淺談建筑節能監管平臺在高校能源管理中的實(shí)踐與應用

摘要：以節約型校園建設示范工程———寧夏大學(xué)節能監管平臺項目建設為例，對系統的總體構架、關(guān)鍵技術(shù)、管理軟件功能進(jìn)行了詳細的介紹。同時(shí)針對項目建設、運行和管理過(guò)程中出現的一些問(wèn)題，提出有針對性的解決措施，為節能監管平臺今后的運行管理以及功能的提升提供了一定的理論和經(jīng)驗支持。

關(guān)鍵詞：校園節能；節能監管平臺；用能管理

0 言

近年來(lái)，隨著(zhù)我國高等教育辦學(xué)規模的不斷擴大，在校學(xué)生人數的不斷攀升，高校能（資）源消耗總量的不斷增加，國家對高校內部的資源配置和能源管理也提出了新的要求。對此，住房和城鄉建設部下發(fā)了《關(guān)于推進(jìn)高等學(xué)校節約型校園建設進(jìn)一步加強高等學(xué)校節能節水工作的意見(jiàn)》（建科［2008］90號）及《高等學(xué)校節約型校園建設與管理技術(shù)導則（試行）》等相關(guān)文件，將創(chuàng )建節約型校園的任務(wù)真正提上了學(xué)校的議事日程。在節約型校園建設工作中，節能監管平臺建設是一項重要的基礎性工作。本文以住房和城鄉建設部、教育部、財政部節約型校園建設示范工程———寧夏大學(xué)節能監管平臺項目建設為背景，對電力載波技術(shù)及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在寧夏大學(xué)節能監管平臺系統設計中的應用進(jìn)行系統的分析和介紹。

1 節能監管平臺建設目標及總體架構

1.1 建設目標

利用節能監管平臺對校園各種能耗水耗數據進(jìn)行實(shí)時(shí)采集、監測，對能耗數據進(jìn)行統計分析、審計和公示，并以此為依據開(kāi)展用能用水定額化、指標化、科學(xué)化管理，進(jìn)行節能改造和評價(jià)工作，大限度地降低全校單位生均能耗水耗。爭取開(kāi)展太陽(yáng)能、地熱、中水等綠色清潔能源、資源的開(kāi)發(fā)和利用，在實(shí)現建設節約型校園的基礎上向綠色校園、低碳校園、生態(tài)校園轉變。

1.2 節能監管平臺總體架構

圖1 節能監管平臺總體架構圖

寧夏大學(xué)節能監管平臺建設基于校園網(wǎng)和低壓載波遠程抄表技術(shù)，通過(guò)遠端數據采集實(shí)現對重點(diǎn)能耗單位及公共設施的水、電、曖、蒸汽等能源的監控和管理，為學(xué)校能源利用提供詳備的數據分析和完善的輔助決策，同時(shí)根據設置條件對電、水進(jìn)行節能控制。節能監管平臺按結構主要分為3部分：計量控制系統、通信傳輸系統、主控中心（如圖1所示）。

1.2.1計量控制系統。

計量控制系統實(shí)現水、電、曖、蒸汽能耗的數據采集及對水、電、曖、蒸汽使用的控制。用電實(shí)現三級監測，一級到樓，二級到樓層，三級到房間，其中，以辦公教學(xué)單位為單位實(shí)現三級監測；供水、供暖實(shí)現一級到樓。計量控制系統主要負責能耗數據的采集，硬件控制的實(shí)現，狀態(tài)信息的展示等。

主要設備：電子式載波一體表、多功能電表、智能水表、智能熱計量表、渦街流量計、電動(dòng)調節閥等。

1.2.2通信傳輸系統。

通信傳輸系統包括底層傳輸、校園網(wǎng)傳輸兩部分，兩者之間實(shí)現計量控制系統與主控中心的數據交互。

通信傳輸設備：智能數據網(wǎng)關(guān)、采集（控制）器。

1.2.3主控中心。

主控中心負責基礎數據的管理，維系通訊服務(wù)，采集并管理計量數據，與客戶(hù)端進(jìn)行交互，下載系統參數，實(shí)現對管理任務(wù)的控制要求，對所有數據進(jìn)行必要管理，根據業(yè)務(wù)邏輯產(chǎn)生各種分析數據，對系統的運行所產(chǎn)生的數據進(jìn)行審計和管理等。

主控中心設備：應用服務(wù)器、數據庫服務(wù)器、WEB服務(wù)器、交換機、防火墻、監控工作站、打印機等。

2 節能監管平臺關(guān)鍵技術(shù)

2.1 數據傳輸方式

在節能監管平臺建設過(guò)程中，選擇采用何種數據傳輸方式是非常重要的一項技術(shù)環(huán)節。目使用較多數據傳輸方式有，電力載波技術(shù)、RS485、無(wú)線(xiàn)傳輸。3種傳輸技術(shù)的對比及適用范圍，如表１所示。

寧夏大學(xué)節能監管平臺在建設過(guò)程中，結合自身實(shí)際，數據傳輸選擇了以電力載波技術(shù)為主，RS485技術(shù)為輔的方式，具體的工作原理是：載波電表和采集器隨時(shí)抄錄水、電、氣、熱量表讀數及狀態(tài)并按表號存放，數據網(wǎng)關(guān)通過(guò)低壓電力載波定時(shí)自動(dòng)抄錄并存儲數據，利用校園網(wǎng)與數據中心通信，將數據存入服務(wù)器，再根據需求進(jìn)行用水、電、氣、熱等能耗監測、統計、分析等工作。

表1  電力載波技術(shù)、RS485、無(wú)線(xiàn)傳輸技術(shù)的對比

2.2 網(wǎng)絡(luò )通訊

寧夏大學(xué)校園網(wǎng)已經(jīng)覆蓋到了校園內的每棟建筑，節能監管平臺主干通信網(wǎng)絡(luò )采用校園局域網(wǎng)絡(luò )?，F場(chǎng)底層各分散計量設備通過(guò)低壓電力載波技術(shù)或RS485總線(xiàn)、上層的以太網(wǎng)總線(xiàn)方式將能耗數據上傳至節能監管平臺數據中心。

2.3系統安全

2.3.1網(wǎng)絡(luò )安全。

寧夏大學(xué)節能監管平臺軟件部分采用B/S結構設計，應用服務(wù)器是面向外網(wǎng)開(kāi)放的，所有服務(wù)器及備份設備都運行在有硬件防火墻隔離的內網(wǎng)中，內外網(wǎng)間的數據交換都通過(guò)防火墻過(guò)濾，以保護內部網(wǎng)絡(luò )的安全。

2.3.2數據安全。

寧夏大學(xué)節能監管平臺的數據安全主要體現在以下幾點(diǎn)：所有收集數據資料分類(lèi)存儲在數據庫中，數據庫有專(zhuān)人管理，同時(shí)制訂了定期備份策略以及災難恢復計劃，數據資料按照預定備份策略進(jìn)行備份至備份服務(wù)器以及磁盤(pán)陣列中。

2.4 信息資源整合

節能監管平臺側重于能耗數據的分析、展現，通過(guò)建立符合學(xué)校管理模式的各類(lèi)能耗計算模型，對能耗進(jìn)行系統深入的分析，實(shí)現數字圖形化處理，以WEB發(fā)布的方式對校園的整體能耗情況。節能監管平臺預留擴展接口，下一步還可將學(xué)校后勤的其他系統進(jìn)行資源整合，比如，GIS地圖、短信平臺、房屋管理系統、公寓管理系統、地下管線(xiàn)監測管理系統以及向上級管理單位的數據上報系統。

3 節能監管平臺軟件功能

寧夏大學(xué)節能監管平臺軟件有基于C/S和B/S結構兩種C/S結構的軟件主要用于收集匯總各測點(diǎn)的能耗數據、顯示系統運行狀況、下達命令對用能、用水進(jìn)行控制。B/S結構的軟件主要功能有能耗數據實(shí)時(shí)監測、分類(lèi)、分項、分區域能耗統計及分析、定額管理及能效考核、統計報表、系統安全等。如圖2節能監管平臺軟件結構及功能示意圖。

圖2 節能監管平臺軟件結構及功能示意圖

3.1能耗數據實(shí)時(shí)監測

根據《辦公建筑和大型公共建筑能耗監測系統分項能耗數據傳輸技術(shù)導則》和《高等學(xué)校節約型校園建設管理與技術(shù)導則 》要求，對供電、供水、供熱系統及各建筑物實(shí)時(shí)能耗數據進(jìn)行監測。寧夏大學(xué)節能監管平臺軟件通過(guò)二維校園圖、供水、供暖管網(wǎng)圖和配電系統圖這４個(gè)模塊對學(xué)校能耗情況進(jìn)行實(shí)時(shí)在線(xiàn)監測分析，如圖3二維校園圖。

圖3 二維校園圖

3.2 能耗統計分析

統計及分析功能由：分類(lèi)統計、分區域統計、分功能統計和分項統計4個(gè)模塊，圖4全校統計圖。

圖4 全校統計圖

3.3 定額管理及能效考核

寧夏大學(xué)節能監管平臺的建設將進(jìn)一步完善各單位、各樓宇的用能信息，在此基礎上學(xué)?？梢愿鶕鲉挝坏霓k公、教學(xué)、科研工作量完成各單位用電、用水指標測算及定額制定工作，為實(shí)行“指標管理、定額包干、節余留用、超支自負”的用電管理模式做好準備。定額管理及能效考核功能由：KPI對標、用能定額管理兩個(gè)模塊組成。

3.4 統計報表

統計報表功能由：電水暖能日報、成本分攤、綜合報表、逐點(diǎn)分析、對比分析5個(gè)模塊組成。

3.5 能耗公示

能耗公示由：建筑總能耗公示、同類(lèi)建筑單位面積能耗公示、同類(lèi)建筑分項用能統計數據公示、同類(lèi)建筑分時(shí)用能統計公示、同類(lèi)建筑人均用能公示、同類(lèi)建筑人均年度用能公示6個(gè)模塊組成。

3.6 能耗審計

能耗審計由：同類(lèi)建筑分項用能統計數據審計、同類(lèi)建筑分時(shí)用能統計審計、同類(lèi)建筑人均年度用能審計、校園建筑概況審計、建筑能耗水耗指標審計、節能指標審計高等學(xué)校建筑能耗水耗水平總體評價(jià)結論6個(gè)模塊組成。

3.7 遠程控制

寧夏大學(xué)節能監管平臺可以實(shí)現實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監控，實(shí)現對區域、時(shí)段的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)遠程控制關(guān)斷，對水表、暖表電動(dòng)閥還可以選擇0°（關(guān)閉），15°，30°，45°，60°，90°（全開(kāi)）的不同角度的調控。

3.8報警功能

系統根據不同計量點(diǎn)的歷史能耗數據自動(dòng)設定能耗報警參數，并依據能耗報警參數實(shí)現實(shí)時(shí)監測報警（能耗監測、能耗異常追蹤）、短信報警、能耗報警報告自動(dòng)生成、能耗報警記錄查詢(xún)等功能。

4 節能監管平臺建設和管理中存在的不足及解決措施

寧夏大學(xué)節能監管平臺的建設，進(jìn)一步細化能耗的計量采集，完善用能制度，發(fā)現了節能工作中的不足，找到了能源浪費的問(wèn)題所在，提高了全校師生的節能意識，推進(jìn)行為節能工作的深入開(kāi)展，為下一步開(kāi)展技術(shù)節能、管理節能及節約型校園建設、綠色校園建設、生態(tài)校園工作打下了堅實(shí)的基礎。寧夏大學(xué)節能監管平臺建設以及運行雖然取得了很好的成效，但也存在許多不足。

4.1 節能監管平臺建設和管理中存在的不足

4.1.1節能監管平臺建設宣傳工作不到位。

節能監管平臺在建設過(guò)程中，由于宣傳工作不到位，使得廣大師生對其建設的目的、意義理解不夠透徹，導致平臺的運行和管理效果受到一定的影響。

4.1.2節能監管平臺建設準備工作不夠充分計量點(diǎn)覆蓋不夠全面。

節能監管平臺在期建設過(guò)程中雖然做了大量的工作，但仍有許多不足，具體有： ①水電暖地下管（網(wǎng)）線(xiàn)路圖及控制區域資料不夠準確，造成計量點(diǎn)的設置不夠合理，出現了漏計量和重復計量現象。 ② 用電僅實(shí)現低壓配電室以下區域計量，開(kāi)閉所高壓計量暫未完成，致使供電線(xiàn)路線(xiàn)損、變損無(wú)法準確計算。 ③ 供熱僅實(shí)現了建筑物計量，供熱中心、換熱站、供熱主管線(xiàn)計量缺失，無(wú)法實(shí)現供熱平衡計算和調配。

4.1.3節能監管平臺運行和管理制度不夠完善。

節能監管平臺在建設過(guò)程中，配套制度及運行管理制度建設相對滯后，造成節能監管平臺目作用限于對各類(lèi)建筑能耗的監測、統計、分析，使其功能和作用未能充分顯現。

4.1.4能耗數據的分析、挖掘和利用工作不夠深入。

目，節能監管平臺采集到的能耗數據限于統計和分析，對能耗數據的挖掘、利用和整理工作未*展開(kāi)，尤其是對各單位、各建筑物的用能診斷、用能評估工作未進(jìn)行深入進(jìn)行，造成節能監管平臺無(wú)法對學(xué)校建筑節能改造和用能管理工作提供有力的支撐。

4.2 節能監管平臺建設和管理工作今后的需要采取措施

4.2.1完善節能監管平臺系統建設提升平臺綜合功能。

節能監管平臺建設是一項系統性工作，需對其功能不斷的提升，具體有： ① 完善水電暖計量點(diǎn)的化和調整，實(shí)現計量網(wǎng)絡(luò )大方位覆蓋。 ② 對校園水電暖地下管（網(wǎng)）線(xiàn)進(jìn)行全面的勘測，在此基礎上應用GIS技術(shù)建立校園地下管（網(wǎng)）線(xiàn)信息管理系統，實(shí)現了校園地下管（網(wǎng)）線(xiàn)的圖像化顯示，管線(xiàn)信息查詢(xún)以及爆管分析和斷面分析等功能。 ③ 增加節能監管平臺配電室無(wú)人值守和校園路燈遠程監控功能，減少用能管理成本、提升用能管理水平。

4.2.2完善節能監管平臺運行和管理制度建設充分發(fā)揮平臺的管控作用。

節能監管平臺運行和管理，必須要有完善、可行的制度體系作為保證，今后需做好用能管理辦法、能源統計與審計制度、用能公示制度、節能監管平臺運行管理制度、用能定額管理制度、能效評價(jià)考核及獎懲等一系列制度的建設工作。

4.2.3強化能耗數據的分析利用工作、建立用能評價(jià)機制、提升用能管理水平。

節能監管平臺建設過(guò)程中，能耗數據的分析、挖掘和利用是一項關(guān)鍵工作，積極開(kāi)展各校區、各單位、各建筑物的能耗診斷、用能評估，為既有建筑節能改造、節約型校園建設、綠色校園建設提供支撐。同時(shí)，根據能耗數據及用能診斷報告開(kāi)展校區水平衡測試、供熱平衡計算，分析供水、供電、供暖設施（備）的運行狀況，提出設備及管線(xiàn)的化及調配方案，保證供水、供電、供暖設施（備）合理高效的運行。

4.2.4化系統資源配置、降低節能監管平臺運行管理成本。

節能監管平臺在建設初期，考慮系統的獨立性和安全性，建立數據中心配置了數據庫、磁盤(pán)整列、UPS電源等硬件設備并建立了局域網(wǎng)絡(luò )，在后期平臺實(shí)際運行過(guò)程中逐漸顯現出 一些弊端，如網(wǎng)絡(luò )運行維護成本高、與校園網(wǎng)運行管理不協(xié)調、系統網(wǎng)絡(luò )不夠穩定等。對此，建議將節能監管平臺局域網(wǎng)、數據庫統一并入學(xué)校網(wǎng)絡(luò )中心進(jìn)行集中管理，實(shí)現資源的共享共用，同時(shí)降低平臺的運行和管理成本。

5 安科瑞能耗在線(xiàn)監測系統介紹

5.1 系統概述

Acrel-5000建筑能耗監測系統是用戶(hù)端能源管理分析系統，在電能管理系統的基礎上增加了對水、氣、煤、油、熱(冷)量等集中采集與分析，通過(guò)對用戶(hù)端所有能耗進(jìn)行細分和統計，以直觀(guān)的數據和圖表向管理人員或決策層展示各類(lèi)能源的使用消耗情況，便于找出高耗能點(diǎn)或不合理的耗能習慣，有效節約能源，為用戶(hù)進(jìn)一步節能改造或設備升級提供準確的數據支撐。

5.2 應用場(chǎng)所：

（1）辦公建筑（商務(wù)辦公、辦公建筑等）；

（2）商業(yè)建筑（商場(chǎng)、金融機構建筑等）；

（3）旅游建筑（賓館飯店、娛樂(lè )場(chǎng)所等）；

（4）科教文衛建筑（文化、教育、科研、醫療衛生、體育建筑等）；

（5）通信建筑（郵電、通信、廣播、電視、數據中心等）；

（6）交通運輸建筑（機場(chǎng)、車(chē)站、碼頭建筑等）。

5.3系統功能

（1）登陸界面

系統可以根據客戶(hù)要求定制個(gè)性化的系統登錄界面，登錄界面所用的圖片、 Logo等由用戶(hù)提供。

（2）綜合能耗展示

系統登陸成功進(jìn)入主頁(yè)面，主頁(yè)面顯示該建筑的建筑圖片，建筑基本信息,建筑當月分項用電餅圖和各種能源的消耗量。

（3）支路能耗概況

系統可以根據分類(lèi)能耗的支路名稱(chēng)查詢(xún)用能情況，顯示當日和當月的用能峰值（電能對應大需量值）、當日用能、當月用能、當年用能以及昨天同期用能、上月同期用能、上年同期用能的比較情況。

（4）支路用能

系統可以統計各支路某段時(shí)間內逐日、逐周、逐月、逐季、逐年用能。

（5）分項能耗概況

系統可以按照動(dòng)力、空調、插座等分項進(jìn)行能耗統計與顯示，支持用能餅圖顯示各分項過(guò)去31天的用能占比；堆積圖顯示各分項過(guò)去31天的能耗趨勢；分項用能圖顯示被選中分項對應能耗值*位的支路。

（6）分項用能

系統可以統計各分項某段時(shí)間內逐日、逐周、逐月、逐季、逐年用能（這里的支路須通過(guò)基礎數據中分類(lèi)分項的配置。） 

（7）部門(mén)能耗概況

系統可以按照部門(mén)進(jìn)行能耗統計與顯示，并進(jìn)行日同比分析圖，餅圖顯示各部門(mén)過(guò)去31天的用能占比；堆積圖顯示各部門(mén)過(guò)去31天的能耗趨勢；部門(mén)績(jì)效考核對比圖顯示實(shí)際用能和用能目標值，當實(shí)際用能值大于目標值時(shí)，實(shí)際值標為紅色。

（8）區域能耗概況

系統可以按照區域進(jìn)行能耗統計與顯示，日分項用能同比分析圖顯示不同區域的當日與昨日能耗柱狀圖；餅圖顯示各區域過(guò)去31天的用能占比；堆積圖顯示各區域過(guò)去31天的能耗趨勢；區域用能圖中顯示被選中區域對應能耗值*位的支路。

（9）參數查詢(xún)

查詢(xún)各回路戓支路某段時(shí)間內的參數，以曲線(xiàn)的形式反映趨勢（具體可以查詢(xún)的參數與安裝的儀表有關(guān)，查詢(xún)時(shí)不能跨月，且繪制曲線(xiàn)時(shí)以1分鐘為間隔），電力參數可以多選。

（10）數據檢查

系統可以統計某段時(shí)間內各回路與下級支路的用能差值，超過(guò)一定百分比后醒目顯示（紅色區域），確保計量體系的完整性、準確性。 

（11）非工作日用能分析

系統可統計各支路工作日與非工作日的能耗情況。此處的工作日和非工作日是在基礎數據中非工作日設置中配置的非工作日。

（12）能耗數據同比環(huán)比分析

系統可將各種類(lèi)型（電、水、氣）和各主要耗能設備的能耗與去年同期值和上月值進(jìn)行同比環(huán)比分析，檢驗節能效果，根據分析結果執行節能績(jì)效考核，以及節能目標的修正。 

（13）分時(shí)段用能統計

在儀表帶有復費率統計功能的提下，系統可以采集電表內尖、峰、平、谷參數，并將數據存儲到數據庫中方便后期查詢(xún)。不同時(shí)段可以分別設置用電單價(jià)，統計報表會(huì )呈現出分時(shí)段電能值與電費。 

（14）日月年報表

系統提供方便的日月年報表統計功能，通過(guò)選擇不同回路，報表類(lèi)型，查詢(xún)日期，生成對應報表。選中報表中的某一行數據，會(huì )自動(dòng)顯示對應的柱狀圖。

（15）儀表網(wǎng)關(guān)斷線(xiàn)報警

系統通過(guò)能耗網(wǎng)關(guān)采集數據時(shí)，可以獲得儀表的通訊狀態(tài)。當系統判斷儀表通訊中斷時(shí)間大于10分鐘時(shí)或網(wǎng)關(guān)通訊中斷時(shí)間大于20分鐘時(shí)，系統會(huì )彈窗或者通過(guò)鈴鐺報警，顯示當通訊中斷的儀表或者網(wǎng)關(guān)。

（16）圖表導出

系統可將分析統計的曲線(xiàn)、棒圖、報表導出到Excel格式文件，以便于用戶(hù)數據二次利用。

（17）用戶(hù)管理

系統用戶(hù)權限管理采用分級模式，為系統管理員、后勤管理人員、設備維護人員三級，進(jìn)行訪(fǎng)問(wèn)權限管理，防止未授權的訪(fǎng)問(wèn)，并對所有操作自動(dòng)進(jìn)行帶時(shí)標事件記錄，可建立良好的反事故措施。

（18）基礎信息配置與維護

系統可根據項目實(shí)際情況配置每塊智能儀表所屬的能耗類(lèi)型和分項、歸屬區域、設備類(lèi)型，這些數據將作為用能分析的基礎信息。

（19）人工錄入數據

系統提供數據手工錄入功能，可錄入儀表每天的抄表值與每天的用能值，用于后期報表統計。

（20）遠程訪(fǎng)問(wèn)功能(C/S模式)

系統采用C/S架構設計，在任意一臺連接廣域網(wǎng)的計算機上安裝Acrel-5000建筑能耗監測系統客戶(hù)端軟件即可實(shí)時(shí)訪(fǎng)問(wèn)該能耗監測系統。

5.4 系統網(wǎng)絡(luò )結構

AcrelCloud-5000能耗管理云平臺采用分層組網(wǎng)架構，將系統分為設備層、網(wǎng)絡(luò )層、應用層。

設備層：設備層作為平臺數據來(lái)源的基礎，通過(guò)儀表與傳感器對參數進(jìn)行監測和計量。

網(wǎng)絡(luò )層：網(wǎng)絡(luò )層通過(guò)強大的協(xié)議轉換功能將采集到的設備層的數據傳遞到應用層，起到承上啟下的作用。

應用層：應用層對設備層的數據進(jìn)行分類(lèi)、存儲、統計分析，通過(guò)友好的人機界面為用戶(hù)提供質(zhì)的體驗。

圖5 系統結構

5.5 能耗監測系統產(chǎn)品選型

高校建筑節能監管平臺建設是一項涉及范圍廣、建設周期長(cháng)、影響范圍大的系統工程。它的建成將實(shí)現高校用能的科學(xué)化、制度化、精細化管理模式，有力的提升了高校用能管理水平，實(shí)現了高校能源資源的合理配置和高效利用，同時(shí)為及今后進(jìn)技術(shù)節能、管理節能、行為節能及節約型校園建設、綠色校園建設、生態(tài)校園建設工作打下了堅實(shí)的基礎。

6 結束語(yǔ)

本文重點(diǎn)討論了寧夏大學(xué)節能監管平臺的設計方案，關(guān)鍵技術(shù)及軟件功能應用，利用校園局域網(wǎng)與電力載波技術(shù)實(shí)現平臺能耗數據的采集和傳輸，基于B/S、C/S框架下建立的管理軟件，實(shí)現了平臺對能耗數據的監測、采集、統計、分析和利用的功能；結合節能監管平臺自身建設和運行管理現狀以及存在的一些問(wèn)題，有針對性的提出一些解決措施，為進(jìn)一提升節能監管平臺功能和作用提供了有力的支持，同時(shí)也為兄弟院校節能監管平臺建設和管理提供了一定的理論和經(jīng)驗支持。

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