作者簡介：桂華橋（1973-），男，工程師。研究方向為水利工程管理、水旱災(zāi)害防御。

DOI：10.19981/j.CN23-1581/G3.2024.21.042

摘" 要：隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展和水利工程建設(shè)發(fā)展的日益復(fù)雜化，建筑信息模型技術(shù)在水利工程管理領(lǐng)域中的應(yīng)用越來越受到關(guān)注。該文探討B(tài)IM技術(shù)在水利工程建設(shè)領(lǐng)域中的應(yīng)用，分析BIM技術(shù)應(yīng)用優(yōu)勢和挑戰(zhàn)，并提出一些建議以促進BIM技術(shù)在水利工程管理領(lǐng)域的進一步發(fā)展。

關(guān)鍵詞：BIM技術(shù)；水利工程建設(shè)；信息管理；協(xié)同設(shè)計；數(shù)據(jù)分析

中圖分類號：TP393.0" " " 文獻標(biāo)志碼：A" " " " " 文章編號：2095-2945（2024）21-0177-04

Abstract： With the continuous development of information technology and the increasing complexity of water conservancy engineering construction， the application of Building Information Modeling （BIM） technology in the field of water conservancy engineering management is receiving more and more attention. This paper explores the application of BIM technology in the field of water conservancy engineering construction， analyzes the advantages and challenges of BIM technology application， and puts forward some suggestions to promote the further development of BIM technology in the field of water conservancy engineering management.

Keywords： BIM technology; water conservancy engineering construction; information management; collaborative design; data analysis

隨著國家水資源戰(zhàn)略進程的加快和水資源管理的重要性日益凸顯，水利工程建設(shè)管理在保障人民生活和經(jīng)濟發(fā)展中起著至關(guān)重要的作用。然而，傳統(tǒng)的工程設(shè)計和施工方式存在著信息孤島、協(xié)作不暢和效率低下等問題。建筑信息建型（Building Information Modeling，BIM）技術(shù)的引入為水利工程建設(shè)管理帶來了全新的機遇與挑戰(zhàn)。

1" BIM技術(shù)概述

1.1" BIM技術(shù)的概念定義與特點

BIM技術(shù)是一種基于數(shù)字化建模技術(shù)的集成化工程設(shè)計和管理方法。它通過創(chuàng)建、維護和共享包含建筑物或工程項目各個方面信息的三維模型，實現(xiàn)了多學(xué)科之間的協(xié)同工作和信息交流。BIM技術(shù)的特點主要如下。①系統(tǒng)綜合性：通過技術(shù)信息處理手段將建筑物或工程項目的幾何形狀、結(jié)構(gòu)、材料、設(shè)備、系統(tǒng)、時間和成本等諸多零散信息統(tǒng)一整合到一個模型庫中。能夠完美實現(xiàn)各個專業(yè)領(lǐng)域的工程師、設(shè)計師在同一信息平臺內(nèi)進行協(xié)同設(shè)計與沖突檢測，高效提升設(shè)計質(zhì)量。②多元可視化建模：BIM模型利用三維形式呈現(xiàn)，較為直觀地展示建筑物或工程項目的外觀、內(nèi)部結(jié)構(gòu)和功能布局。通過多元可視化，讓項目參與者更好地進行設(shè)計意圖溝通理解，減少誤解和錯誤。③實現(xiàn)數(shù)據(jù)驅(qū)動性：BIM技術(shù)基于數(shù)據(jù)模型，利用大數(shù)據(jù)將工程材料特性、構(gòu)件尺寸、設(shè)備參數(shù)和施工工序等各種屬性、參數(shù)及模型元素相關(guān)聯(lián)。利用BIM技術(shù)實現(xiàn)對模型的數(shù)據(jù)分析、模擬和優(yōu)化，提供科學(xué)的決策依據(jù)和風(fēng)險評估。④周期可持續(xù)性：通過BIM技術(shù)可以實現(xiàn)整個建筑或工程項目的設(shè)計、施工、運維和拆除階段全生命周期管理，利用大數(shù)據(jù)進行能源分析、碳足跡評估和可持續(xù)性設(shè)計，促進綠色建筑和實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。⑤實現(xiàn)協(xié)同工作：通過BIM技術(shù)搭建一個統(tǒng)一的協(xié)同工作平臺，讓參與各方實現(xiàn)實時共享和協(xié)同編輯模型。促進了工作團隊之間的溝通與協(xié)調(diào)，減少了信息傳遞延誤，有效提升項目的整體工作效能質(zhì)量?？傊?，通過BIM技術(shù)的上述先進優(yōu)、特點，運用建筑和工程項目設(shè)計、施工與管理全新的方法和工具，實現(xiàn)了建筑行業(yè)由傳統(tǒng)管理向數(shù)字化轉(zhuǎn)型。

1.2" BIM技術(shù)在建筑等其他領(lǐng)域中的應(yīng)用案例

BIM技術(shù)在許多不同領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用。①BIM技術(shù)在建筑設(shè)計和施工領(lǐng)域中應(yīng)用最為廣泛。建筑師和設(shè)計師利用此項技術(shù)創(chuàng)建精確的建筑模型，實現(xiàn)可視化設(shè)計和空間規(guī)劃。同時，BIM技術(shù)能夠用于施工過程中的進度管理、材料管理和沖突檢測，提高施工效率和質(zhì)量。②BIM技術(shù)可用于城市規(guī)劃和國土利用的可視化與分析。通過規(guī)劃建模技術(shù)，多元模擬對比規(guī)劃方案，實現(xiàn)對城市基礎(chǔ)設(shè)施容量和可持續(xù)性的利用評估。③BIM技術(shù)在道路、橋梁、隧道和鐵路等基礎(chǔ)設(shè)施工程中的應(yīng)用更為成熟。通過此項技術(shù)進行設(shè)計優(yōu)化、沖突檢測和施工模擬，提高工程的效率和安全性。④BIM技術(shù)在水資源管理、水庫設(shè)計、水處理廠設(shè)計和排水系統(tǒng)設(shè)計等水利工程領(lǐng)域中的應(yīng)用項目也日益增多。利用此項技術(shù)可以進行水流模擬、水力計算和風(fēng)險評估，提高水利工程項目實施的效率及安全可靠性。⑤BIM技術(shù)可用于建筑和設(shè)施的能源管理。通過能源系統(tǒng)與BIM模型集成，可以實時動態(tài)監(jiān)測能源消耗、優(yōu)化能源使用和預(yù)測能源需求，實現(xiàn)能源效率和節(jié)能減排。⑥BIM技術(shù)可以幫助設(shè)備維護和管理人員進行設(shè)備的維護計劃和預(yù)測性維護。通過設(shè)備信息與BIM模型關(guān)聯(lián)，可以進行設(shè)備狀態(tài)實時監(jiān)測、實現(xiàn)故障診斷和計劃維護工作，提高設(shè)備運行安全可靠性和工作效率。上述案例僅是BIM技術(shù)在其他領(lǐng)域中應(yīng)用的一部分，隨著科技的不斷發(fā)展，此項技術(shù)在各領(lǐng)域中的應(yīng)用還將不斷深入與擴展。

1.3" BIM技術(shù)在水利工程建設(shè)數(shù)據(jù)與信息管理領(lǐng)域的應(yīng)用范圍場景

BIM技術(shù)在水利工程建設(shè)數(shù)據(jù)與信息管理領(lǐng)域的應(yīng)用范圍如下。①地理空間信息管理：主要涉及到地理空間數(shù)據(jù)，如地形、地貌、水系和土地利用等。信息管理系統(tǒng)需要能夠有效地存儲、查詢和分析這些地理空間數(shù)據(jù)，為工程規(guī)劃、設(shè)計和決策提供技術(shù)支撐。②水文水資源信息管理：水利工程需要管理大量的水文水資源數(shù)據(jù)，如降雨量、徑流量、水位和水質(zhì)等。信息管理系統(tǒng)需要收集、存儲、處理和分析這些數(shù)據(jù)，為水資源評估、水文模擬和水資源管理提供技術(shù)支持。③工程設(shè)計和施工信息管理：水利工程項目需要管理工程設(shè)計和施工相關(guān)的信息，如工程圖紙、技術(shù)規(guī)范和施工計劃、進度表等。信息管理系統(tǒng)能夠整合和管理這些信息，以支持工程設(shè)計和施工過程的協(xié)調(diào)和監(jiān)控。④設(shè)備和設(shè)施信息管理：水利工程涉及到如水泵、閥門、管道、水庫和水閘等大量的設(shè)備和工程設(shè)施。信息管理系統(tǒng)能夠管理這些設(shè)備和設(shè)施的基本信息、運行狀態(tài)、維護記錄等，用以支持設(shè)備管理和維護決策。⑤施工進度和成本信息管理：水利工程項目需要管理施工進度和成本相關(guān)的信息。信息管理系統(tǒng)需要能夠跟蹤和記錄施工進度、成本支出、材料使用等信息，以支持項目管理和決策。⑥環(huán)境和生態(tài)信息管理：水利工程建設(shè)對環(huán)境和生態(tài)影響較大，因此需要管理環(huán)境和生態(tài)相關(guān)的信息。信息管理系統(tǒng)能夠收集、存儲和分析環(huán)境和生態(tài)數(shù)據(jù)，用以支持環(huán)境評估、生態(tài)保護和可持續(xù)發(fā)展。通過BIM技術(shù)手段實現(xiàn)相關(guān)數(shù)據(jù)收集、存儲、處理、分析和共享的功能，用以支持水利工程建設(shè)的全過程管理和決策。

2" BIM技術(shù)在水利工程建設(shè)領(lǐng)域中的應(yīng)用優(yōu)勢

2.1" BIM技術(shù)在水利工程設(shè)計中的應(yīng)用優(yōu)勢和效益

①BIM技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)精確的三維建模，讓水庫、水閘、管道和泵站等水利工程實現(xiàn)三維建模和可視化。通過直觀可視化效果，幫助工程師及管理人員更好地理解與評估設(shè)計方案。②BIM模型可以用于設(shè)計方案及施工圖設(shè)計沖突檢測與協(xié)調(diào)，減少或避免設(shè)計階段的沖突錯誤發(fā)生。通過BIM模型整合各個子系統(tǒng)的設(shè)計信息，實現(xiàn)工程結(jié)構(gòu)、電氣、管道等專業(yè)自動進行沖突檢測，及時發(fā)現(xiàn)與解決潛在的問題。③BIM技術(shù)可以用于水流模擬、水力計算和水質(zhì)分析等工作。集成水文水資源數(shù)據(jù)與BIM模型，模擬不同水位、流量和水質(zhì)條件下的水力特性，評估相應(yīng)工程的性能和可行性。④BIM技術(shù)可以用于水利工程的可持續(xù)性評估。通過在BIM模型中集成環(huán)境和生態(tài)數(shù)據(jù)，可以分析工程對環(huán)境的影響，評估水資源的可持續(xù)利用，提供環(huán)境友好的設(shè)計方案。⑤BIM技術(shù)能夠促進水利工程設(shè)計團隊的協(xié)同工作與合作。通過BIM平臺實現(xiàn)共享與協(xié)同編輯模型，讓參與人員可以實時查看和更新設(shè)計信息，提高溝通與協(xié)作效率。⑥BIM技術(shù)可以進行水利工程設(shè)計數(shù)據(jù)的管理和文檔控制。通過建立統(tǒng)一的BIM模型和數(shù)據(jù)庫平臺，進行集中存儲和管理設(shè)計數(shù)據(jù)，確保數(shù)據(jù)的統(tǒng)一性與準(zhǔn)確性，更方便數(shù)據(jù)的檢索和共享。這些應(yīng)用使得BIM技術(shù)在水利工程設(shè)計中成為一種強大的工具，可以提高設(shè)計質(zhì)量、減少錯誤和沖突，加快設(shè)計過程，并支持可持續(xù)發(fā)展和合作。

2.2" BIM技術(shù)在水利工程施工管理中的應(yīng)用

BIM技術(shù)在水利工程施工管理中的應(yīng)用能夠顯著提高施工效率、質(zhì)量和安全性。①利用BIM技術(shù)進行施工模擬和可視化幫助施工參與人員更好地理解和規(guī)劃施工過程。通過模擬工序和工藝流程，預(yù)測與解決潛在的沖突與問題，優(yōu)化工序，提高施工效率。②利用BIM模型集成施工相關(guān)的信息，系統(tǒng)錄入施工設(shè)備、材料和人員信息進行自動碰撞檢測，及時解決施工過程中的沖突，減少或避免施工延誤與質(zhì)量問題。通過BIM模型模擬定義施工任務(wù)、資源和時間表，自動生成可視化施工計劃，幫助施工參與人員更好地理解與執(zhí)行落實施工計劃，不斷提高施工協(xié)調(diào)性與準(zhǔn)確性。通過在BIM模型中關(guān)聯(lián)材料和設(shè)備的信息，設(shè)定好規(guī)格、數(shù)量和位置，可以實時監(jiān)控掌握材料和設(shè)備使用及進度，提高庫存管理與物資調(diào)配效率。通過在BIM模型集成設(shè)計和規(guī)范要求，能夠提升施工質(zhì)量檢查與評估，確保施工質(zhì)量符合設(shè)計要求，提升質(zhì)量管理標(biāo)準(zhǔn)等級。③通過BIM模型設(shè)置好標(biāo)識危險區(qū)域、安全設(shè)施及安全規(guī)程，工程施工可以預(yù)先識別潛在的安全風(fēng)險，根據(jù)安全風(fēng)險預(yù)警提示制定安全措施和應(yīng)急預(yù)案，高效提升施工的安全性和風(fēng)險管理能力。隨著BIM技術(shù)的深入應(yīng)用發(fā)展，這些具體技術(shù)應(yīng)用集中體現(xiàn)了此項技術(shù)的廣闊應(yīng)用前景。

2.3" BIM技術(shù)在水利工程運維管理中的應(yīng)用

①BIM技術(shù)在水利工程運維中的一些常見應(yīng)用，如BIM技術(shù)可以用于水利工程設(shè)施信息的集中管理。通過BIM建模技術(shù)關(guān)聯(lián)設(shè)施屬性和數(shù)據(jù)，可以實現(xiàn)對工程設(shè)備規(guī)格、維護記錄、維修歷史、設(shè)施信息及供應(yīng)商信息等的統(tǒng)一管理與更新。方便工程設(shè)施管理人員進行查詢與分析。②BIM技術(shù)可以用于支持維護計劃和工單的管理。通過BIM模型模塊功能設(shè)置，定義維護任務(wù)、周期和頻率，設(shè)置生成維護計劃，并把計劃轉(zhuǎn)化為工單進行分配和執(zhí)行。工程維護人員可以通過BIM模型直觀獲取詳細的維護信息和工作指導(dǎo)，提高維護效率和準(zhǔn)確性。③BIM技術(shù)用于故障診斷和預(yù)測維護。通過在BIM模型中集成傳感器數(shù)據(jù)和實時監(jiān)測信息，可以實時監(jiān)測設(shè)施的狀態(tài)和性能。基于這些數(shù)據(jù)，實現(xiàn)故障診斷和預(yù)測維護，提前發(fā)現(xiàn)潛在問題并采取相應(yīng)的維護措施，減少設(shè)施故障和停機時間。通過對BIM模型的標(biāo)識和追蹤設(shè)施的位置、狀態(tài)和維護歷史管理，可以實現(xiàn)對資產(chǎn)的全生命周期管理。包括對設(shè)備的更新與替換、維護成本的評估和預(yù)測，以及資產(chǎn)價值的管理。通過對BIM模型中管理設(shè)施的空間利用率、能源消耗及水資源利用等數(shù)據(jù)管理，可以實現(xiàn)優(yōu)化設(shè)施的布局與資源配置，不斷提高設(shè)施的效率和可持續(xù)性。④再次通過BIM平臺實現(xiàn)共享與管理設(shè)施的相關(guān)文檔信息，工程設(shè)施管理人員能夠輕松訪問與共享系統(tǒng)資料，促進管理方之間的協(xié)同工作與信息交流。這些應(yīng)用讓BIM技術(shù)在水利工程運維中成為一種強大的工具，不斷提高工程設(shè)施管理的效率、準(zhǔn)確性和可持續(xù)性，降低運維成本，從而延長設(shè)施的使用壽命。統(tǒng)一數(shù)字模型，數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)和交互，平臺和工具支持，跨部門和跨組織合作，信息集成和共享都是BIM技術(shù)的重要特性，可以促進水利工程項目各個階段的協(xié)同工作和信息流動，提高項目的整體效率和質(zhì)量。通過統(tǒng)一的數(shù)字模型和跨部門、跨組織的合作，可以實現(xiàn)更好的信息管理和決策支持，從而為水利工程的設(shè)計、施工和運維帶來更多的優(yōu)勢。

2.4" 數(shù)據(jù)管理與分析

數(shù)據(jù)管理和分析是BIM技術(shù)在水利工程中的重要應(yīng)用。①數(shù)據(jù)收集和整合是將設(shè)計圖紙、地理信息系統(tǒng)（GIS）數(shù)據(jù)、傳感器數(shù)據(jù)和監(jiān)測數(shù)據(jù)等整合到一個統(tǒng)一的數(shù)據(jù)平臺中，形成全面的工程信息庫，為后續(xù)的分析和決策提供基礎(chǔ)。②數(shù)據(jù)可視化和分析將收集到的數(shù)據(jù)用可視化的方式展示，幫助工程參建人員更好地理解和分析數(shù)據(jù)。通過數(shù)據(jù)直觀、可視化反映，對比數(shù)據(jù)之間的關(guān)聯(lián)性及趨勢，提供對工程項目的深入預(yù)測。同時，通過各種數(shù)據(jù)分析工具和算法，對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析、模擬仿真、預(yù)測預(yù)警等。③BIM技術(shù)基于數(shù)據(jù)的管理和分析，為水利工程項目的決策過程提供支持。通過數(shù)據(jù)分析，評估不同設(shè)計方案的性能、效益及可行性，幫助工程項目管理層做出更科學(xué)合理的決策。此外，利用BIM技術(shù)數(shù)據(jù)分析功能可以實現(xiàn)項目的風(fēng)險評估、資源優(yōu)化、進度管理決策支持。④BIM技術(shù)利用歷史數(shù)據(jù)和模型進行預(yù)測和優(yōu)化潛在的趨勢和規(guī)律，預(yù)測未來的工程情況。同時，通過模擬和優(yōu)化算法，對設(shè)計方案、施工過程和運維策略優(yōu)化，進一步提高工程項目的效率及可持續(xù)性。⑤BIM技術(shù)通過與傳感器及監(jiān)測系統(tǒng)集成，實時收集和分析監(jiān)測數(shù)據(jù)，能夠及時發(fā)現(xiàn)潛在的問題及異常情況，并采取相應(yīng)的措施。此項實時監(jiān)測與反饋功能能夠提高工程的安全性及可靠性，減少潛在的風(fēng)險和損失。通過數(shù)據(jù)的有效利用，可以優(yōu)化設(shè)計方案、提高工程效率、降低風(fēng)險，并實現(xiàn)可持續(xù)的水利工程項目，能夠高效精準(zhǔn)支持施工和運維階段的決策和管理。

3" BIM技術(shù)在水利工程建設(shè)領(lǐng)域中的挑戰(zhàn)

3.1" 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范借鑒引用依據(jù)

在BIM技術(shù)的應(yīng)用中，技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范起著重要的作用。它們?yōu)锽IM的實施提供了統(tǒng)一的指導(dǎo)和規(guī)范，確保不同項目和團隊之間的互操作性和一致性。BIM技術(shù)相關(guān)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。①國際建筑信息模型（BIM）標(biāo)準(zhǔn)：ISO 19650是國際建筑信息模型（BIM）標(biāo)準(zhǔn)的一部分，它提供了關(guān)于BIM的基本原則、術(shù)語和流程的指導(dǎo)。該標(biāo)準(zhǔn)強調(diào)了信息管理和共享的重要性，以及BIM在建筑和工程項目中的應(yīng)用。②國家和地區(qū)的BIM標(biāo)準(zhǔn)：許多國家和地區(qū)都制定了自己的BIM標(biāo)準(zhǔn)和指南，以適應(yīng)本地的建筑和工程行業(yè)需求。例如，美國的國家BIM標(biāo)準(zhǔn)（NBIMS-US）和英國的BIM Level 2標(biāo)準(zhǔn)都是在各自國家推廣和實施BIM的指導(dǎo)文件。③行業(yè)組織的標(biāo)準(zhǔn)和指南：許多建筑和工程行業(yè)的組織也制定了自己的BIM標(biāo)準(zhǔn)和指南。例如，美國建筑師協(xié)會（AIA）和美國土木工程師協(xié)會（ASCE）都發(fā)布了與BIM相關(guān)的指南和標(biāo)準(zhǔn)，以推動BIM在建筑和土木工程領(lǐng)域的應(yīng)用。④數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)：為了實現(xiàn)不同軟件和平臺之間的數(shù)據(jù)互操作性，一些數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)和格式被廣泛采用。例如，Industry Foundation Classes（IFC）是一種通用的BIM數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)，用于在不同BIM軟件之間交換和共享模型數(shù)據(jù)。⑤安全和隱私規(guī)范：由于BIM涉及敏感的項目信息和數(shù)據(jù)，保護安全和隱私成為重要問題。許多國家和地區(qū)制定了相關(guān)的安全和隱私規(guī)范，以確保BIM項目的數(shù)據(jù)安全和隱私保護。這些技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范在BIM技術(shù)的應(yīng)用中起著指導(dǎo)和規(guī)范的作用。它們幫助確保BIM項目的一致性、互操作性和數(shù)據(jù)安全，并促進不同項目和團隊之間的協(xié)同工作。在實施BIM項目時，遵循適用的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范是非常重要的，以確保項目的成功和效益。

3.2" BIM技術(shù)在水利工程建設(shè)領(lǐng)域中的挑戰(zhàn)及對策

①加強數(shù)據(jù)質(zhì)量和一致性結(jié)論驗證，通過將相關(guān)實踐數(shù)據(jù)進行逐層次分層級對比，查找偏差進行修正，從而保證BIM技術(shù)數(shù)據(jù)應(yīng)用最終的準(zhǔn)確性及公信力。②強化注重人員培訓(xùn)和意識轉(zhuǎn)變，調(diào)動廣大從業(yè)人員的工作態(tài)度積極性，通過建立工作激勵機制才能創(chuàng)造出更加成熟的應(yīng)用成果。③建立有效的項目管理和合作機制，便于應(yīng)用成果更加符合水利工程建設(shè)應(yīng)用特性。

3.3" 推廣與應(yīng)用建議

加強水利行業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范的制定。制定行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)范數(shù)據(jù)要求，定義工作流程和過程，強化模型可視化和沖突檢測，指導(dǎo)數(shù)據(jù)管理和分析，更新和維護標(biāo)準(zhǔn)，建立一個機制，定期審查和更新標(biāo)準(zhǔn)，確保其與最新的BIM技術(shù)和水利工程實踐保持一致。加強技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范的制定有助于提高BIM技術(shù)在水利工程中的一致性和可持續(xù)性。標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范的制定需要行業(yè)組織、專家和相關(guān)利益相關(guān)者的參與和合作。同時，宣傳和培訓(xùn)也是推廣和執(zhí)行技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范的關(guān)鍵，以確保其在實際項目中的有效應(yīng)用。

4" 結(jié)束語

BIM技術(shù)在水利工程建設(shè)領(lǐng)域中的應(yīng)用具有廣闊的前景和重要的意義。充分發(fā)揮BIM技術(shù)的優(yōu)勢，解決其面臨的挑戰(zhàn)，并采取有效的推廣和應(yīng)用策略，可以提高水利工程建設(shè)的效率和質(zhì)量，促進水利工程行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

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