BIM 技術(shù)在鋼結(jié)構(gòu)裝配式建筑中的運(yùn)用
作者：賈洪利 （山東高速萊鋼綠建發(fā)展有限公司， 山東 青島 266000）時(shí)間：2022-05-05
摘? 要 ：近幾年，建筑行業(yè)得到了全面發(fā)展和進(jìn)步，所以建筑工程實(shí)施過程中需要進(jìn)一步強(qiáng)調(diào)綠色環(huán)保發(fā)展模式，因此， 鋼結(jié)構(gòu)裝配式建筑得到了廣泛的關(guān)注和重視。由于該建筑模式不僅經(jīng)濟(jì)成本投入相對(duì)較少，并且建筑工程施工時(shí)間相對(duì)較 短，所以在建筑項(xiàng)目施工過程中不會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的污染問題，為此，只有在鋼結(jié)構(gòu)裝配式建筑施工環(huán)節(jié)上科學(xué)、合理使用 BIM 技術(shù)（Building Information Modeling，建筑信息模型技術(shù)），才能進(jìn)一步提高建筑施工質(zhì)量水平，推動(dòng)建筑各項(xiàng)工作順 利開展。本文首先詳細(xì)分析 BIM 技術(shù)特點(diǎn)，并且結(jié)合 BIM 技術(shù)優(yōu)勢(shì)以及建筑案例，進(jìn)一步總結(jié)出 BIM 技術(shù)應(yīng)用策略。
關(guān)鍵詞 ：BIM 技術(shù) ；協(xié)調(diào)性 ；管理水平 中圖分類號(hào) ：TU391 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 ：A
文章編號(hào) ：2096-6903(2022)01-0004-03
由于我國(guó)城市化基礎(chǔ)建設(shè)不斷發(fā)展，進(jìn)一步推動(dòng)了 建筑行業(yè)的全面發(fā)展， 近幾年建筑企業(yè)發(fā)展遇到了一些 問題，只有在項(xiàng)目施工過程中不斷提高建筑質(zhì)量，才能 從根本上展現(xiàn) BIM 技術(shù)應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。
1 BIM 技術(shù)特點(diǎn)
1.1 協(xié)調(diào)性
鋼結(jié)構(gòu)裝配式建筑項(xiàng)目實(shí)施環(huán)節(jié)上涉及到不同種類 的建設(shè)項(xiàng)目和模式，為此 BIM 技術(shù)在實(shí)施過程中，需要 整合建筑工程施工環(huán)節(jié)上的許多工作業(yè)務(wù)、項(xiàng)目資料以 及工程報(bào)告等，針對(duì)項(xiàng)目施工流程所產(chǎn)生的問題和不足 進(jìn)行相互協(xié)調(diào)處理，避免項(xiàng)目在后期建設(shè)過程中的安全 風(fēng)險(xiǎn)。特別是在實(shí)際施工過程中產(chǎn)生問題和不足，則需 要利用 BIM 技術(shù)針對(duì)三維參數(shù)模型等問題進(jìn)行合理的技 術(shù)處理，最終有效解決建筑工程實(shí)施難題。
1.2 可視化
在信息模型構(gòu)建方面上需要充分利用該技術(shù)可視化 特點(diǎn)，進(jìn)而為工作人員在日常項(xiàng)目管理內(nèi)容提供正確的 技術(shù)支持，并且該技術(shù)實(shí)施環(huán)節(jié)上能夠保證項(xiàng)目實(shí)施模 式更加直觀且清晰，減少問題產(chǎn)生概率，提高建筑工程 強(qiáng)化精準(zhǔn)程度。而基于 BIM 技術(shù)可視化特點(diǎn)， 實(shí)際人員 無需單純依靠想象進(jìn)行構(gòu)圖操作就可以不斷提升建筑施 工作業(yè)的質(zhì)量水平和基礎(chǔ)效果，進(jìn)而針對(duì)方案設(shè)計(jì)圖紙 中可能產(chǎn)生的遺漏的故障問題進(jìn)行全面完善和改革，從 根本上確保建筑工程施工質(zhì)量層次和效果 [1]。
1.3 優(yōu)化性
BIM 技術(shù)想要有效開展，則需要在數(shù)據(jù)模型構(gòu)建環(huán) 節(jié)上建立幾何信息和物理參數(shù)，針對(duì)此種技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀和特點(diǎn)，需要將建筑工程項(xiàng)目施工方案設(shè)計(jì)、項(xiàng)目施工、 生產(chǎn)加工以及設(shè)備安裝等多個(gè)環(huán)節(jié)所存在的問題和難點(diǎn) 進(jìn)行全面考核，以此作為基礎(chǔ)條件全面優(yōu)化建筑工程設(shè) 計(jì)方案、實(shí)施方案以及質(zhì)量管理等相關(guān)問題，進(jìn)而不斷 強(qiáng)化施工作業(yè)的質(zhì)量水平。
2 BIM 技術(shù)優(yōu)點(diǎn)
針對(duì)建筑項(xiàng)目鋼結(jié)構(gòu)裝配式建筑實(shí)施過程中，需要 利用項(xiàng)目信息數(shù)據(jù)構(gòu)建信息模型，所以應(yīng)用該技術(shù)時(shí)需 要根據(jù)建筑工程實(shí)際情況獲得具體的施工現(xiàn)場(chǎng)圖紙。而 BIM 技術(shù)在應(yīng)用時(shí)還應(yīng)該與信息和數(shù)據(jù)路等基礎(chǔ)功能相 互結(jié)合，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)建筑工程施工現(xiàn)場(chǎng)的可視化基礎(chǔ)效果， 進(jìn)而模擬出建筑工程周邊實(shí)際情況之后，保證后續(xù)項(xiàng)目 施工環(huán)節(jié)能夠順利開展。 BIM 技術(shù)實(shí)施過程中能夠合理利用裝配式建筑模 式，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化和信息化的建筑系統(tǒng)，有效將建筑項(xiàng)目 鋼結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生的施工信息和結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行全方位的收集、 分析以及歸納，結(jié)合建筑工程實(shí)際施工情況進(jìn)行技術(shù)引 導(dǎo)， 讓其深入了解工程項(xiàng)目基礎(chǔ)參數(shù)之后，協(xié)調(diào)作業(yè)的 積極性。
2.1 提高管理效果
由于現(xiàn)代化建筑工程基礎(chǔ)管理結(jié)構(gòu)體系向成熟且完 善化方向發(fā)展，鋼結(jié)構(gòu)裝配式建筑無論是建筑規(guī)模還是 施工進(jìn)度都得到了全面成長(zhǎng)和進(jìn)步。 相比傳統(tǒng)建筑項(xiàng)目施工現(xiàn)狀來說，全新鋼結(jié)構(gòu)裝配 式建筑施工之前，應(yīng)該針對(duì)項(xiàng)目工程基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)進(jìn)行區(qū)域 劃分，所以實(shí)際項(xiàng)目施工過程中，施工技術(shù)人員需要針 對(duì)建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行直接拼接，而實(shí)現(xiàn)節(jié)省施工時(shí)間的最終 目標(biāo)。由于實(shí)際施工過程中會(huì)涉及到許多零部件，所以 為了進(jìn)一步保證零部件的適用性，BIM 技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用 中還可以通過運(yùn)用互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)詳細(xì)收集市場(chǎng)數(shù)據(jù)信息， 比如 ：材料價(jià)格、建筑時(shí)間以及支出成本等，最終實(shí)現(xiàn)提升建筑工程項(xiàng)目的管理工作水平 最終目標(biāo) [2]。
2.2 合理控制支出成本
選擇適合的企業(yè)時(shí)，如果僅僅依靠傳統(tǒng)管理模式， 其可選擇的范圍相對(duì)較小，所以在建筑市場(chǎng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào) 整時(shí)，需要根據(jù)建筑項(xiàng)目建設(shè)需求以及基礎(chǔ)條件上，其 招投標(biāo)工作和施工企業(yè)的選擇和應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，導(dǎo) 致建筑企業(yè)在經(jīng)營(yíng)過程中的競(jìng)爭(zhēng)范圍不斷拓展，致使地 區(qū)性的競(jìng)爭(zhēng)會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)闉榱夹愿?jìng)爭(zhēng)，進(jìn)而對(duì)企業(yè)經(jīng)濟(jì)收益 以及社會(huì)效益都會(huì)產(chǎn)生明顯的影響。而 BIM 技術(shù)在應(yīng)用 過程中，需要保證信息數(shù)據(jù)收集全面性的同時(shí)，還需要 針對(duì)其三維模型進(jìn)行全面構(gòu)建，進(jìn)一步強(qiáng)化建筑工程項(xiàng) 目施工效果。
2.3 強(qiáng)化鋼結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量
而 BIM 技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用環(huán)節(jié)上，可以進(jìn)一步加強(qiáng)施 工現(xiàn)場(chǎng)信息收集的精準(zhǔn)性和可行性，同時(shí)針對(duì)系統(tǒng)內(nèi)部 結(jié)構(gòu)中的過濾系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)分析，進(jìn)而針對(duì)數(shù)據(jù)信息進(jìn) 行精準(zhǔn)的過濾，可以針對(duì)信息數(shù)據(jù)可能產(chǎn)生的隱形價(jià)值 深入探索，從根本上強(qiáng)化方案設(shè)計(jì)實(shí)施水平，繼而為后 續(xù)施工作業(yè)提供基礎(chǔ)環(huán)境和平臺(tái)。作為建筑施工企業(yè)的 核心環(huán)節(jié)，必須重視 BIM 技術(shù)應(yīng)用水平，并且選擇合理 的措施，全面強(qiáng)化和提升裝配式鋼材料建筑整體施工質(zhì) 量水平。
3 建筑案例
3.1 概況
某辦公樓工程普遍使用鋼結(jié)構(gòu)裝配式施工模式，所 以建筑主體普遍使用鋼結(jié)構(gòu)體，圍護(hù)體系采用輕質(zhì)復(fù)合 內(nèi)外隔墻板，在工廠預(yù)制加工好之后運(yùn)至施工現(xiàn)場(chǎng)吊裝。 樓面采用鋼筋桁架樓承板，現(xiàn)場(chǎng)吊裝鋪設(shè)后澆筑混凝土。 本工程即采用鋼結(jié)構(gòu)主體，預(yù)制復(fù)合板墻圍護(hù)體系的公 用建筑。為滿足辦公場(chǎng)所開間及進(jìn)深的要求，鋼結(jié)構(gòu)建 筑體系可方便的營(yíng)造大跨度房間。內(nèi)外墻采用輕質(zhì)符合 墻板，吊裝施工，在墻板之間的拼縫處采用抗裂網(wǎng)，同 時(shí)所有墻面滿粘海基布，起到抗裂和裝飾的作用，完全 取消抹灰作業(yè)，減少了資源浪費(fèi)，加快了施工進(jìn)度。針 對(duì)此種施工現(xiàn)狀，利用 BIM 技術(shù)能夠合理規(guī)劃鋼結(jié)構(gòu)支 撐體系，可減少大量的資源浪費(fèi)，減少切割廢料和施工 現(xiàn)場(chǎng)的工作量 [3]。
3.2 項(xiàng)目建設(shè)結(jié)構(gòu)體系
本建筑項(xiàng)目主要為裝配式鋼材質(zhì)結(jié)構(gòu)建筑模式，其 中內(nèi)部結(jié)構(gòu)建設(shè)形式為鋼材框架以及自我復(fù)位的能量消 耗支撐結(jié)構(gòu)體系，所以該結(jié)構(gòu)體系的整體剛度相對(duì)較大， 其抗側(cè)能力相對(duì)較高，其中不同層間的位移程度相對(duì)較 小，并且主要振動(dòng)形態(tài)主要以平移移動(dòng)為主，有效減少 了多級(jí)別地震條件下建筑結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。 其中建筑施工過程中，其標(biāo)準(zhǔn)樓層建筑面積基礎(chǔ)占 比為 91%，相比較傳統(tǒng)的建立墻體增加了有效面積為 5%。其中立柱一般需要使用鋼材質(zhì)混凝土立柱，進(jìn)一步結(jié)合了砼物質(zhì)的基礎(chǔ)承壓性能和鋼材質(zhì)的延展性，其中 立柱與立柱之間連接需要使用全部熔透焊接形式。而橫 梁之間則需要使用窄翼邊緣的 H 形態(tài)橫梁結(jié)構(gòu)中，進(jìn)一 步保證相同抗彎能力的同時(shí)，不斷提升橫截面的基礎(chǔ)使 用效率。除此之外，高層建筑樓板一般需要使用高壓形 態(tài)下的鋼筋結(jié)構(gòu)板材和立架，由于改材料的基礎(chǔ)裝配率 相對(duì)較高，其鋼材質(zhì)剛度較強(qiáng)，可以從根本上減少鋼筋 基礎(chǔ)捆綁效率。所以，高層建筑的立柱節(jié)點(diǎn)大量使用高 預(yù)緊力單邊鎖緊螺栓節(jié)點(diǎn)，進(jìn)一步完成了裝配式建筑鋼 材質(zhì)的快速安裝，并采用了自復(fù)式阻尼器，提高了裝配 式鋼結(jié)構(gòu)建筑的抗震效果及抗變形效果。
3.3 項(xiàng)目建設(shè)亮點(diǎn)
（1）設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)。在建筑項(xiàng)目實(shí)施過程中，使用 BIM 技術(shù)可以進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)和參數(shù)計(jì)算，并且根據(jù) 時(shí)間結(jié)果針對(duì)建筑樓層抗震能力進(jìn)行全面修正，并且將 項(xiàng)目建筑模型因?qū)е孪到y(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)中針對(duì)數(shù)據(jù)計(jì)算結(jié)果 進(jìn)行全面對(duì)比和技術(shù)分析，其中對(duì)于特殊的建筑造型， 則需要利用 3D3S 軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)補(bǔ)充計(jì)算，進(jìn)一步確保 特殊建筑結(jié)構(gòu)的安全水平。
（2）結(jié)構(gòu)零部件。針對(duì)建筑項(xiàng)目以及內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 上，其橫梁立柱和建筑樓板需要依靠建筑工廠提前進(jìn)行 生產(chǎn)制造，保證建筑設(shè)計(jì)施工時(shí)僅僅需要提前運(yùn)輸至建 筑現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行結(jié)構(gòu)安裝，極大提升了建筑項(xiàng)目的裝配水平， 減少大量施工現(xiàn)場(chǎng)額作業(yè)數(shù)量。
（3）單邊螺栓。西樓的梁柱節(jié)點(diǎn)應(yīng)用了高預(yù)緊力單 邊鎖緊螺栓節(jié)點(diǎn)，首次實(shí)現(xiàn)了鋼框架節(jié)點(diǎn)全裝配、現(xiàn)場(chǎng) 免焊接，提高了施工效率。
（4）阻尼器。自復(fù)位阻尼器首次在國(guó)內(nèi)建筑上使用， 可根據(jù)層間變形訂制伸長(zhǎng)率，實(shí)現(xiàn)了 8 級(jí)地震與風(fēng)載作 用下結(jié)構(gòu)自復(fù)位、消震減能的效果，阻尼器終身免更換。
（5）機(jī)電設(shè)計(jì)。在建筑工程前期方案設(shè)計(jì)階段，技 術(shù)人員需要根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙建立初步信息模型，并且與設(shè) 計(jì)管理部門進(jìn)行三方溝通，進(jìn)一步綜合建筑工程、內(nèi)部 結(jié)構(gòu)針對(duì) BIM 信息模型進(jìn)行全面協(xié)調(diào)、完善以及優(yōu)化。 除此之外，還需要通過機(jī)電專業(yè)建立相關(guān)信息數(shù)據(jù)模型， 出具預(yù)留的洞口結(jié)構(gòu)、機(jī)電管道線路圖紙、機(jī)電專業(yè)加 工圖紙、以及難點(diǎn)進(jìn)行詳細(xì)說明，保證建筑工程可以順 利開展。同時(shí)，將施工現(xiàn)場(chǎng)的安全內(nèi)容和流程進(jìn)行針對(duì) 性和目的性進(jìn)行詳細(xì)分析和說明，進(jìn)而將不同施工區(qū)域、 功能進(jìn)行模塊化方案設(shè)計(jì)，從而簡(jiǎn)化施工現(xiàn)場(chǎng)的作業(yè)水 平保證建筑工程施工質(zhì)量。
4 BIM 技術(shù)應(yīng)用策略
4.1 應(yīng)用問題
（1）技術(shù)交底問題。在鋼結(jié)構(gòu)裝配式建筑實(shí)施過程 中，其鋼結(jié)構(gòu)橫梁節(jié)點(diǎn)主要包含全部焊接、螺栓焊接以 及純螺栓等三種連接模式，由于傳統(tǒng)鋼材質(zhì)結(jié)構(gòu)橫梁立 柱節(jié)點(diǎn)一般使用焊接混合連接模式，此種連接模式極大耗費(fèi)了施工人力和時(shí)間，嚴(yán)重拖慢了建筑項(xiàng)目施工時(shí)間 和進(jìn)步，并且在現(xiàn)場(chǎng)施工中極易造成自然環(huán)境污染問題， 不符合現(xiàn)代化建筑產(chǎn)業(yè)環(huán)保綠色理念。雖然現(xiàn)代化栓焊 混合連接技術(shù)已經(jīng)無法滿足裝配式建筑發(fā)展要求，致使 國(guó)內(nèi)外對(duì)于單邊螺栓的研究仍然停留在初級(jí)階段，但是 建筑工程實(shí)際應(yīng)用過程中，施工現(xiàn)場(chǎng)的技術(shù)人員、工作 人員由于沒有豐富的工作經(jīng)驗(yàn)，無法確保建筑施工質(zhì)量 水平，為此如何讓建筑工程施工人員快速、準(zhǔn)確掌握施 工技術(shù)成為建筑項(xiàng)目需 要解決的重點(diǎn)問題 [4]。
（2）給排水施工問題。在裝配式建筑項(xiàng)目主體結(jié)構(gòu) 實(shí)施過程中，給排水工程是重要的構(gòu)成因素，但是現(xiàn)階 段排水工程傳統(tǒng)施工技術(shù)則是在現(xiàn)場(chǎng)材料的分割、材料 組裝以及施工工作，進(jìn)而在設(shè)備安裝時(shí)產(chǎn)生主體結(jié)構(gòu)碰 撞和其他類型問題，進(jìn)一步產(chǎn)生大量的返工操作。為此 裝配式建筑項(xiàng)目施工人員需要針對(duì)機(jī)電裝置以及給排水 施工進(jìn)行詳細(xì)研究和技術(shù)分析，從而保證建筑工程可以 順利開展。
（3）板材封閉性。現(xiàn)階段建筑樓板、內(nèi)、外墻體結(jié) 構(gòu)板被稱為鋼材質(zhì)結(jié)構(gòu)的板材結(jié)構(gòu)體系，由于板材結(jié)構(gòu) 體系的基礎(chǔ)密閉性相對(duì)較高，比如 ：溫隔熱性能、隔音 性能、防水防滲性能、抗裂性能等，所以板材封閉性成 為了影響裝配式鋼材質(zhì)結(jié)構(gòu)發(fā)展的核心因素以及基礎(chǔ)條 件，進(jìn)一步確保建筑樓板、內(nèi)、外部墻體結(jié)構(gòu)與主要結(jié) 構(gòu)體連接的密封性，確保板材在橫方向基礎(chǔ)荷載的作用 下，墻體結(jié)構(gòu)板材的抗裂性成為現(xiàn)階段裝配式建筑施工 主要問題之一。
4.2 應(yīng)用策略
針對(duì)以上裝配式建筑工程所產(chǎn)生的問題和不足，本 次研究需要重點(diǎn)解決裝配式建筑工程高水平預(yù)緊力單邊 螺栓、高強(qiáng)度彈簧自我復(fù)位耗能阻尼器的施工技術(shù)、建 筑工程暖通施工技術(shù)以及主要結(jié)構(gòu)體鋼材質(zhì)施工技術(shù)碰 撞等問題。針對(duì)此種施工現(xiàn)狀，施工部門需要積極引進(jìn) BIM 技術(shù)構(gòu)建出有限元模型，并且針對(duì)建筑內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn) 行建筑施工信息模擬計(jì)算，針對(duì)鋼材質(zhì)管道混凝土立柱的豎方向形變情況進(jìn)行詳細(xì)對(duì)比，并且根據(jù)參數(shù)公式計(jì) 算進(jìn)而得出豎方向結(jié)構(gòu)零部件尋找出基礎(chǔ)的平衡數(shù)值， 進(jìn)而為建筑工程結(jié)構(gòu)零部件的原材料制作提供基礎(chǔ)參考 價(jià)值。 同時(shí)，針對(duì)建筑整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行模型建立時(shí)，還需要 充分利用 Midas/Gen 系統(tǒng)進(jìn)行施工模擬和數(shù)據(jù)分析，并 且與一次性參數(shù)計(jì)算進(jìn)行詳細(xì)比較，并且根據(jù)參數(shù)模擬 計(jì)算結(jié)果進(jìn)一步判斷建筑工程施工情況。基于 BIM 技術(shù) 開展全面探索和研究，實(shí)際開展 Tekla 系統(tǒng)軟件研究過 程中，需要進(jìn)一步利用該系統(tǒng)軟件應(yīng)用在鋼材質(zhì)裝配式 結(jié)構(gòu)上，并且將該技術(shù)應(yīng)用至數(shù)字化加工和制作環(huán)節(jié)上， 并且針對(duì)建筑工程實(shí)際情況，針對(duì)下料、虛擬拼裝進(jìn)行 合理化研究。對(duì)高預(yù)緊力單邊鎖緊螺栓、高強(qiáng)鋼環(huán)簧自 復(fù)位耗能阻尼器的組成進(jìn)行介紹，結(jié)合 BIM 軟件，以高 預(yù)緊力單邊鎖緊螺栓為例進(jìn)行模擬安裝工作，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜 技術(shù)施工工藝的可視化，將交底工作以可視化的形式表 達(dá)出來。
5 結(jié)語
由此可見，隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，建筑工程的數(shù)量 會(huì)逐漸增多， 尤其是人口數(shù)量的不斷增加， 必然會(huì)刺激 居民的買房需求。因此，在此后的施工過程中，BIM 技 術(shù)被廣泛使用，并且應(yīng)用手法愈加?jì)故臁Ｔ谖磥恚嚓P(guān) 單位要做的就是對(duì)此技術(shù)進(jìn)行深入研究，從而使其功能 與優(yōu)勢(shì)能夠充分發(fā)揮出來。
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The Application of BIM Technology in Steel Structure Prefabricated Building
JIA Hongli
(Shandong High Speed Laigang Green Construction Development Co., Ltd., Qingdao Shandong 266000)
Abstract: In recent years, the construction industry has been comprehensively developed and progressed. Therefore, it is necessary to further emphasize the development mode of green and environmental protection during the implementation of construction projects. Therefore, steel structure prefabricated buildings have received extensive attention and attention. Because this construction mode not only has relatively low economic cost input, but also has relatively short construction time, so there will be no serious pollution problems during the construction process of the construction project. For this reason, only scientific, scientific, and the rational use of BIM technology can further improve the quality of construction and promote the smooth development of various construction tasks. This article first analyzes the characteristics of BIM technology in detail, and combines the advantages of BIM technology and architectural cases to further summarize the application strategy of BIM technology.
Keywords: BIM technology; coordination; management level
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