn)。（2） 建筑構(gòu)件建模：在施工過(guò)程中可依據(jù)建筑圖紙，分解整體工程，建立三維構(gòu)件模型，將構(gòu)件的重量、體積、尺寸、采用的材料類(lèi)型、型號(hào)記錄下來(lái)，最終確定施工方法，有助于構(gòu)件在施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行安裝和施工。（3）施工現(xiàn)場(chǎng)建模： 建立虛擬施工現(xiàn)場(chǎng)的全真五維模型可協(xié)助管理者可更加直觀、便利的分析現(xiàn)場(chǎng)狀況，查找潛在問(wèn)題，制定更加可行的施工方案，利于提高效率、減少傳統(tǒng)施工現(xiàn)場(chǎng)布置方法中存在漏洞的可能，盡早發(fā)現(xiàn)施工方案和施工圖設(shè)計(jì)的問(wèn)題，增加現(xiàn)場(chǎng)施工的安全性提高生產(chǎn)效率。（4） 驗(yàn)證施工方法過(guò)程：BIM 技術(shù)可以全真模擬運(yùn)行整體施工全程，為我們展現(xiàn)每一施工活動(dòng)，便于及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，根據(jù)問(wèn)題提出新的方法，并模擬新的方法進(jìn)行驗(yàn)證，看其可行行，識(shí)別并有效解決工程的施工風(fēng)險(xiǎn)和問(wèn)題。（5）材料費(fèi)用控制： 工程預(yù)算中應(yīng)用 BIM 模型導(dǎo)出數(shù)據(jù)，可據(jù)此進(jìn)行施工決算和造價(jià)控制。（6）施工組織控制： 項(xiàng)目管理人借助 BIM 技術(shù)模擬施工組過(guò)程，直觀顯現(xiàn)施工進(jìn)程中的關(guān)鍵工序和時(shí)間節(jié)點(diǎn)，清晰把握施工難點(diǎn)和要點(diǎn)，從而優(yōu)化完善施工方案，增加方案實(shí)施安全性，也使施工效率得到提高。（7）建設(shè)工程質(zhì)量管理：BIM設(shè)計(jì)使圖紙實(shí)現(xiàn)數(shù)字化，利用計(jì)算機(jī)優(yōu)勢(shì)在整理數(shù)據(jù)、進(jìn)行檢索和判別諸多方面發(fā)揮優(yōu)勢(shì)。通過(guò)BIM模型和施工方案集成虛擬環(huán)境數(shù)據(jù)，仿真實(shí)驗(yàn)建設(shè)項(xiàng)目的可建設(shè)性，便于事現(xiàn)發(fā)現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題。（8） 管理建設(shè)工程進(jìn)度：BIM可以按月、周、天直觀顯示工程進(jìn)度計(jì)劃。便于工程管理人員進(jìn)行不同施工方案比較，選擇符合進(jìn)度要求的施工方案;也發(fā)現(xiàn)工程計(jì)劃進(jìn)度和實(shí)際進(jìn)度的偏差，及時(shí)進(jìn)行調(diào)整。

1.1傳統(tǒng)管理模式

傳統(tǒng)管理模式是以利潤(rùn)為導(dǎo)向形成的管理思想和管理行為，把人力資源看作效率的工具，它更重控制，重制約，重制度、重規(guī)范等。

沒(méi)有傳統(tǒng)的管理模式，項(xiàng)目工作流程銜接不緊密，上下團(tuán)隊(duì)溝通不暢，項(xiàng)目經(jīng)理無(wú)法實(shí)時(shí)了解項(xiàng)目情況。大部分時(shí)間是在溝通中迷失或不溝通造成的主要問(wèn)題。項(xiàng)目作業(yè)者無(wú)法充分利用空閑期，導(dǎo)致項(xiàng)目前期和中期空缺嚴(yán)重，后期又趕工。這既會(huì)影響項(xiàng)目質(zhì)量也會(huì)影響項(xiàng)目整體進(jìn)度，增加項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)，使項(xiàng)目進(jìn)度、質(zhì)量和成本之間的關(guān)系失去平衡。

1.2 BIM技術(shù)

BIM，即建筑信息模型技術(shù)（Building Information Modeling，BIM） 是一項(xiàng)軟件性工具， 是一種基于建設(shè)項(xiàng)目相關(guān)信息的各種數(shù)據(jù)進(jìn)行有效管理的新模型。打造跨越項(xiàng)目設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)營(yíng)管理全生命周期的工作或運(yùn)輸平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目一體化管理和各種信息源的實(shí)施，可有效提升項(xiàng)目管理水平。具有可視化、協(xié)同性、模擬性、可出圖性等優(yōu)勢(shì)，在建筑工程建設(shè)生命整個(gè)周期廣泛應(yīng)用。在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段，應(yīng)用BIM技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)建筑結(jié)構(gòu)信息的全面收集與處理，并以計(jì)算機(jī)為載體，實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)圖紙從二維平面向三維模型的轉(zhuǎn)變^[13]。在工程建設(shè)項(xiàng)目設(shè)計(jì)時(shí)，協(xié)調(diào)各個(gè)專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)師之間的關(guān)系，減少初期設(shè)計(jì)階段溝通不暢造成的損失，大大減少學(xué)科之間的沖突。借助BIM技術(shù)完成不同的三維建筑模型的構(gòu)建（其中一般包括不同的建筑構(gòu)件，如墻、門(mén)和窗，同時(shí)分不同方向，包括建筑、結(jié)構(gòu)、給排水、暖通、弱電、強(qiáng)電、灑水、消防等）。通過(guò)分析模型數(shù)據(jù)完成參數(shù)設(shè)計(jì)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)計(jì)圖紙可行性檢驗(yàn)，優(yōu)化調(diào)整各項(xiàng)參數(shù)，最大限度提高建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)質(zhì)量，從而為后期建筑施工安全穩(wěn)定提供可靠依據(jù)^[13]。FA623EE0-1324-49C3-BDC7-3E95187C2D68

隨著我國(guó)對(duì)BIM技術(shù)的深入理解和應(yīng)用，在市政工程設(shè)計(jì)中，BIM技術(shù)的作用隨著市政工程的飛速發(fā)展，設(shè)計(jì)難度也在逐漸加大。

2、裝配式檢查井

裝配式建筑市場(chǎng)發(fā)展迅速，其建筑工期短、節(jié)能環(huán)保等優(yōu)勢(shì)明顯，裝配式建筑得到相關(guān)政策保障，市場(chǎng)發(fā)展更加平穩(wěn)，帶動(dòng)了一批企業(yè)投入到裝配式建筑產(chǎn)業(yè)化的研究和實(shí)踐中^[11]。其中裝配式檢查井也應(yīng)運(yùn)而生。裝配式預(yù)制鋼筋混凝土檢查井由1100毫米高的底座作為基本支撐，500、300、200毫米高井身高度調(diào)節(jié)圈、配套井圈井蓋等部件組成。采用BIM技術(shù)解決方案，搭建市政管線、地質(zhì)、道路等模型，借助BIM可視化效果表現(xiàn)手段，可對(duì)全線進(jìn)行BIM三維設(shè)計(jì)。從檢查井綜合圖紙復(fù)核、專(zhuān)業(yè)配合協(xié)調(diào)、設(shè)計(jì)變更協(xié)同、竣工圖制作等方面，革新傳統(tǒng)檢查井方法，可使設(shè)計(jì)、施工方案與工程實(shí)際完美結(jié)合^[16]。

當(dāng)前，在市政工程領(lǐng)域，我國(guó)在研發(fā)并應(yīng)用預(yù)制混凝土檢查井方面已取得成功。北京市政專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)院和北京市政工程研究院經(jīng)過(guò)對(duì)國(guó)外先進(jìn)的研發(fā)、生產(chǎn)和工程應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)的學(xué)習(xí)，完成《預(yù)制裝配式鋼筋混凝土排水檢查井》（05SS521）國(guó)家建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)圖集，是國(guó)內(nèi)較早進(jìn)行研究和開(kāi)發(fā)預(yù)制裝配式混凝土檢查井的單位，國(guó)內(nèi)也有一部分地區(qū)初步完成了預(yù)制裝配式檢查井地方性標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)、實(shí)踐的技術(shù)基礎(chǔ)建立，但尚未形成預(yù)制裝配式檢查井的設(shè)計(jì)和應(yīng)用的相關(guān)國(guó)家或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，仍未實(shí)現(xiàn)大面積推廣應(yīng)用。

2.1傳統(tǒng)檢查井現(xiàn)狀

目前，影響排水管道建設(shè)的主要障礙是傳統(tǒng)磚砌檢查井。這種形式的檢查井施工速度不快，不符合快速施工、文明施工、要求，還在較大成都上影響城市交通和環(huán)境。而且質(zhì)量和耐久性較差，磚井強(qiáng)度低，尤其是在檢查井和塑料管的交接處，容易發(fā)生滲漏。同時(shí)缺少專(zhuān)業(yè)技能的施工人員，相當(dāng)數(shù)量施工的人員都由農(nóng)村勞動(dòng)力轉(zhuǎn)移而成，文化和綜合素質(zhì)較低^[12]。

傳統(tǒng)檢查井施工時(shí)，場(chǎng)地狹小，拆遷量大，地下管線復(fù)雜，常規(guī)二維平面的設(shè)計(jì)方式因自身技術(shù)條件限制，難以清楚表達(dá)設(shè)計(jì)理念，易出現(xiàn)諸多錯(cuò)、漏、碰、缺，既不能很好地滿足設(shè)計(jì)人員的需要，也不利于各專(zhuān)業(yè)間的數(shù)據(jù)匯聚，在與項(xiàng)目其他參與方溝通時(shí)產(chǎn)生諸多不便^[16]。檢查井施工實(shí)際位置與設(shè)計(jì)圖紙不一致，存在誤差，且因市政工程建設(shè)性質(zhì)為“短、平、快”，利用BIM的信息技術(shù)“可視化”提前進(jìn)行圖紙復(fù)核將大大減少信息傳遞過(guò)程中的丟失及重建，并能幫助工程參與者提高決策正確性和效率。通過(guò)上海的一份研究報(bào)告，可以分析出沙區(qū)管道坍塌的原因是接口面滲漏和檢查井損壞。同時(shí)，傳統(tǒng)檢查井使用粘土磚，消耗了寶貴的土地資源，不符合土地和國(guó)家的環(huán)保政策。

2.2裝配式檢查井優(yōu)勢(shì)

裝配式檢查井以建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）技術(shù)作為技術(shù)支撐，在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)對(duì)市政工程中檢查井的建筑建造期間及完成后可能產(chǎn)生的問(wèn)題警醒預(yù)測(cè)，確定現(xiàn)階段各項(xiàng)優(yōu)化任務(wù)，能有效避免返工或資源消耗。

比較傳統(tǒng)磚砌井，裝配式檢查井的優(yōu)點(diǎn)可概括為以下幾個(gè)方面：（1）廠家預(yù)制質(zhì)量穩(wěn)定：在工廠制作預(yù)制裝配式鋼筋混凝土檢查井的配品，采用干式作業(yè)在現(xiàn)場(chǎng)施工，可以全面保證產(chǎn)品性能和質(zhì)量;（2）提高勞動(dòng)生產(chǎn)效率：縮短建設(shè)周期、使生產(chǎn)成本降低，大大節(jié)約管理費(fèi)用和人工，，明顯提升綜合效益，可將大量的工人從現(xiàn)場(chǎng)繁重的砌筑工作中解放出來(lái)，極大的節(jié)約了人工成本;（3）解決施工生產(chǎn)誤差：利用BIM模擬，在虛擬環(huán)境中體驗(yàn)建筑施工的過(guò)程，排除可能產(chǎn)生的問(wèn)題，對(duì)復(fù)雜的重要市政項(xiàng)目十分適用。同時(shí)集成配品裝配化生產(chǎn)方式，施工生產(chǎn)的模數(shù)接口問(wèn)題和誤差得到有效解決，能推動(dòng)工業(yè)化生產(chǎn)和管理與產(chǎn)業(yè)化技術(shù)發(fā)展;（4）方便施工后期維護(hù)：后期運(yùn)營(yíng)維護(hù)難度的降低，為部品全壽命期更新創(chuàng)造了可能;（5）節(jié)能、環(huán)保，符合時(shí)代：降低了浪費(fèi)原材料，施工的噪聲建筑垃圾和粉塵等環(huán)境污染也大為減少。同時(shí)由于建筑信息模型包含了所代表的建筑物的詳盡信息，因此為建筑信息模型的進(jìn)一步應(yīng)用創(chuàng)造了條件;BIM令工程項(xiàng)目更加透明，為預(yù)防偷工減料、規(guī)范建筑市場(chǎng)發(fā)揮作用。（6）虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)計(jì)：BIM裝配式檢查井的價(jià)值，在施工之前的設(shè)計(jì)施工圖階段，已利用BIM進(jìn)行虛擬體驗(yàn)施工，解決了可能產(chǎn)生的問(wèn)題或錯(cuò)誤，這使整體工程付出的代價(jià)最低。

2.3需要解決的問(wèn)題

建筑信息模型技術(shù)的裝配式檢查井具有良好的前景，但在市政工程中的應(yīng)用也存在一些問(wèn)題：（1）缺乏標(biāo)準(zhǔn)：由于BIM技術(shù)在市政工程建設(shè)的設(shè)計(jì)中剛剛起步，還沒(méi)有具體的規(guī)范體系。因此，在目前的應(yīng)用中很難達(dá)到統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)要求。同時(shí)，BIM技術(shù)需要高度專(zhuān)業(yè)的軟件配合。目前，由于缺乏標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)法規(guī)，難以滿足不同的數(shù)據(jù)共享，因此沒(méi)有使BIM技術(shù)發(fā)揮自身的優(yōu)勢(shì)。（2）軟件局限性：在當(dāng)前的BIM技術(shù)應(yīng)用過(guò)程中，存在著軟件相關(guān)的問(wèn)題。這個(gè)問(wèn)題的主要原因是軟件設(shè)計(jì)復(fù)雜。此外，建筑市政工程還有很多設(shè)計(jì)方法和形式。在方法轉(zhuǎn)換上還有很多不同，沒(méi)有基于數(shù)據(jù)交換的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。因此，我國(guó)的市政建設(shè)需求與BIM技術(shù)的應(yīng)用不能統(tǒng)一。（3）人才缺乏：影響市政設(shè)計(jì)水平的主要因素是人才。BIM技術(shù)是一項(xiàng)比較高的技術(shù)，也是未來(lái)會(huì)普遍使用的技術(shù)。在路橋設(shè)計(jì)上，這項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用時(shí)間不長(zhǎng)，因此缺乏該領(lǐng)域的專(zhuān)業(yè)人才;（4）環(huán)境影響：市政工程中施工場(chǎng)地范圍廣，土方挖填量大，預(yù)埋件數(shù)量多、要求預(yù)埋件安裝精度高，同時(shí)現(xiàn)場(chǎng)施工障礙多，地塊交叉施工多，進(jìn)度管理難度大。

2.4應(yīng)對(duì)措施

針對(duì)市政道路工程設(shè)計(jì)中面對(duì)的困難問(wèn)題，通常可以通過(guò)以下幾個(gè)方面應(yīng)對(duì)：

（1）建立行業(yè)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)：目前，各設(shè)計(jì)部門(mén)BIM軟件類(lèi)型應(yīng)用較多，相關(guān)技術(shù)人員開(kāi)發(fā)的接口和插件也有不同，不便于彼此之間的交流，設(shè)計(jì)結(jié)果評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)不完善。（2）相關(guān)行業(yè)的兼容：既然目前存在較為突出的問(wèn)題，就需要如市政設(shè)計(jì)、規(guī)劃等部門(mén)加強(qiáng)該技術(shù)的應(yīng)用，便于相關(guān)數(shù)據(jù)的對(duì)接。另外，在設(shè)計(jì)中對(duì)于數(shù)據(jù)信息的精準(zhǔn)性和地貌、地形等的要求較高，未來(lái)對(duì)該技術(shù)的兼容性進(jìn)行提升，或者結(jié)合GPS技術(shù)進(jìn)行應(yīng)用。（3）加快人才培訓(xùn)：通過(guò)各種渠道和方式提升人員的技術(shù)水平。工程的管理人員需要組織員工統(tǒng)一進(jìn)行培訓(xùn)，對(duì)員工的相關(guān)技能進(jìn)行培訓(xùn)。可以通過(guò)應(yīng)用實(shí)際案例來(lái)訓(xùn)練，在訓(xùn)練中需要找出不足和問(wèn)題，并有針對(duì)性的采取對(duì)策進(jìn)行解決，不斷提升員工的專(zhuān)業(yè)技能，提升培訓(xùn)的有效性。FA623EE0-1324-49C3-BDC7-3E95187C2D68

結(jié)語(yǔ)：

隨著技術(shù)的發(fā)展，目前推進(jìn)BIM，依托模型對(duì)工程設(shè)計(jì)進(jìn)行分析，有效地解決了傳統(tǒng)設(shè)計(jì)、施工過(guò)程中存在的問(wèn)題，提高了工作效率。友好的可視化界面和數(shù)據(jù)庫(kù)處理能力，使其可以以一種更為直觀的方式去應(yīng)對(duì)施工過(guò)程中存在的問(wèn)題。結(jié)合上述分析，針對(duì)市政綜合項(xiàng)目，在工期緊、任務(wù)重、設(shè)計(jì)專(zhuān)業(yè)多的背景下，既想保證工程設(shè)計(jì)安全可靠，又要多快好省的進(jìn)行施工，保證收益的最大化，利用BIM技術(shù)在排水管道工程中的應(yīng)用實(shí)例，再次證明將BIM技術(shù)應(yīng)用在市政裝配式檢查井項(xiàng)目，既能提高項(xiàng)目整體施工水平，又能促進(jìn)我國(guó)建筑業(yè)的蓬勃發(fā)展。

雖然目前我國(guó)基于BIM技術(shù)等技術(shù)的裝配管網(wǎng)應(yīng)用不廣泛，在技術(shù)領(lǐng)域和與市政工程建設(shè)的融合方面還存在較大差距，但隨著國(guó)家科技的不斷進(jìn)步，專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)技術(shù)人員對(duì)BIM技術(shù)的深入研究，這種基于建筑信息模型（BIM）技術(shù)的預(yù)制管網(wǎng)將在不久的將來(lái)得到廣泛應(yīng)用，為行業(yè)國(guó)家建設(shè)提供巨大助力。通過(guò)BIM技術(shù)的重要性和完備性來(lái)完成協(xié)同，加快施工進(jìn)程，同時(shí)可以有效提高施工水平和效率，達(dá)到市政工程施工的預(yù)期效果。

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