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技術(shù)專訪第三十六期｜聚焦土木行業(yè)發(fā)展新趨勢剖析結(jié)構(gòu)抗震監(jiān)測新思路 ... ...

2025-4-18 15:11

來自: 52監(jiān)測網(wǎng) 收藏分享邀請

近日，馬老師就橋梁監(jiān)測相關(guān)問題接受52監(jiān)測網(wǎng)專訪，深入探討了智能化、數(shù)字化趨勢下的行業(yè)未來發(fā)展方向。他的前瞻性觀點不僅為橋梁抗震監(jiān)測領(lǐng)域提供了新的思路，也將為行業(yè)升級與技術(shù)創(chuàng)新帶來重要啟示. ...

編前語：馬生強老師作為橋梁工程結(jié)構(gòu)領(lǐng)域的資深專家，始終致力于橋梁工程結(jié)構(gòu)新技術(shù)的研究和應用，尤其在橋梁地震損傷的識別以及抗震性能評估領(lǐng)域取得了豐碩的成果。近日，馬生強老師就橋梁監(jiān)測相關(guān)問題接受52監(jiān)測網(wǎng)專訪，深入探討了智能化、數(shù)字化趨勢下的行業(yè)未來發(fā)展方向。他的前瞻性觀點不僅為橋梁抗震監(jiān)測領(lǐng)域提供了新的思路，也將為行業(yè)升級與技術(shù)創(chuàng)新帶來重要啟示。

Q1：馬生強老師您好，感謝您接受52監(jiān)測網(wǎng)的專訪。首先請您簡單介紹下您團隊的研究方向以及取得的進展。

馬老師：本人團隊的主要研究方向是橋梁抗震及加固，在橋墩的加固和塑性鉸區(qū)材料替換和鹽漬土腐蝕橋墩方面進行研究，主持且結(jié)題與本申請項目相關(guān)研究的省部級項目1項（聚丙烯纖維增強混凝土圓柱形墩柱延性抗震機理研究），參與國家自然科學基金面上項目1項。已取得與本項目相關(guān)的研究工作已發(fā)表中科院一區(qū)SCI文章2篇、二區(qū)和三區(qū)SCI文章8篇。橋梁墩柱塑性鉸區(qū)鹽漬土環(huán)境腐蝕、替換材料以及加固的抗震性能研究，以及橋梁在鹽漬土環(huán)境下，其地震損傷的識別以及抗震性能的評估方面有一定的研究成果。

Q2：請您談談對當前結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀的看法，您認為當前我國土木結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測領(lǐng)域最迫切的技術(shù)瓶頸是什么？

馬老師：

1.發(fā)展現(xiàn)狀：傳感器技術(shù)不斷發(fā)展，精度和可靠性逐步提高，能夠更準確地采集結(jié)構(gòu)的各種物理量數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)傳輸方面，無線傳感網(wǎng)絡等技術(shù)的應用日益廣泛，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的遠程實時傳輸。在數(shù)據(jù)分析與處理上，一些先進的算法和模型，如神經(jīng)網(wǎng)絡、貝葉斯模型等被引入，有助于從海量數(shù)據(jù)中提取有價值的信息。目前，結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測領(lǐng)域缺乏統(tǒng)一的監(jiān)測標準和標準監(jiān)督制度，導致監(jiān)測數(shù)據(jù)的不一致性和可比性差，這給數(shù)據(jù)的分析、評估以及不同項目之間的經(jīng)驗借鑒帶來了困難。

2.技術(shù)瓶頸：土木結(jié)構(gòu)監(jiān)測環(huán)境復雜，傳感器長期暴露在戶外，易受惡劣天氣、腐蝕等因素影響，導致性能下降或故障，影響數(shù)據(jù)的準確性和連續(xù)性。例如在海洋環(huán)境中的橋梁，傳感器容易被海水腐蝕。無線傳感網(wǎng)絡在實際應用中存在多跳路由、多參數(shù)采集和網(wǎng)絡抗毀性等特殊需求。在一些復雜環(huán)境中，如山區(qū)的隧道監(jiān)測，信號傳輸可能會受到遮擋、干擾，導致數(shù)據(jù)丟失或延遲。從監(jiān)測數(shù)據(jù)中準確提取能夠反映結(jié)構(gòu)損傷的特征參數(shù)，并實現(xiàn)對結(jié)構(gòu)損傷的定位、定量識別，仍然是一個具有挑戰(zhàn)性的問題。結(jié)構(gòu)在多種荷載作用下，響應復雜，噪聲干擾大，導致?lián)p傷特征不明顯，增加了識別的難度。測系統(tǒng)通常涉及多種類型的傳感器，采集到的數(shù)據(jù)具有不同的格式、頻率和物理意義，如何將這些多源數(shù)據(jù)進行有效的融合，以全面、準確地評估結(jié)構(gòu)健康狀況，是一個亟待解決的問題。

Q3：您的研究方向在未來結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測行業(yè)發(fā)展中將會發(fā)揮怎樣的作用？

馬老師：

實時獲取地震響應數(shù)據(jù)：研發(fā)高精度、高可靠性且能適應復雜環(huán)境的傳感器，如光纖光柵傳感器、壓電傳感器等，可在地震發(fā)生時精確測量橋梁結(jié)構(gòu)的加速度、位移、應變等動態(tài)響應，為后續(xù)的抗震分析和評估提供準確的數(shù)據(jù)基礎。

地震損傷識別：運用先進的數(shù)據(jù)分析算法，如深度學習、機器學習等，對監(jiān)測數(shù)據(jù)進行挖掘和分析。可以從海量的監(jiān)測數(shù)據(jù)中提取出與橋梁地震損傷相關(guān)的特征信息，準確識別出結(jié)構(gòu)是否發(fā)生損傷以及損傷的程度，克服傳統(tǒng)方法依賴人工經(jīng)驗和主觀判斷的局限性。

抗震性能評估：基于監(jiān)測數(shù)據(jù)和數(shù)值模擬相結(jié)合的方法，建立橋梁結(jié)構(gòu)的抗震性能評估模型。通過對橋梁在地震作用下的響應數(shù)據(jù)進行分析，評估橋梁的抗震能力是否滿足設計要求，為橋梁的抗震加固和維護提供科學依據(jù)。

Q4：您如何看待企業(yè)與科研機構(gòu)"聯(lián)合實驗室"模式？這對行業(yè)技術(shù)升級有何意義？

馬老師：

? 企業(yè)與科研機構(gòu)“聯(lián)合實驗室”模式的特點

優(yōu)勢互補：企業(yè)具有豐富的市場經(jīng)驗、資金實力和產(chǎn)業(yè)化能力，能夠準確把握市場需求；科研機構(gòu)則擁有雄厚的科研實力、專業(yè)的人才隊伍和先進的科研設備，在基礎研究和前沿技術(shù)探索方面具有優(yōu)勢。雙方合作可以實現(xiàn)資源共享、優(yōu)勢互補，加速技術(shù)創(chuàng)新和成果轉(zhuǎn)化。

促進產(chǎn)學研深度融合：聯(lián)合實驗室為企業(yè)、高校和科研機構(gòu)提供了一個深度合作的平臺，打破了以往產(chǎn)學研合作中存在的壁壘，促進了各方在人才培養(yǎng)、科學研究、技術(shù)開發(fā)等方面的緊密結(jié)合，形成協(xié)同創(chuàng)新的良好局面。

? 行業(yè)技術(shù)升級的意義

攻克關(guān)鍵技術(shù)難題：聯(lián)合實驗室能夠整合企業(yè)和科研機構(gòu)的優(yōu)勢資源，針對行業(yè)發(fā)展中的關(guān)鍵技術(shù)難題開展協(xié)同攻關(guān)。例如，在新能源汽車領(lǐng)域，企業(yè)與科研機構(gòu)合作，共同研發(fā)高性能的電池技術(shù)、自動駕駛算法等，推動行業(yè)技術(shù)的突破和升級。

加速技術(shù)成果轉(zhuǎn)化：科研機構(gòu)的研究成果往往需要經(jīng)過一定的轉(zhuǎn)化才能應用于實際生產(chǎn)。聯(lián)合實驗室的存在使得技術(shù)成果能夠在企業(yè)的生產(chǎn)環(huán)境中快速進行驗證和產(chǎn)業(yè)化應用，縮短了技術(shù)從實驗室到市場的周期，提高了科技成果的轉(zhuǎn)化效率。

推動行業(yè)標準制定：在聯(lián)合實驗室的研究過程中，企業(yè)和科研機構(gòu)共同參與技術(shù)研發(fā)和創(chuàng)新，所形成的技術(shù)成果和解決方案具有較高的認可度和影響力。這有助于推動行業(yè)標準的制定，提升整個行業(yè)的技術(shù)水平和規(guī)范化程度。

提升行業(yè)創(chuàng)新能力：聯(lián)合實驗室的模式鼓勵企業(yè)和科研機構(gòu)不斷探索新的技術(shù)和方法，激發(fā)創(chuàng)新活力。通過合作，各方可以相互學習、相互啟發(fā)，促進技術(shù)的交叉融合和創(chuàng)新發(fā)展，從而提升整個行業(yè)的創(chuàng)新能力和競爭力。

Q5：您既往參與的項目中，是否有采用了一些創(chuàng)新監(jiān)測手段？

馬老師：

基于無人機的監(jiān)測：在一些大型橋梁的監(jiān)測項目中，采用了無人機搭載高清攝像頭和熱成像儀等設備進行定期巡檢。無人機可以快速到達橋梁的各個部位，包括一些人工難以到達的區(qū)域，如橋梁的高空結(jié)構(gòu)、橋墩底部等。通過拍攝高清照片和熱成像圖像，能夠及時發(fā)現(xiàn)橋梁表面的裂縫、混凝土剝落、鋼結(jié)構(gòu)銹蝕等問題，以及潛在的內(nèi)部缺陷。例如，在對一座跨海大橋的監(jiān)測中，無人機利用熱成像技術(shù)檢測到了由于鋼筋銹蝕導致的混凝土表面溫度異常區(qū)域，為后續(xù)的詳細檢測和維修提供了重要線索。

分布式光纖傳感技術(shù)監(jiān)測：某座大型城市橋梁在建設過程中，將分布式光纖傳感器埋入橋梁的關(guān)鍵部位，如主梁、橋墩等。這種光纖傳感器能夠?qū)崟r監(jiān)測橋梁結(jié)構(gòu)在荷載作用下的應變和溫度變化。與傳統(tǒng)的點式傳感器相比，分布式光纖傳感器具有連續(xù)測量、抗電磁干擾、耐腐蝕等優(yōu)點，可以獲取橋梁結(jié)構(gòu)沿光纖長度方向的分布式信息，更全面地反映結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)。通過對光纖傳感器采集的數(shù)據(jù)進行分析，能夠準確判斷橋梁結(jié)構(gòu)是否存在異常變形和應力集中現(xiàn)象，為橋梁的安全評估提供了可靠依據(jù)。

基于物聯(lián)網(wǎng)的遠程監(jiān)測系統(tǒng)：對于一些偏遠地區(qū)的橋梁，建立了基于物聯(lián)網(wǎng)的遠程監(jiān)測系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過在橋梁上安裝各種傳感器，如加速度傳感器、位移傳感器、應變片等，將采集到的數(shù)據(jù)通過無線通信網(wǎng)絡傳輸?shù)竭h程監(jiān)控中心。管理人員可以通過手機、電腦等終端隨時隨地查看橋梁的實時狀態(tài)信息，實現(xiàn)對橋梁的遠程實時監(jiān)測。同時，系統(tǒng)還具備智能預警功能，當監(jiān)測數(shù)據(jù)超過設定的閾值時，能夠自動發(fā)送報警信息，及時通知相關(guān)人員進行處理。這種遠程監(jiān)測系統(tǒng)大大提高了橋梁監(jiān)測的效率和及時性，降低了人工巡檢的成本和風險。

Q6：您在制訂監(jiān)測方案時傳感器選型的關(guān)鍵考量因素是什么？之前在采購傳感器時是否遇到過供需錯配問題？是否能滿足研究需求？希望企業(yè)提供哪些技術(shù)支持？

馬老師：

? 傳感器選型的關(guān)鍵考量因素

測量參數(shù)：根據(jù)橋梁監(jiān)測的具體需求，確定需要測量的物理量，如應力、振動、傾斜、溫度等，然后選擇相應類型的傳感器。例如，測量橋梁構(gòu)件應力可選用電阻應變測量器、光纖傳感器或壓電傳感器；監(jiān)測振動情況可選擇加速度傳感器、速度傳感器或位移傳感器。

測量范圍：傳感器的測量范圍應能覆蓋橋梁在各種工況下可能出現(xiàn)的參數(shù)變化范圍。例如，對于大型橋梁在地震作用下的位移監(jiān)測，需要選擇具有較大測量范圍的位移傳感器，以確保能夠準確測量到可能出現(xiàn)的較大位移。

精度和分辨率：根據(jù)監(jiān)測要求的精度選擇合適的傳感器。對于一些需要精確測量結(jié)構(gòu)變形或應力變化的情況，如橋梁關(guān)鍵部位的應力監(jiān)測，需要選擇高精度、高分辨率的傳感器，以便能夠檢測到微小的變化。

響應時間：對于動態(tài)參數(shù)的監(jiān)測，如橋梁在風荷載或地震作用下的振動響應，傳感器的響應時間應足夠短，能夠快速準確地捕捉到動態(tài)信號的變化。

抗干擾能力：考慮橋梁所處的環(huán)境條件，選擇具有良好抗干擾能力的傳感器。例如，在存在電磁干擾的環(huán)境中，應選擇抗電磁干擾能力強的光纖傳感器或壓電傳感器，而非容易受干擾的電阻應變片。

穩(wěn)定性和耐久性：橋梁監(jiān)測通常是長期的過程，傳感器需要在惡劣的環(huán)境條件下長期穩(wěn)定工作。因此，要選擇穩(wěn)定性好、耐久性強的傳感器，以減少維護和更換的成本。

尺寸和重量：傳感器的尺寸和重量應盡可能小，以免對橋梁結(jié)構(gòu)產(chǎn)生額外的荷載和影響，特別是在一些對結(jié)構(gòu)重量敏感的部位。

安裝和維護便利性：選擇易于安裝和維護的傳感器，方便在橋梁建設或運營階段進行安裝和后期的檢修、更換等工作。

? 采購傳感器時可能遇到的供需錯配問題及是否滿足研究需求

性能不匹配：供應商提供的傳感器在某些關(guān)鍵性能指標上與監(jiān)測方案的要求存在差異，如測量精度不夠高、測量范圍不符合實際需求等，導致無法準確獲取監(jiān)測數(shù)據(jù)。

接口不兼容：傳感器的接口類型與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)或其他設備不兼容，使得數(shù)據(jù)傳輸和處理出現(xiàn)問題，影響監(jiān)測系統(tǒng)的整體運行。

供貨時間延遲：供應商未能按照合同約定的時間供貨，導致項目進度受到影響，特別是對于一些有嚴格工期要求的監(jiān)測項目。

是否滿足研究需求：總體來說，在一些項目中能夠較好地滿足研究需求，但也存在部分情況由于上述供需錯配問題或其他因素導致不能完全滿足。例如，當傳感器的精度不足時，可能無法準確分辨出結(jié)構(gòu)在微小荷載變化下的響應，對于研究橋梁結(jié)構(gòu)的精細化力學行為產(chǎn)生一定的阻礙；若傳感器的穩(wěn)定性欠佳，在長期監(jiān)測過程中出現(xiàn)數(shù)據(jù)異常波動，會給數(shù)據(jù)分析和研究結(jié)論帶來不確定性。

? 對企業(yè)的技術(shù)支持需求

技術(shù)培訓：希望企業(yè)能夠為用戶提供專業(yè)的技術(shù)培訓，包括傳感器的工作原理、安裝調(diào)試方法、操作使用技巧以及常見故障排除等方面的培訓，使技術(shù)人員能夠熟練掌握傳感器的相關(guān)技術(shù)，確保監(jiān)測系統(tǒng)的正常運行。

定制化服務：根據(jù)不同橋梁監(jiān)測項目的特殊需求，企業(yè)能夠提供定制化的傳感器解決方案，如特殊尺寸、形狀、性能指標的傳感器，以滿足復雜結(jié)構(gòu)或特殊環(huán)境下的監(jiān)測要求。

數(shù)據(jù)分析支持：企業(yè)可以提供數(shù)據(jù)分析方面的技術(shù)支持，幫助用戶更好地處理和分析傳感器采集到的數(shù)據(jù)，例如提供數(shù)據(jù)處理軟件、算法支持或?qū)I(yè)的數(shù)據(jù)分析咨詢服務，協(xié)助用戶從海量數(shù)據(jù)中提取有價值的信息，為橋梁的安全評估和維護決策提供依據(jù)。

售后維護服務：建立完善的售后服務體系，及時響應用戶在使用過程中遇到的問題，提供快速的維修、更換服務，確保傳感器的正常運行。同時，定期對傳感器進行巡檢和維護，提前發(fā)現(xiàn)潛在問題并進行處理，保障監(jiān)測系統(tǒng)的長期穩(wěn)定運行。

Q7：您認為未來結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測行業(yè)的發(fā)展趨勢是什么？對于想要進入結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測行業(yè)的年輕人，您有什么建議？

馬老師：

? 發(fā)展趨勢

智能化與自動化：隨著傳感器技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和人工智能技術(shù)的不斷發(fā)展，結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測系統(tǒng)將越來越智能化和自動化。傳感器將具備更高的精度、可靠性和自診斷能力，能夠?qū)崟r采集和傳輸數(shù)據(jù)。同時，基于人工智能和機器學習的數(shù)據(jù)分析算法將能夠自動識別數(shù)據(jù)中的異常模式，實現(xiàn)自動預警和診斷，減少人工干預，提高監(jiān)測效率和準確性。

多學科融合：結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測涉及到土木工程、機械工程、電子工程、計算機科學、材料科學等多個學科領(lǐng)域。未來，行業(yè)將更加注重多學科的融合，通過跨學科的合作，開發(fā)出更加先進的監(jiān)測技術(shù)和系統(tǒng)。例如，將納米技術(shù)、生物技術(shù)等新興技術(shù)應用于傳感器的研發(fā)，提高傳感器的性能；利用計算機科學和數(shù)學領(lǐng)域的新方法，改進數(shù)據(jù)分析和處理算法。

全面化與精細化：監(jiān)測范圍將從傳統(tǒng)的大型結(jié)構(gòu)物，如橋梁、大壩、高層建筑等，擴展到更多類型的結(jié)構(gòu)，包括中小橋梁、老舊房屋、工業(yè)建筑、基礎設施等，實現(xiàn)對各類結(jié)構(gòu)的全面覆蓋。同時，監(jiān)測內(nèi)容將更加精細化，不僅關(guān)注結(jié)構(gòu)的整體安全狀態(tài)，還將對結(jié)構(gòu)的局部損傷、關(guān)鍵部位的力學性能變化等進行深入監(jiān)測，為結(jié)構(gòu)的維護和管理提供更準確的依據(jù)。

云平臺與大數(shù)據(jù)應用：結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量將越來越大，需要有效的數(shù)據(jù)管理和分析平臺。云平臺將成為數(shù)據(jù)存儲、管理和分析的重要基礎設施，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的遠程訪問、共享和協(xié)同處理。通過大數(shù)據(jù)技術(shù)，可以對海量的監(jiān)測數(shù)據(jù)進行挖掘和分析，提取有價值的信息，如結(jié)構(gòu)的性能演變規(guī)律、潛在的安全風險等，為結(jié)構(gòu)的全生命周期管理提供決策支持。

綠色與可持續(xù)發(fā)展：在環(huán)保意識日益增強的背景下，結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測行業(yè)也將朝著綠色、可持續(xù)的方向發(fā)展。這包括開發(fā)低功耗、環(huán)保型的傳感器和監(jiān)測設備，減少能源消耗和對環(huán)境的影響；采用可再生能源為監(jiān)測系統(tǒng)供電，提高系統(tǒng)的可持續(xù)性；以及通過監(jiān)測數(shù)據(jù)優(yōu)化結(jié)構(gòu)的維護和管理策略，延長結(jié)構(gòu)的使用壽命，減少資源浪費。

? 建議

扎實專業(yè)知識學習：結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測涉及多學科知識，年輕人要學好土木工程相關(guān)的結(jié)構(gòu)力學、材料力學、結(jié)構(gòu)設計等基礎知識，這是理解結(jié)構(gòu)行為和分析監(jiān)測數(shù)據(jù)的前提。同時，掌握傳感器技術(shù)、數(shù)據(jù)采集與處理、信號分析等專業(yè)知識，了解各種監(jiān)測設備的原理和應用場景。此外，學習計算機編程、數(shù)據(jù)庫管理、物聯(lián)網(wǎng)等信息技術(shù)知識，以便更好地處理和分析監(jiān)測數(shù)據(jù)，實現(xiàn)監(jiān)測系統(tǒng)的智能化和信息化。

培養(yǎng)創(chuàng)新能力：行業(yè)發(fā)展迅速，需要不斷創(chuàng)新來推動技術(shù)進步。年輕人要敢于嘗試新的技術(shù)和方法，關(guān)注行業(yè)的最新研究成果和發(fā)展動態(tài)，積極參與科研項目和實踐活動，培養(yǎng)自己的創(chuàng)新思維和能力。例如，探索將新興的人工智能算法應用于結(jié)構(gòu)損傷識別，或者開發(fā)新的傳感器技術(shù)來滿足特殊結(jié)構(gòu)的監(jiān)測需求。

注重實踐經(jīng)驗積累：結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測是一個實踐性很強的行業(yè)，通過實習、參與實際項目等方式，積累現(xiàn)場操作經(jīng)驗，了解監(jiān)測系統(tǒng)的安裝、調(diào)試、維護等實際工作流程。在實踐中，學會如何與不同專業(yè)背景的人員合作，解決實際問題，提高自己的動手能力和解決問題的能力。

提升數(shù)據(jù)分析能力：未來監(jiān)測數(shù)據(jù)量巨大，能否從數(shù)據(jù)中提取有價值的信息是關(guān)鍵。年輕人要掌握數(shù)據(jù)分析的基本方法和工具，如統(tǒng)計學方法、機器學習算法等，能夠?qū)ΡO(jiān)測數(shù)據(jù)進行有效的處理、分析和解釋。同時，培養(yǎng)數(shù)據(jù)可視化能力，將分析結(jié)果以直觀的方式呈現(xiàn)出來，便于決策者理解和使用。

關(guān)注行業(yè)標準和規(guī)范：熟悉國內(nèi)外關(guān)于結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測的相關(guān)法規(guī)、標準和規(guī)范，如建筑結(jié)構(gòu)檢測技術(shù)標準、橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)技術(shù)規(guī)程等。在實際工作中，嚴格按照標準和規(guī)范進行監(jiān)測系統(tǒng)的設計、實施和數(shù)據(jù)處理，確保監(jiān)測結(jié)果的準確性和可靠性，同時也有助于保障自身的職業(yè)安全和合規(guī)性。

專家簡介：馬生強，副教授，新疆大學，主要從事橋梁工程結(jié)構(gòu)抗震的研究工作，在橋梁地震損傷的識別以及抗震性能的評估領(lǐng)域取得了豐碩的成果，發(fā)表SCI論文10余篇。

小編說：智慧無界，生態(tài)共生！感謝新疆大學馬生強老師為我們帶來的精彩分享，讓行業(yè)聲音得到聆聽，讓技術(shù)創(chuàng)新不再獨行，我們期待更多監(jiān)測技術(shù)內(nèi)容分享，投稿請聯(lián)系52監(jiān)測網(wǎng)小編（微信號： jiance52）。

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