摘要：協同化、網絡化的港口物流鏈的形成及多式聯運的發(fā)展使集裝箱港口加速步入新的“聯盟時代”。采用考慮偏好的負指數集裝箱網絡優(yōu)化配流模型來實現港口群腹地集裝箱生成量在港口聯盟中各港口的合理分配，在此基礎上建立集裝箱港口合作博弈收益函數，并進行聯盟特征函數分析，從而得到集裝箱港口合作博弈收益分配及其函數解。以珠三角沿海若干集裝箱港口航線開辟聯盟為例，驗證了此聯盟模型的有效性。實證分析結果表明，本模型適合分析區(qū)域內距離較近、并且承擔主干港及喂給港等不同的角色的集裝箱港口之間的聯盟問題，并且可以有效地量化港口聯盟的效用，從而為合理確定區(qū)域港口合作及一體化整合策略提供決策依據。

關鍵詞：合作博弈；集裝箱港口；港口聯盟；配流

中圖分類號：F252

文獻標識碼：A DOI：10.3963/j.issn.1671-6477.2017.02.0006

協同化、網絡化的港口物流鏈的形成及多式聯運服務的開展，使集裝箱港口群加速步入新的“聯盟時代”，而現代集裝箱港口間合作的一個重要形式就是組建聯盟。所謂港口聯盟，就是兩個或者兩個以上的、潛在的或實際的港口之間，為了某一共同的特定目標所形成的合作協議或組成的網絡式協作關系。港口聯盟旨在運用各家港口有限的核心資源，發(fā)揮自身最強優(yōu)勢，通過與別的港口結盟來解決自己對某些資源質和量的需求，從而通過彼此的緊密合作，更好地實現集約化經營和市場競爭戰(zhàn)略目標。組成聯盟的集裝箱港口具有如下特點：港口條件相似、地理位置相近、經濟腹地部分共享、優(yōu)勢功能一定程度互補，港口之間存在競合關系。在港口聯盟的實踐中，出現了以上海港“長江戰(zhàn)略”為代表的市場一體化的港口聯盟、以寧波-舟山港、日本東京灣為代表的政府主導下的港口聯盟、以美國東海岸的紐約-新澤西等港口為代表的第三方委托代理的港口聯盟。

目前對于集裝箱港口聯盟的模式、必要性、措施、機制研究較多，并取得了豐富的成果，其研究方法主要從成本理論和產業(yè)集群理論等方面來研究集裝箱港口聯盟，特別是其必要性分析。陳劍運用交易成本中的威廉姆森相關理論分析發(fā)展港口物流聯盟的必要性，聯盟方式可以使各方產生“溢出利潤”[1]；顧亞竹從港口產業(yè)集群角度論述了港口物流戰(zhàn)略聯盟，論證了港口物流戰(zhàn)略聯盟的基礎是港口產業(yè)集群[2]；沈玉芳等從產業(yè)集群角度分析論證了產業(yè)群、城市群和港口群共同發(fā)展的必要性，提出建立港口戰(zhàn)略聯盟的基本框架[3]。秦海波等對江蘇沿海港口群建立戰(zhàn)略聯盟構筑現代組合港的模式進行了探討[4]。這些研究為分析港口的聯盟發(fā)展問題提供了很好的基礎，但都是主要側重于宏觀、定性、靜態(tài)分析，而缺乏微觀主體、港口合作關系的定量和動態(tài)分析。

也有學者利用博弈論理論來分析港口聯盟的有效性。周萬森、周劍青運用囚徒困境理論證明了通過港口物流戰(zhàn)略聯盟將會產生雙贏的效果[5]；封學軍運用伯特蘭德寡占模型充分證明了港口物流聯盟是港口物流企業(yè)應對挑戰(zhàn)、擺脫困境的有效手段[6]；楊承新利用非合作博弈的古諾雙寡頭壟斷模型探討集裝箱港口的合作機制的形成[7]；李昌明，楊明明，沈杰嘗試利用Nash談判模型進行港口戰(zhàn)略聯盟的協同分析[8]。Masahiro Ishiia等利用博弈論對港口競爭進行了研究，并以神戶和釜山港為例進行了實證分析[9]。以上研究均從非合作博弈理論上進行分析，并缺乏對集裝箱港口聯盟的收益分配機制的實證研究。還有學者利用演化博弈來分析港口聯盟，主要從穩(wěn)定性或協調機制方面進行研究。如趙旭等運用演化博弈分析港口戰(zhàn)略聯盟穩(wěn)定性，但建立的港口效用函數僅用來計算港口企業(yè)聯盟與否的效用變化[10]。而王丹等主要運用演化博弈理論分析港口間進行自發(fā)協調的內在機理[11]。目前一些學者對合作博弈在集裝箱港口間的競合進行了研究，取得了豐富的成果。李燕等以合作博弈理論為視角進行了環(huán)渤海港口合作機制研究，但缺乏定量分析[12]。范洋等利用Hotelling模型研究空間距離對港口競爭合作的影響[13]。Saeed N， Larsen O I、董崗利用兩階段博弈對同一港口內兩集裝箱港區(qū)合作進行研究，但未針對區(qū)域內港口聯盟進行研究[14-15]。

鑒于此，筆者嘗試采用考慮偏好的負指數集裝箱網絡優(yōu)化配流模型來實現港口群腹地集裝箱生成量在港口聯盟中各港口的合理分配，在此基礎上建立集裝箱港口合作博弈收益函數，并進行聯盟特征函數分析，從而得到集裝箱港口合作博弈收益分配及其解。以珠三角沿海若干集裝箱港口開辟航線的聯盟為例，驗證了聯盟模型的有效性，并提出促進區(qū)域集裝箱港口聯盟的建議。

一、集裝箱網絡優(yōu)化配流模型

進行集裝箱網絡優(yōu)化配流分析前需要進行集裝箱生成量分析。集裝箱生成量受各種宏觀及微觀因素影響，因此使用多因素生成系數法進行集裝箱生成量分析。其計算公式如下：

O= V*k=V*k 1*k 2*k 3/（k 4 *k 5） （1）

其中：O為集裝箱生成量，萬標箱；V 為外貿進出口額，億美元；k為集裝箱生成系數；k 1為適箱貨比例%；k 2為適箱貨重量系數，萬噸/億美元；k 3為適箱化率%；k 4為重箱比例%；k 5為重箱載重量T。

為了尋求各箱源地集裝箱生成量在港口聯盟中各港口的最優(yōu)或合理的分配，需要進行網絡配流分析。實際的集裝箱運輸路徑選擇并不完全遵循最短路徑或最小費用的原則，貨主對原來運輸路徑的習慣和偏好等也是十分重要的影響因素。因此這里采用考慮偏好的基于運輸費用的負指數網絡優(yōu)化配流模型進行配流分析。

將偏好系數引入到基于運輸費用的負指數網絡配流模型為：

K i=A*B i*EXP[-C*（D i-D j）/D j]（2）

其中：K i為第i條路徑的集裝箱貨量占該地區(qū)生成量的比例；

C為費用敏感系數；D i為選擇第i條路徑的運輸費用；D j為所有路徑中的最小運輸費用；A為歸一化系數，A=1/∑ i B i*EXP[-C*（D i-D j）/D j]；B i為選擇第i條路徑的偏好系數，由于決定偏好系數大小的主要是路徑選擇者的主觀偏好或習慣，利用綜合評判法確定偏好系數的大小，即以給各影響因素賦權然后對各路徑評分的形式綜合比較各路徑的優(yōu)劣勢。因此將路徑拆成港口和運輸線路兩個元素，分別評分。偏好系數可以由如下公式求得：

B i=B pi*B wi （3）

其中：B pi為第i條路徑港口的條件得分；B wi為第i條路徑運輸線路的條件得分。

負指數網絡優(yōu)化配流模型的基本思路和步驟是：

（1）運輸路徑的確定。

（2）運輸費用及均差確定。

（3）費用敏感系數的確定。

（4）偏好系數的確定。

（5）歸一化。

二、基于合作博弈的集裝箱港口聯盟模型

博弈論是研究理性的主體之間沖突及合作的理論，也是研究人類社會交互的最佳數學工具。由于聯盟中的集裝箱港口通過協議、契約而結成協作關系，而合作博弈理論聚焦于參與方在博弈前可以協商采取的博弈行為，并假設協商可以通過簽署具有約束力的協議進行，因此合作博弈理論非常適合研究集裝箱港口間的競爭與合作關系。根據集裝箱網絡優(yōu)化配流可以得到各個集裝箱港口非合作博弈時的收益函數[16]。

（一）非合作博弈時集裝箱港口收益函數P的定義

吞吐量與生成量的影響機理不盡相同，其不僅受腹地因素影響，還與港口、船期等航運要素密切關聯。如香港吞吐量除受廣東省外貿發(fā)展的驅動外，還有相當比重來自國際中轉與國內其他港口轉運。同一經濟區(qū)域內的集裝箱港口的競爭基本上都是一種寡頭競爭，其在某種程度上可以看成是圍繞集裝箱吞吐量Q展開的。集裝箱吞吐量不僅可以直接給港口營運商帶來利潤，而且是船公司選擇掛靠港口、安排集裝箱班輪航線的基礎，同時也是地方政府爭奪港口排名的重要指標。因此，在博弈過程中采用集裝箱吞吐量作為集裝箱港口的收益P，即

P=Q= Q 1+ Q 2+ Q 3 （4）

其中：（1）Q 1為來自絕對腹地的集裝箱貨源。Q 1由于地理位置等方面的原因，非常穩(wěn)定，一般不選擇其他港口進出。

（2）Q 2為來自與其他港口重合腹地的集裝箱貨源。區(qū)域內幾個港口在物流距離、港口服務和價格方面有差距，但綜合條件相差不大，有一定的選擇余地。

（3）Q 3為額外的中轉集裝箱貨源。Q 3由于不是該集裝箱港口的直接腹地，因而具有很強的不穩(wěn)定性，其對港口的選擇余地相對最大。

因此集裝箱港口間的競爭主要是爭奪來自與重合腹地的集裝箱貨源Q 2和額外的中轉箱貨源Q 3。

（二）集裝箱港口聯盟及其特征函數

合作博弈中一旦達成協議，形成一個聯盟，聯盟的一系列行動被局中人所承認。在組建集裝箱港口聯盟中，最為關鍵的就是總箱量在各個港口間的分配。集裝箱港口聯盟既可以由政府主導，也可以由市場或者第三方委托代理主導。

設參與博弈的集裝箱港口的集合為N={1，2，…，n}，則任意SN，稱S為N的一個聯盟。設v（S）是定義在N上的一切聯盟上的實值函數，其滿足：

v（φ）=0 （5）

v（N）≥∑ i∈N v（{i}） （6）

則稱v（S）為一個特征函數，表示聯盟S的收益受到獨立于聯盟S之外港口的影響和阻擾下的最好收益。其中條件（6）表示合作的合理性條件，即聯盟的基礎。

給定港口集合N和特征函數v（S），所進行的合作博弈記為G=[N，v]。

合作博弈首先博弈方非合作的決策是否簽署聯盟協議；其次聯盟方合作行事，而與非聯盟方進行非合作納什博弈，因此可以采用α-特征函數推導出特征函數。α-特征函數是把港口集合N劃分為兩個聯盟S和N/S，這兩個聯盟進行一種二人零和博弈。聯盟S將聯盟N/S看作利益完全沖突的對立面，以保證自己的保守收益。若給定一個策略式的非合作博弈G=[N，{X i}，{P i}]，其中港口i的混合策略集合為X i，收益函數為P i，α-特征函數定義如下：

v α（S）= max x∈X S min y∈X N/S ∑ i∈S E i（x，y） （7）

其中：x∈X S=∏ i∈S X i，y∈X N/S=∏ i∈N＼＼S X i，E i為在混合策略（x，y）情況下，港口i的期望收益。

特征函數是描述多個港口聯盟的一個重要因素，通過特征函數我們可以把各個港口之間的聯盟在單一港口之間進行補償，從而確定港口聯盟策略等。

（三）集裝箱港口聯盟的分配

為了描述港口聯盟的所得在各個集裝箱港口中的分配問題，我們引入了轉歸概念。在n人合作博弈G=[N，v]中，設x=（x 1，x 2，…，x n）是一個n維向量，滿足下面兩個條件：

x i≥v（{i}），i=1，2，…，n （8）

∑ n i=1 x i=v（N） （9）

則x稱為一個轉歸。全體轉歸稱為轉歸集，記為I（N，v）。

條件（8）稱為個體合理性條件。這個條件可以理解為：任何一個港口參加到合作博弈中，他分配所得到的至少應該比單干好，否則他不會同意這種分配。

條件（9）稱為群體合理性條件。這個條件可以理解為：若∑ n i=1 x iv（N），則分配總額超過了大聯盟所得的收入，這是不可行的。

（四）合作博弈中的解

為了揭示合作博弈中港口之間進行合理分配的有用信息，引入解的概念。合作博弈中解的概念可以歸結為兩大類：

1.“占優(yōu)”方法。以“占優(yōu)”和“異議”為主要準則，體現了聯盟的穩(wěn)定性和聯盟的信息。核心和穩(wěn)定集是“占優(yōu)”準則的主要代表。它們使得聯盟及港口的合理分配處于一種“占優(yōu)”狀態(tài)，以致聯盟和港口無法偏離該分配，達到合作博弈的穩(wěn)定性。談判集、內核和核仁是“異議”準則的主要代表。它們使得聯盟或港口對分配的“異議”出發(fā)，將“異議”看成為一種“可信的威脅”，以保障分配的合理性。

2.估值法。通過道德要求的公理化體系，而賦予一種“合理”的分配值，并且這種估值是唯一的，主要代表是沙普列值（Shapley value）和班切夫勢指標。

下面主要討論核心和沙普列值。

（1）核心解。在n人合作博弈G=[N，v]中，若存在一個轉歸x=（x 1，x 2，…，x n）∈I（N，v），使得對所有SN，滿足v（S）≤∑ i∈S x i，則這種轉歸x組成的集合稱為博弈G的核心，記為C（v）。

（2）Shapley值。n人合作博弈G=[N，v]滿足對稱性公理、有效性公理和可加性公理，則存在唯一的Shapley值：

Φ（v）=（φ 1（v），φ 2（v），…，φ n（v）） （10）

其中：φ i（v）=∑ SN （n-|S|）?。▅S|-1）！ n！ ·

[v（S）-v（S＼＼{i}）]。

三、合作博弈模型集裝箱網絡優(yōu)化配流及應用分析

由于珠三角港口群屬我國沿海五大港口群之一，集裝箱量數據相對完整，并且系統內存在典型的關外樞紐港即香港。盡管珠三角港口群的進出口航線面向全國，但其外貿箱流絕大部分源自廣東。因此這里以廣東珠三角港口群里腹地為例進行分析。

（一）集裝箱網絡優(yōu)化配流分析

1.集裝箱生成量確定。集裝箱生成量中生成系數k遞減是全球集裝箱貿易之大勢所趨[17]，經過統計資料得到2015年k=0.26TEU/萬美元，得到2015年珠江三角洲港口群腹地國際集裝箱（重箱）生成量為3 000萬TEU。

2.網絡節(jié)點及運輸方式的確定。選取珠江三角洲9個地級市（惠州、深圳、東莞、廣州、佛山、中山、江門、珠海、肇慶）作為貨源生成地；可開辟外貿集裝箱遠、近洋直達航線的海港群包括香港、深圳港、廣州港和珠海港；內陸運輸主要考慮公路運輸和內河喂給兩種運輸方式，內河港包括惠州港、虎門、黃埔港、蓮花山、九州、肇慶等；海外目的港選取美西的長灘港，歐洲的鹿特丹港和日本的神戶港為典型港口。

從貨源生成地出發(fā)到達海外目的港的全程運輸路徑（網絡流）主要有兩類：

方式一：

廠門 公路 海運港口 海運 海外目的港

方式二：

廠門 公路 內河港口 駁船 海運港口 海運 海外目的港

3.運輸費用的確定。

（1）運距的選取。各貨源生成地到沿海港口公路運距主要參照全國公路里程圖；貨源地經內河港口駁運至沿海港口短途公路運距和內河運距見《全國水運運價里程圖》。

（2）各環(huán)節(jié)費用的選取。公路運費主要參照廣東省各地區(qū)主要拖車行報價；短途運費/內河運費主要參照廣東省各內河港口航運公司報價。海運費參照主要航運公司報價；內河港口費參照考慮市場價格和交通運輸部港口收費標準；沿海港口費參照沿海港口港務公司價格。

（3）全程費用確定。

運輸方式（一）：全程費用=公路運費+沿海港口費用+海運費

運輸方式（二）：全程費用=短途公路運費+內河港口費用+內河運費+沿海港口費+海運費

4.偏好系數的確定。

（1）港口的條件得分。根據港口群中各個集裝箱港口的優(yōu)劣勢，通過建立多準則評價指標體系，并運用專家評分法，得到香港、深圳西部港區(qū)、深圳鹽田、南沙、高欄的得分分別為9.0、5.4、 7.8、6.6、3.4。

（2）運輸路徑的偏好系數。如以東莞至香港為例，結合對東莞地區(qū)進出口企業(yè)的問卷調查，運輸方式（一）的偏好系數：B w=9.3，運輸方式（二）的偏好系數：B w=3.35。

5.費用敏感系數的確定。這里設立的運輸網絡模型中，區(qū)域范圍并不很大，相距最遠的兩個OD點不超過到300公里，大多數在百公里以內，內陸運費相對海運費只占少部分；另外，珠三角地區(qū)產生的集裝箱貨中高值貨比例較大，對時效性要求和運輸質量要求越來越高，因此，對運費的敏感程度較低，取C=2計算。

6.網絡配流綜合結果。將運輸費用、偏好系數、敏感系數等代入負指數網絡配流模型（見式2），根據珠三角腹地經濟發(fā)展狀況，結合港口、海關等統計數據及調研情況，2015年珠江三角洲港口群腹地國際集裝箱（重箱）生成量為3 000萬TEU，得到網絡配流綜合結果見表1。

（二）基于合作博弈的集裝箱港口聯盟分析

集裝箱港口間的無序同質化競爭會導致物流成本增加。對于集裝箱港口聯盟，加強港口聯盟組織的制度約束，增進信任機制，協調利益分配仍然是關鍵。聯盟內集裝箱港口企業(yè)成本負擔與利益分配屬于合作博弈的范疇內問題，應遵循互惠互利、風險利益匹配原則。

1.合作博弈基本要素及收益函數。本模型適宜分析距離較近的集裝箱港口之間的聯盟問題，并且聯盟內各港口承擔主干港、喂給港等不同的角色，如寧波-舟山港，阿姆斯特丹港與艾默港等。這里以香港港、深圳港（西部港區(qū)）、東莞（虎門港）作為參與博弈的集裝箱港口。根據各地政府公布數據，此三個集裝箱港口的2015年吞吐量分別為2 150萬TEU、1 205萬TEU、336萬TEU。

香港是世界航運中心，其航線覆蓋世界各地，但其發(fā)展受到土地不足等方面的限制。深圳集裝箱港口發(fā)展是香港集裝箱港口發(fā)展到一定程度后的遷移，其主要集裝箱港區(qū)均以香港企業(yè)為主建設和經營，因此兩港已經形成事實上的組合港概念[18]。

深圳西部港區(qū)發(fā)揮自己地處珠江入海口的地理優(yōu)勢，發(fā)展江海聯運業(yè)務。赤灣和蛇口利用內河駁船快線，把珠三角地區(qū)大量零星的貨源集中到深圳西部港區(qū)，并從那里上國際集裝箱班輪。由于成本優(yōu)勢，越來越多集裝箱直接從深圳港裝大船出口。在進口方面，因貨主、貨代更看重香港的通關優(yōu)勢，在珠三角以駁船為主的疏運模式下，經香港進口的箱量仍明顯高于深圳港。

虎門港是深圳港等國家主樞紐港的延伸和補充，直接為東莞經濟發(fā)展服務，基本確立了其華南地區(qū)內貿基本港的地位，并將加快近洋干線港的建設。虎門港與深圳港和香港相比，其在陸路運輸和碼頭物流成本方面占有優(yōu)勢，并且其通過駁船運輸至深圳、香港后可以到達世界上任何港口。

對于非合作博弈G=[N，{X i}，{P i}]，N={1，2，3}={香港，深圳（西部港區(qū)），東莞（虎門港）}。

策略定義為以前文介紹的兩種運輸方式，即直接海運、內支線轉運至海運。各個港口策略集合為：香港X 1={直接海運}={A}，深圳（西部港區(qū)）X 2={直接海運，內支線轉至香港中轉}={A，B}，東莞（虎門港）X 3={直接海運，內支線轉至香港中轉，內支線至深圳中轉}={A，B，C}。

收益為各港口贏得的集裝箱吞吐量（見式4），根據上述集裝箱網絡配流優(yōu)化分析及2015年港口集裝箱吞吐量統計，得到收益函數（103萬TEU）如表2：

v（{2}）=2.655，這表明東莞與香港聯盟，香港吸引了珠三角北部地區(qū)的貨源，通過東莞的內支線，得到了東莞地區(qū)的貨源，對深圳不利。

（3）S={3}，N＼＼S={1，2}，則S和N＼＼S的二人零和博弈支付矩陣為表5。

v（{1，2，3}）=10.080

綜上所述，各個港口聯盟的特征函數如下：

v（{1}）=3.285，v（{2}）=2.655，v（{3}）= 0.615，v（{1，2}）=8.715，v（{1，3}）=4.515， v（{2，3}）=3.405，v（{1，2，3}）=10.080

可以看到，v（{1，2}）>v（{1}），v（{1，3}）> v（{1}），v（{1，2}）>v（{2}），v（{2，3}）>v（{2}）， v（{1，3}）>v（{3}），v（{2，3}）>v（{3}），v（{1，2}）>v（{1}）+v（{2}），v（{1，3}）>v（{1}）+v（{3}），v（{2，3}）>v（{2}）+v（{3}），v（{1，2，3}）> v（{1}）+v（{2}）+v（{3}），即聯盟收益大于單港收益。

3.集裝箱港口聯盟的分配的解。對于三個集裝箱港口的合作博弈，設轉歸為x=（x 1，x 2，x 3），其為核心解C（v）需要滿足：

x 1>=v（{1}），x 2>=v（{2}），x 3>=v（{3}），x 1+x 2>=v（{1，2}），x 1+x 3>=v（{1，3}），x 2+x 3>=v（{2，3}），x 1+x 2+x 3=v（{1，2，3}）即：

3.285=

根據式（10）求得此博弈的Shapley值：

Ψ（1）=4.98，Ψ（2）=4.11，Ψ（3）=0.99

其中香港的Shapley值最大，說明其在收益分配中占主導地位。

四、結論與建議

綜上所述，集裝箱港口聯盟收益大于單港口收益，對深圳（西部港區(qū)），選擇與香港合作開發(fā)航線，能取得較大的收益。對東莞（虎門港），選擇與香港、深圳共同開發(fā)航線，收益最優(yōu)。香港在收益分配中占主導地位。

深圳和香港兩地港口可根據服務水準及功能的差異分工合作，分擔不同層次的貨源，形成一種互補合作的關系，聯盟成全球最重要的港口之一，共同獲利，為客戶提供一種最經濟和最高效的途徑運輸貨物。而作為深圳港和香港港的喂給港，東莞（虎門）集裝箱港口作為后起之秀，將加速珠三角集裝箱港口間的聯盟。

區(qū)域內干線與支線的航線緊密配合，其集裝箱港口的競爭同時加強了港口間的合作，形成聯盟優(yōu)勢。本模型的構建，可以定量化研究集裝箱港口聯盟的收益、分配、解以及港口聯盟效應。珠三角沿海若干集裝箱港口開辟航線的聯盟實證分析表明，本模型非常適合分析區(qū)域內距離較近、并且承擔主干港及喂給港等不同的角色的集裝箱港口之間的聯盟問題，對今后研究港口合作，港口的宏觀調控及港口一體化整合策略提供理論指導與借鑒。

針對以上結論，我們提出促進區(qū)域集裝箱港口聯盟的建議如下：

1.構建一體化航運網絡。集裝箱港口聯盟需要在各港口溝通、銜接的基礎上，進一步提高港口服務水平及功能，如進行航線延伸、航班加密。

2.聯盟內港口資源的有效配置。明確聯盟內港口與港口間的航運需求，通過對聯盟內港口產能、集疏運能力的協調，制定中間運輸任務與港口生產任務，從而實現對聯盟內港口資源的有效配置，以實現共贏。

3.合理設計收益分配機制。由于港口發(fā)展的差異性，因此對參加聯盟的港口，按照各港口對聯盟貢獻的大小程度來公平分配?？紤]到參加聯盟可能會使部分港口的短期收益受損，應該適當給予補貼，以保其參與聯盟的積極性。

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（責任編輯 王婷婷）