[摘要] 針對(duì)混凝土預(yù)制件在德國的應(yīng)用，本文闡述了PC 構(gòu)件在德國的發(fā)展歷史以及主要應(yīng)用方向，著重介紹了德國PC 裝配式建筑產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域的產(chǎn)業(yè)鏈概況，通過進(jìn)一步的分析，最后也明確了德國PC 裝配式建筑產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域的產(chǎn)業(yè)鏈的特征，給現(xiàn)階段國內(nèi)混凝土裝配式建筑領(lǐng)域的從業(yè)人員一些思考和啟示。
[關(guān)鍵詞] PC；混凝土預(yù)制件；裝配式建筑；德國；產(chǎn)業(yè)鏈；工業(yè)化；信息化；社會(huì)化；自動(dòng)化流水線；住宅產(chǎn)業(yè)化；建筑工業(yè)化
0 引言
近幾年，混凝土預(yù)制件和預(yù)制裝配式建筑隨著建筑工業(yè)化及建筑產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展進(jìn)程熱度越來越高，越來越多的企業(yè)開始關(guān)注這個(gè)看似很新的產(chǎn)業(yè)，也有很多企業(yè)大量投入資金和資源，以求在未來的發(fā)展中占得先機(jī)。但所有的先行企業(yè)都被還不完整完善的產(chǎn)業(yè)鏈所束縛，其發(fā)展速度和發(fā)展規(guī)模極大的受到影響。
對(duì)于這次在北京舉行的交流會(huì)，本文將簡單介紹德國PC的歷史和分類，裝配式建筑上下游產(chǎn)業(yè)鏈現(xiàn)狀及其特征，希望通過這些介紹讓更多的人了解這個(gè)行業(yè)在德國的現(xiàn)狀、明白產(chǎn)業(yè)鏈完善的重要性。也希望通過這次交流啟發(fā)到我們一些新的理念和創(chuàng)造。
1 混凝土預(yù)制件在德國的歷史
混凝土預(yù)制件在德國的發(fā)展歷史和三塊領(lǐng)域的發(fā)展密切相關(guān)：混凝土材料本身的發(fā)展、預(yù)制建筑的需求發(fā)展以及人們對(duì)混凝土材質(zhì)審美觀念的發(fā)展。而且這三個(gè)方面都是相輔相成，誰都離不開誰?；炷令A(yù)制件的種類和形式也隨著這三個(gè)領(lǐng)域的需求在過去的一個(gè)世紀(jì)內(nèi)得到飛速的發(fā)展。
1.1 混凝土預(yù)制件的發(fā)展伴隨著混凝土材料的發(fā)展
約瑟夫·阿斯譜丁，英國人，泥水匠。1824年10月21日，他在利茲獲得英國第5022號(hào)的“波特蘭水泥”專利證書，從而一舉成為流芳百世的水泥發(fā)明人，但其發(fā)明的水泥的穩(wěn)定性無法保證，直到1844年，同為英國人艾薩克·查爾斯·約翰森進(jìn)行了本質(zhì)性的改良奠定了今天硅酸鹽水泥的發(fā)明。1年后，既1845年，德國生產(chǎn)出了人造石樓梯，即德國的第一個(gè)混凝土預(yù)制件，開啟了德國混凝土預(yù)制件的歷史，以下以大事記的方式來說明德國混凝土預(yù)制件的歷史：
21845年，德國生產(chǎn)出了人造石樓梯，即德國的第一個(gè)混凝土預(yù)制件
21849年，法國園丁約瑟夫·莫尼爾（en:Joseph Monier（英文）于1849年發(fā)明鋼筋混凝土并于1867年取得包括鋼筋混凝土花盆以及緊隨其后應(yīng)用于公路護(hù)欄的鋼筋混凝土梁柱的專利
21850年到1870年，隨著1850年德國制造出第一批硅酸鹽水泥，之后的20年，被大量應(yīng)用到水泥管的制造中。
21870年，隨著流動(dòng)砂漿的配方確定，房屋立面的裝飾線條，立柱，欄桿等裝飾構(gòu)件得到大量的生產(chǎn)；屋面的混凝土預(yù)制瓦也得到大量的生產(chǎn)
21878年，普魯士州頒布硅酸鹽水泥的規(guī)范
21890年，德國工程師C.F.W Doehring 對(duì)自己發(fā)明預(yù)應(yīng)力混凝土申請(qǐng)專利
21903年，德國漢堡建筑公司Juergen Hinrich Magens 建立世界上第一個(gè)商品混凝土攪拌站，第一次對(duì)可運(yùn)輸?shù)摹吧唐坊炷痢鄙暾?qǐng)專利。
21907年，用混凝土預(yù)制件建造柏林國家圖書館的穹頂
21912年，John E. Cozelmann 用鋼筋混凝土預(yù)制了多層建筑的所有構(gòu)件，并為此申請(qǐng)了專利。
21929年，第一條鋼筋混凝土馬路被修建。
21930年，研發(fā)出用于地下工程的有緩凝要求的混凝土
21940年前后，混凝土預(yù)制件也被大量用到軍工需要的場所。
21948年，第一座預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁在西德被修建。
21954年，新的商混攪拌運(yùn)輸車的發(fā)明代替了老的運(yùn)輸工具，全國50%的水泥產(chǎn)量由商混站來消耗。
250年代和60年代，東德地區(qū)和西德工業(yè)區(qū)造了戰(zhàn)后大量的多層預(yù)制板式住宅樓。
260年代末，德國Filigran公司發(fā)明了鋼筋桁架，同時(shí)也發(fā)明了鋼筋桁架疊合樓板
21978年，鋼纖維混凝土得到大量的應(yīng)用。
280年代中期，德國Filigran公司發(fā)明了預(yù)制鋼筋桁架疊合墻板
290年代，板式預(yù)制構(gòu)件的流水線設(shè)備得到了大量的發(fā)展
1.2 預(yù)制建筑的需求促進(jìn)了混凝土預(yù)制件在該領(lǐng)域的發(fā)展
預(yù)制建筑的需求對(duì)混凝土預(yù)制件的發(fā)展的促進(jìn)主要表現(xiàn)在三個(gè)方面：
第一，預(yù)制房屋(House)方面，對(duì)于預(yù)制房屋，最早出現(xiàn)在中世紀(jì),那時(shí)人們主要使用木材來進(jìn)行房屋結(jié)構(gòu)和圍護(hù)的預(yù)制，至今大家在德國仍能看到木結(jié)構(gòu)的外露的Fachwerk的特色民居，隨著20世紀(jì)20年代德國包豪斯關(guān)于房屋功能塊的強(qiáng)化，使得用混凝土預(yù)制件來代替有些部件來實(shí)現(xiàn)房屋的建造變得可能，也是基本那個(gè)年代建立的聯(lián)邦預(yù)制房屋協(xié)會(huì)在今后的80年中不斷的壯大成員企業(yè)，這些企業(yè)都有共同的特征:家族私營企業(yè)，他們能夠敏銳的適應(yīng)市場需求，通過協(xié)會(huì)形成合力，不斷開發(fā)新的房屋體系來適應(yīng)人們?nèi)找嬖鲩L的需求。混凝土預(yù)制件的應(yīng)用自然也是順應(yīng)了預(yù)制房屋對(duì)品質(zhì)，效率以及功能提升的需求，例如；隨著80年代雙面疊合墻板的發(fā)明，很多房屋的地下室紛紛采用疊合板體系來建造，其建造速度大大加快。隨著復(fù)合功能的預(yù)制墻體紛紛開發(fā)出來，以及對(duì)節(jié)能的要求，如今活躍在預(yù)制房屋市場上除了木結(jié)構(gòu)的高品質(zhì)House之外，還有大量全預(yù)制的混凝土預(yù)制排屋和別墅。
第二，預(yù)制多層住宅方面，預(yù)制多層住宅主要是二戰(zhàn)之后，隨著經(jīng)濟(jì)的復(fù)蘇，戰(zhàn)后的重建，以及外國勞工的引入，需要大量的住房，而傳統(tǒng)的別墅式多樣化的住宅無法滿足發(fā)展的速度，因此單一標(biāo)準(zhǔn)化的預(yù)制板式多層住宅樓被大量設(shè)計(jì)和建造，極大的促進(jìn)和擴(kuò)展了混凝土預(yù)制件的設(shè)計(jì)生產(chǎn)和施工的產(chǎn)業(yè)鏈。這也使得之后的產(chǎn)品升級(jí)換代以及生產(chǎn)設(shè)備升級(jí)換代成為可能和必然。
第三，預(yù)制公共建筑及工業(yè)建筑方面，公共建筑隨著人們的生活及工作需求本身也是在不斷的發(fā)展過程中，隨著鋼筋桁架疊合樓板的發(fā)明和完善，大多辦公樓式的公共建筑采用無梁樓蓋式的板柱結(jié)構(gòu)體系，建筑師對(duì)這類建筑的立面特殊設(shè)計(jì)也彰顯出這類辦公樓的美觀大氣，大量的使用也促進(jìn)了桁架疊合樓板體系的設(shè)計(jì)，生產(chǎn)和施工的研究提升。而公共停車樓也是促進(jìn)了預(yù)制梁柱，以及大跨度預(yù)應(yīng)力雙T板的大量應(yīng)用。而工業(yè)建筑方面，預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)的廠房也是一直延續(xù)下來，期間也出現(xiàn)了材料組合多樣化，比如預(yù)制柱與木結(jié)構(gòu)的預(yù)制梁結(jié)合，加上鋼結(jié)構(gòu)與混凝土的結(jié)合。這類多樣性的組合也使得很多預(yù)制構(gòu)件的連接方式方面出現(xiàn)很多創(chuàng)新。
1.3 混凝土預(yù)制件的表現(xiàn)力與建筑美學(xué)的發(fā)展
隨著新材料和新工藝的不斷出現(xiàn)，建筑師們對(duì)于建筑的表現(xiàn)力方面有了更多的選擇，很多以前無法實(shí)現(xiàn)或者實(shí)現(xiàn)代價(jià)奇高的想法，現(xiàn)在可以通過新工藝完成的混凝土預(yù)制件來實(shí)現(xiàn)。而人們對(duì)清水混凝土的喜愛，也逐漸使得除了現(xiàn)澆工藝清水混凝土外預(yù)制清水混凝土構(gòu)件越來越多的進(jìn)入到人們的生活中。而纖維混凝土的發(fā)展也使得薄殼式的靈活多樣的GRC產(chǎn)品也受到建筑師的青睞。甚至透光式的混凝土構(gòu)件也出現(xiàn)在時(shí)尚的建筑場所。而高強(qiáng)混凝土的應(yīng)用，也使得混凝土預(yù)制這個(gè)工藝不僅僅在結(jié)構(gòu)體里應(yīng)用，多樣的立面，摩登的家具，甚至日常生活之中用來攀巖的墻體，美觀現(xiàn)代的滑輪運(yùn)動(dòng)場地，生活中的裝飾，文具等等。建筑師們和工業(yè)設(shè)計(jì)師們，在德國這個(gè)對(duì)基礎(chǔ)材料研究扎實(shí)，工藝設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)豐富，功能與美學(xué)并重的國家中，不斷的用混凝土預(yù)制這個(gè)方式給人們創(chuàng)造生活中的美感！
2 當(dāng)今德國PC構(gòu)件主要的應(yīng)用方向
當(dāng)今德國PC構(gòu)件主要應(yīng)用方向可以概括如下：
1.工業(yè)建筑及設(shè)施；
這里大量的預(yù)制梁柱，圍護(hù)墻板，排水溝構(gòu)件，內(nèi)隔墻，預(yù)應(yīng)力樓板等PC構(gòu)件被使用。
2.住宅、酒店及辦公樓；
這里，疊合墻板，疊合樓板，三明治夾芯墻體，疊合保溫夾芯墻體，實(shí)心墻體，樓梯，平臺(tái)，陽臺(tái)等構(gòu)件被使用。
3.風(fēng)力發(fā)電塔；
這里預(yù)制的發(fā)電塔機(jī)身是預(yù)制構(gòu)件組合的。
4.地下工程及隧道工程；
疊合板式地下車庫，地下管道，檢查井，隧道管片等
5.擋墻；
類似像柏林墻一樣的墻體，多用于監(jiān)獄，倉庫。
6.鐵路建設(shè)；
軌道板，枕木，電路架等
7.道路及橋梁建設(shè)
排水設(shè)施，路牙，防撞護(hù)欄，消音墻，預(yù)制大型箱梁等
3 德國PC裝配式建筑領(lǐng)域的產(chǎn)業(yè)鏈概況
2010年的時(shí)候,在黑龍江哈爾濱舉行的預(yù)制裝配式混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)現(xiàn)場交流會(huì)上，我代表西偉德混凝土預(yù)制件(合肥)有限公司進(jìn)行了關(guān)于《疊合板裝配整體式混凝土結(jié)構(gòu)體系技術(shù)》的發(fā)言，當(dāng)時(shí)也曾對(duì)德國的PC裝配式結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的產(chǎn)業(yè)鏈進(jìn)行了初步的介紹，從設(shè)計(jì)，生產(chǎn)到施工的層面。如今，仔細(xì)思考下，如果要把德國PC裝配式建筑領(lǐng)域的產(chǎn)業(yè)鏈介紹完整，還是要以建筑實(shí)現(xiàn)的流程為主線來進(jìn)行介紹，由此發(fā)散個(gè)人覺得按研發(fā)設(shè)計(jì)
3.1 關(guān)于研發(fā) 德國在產(chǎn)學(xué)研的結(jié)合方面一直是走在前沿的先進(jìn)國家之一，人們熟知的領(lǐng)域如機(jī)械制造、汽車以及化工等，已經(jīng)有很多著名的產(chǎn)學(xué)研結(jié)合的經(jīng)典案例。然而，傳統(tǒng)的建筑行業(yè)，其實(shí)在德國也不利外，德國在PC裝配式建筑領(lǐng)域的技術(shù)和產(chǎn)品研發(fā)方面，很多大學(xué)和應(yīng)用技術(shù)大學(xué)都與相關(guān)產(chǎn)品和技術(shù)研發(fā)需求的企業(yè)或者企業(yè)的研發(fā)部門保持著緊密合作的關(guān)系，企業(yè)根據(jù)自身產(chǎn)品和技術(shù)革新所需的要求，向大學(xué)提出聯(lián)合或者委托研究，大學(xué)在理論和驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)方面具備完整的科研體系，能科學(xué)的完成相關(guān)科研設(shè)定目標(biāo)，理性的給企業(yè)相關(guān)的結(jié)果。而其他專業(yè)的獨(dú)立于大學(xué)以及企業(yè)之外的研究機(jī)構(gòu)，則在材料，力學(xué)等方面有著深厚的實(shí)用性研究的積累，大大促進(jìn)了新技術(shù)新產(chǎn)品的發(fā)展。 關(guān)于這方面的一個(gè)經(jīng)典例子就是Filigran公司，F(xiàn)iligran是個(gè)小型家族企業(yè)，主要從事鋼結(jié)構(gòu)方面的產(chǎn)品的研發(fā)和生產(chǎn)，但也是這家小公司，發(fā)明了鋼筋桁架，聯(lián)合了漢堡，德雷斯頓大學(xué)等科研單位，對(duì)鋼筋桁架疊合樓板進(jìn)行了大量研究，形成成果，比如如何實(shí)現(xiàn)雙向疊合樓蓋等，疊合板裂縫分析及對(duì)策等，最終形成行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)鋼筋桁架疊合板的全球應(yīng)用產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。 3.2 關(guān)于設(shè)計(jì) 預(yù)制裝配式建筑的設(shè)計(jì)在德國也是分工有序，是各事務(wù)所之間的緊密合作，首先是建筑事務(wù)所牽頭與客戶對(duì)接，然后相關(guān)的機(jī)電專業(yè)如水、電和暖專業(yè)的專業(yè)事務(wù)所也會(huì)受委托進(jìn)行專項(xiàng)設(shè)計(jì)，而預(yù)制構(gòu)件深化則是和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基本結(jié)合在一起，也有分開的情況，例如大型構(gòu)件集團(tuán)的設(shè)計(jì)部門則會(huì)單獨(dú)完成構(gòu)件的深化，如FDU公司。而各事務(wù)所所用的軟件，經(jīng)常會(huì)是象Nemetschek，Tekla等公司開發(fā)的基于類似于Allplan平臺(tái)的設(shè)計(jì)軟件，而相關(guān)的產(chǎn)品企業(yè)，涉及各個(gè)專業(yè)的，則會(huì)積極開發(fā)數(shù)字系統(tǒng)，融入到軟件數(shù)據(jù)庫中，方便設(shè)計(jì)師們進(jìn)行設(shè)計(jì)。同時(shí)BIM的原理得到廣泛的應(yīng)用，設(shè)計(jì)成果不僅僅是圖紙還有大量的數(shù)據(jù)和清單，為了后面與生產(chǎn)系統(tǒng)以及各企業(yè)ERP管理系統(tǒng)方便對(duì)接。 3.3 關(guān)于生產(chǎn) 德國強(qiáng)大的機(jī)械設(shè)備設(shè)計(jì)加工基礎(chǔ)也使得預(yù)制構(gòu)件的生產(chǎn)形式得到了變革式的飛躍發(fā)展，板式構(gòu)件的加工，由于有了象Vollert, Avermann 這類專職于做設(shè)備加工的企業(yè)和Unitechnik, SAA 這樣的生產(chǎn)控制系統(tǒng)的軟件供應(yīng)商的支持，流水作業(yè)變?yōu)榭赡?，而且擺脫了傳統(tǒng)板式構(gòu)件預(yù)制必須具備固定模數(shù)尺寸的限制，在不減效的情況下自由度提高，更加能滿足個(gè)性化的需求。非板式構(gòu)件的加工，同樣受益于機(jī)械設(shè)備和模具制造廠家的發(fā)明創(chuàng)造；長線臺(tái)的靈活性，預(yù)制樓梯和梁柱的多尺寸的適應(yīng)性，固定方式的科學(xué)性等，后面站了一大堆的家族企業(yè)，孜孜不倦的開發(fā)新產(chǎn)品，完善技術(shù)。因此，隨著預(yù)制建筑的發(fā)展，大批預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)企業(yè)也紛紛成立，經(jīng)歷了繁榮，也面臨著市場需求減少所帶來的困境。對(duì)于生產(chǎn)所需的預(yù)埋件與耗品，接觸了才會(huì)感嘆這個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈的完善和細(xì)分性。從門窗，保溫隔熱構(gòu)件，起吊件，套管，電氣開關(guān)線盒線管，鋼筋制品，化學(xué)劑等等都是各自專業(yè)的廠家進(jìn)行供貨。而對(duì)于構(gòu)件的運(yùn)輸，特殊的運(yùn)輸車輛也是在這個(gè)發(fā)展的過程中被車輛供應(yīng)商結(jié)合需求不斷的開發(fā)出來。最后值得一體的還有在這個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)下面的各個(gè)廠家的協(xié)會(huì)，協(xié)會(huì)起著重要的作用，在產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，研發(fā)，協(xié)調(diào)等方面。 3.4 關(guān)于施工 德國大多數(shù)建筑施工企業(yè)都有著預(yù)制建筑的施工經(jīng)驗(yàn)，從Hochtief, Zueblin這些大集團(tuán)公司到地方上的小家族企業(yè)。旭普林的某總部辦公樓就是預(yù)制建筑在德國公共建筑中的經(jīng)典案例，完成了很多預(yù)制建筑領(lǐng)域的創(chuàng)新和施工技術(shù)的創(chuàng)新。而象Peri, Doka這類公司則是對(duì)這些施工企業(yè)在工具和支撐，模板等方面給予了莫大的支持。Liebherr 這類公司則是在吊裝機(jī)械方面做著貢獻(xiàn)。同樣在施工領(lǐng)域，預(yù)制建筑方面也有專門的協(xié)會(huì)，促進(jìn)著交流與創(chuàng)新。 3.5 關(guān)于運(yùn)營及維護(hù) 戰(zhàn)后所建的多層板式住宅樓，由于當(dāng)時(shí)的技術(shù)條件和建造條件的限制，經(jīng)歷了半個(gè)世紀(jì)，面臨著大量的維修維護(hù)和改造。象西偉德建材集團(tuán)，他們?cè)诘聡峁┐罅扛脑祛愴?xiàng)目以及維修維護(hù)類項(xiàng)目所需的特殊建材。而新建的復(fù)合很多功能的預(yù)制建筑則也面臨著有效的能源管理，物業(yè)管理等，所以專業(yè)的物業(yè)公司在德國也是常常見到。 4 當(dāng)今德國PC裝配式建筑上下游產(chǎn)業(yè)鏈的特征 當(dāng)今德國PC裝配式建筑上下游產(chǎn)業(yè)鏈通過分析，我們可以看到清楚的看到以下的五大特征： 2工業(yè)化：工業(yè)化是德國任何行業(yè)都可以看到的影子，從PC構(gòu)件的生產(chǎn)方式，從物流工具的形式以及施工方式，我們看到德國人在追求流程標(biāo)準(zhǔn)化，作業(yè)機(jī)械化，提高效率，這都是工業(yè)化的特質(zhì)。 2社會(huì)化：整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈的細(xì)分，其分支如此之多，參與的企業(yè)數(shù)量之多，而且社會(huì)化的最大的一個(gè)表現(xiàn)就是，幾乎大多產(chǎn)品供應(yīng)類企業(yè)，包括設(shè)備供應(yīng)商，配件供應(yīng)商，化學(xué)劑供應(yīng)商，甚至構(gòu)件供應(yīng)商，都不是單一做這類產(chǎn)品的企業(yè)，在PC領(lǐng)域的產(chǎn)品只是他們眾多產(chǎn)品中的一個(gè)分支。這種社會(huì)資源的高度整合，正是社會(huì)化的特質(zhì)。 2節(jié)能減排：德國是個(gè)特別注重節(jié)能和環(huán)保的國家，對(duì)行業(yè)的發(fā)展甚至都有相關(guān)的法律來約束，這個(gè)大環(huán)境背景下，企業(yè)的技術(shù)發(fā)展，產(chǎn)品開發(fā)都是朝著提高效率，提高質(zhì)量，減少人工，減少排放的方向發(fā)展，PC領(lǐng)域也是一樣。 2信息化：自從德國去年提出工業(yè)化4.0的概念后，意味著第三次工業(yè)革命的到來，從現(xiàn)有的預(yù)制裝配式建筑的設(shè)計(jì)（信息化設(shè)計(jì)）到構(gòu)件的生產(chǎn)（數(shù)控式的生產(chǎn)）到施工企業(yè)的管理（信息化的管理）可以看出，相比其他國家在這個(gè)領(lǐng)域，信息化無疑是德國的重量特征。而且以后還會(huì)面臨更進(jìn)一步的提升。 2傳承與發(fā)揚(yáng)：在這個(gè)領(lǐng)域里，有很多家族企業(yè)都是百年企業(yè)，他們自從成立以來，一直精于某個(gè)領(lǐng)域的技術(shù)積累和研發(fā)，一代代的產(chǎn)品創(chuàng)新出來，但他們沒有今天做這個(gè)成功了，明天改行。所以很多產(chǎn)品你可以看到傳承，也可以看到發(fā)揚(yáng)。 5 結(jié)語 我國的混凝土預(yù)制裝配式結(jié)構(gòu)體系的建筑隨著建筑工業(yè)化的發(fā)展和建筑產(chǎn)業(yè)化的推進(jìn)也會(huì)進(jìn)入一個(gè)高速發(fā)展的階段，但我們必須看清我們面前的困難和不足，不盲目發(fā)展，也不固步自封，在產(chǎn)業(yè)鏈還未成熟的現(xiàn)狀下，理性的分析，尋找發(fā)展方向，尋找商機(jī)，重視技術(shù)的積累，產(chǎn)品的開發(fā)，科學(xué)的管理下，必然會(huì)持久的走向成功。希望德國的這個(gè)產(chǎn)業(yè)的現(xiàn)狀，能給予從業(yè)人員一些啟發(fā)，在建筑工業(yè)化的道路上，走出我們自己的風(fēng)格！ |
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