我国城市通风廊道研究与实践进展

　　摘要城市通风廊道作为协同解决城市气候问题的一种有效规划手段被纳入国土空间规划中。本文回顾了城市通风廊道规划的由来，总结了其功能与机理，重点梳理了我国通风廊道规划研究与实践进展，旨在为国土空间规划中科学、合理地开展廊道划定工作提供参考。通风廊道的主要功能是为气流进入城市建成区内部提供通道，引导城市空间形态优化以减少风的损耗，结合科学保护城市开敞空间，促进局地空气流通，对缓解城市热岛效应、减轻空气污染、降低建筑物能耗和提高城市宜居性也有积极作用;而城市内部的功能布局、用地类型、空间形态、建筑高度和密度等因素的差异会很大程度上对这种功能的发挥造成影响。我国通风廊道规划研究与实践经历了4个发展阶段，分别为古代风水与营城、新中国成立至90年代末的恢复阶段、21世纪初期的发展阶段和2012年至今生态优先的新阶段。全国超过2/3的省开展了相关工作，在技术方法、应用策略和政策法规3个方面取得了重要进展。通风廊道规划体现了快速城镇化进程背景下中国城市对发展质量的追求，但在规划过程中的介入时间、跨领域融合、与城市设计衔接及廊道绩效评估机制等工作途径层面仍存在问题，在气象观测分析、仿真模拟、效果评估等技术层面也有诸多提升空间。

　　关键词城市气候;风环境;国土空间规划

　　城镇化引发的气候与环境问题在国际上已形成共识，各国学者主要从气候与环境问题的科学实事、气候与环境问题带来的影响、如何与之适应和减缓三方面进行研究。以人口增加、土地扩张和地表性状改变为特征的城市化对局地气候产生了深远影响(Kalnayetal.,2003)。

　　城市发展论文： 多维邻近下浙江城市创新网络演化及其机制研究

　　愈发粗糙的城市下垫面和高度集中的人为排放形成了特殊的城市气候(城市热岛、城市雨岛、城市混浊岛等)，导致城市风速减小、静风天数增加和热岛加剧，并影响城市空气流通和污染物扩散，造成城市安全运行隐患、影响人体健康(Sunetal.,2016;Yanetal.,2016;Gilesetal.,2016;Zhouetal.,2019;Wuetal.,2020)，城市气候越来越受到关注。面对上述问题，研究人员和政策制定者从城市的规划、建设和运维各个环节出发，考虑减缓城市化带来的气候问题。

　　如Mabon等(2019)研究了城市中增加绿地空间及建筑绿化对局地气候的改善。Straka等(2019)估算了柏林街区实施白色涂层、绿色屋顶以及两者的结合设计下局地降温效果的差异。Jiang等(2017)和Qiao等(2020)总结了应对城市化带来的降雨强度增加，中国开展海绵城市建设来增加地面下渗、减小水汽蒸发和地表径流的情况等。对城市规划而言，在蓝绿空间布局、建设用地优化等各种提升城市气候的规划策略中，城市通风廊道规划是有效的一种方式。早在1930年，德国科学家就指出城市规划和建设会影响甚至改变当地气候与空气质量。

　　作为城市发展蓝图的规划，应在城市布局中安排合理通风廊道。利用江河、湖泊及山谷等自然通风道，人工建立的绿地、水体，以及城市主干道等，促使城市外围的洁净湿冷气流进入城市，引导城市空气流动。通风廊道虽不能解决城市气候全部问题，但他是在“城市化带来气候问题-影响生态系统功能发挥-形成低环境绩效表现”链条上，一种在源头上平和高硬度城市化的特定功能的包含多种土地使用方式的空间形态，是从城市总体层面解决问题的最重要的手段之一(Kress,1979;汪琴,2016;袁磊等,2017)。

　　总起来看，我国的通风廊道规划则是基于古代营城思想和西方工业化城市规划理念，又兼顾具体国情的融合发展。特别是近20年来，在通风廊道划定的技术方法、政策法规、应用范围等方面取得了长足进展，在一个阶段内发挥了重要作用。同时，在新一轮的国土空间规划中，通风廊道划定工作仍需完善。针对我国当前城市，特别是大城市面临的气候环境问题，要深化过去的研究和规划能够操控的政策，并同新兴技术工具结合起来，才能发挥其应有的作用。因此，本文在我国快速城镇化且未来仍将继续的背景下，梳理对调节局地气候发挥积极作用的通风廊道规划与实践进展，希冀能为科学、合理地开展廊道划定工作提供参考，进一步探索改善城市气候的规划途径。

　　1四个主要阶段

　　国外在古罗马时期就有对城市通风问题的思考，进入现代后经过确定气候分析原则的起始阶段(Leser,1973;Kress,1979)、提出城市环境气候图概念的发展阶段(Kress,1979)、规划中气候要素整合的成熟阶段(VDI,1997;Baumulleretal.,1999)，于20世纪90年代基本形成了以德国为代表的城市通风廊道理论及相关技术编制制度(Baumulleretal.,2009)。相比较而言，我国通风廊道研究与实践古代起步早，后经中期恢复、后期逐步发展，主要分为以下四个阶段：

　　1.1风水与营城(古代)

　　气候知识在村落、城池规划和建筑设计中的应用可以追溯到3000多年前的先周(曾忠忠，2011)。枕山、环水、向阳的朴素唯物自然观被充分运用于建筑、城池的选址中，形成了营城时对自然条件考量的风水学(季文媚，2008)。风水理论中的觅龙、察砂、点穴、观水、取向即地理五诀(王其亨，1992)，体现了当时科技条件下，人们筑舍营城对自然环境的最大适应。宏观上，对整体山川、方位、气候等把握;中观尺度上，对选址周围的山、水、气流等进行辨识;微观上，选择背风向、靠水源的位置等。从气候学角度解析，北向背山能使得寒冷的冬季风(西北风)被山体阻挡，南向面水能让夏季风(东南和西南季风)通过屋前的水体带来凉爽湿润的空气，以此调节形成良好的微气候。

　　1.2恢复阶段(新中国成立—90年代末)

　　新中国成立后，百废待兴。十一届三中全会后，以经济建设为指挥棒，在很长一段时间内主导了城市规划和建设，快速建设的过程中忽略了自然环境的承载能力。此阶段通风廊道研究主要在气象学领域(朱瑞兆，1981)。如周淑贞(1987)提出“将新鲜空气引入城市”，城市规划中要考虑“海陆风”和“湖陆风”，临湖或近海地区的通风口两侧不宜布置高大密集的建筑物，且街道宽度和走向的设计要利于通风。柳孝图等(1997)研究城市热环境及改善，张景哲(1982)、苏志(1987)等从风的污染方面讨论和城市规划的关系。而1989年出台的《中华人民共和国环境保护法》虽没有明确提出通风，但将“大气”作为影响人类生存和社会发展的重要因素，为此工作的进一步开展提供了法律依据。

　　1.3发展阶段(2000—2011年)

　　2000年后我国城市发展步入快车道，城市大气环境问题日益严峻，城市规划的本质转变为统筹资源、环境和人口，以及建设、发展和保护环境的公共政策属性上来，即规划中必须统筹兼顾，协调人居环境与城市综合布局。越来越多的规划、气象、环境领域的研究人员开展了针对城市风环境改善的研究，促使更多的研究应用到城市规划和管理中(汪光焘，2004)。

　　2003年，《香港环境卫生改善措施》提出将城市空气流通作为城市规划的考虑因素之一。2005年，《香港首个可持续发展战略》关注城市内部空气不流通的问题，展开《空气流通评估可行性研究》，并根据评估结果提出建设性的改善措施。王晓云等(2005)利用多尺度数值模式针对规划方案进行评估，分析不同规划方案由于用地类型带来的风环境差异。李鹍等(2006)分析了多种形式的风道对城市通风和排热能力的影响。朱亚斓等(2008)基于城市外部空间形态、边缘空间结构及总体规模分析，提出构建城市通风道及其在改善城市环境中的作用。

　　王新军等(2008)从缓解上海城市热岛角度出发，全面论述构建城市风道的必要性。值得关注的是，此时期一些城市已在总体规划、新区规划中纳入了通风廊道。如长沙市于2010年出台了《长沙市城市通风规划技术指南》，分别从“城市通风总体规划”、“商业区通风规划”、“居化区通风规划”及“工业区通风规划”四个层面提出规划设计的技术措施;2014年上海在浦东规划建设了一条东南——西北向250m宽的世纪大道，留出“风道走廊”。

　　武汉2012年启动《武汉市城市风道规划管理研究》，在城市内外广泛布绿，其中六条“风道”由最窄2~3km、最宽十几千米的六条生态绿色走廊构成。此阶段，来自不同专业领域(规划、气象、环境、地理等)、不同部门(政府、研究机构、公司和设计单位等)的团队成员逐步融合，在城市空间布局的合理性及与建筑关系层面探索风道的划定。鉴于观测资料时空分辨率、仿真模拟、卫星遥感反演及软件工具等技术水平所限，此时期多以理论分析、定性为主来确定城市通风廊道的总体布局。

　　1.4生态优先的新阶段(2012年至今)

　　随着我国城镇化率超过50%、经济从高速增长转向高质量发展，人民对美好生活的追求和宜居生活品质的要求日益提高。空间规划从服务社会经济增长与城市空间拓展转变为优先强化底线管控思维，在系统保护“山水林田湖草”生态系统基础上，划定生态保护红线、基本农田控制线和城镇开发边界为先。

　　以尊重自然、顺应自然和保护自然为前提，通过建立国土空间全域覆盖、刚性传导、分级分类的管控体系来切实引导城镇和各类园区的理性发展建设。此阶段通风廊道研究与应用突飞猛进，其作为尊重气候本底的重要体现，被应用到诸多城市的规划设计中去。如，针对建筑高密的大城市通风，除了城市尺度通风廊道外，林欣(2014)研究了深圳市多级通风廊道的划分;对西部快速发展的盆地城市，赵红斌等(204)以西安市为例，提出了营建盆地城市通风廊道的规划与设计思路。

　　除了研究外，杜吴鹏等(2016)提出了基于气象和GIS技术的北京中心城区通风廊道构建，并应用到北京总体规划(2016—2035)中;龙闹等(2018)构建了广州城市通风廊道，并将其纳入城市生态廊道。随着研究与应用的深入，在城市尺度通风廊道的基础上，基于GIS和CFD进一步将其延展至全市街道尺度(尹杰等，2019)。此外，通风廊道实施后的通风效果评估也初步展开(杜吴鹏等，2016)。

　　目前我国2/3的省级行政单元均已开展过相关工作，如果考虑到这些项目展开时，并非依据国家级行政主管机构的强制性指令，足可见在城市规划过程中对气候的保护和对通风廊道策略的认同在我国已相当深入人心。在这个过程中，通风廊道划定的定量化分析和综合评估技术被应用起来，增强了规划的实操性。而且，不同专业、行业之间的理解、协同越来越紧密。随着相关标准和政策的出台，通风廊道评估研究与应用从一项选择题变为必答题。

　　2技术进展

　　通风廊道规划的基础是风况评估。由于之前受观测技术所限，在一定时期内风况评估仅考虑风玫瑰图确定的城市盛行风向。如今城市高楼林立、下垫面性状复杂，建筑物和各类用地的粗糙度及热力属性迥异，造成城市近地层风况局地性差异十分明显(如北京四环内冬季为西北风的大背景下，有些片区局地为西南和东北风)(邢佩等，2019)。因此，规划中依靠代表观测站的风玫瑰图来判定风道不够，甚至产生相悖的结论。

　　随着气象学科本身的发展，对风况的掌握从基于有限气象观测站点、观测时段到时空高分辨率加密观测数据的插值统计(如北京市1997年前20个国家气象观测站一天4次观测记录到2019年的544个观测站一天24次观测记录)，再到中尺度、小尺度三维数值模式仿真模拟的应用，使得捕捉受地理位置、地形地貌、建筑物等影响的局地复杂多变的风场成为可能(房小怡等，2018)。规划领域也从地理手绘到CAD辅助，再到融入GIS的综合计算分析(任超等，2016;王伟武等，2019)。除了风况外，掌握城市热环境精细空间分布，将有助于规划人员了解城市热不舒适的空间分布，遥感反演技术被广泛用于城市地表热环境的解译中(Liuetal.,2018)。

　　通风廊道规划和构建还需考虑城区内部土地利用情况，尽可能选择通风潜力大、规划易于实施的区域。以上不同学科、多种技术的融合发展，促成通风廊道规划形成了一套基于地形地貌、土地利用、气象观测、城市建筑等数据驱动计算机仿真模拟、GIS处理等，并将各个阶段结果分析汇总，最后可视化展示城市风的来源、路劲和影响的综合技术方法(张萌等，2018;刘姝宇等，2019)。在划定过程中，也经历了从依赖现有山川、河湖、林田为格局的粗线条廊道划定，到考虑不同尺度多级通风廊道系统构建的过程(李军等，2014;梁颢严等，2014;曹靖等，2016;郭飞等，2020)。

　　宏观层面上，评估诸如城市主导风、海陆风、山谷风等尺度的环流，根据城市山水特征、绿地系统及城市建设情况，通过城市用地布局、空间结构形态等因素的控制实现城市层面风道，主要沿大型带状绿地、主干路、铁路、高速路等道路及两侧空地等通风潜力较大的狭长地区构建。以便连通绿源与城市中心，打通重点弱通风区，打散城市热岛连片集中发展。

　　在微观层面，评估城市内部公共绿地、生产型绿地、防护林带等形成的城市“绿地型”风道、水库/水体/公园等形成的“水域型”风道、街道与建筑/建筑与建筑等高度差的风压型风道，通过开敞空间、建筑高度、建筑密度、路网等因素的规划及管控实现。以便弥补宏观层次风道无法到达的“断头”廊道区域，辅助和延展通风效能，连接局地绿源和风环境较差区域。实际上对已成型的城市建成区，很难为构建通风廊道而将建筑物摧毁，重新构建完整通风廊道机会很小。

　　Liu等(2016)提出了一个通风潜力概念，它表征了较为连续的地表粗糙度较小且天空开阔度较高的区域，用于衡量城市建成区内构建通风廊道的可能性。尽管从小尺度公共空间的更新规模看，难以对城市所在区域的整体气候产生结构性影响，但仍可在人本尺度上通过完善开放空间的设计、布局与形式，从而改善局部微气候，提高空间舒适性(张蔚文等，2009)。“十四五”时期，城市更新中对建成区利用已有和具备潜力的公共空间进行小规模改造，通过优化布局形式发挥更大的作用，并有计划地进行系统连缀，配以实证研究，是另一个可能的发展，其结果亦可为通风廊道效应评估与小尺度规划设计的相关性理论奠定基础。

　　3通风廊道的机理和功能机理

　　城市环境中自然通风主要是由风压差及热压差形成的局地环流系统，因而作为城市通风廊道，其首要功能是为城市外的气流进入建成区内部提供通道。德国学者提出将城市通风系统分为作用空间、补偿空间与空气引导通道(Kress,1979;刘姝宇等,2010)。其中，作用空间指需要改善风环境或降低污染的地区，该区域建筑、人流、车流密集，人为热排放重且空气流通受阻;补偿空间指产生新鲜空气或局地风系统的来源地，该区域通常与作用空间毗邻，主要有山水林田湖草等冷空气生成区;空气引导通道指将空气由补偿空间引导至作用空间的连接通道，即通风廊道，因其内部建筑物稀疏且低矮，所以粗糙度小、通透性好，气流容易通行。其次，由于通风廊道上通常植被和透水下垫面所占的比例较高，跟周围的建成区具备明显不同的热力学属性，从而因热压差激发出次级环流。

　　Li等(2012)指出，这种热压差可激发出风速接近1m·s-1左右的次级环流，该环流有助于局地空气流通和交换。基于此机理，通风廊道规划和构建一方面要考虑城市尺度上的盛行风通道，控制城市平面和纵向空间形态，使城市表面粗糙度保持较优匹配，减少风的损耗，同时保护城市开敞空间，进而促进空气引入城内;另一方面同时兼顾街区尺度上的局地环流通道，优化建筑形态表征、布局及城市公共空间等，加快微循环(图2)。

　　3.2功能

　　通风廊道能促进外围空气入城及加快城内空气流动，其作用已被国内外众多研究证实，在缓解城市热岛效应、减轻空气污染、降低建筑物能耗、提高城市居民宜居性等方面都有着积极的作用(陈宏等，2014;袁钟，2017;Renetal.,2018;陈旭斌，2019)。张磊(2007)在观测实验中发现，局地风道是仅次于遮挡阳光的改善城市热岛、降低温度的最有效途径。

　　汪小琦等(2020)指出，城市风道能提高静风频率城市弱风状态下的平均风速，改善城市空气质量。德国和日本相关研究表明(VDI，1997;Nakamuka,2008)，城市内部良好的通风环境，是一种能有效控制易通过空气传染且传染性强的流行病的重要方法。此外，城市通风廊道可为市民提供更多休憩场所，降低城市开发强度，带动公园、绿道等生态基础设施建设，同时结合生态红线划定，为城市未来发展预留空间。

　　值得一提的是，以往在规划设计中通过对城市功能的布局和空间秩序的组织，来创造更多有特色的公共空间(组成这些公共空间的要素类型可以是城市内部小微空间、街道、广场、公园绿地、水系绿带、甚至城市边缘的大尺度开放空间)，且长期以来着力塑造的这些空间要素关注的是空间的宜人尺度和艺术感，但不同土地利用方式和城市设计空间形态其实都具有气候效应(Johansson,2006;Sunetal.,2020)。通过多级通风廊道，将城市公共空间“贯通”起来，可以更大程度发挥其促进空气流通的功能。

　　4规划与管理进展

　　4.1应用与策略

　　2014年前，通风廊道的研究与实践主要在经济相对发达、人口稠密的城市开展。近年来，横贯全国东西南北约有近百城市或地区开展了此项工作。总结以上国内研究及实践发现：初步形成了通风廊道的构建原则：1)通风廊道构建不是城市建设的大拆大建，而是基于现有城市建设空间格局，面向未来城市建设的生态修复和不断完善;2)遵循本地气候背景与自然地理风貌，融入历史人文与自然景观，通风廊道引导软轻风下的山地、水体、林地等补偿空间的清洁空气进入城区;3)构建分级通风廊道体系，不同级廊道承载不同功能。

　　主通风廊道由外围达到城区边缘后，延展为多条次级廊道来渗透城区;廊道重点贯穿城区风速较小、热岛较强和气温较高地区;4)针对已满足宽度要求的廊道，未来仍需在廊道周边尽量增加地块内绿地，保证绿化覆盖率30%以上为佳(张萌等，2018);针对主通风廊道现状宽度低于80m或存在“卡口”地段，应在城市更新、修复时进行管控，将建筑用地改为绿地公园或者公共广场等开敞空间(房小怡等，2018);5)通风廊道虽然量化标准难以完全统一，但管控要素可主要考虑风道走向、进风口、风道宽度、风道内布局及相邻界面等。与此同时，通风廊道的管控策略也不断扩充和完善：1)风道走向。由于城市风况的局地复杂性，各级廊道走向应同局地轻软风、主导风向夹角30°~60°为宜(梁颢严等，2014)。

　　2)进风口控制。以尊重现状为基础，在不破坏自然水体、山地、林木的前提下，结合地形地貌、主要道路、绿地走廊等，通过数值模拟评估来均衡布局进风口，增加建设区和开敞空间相交程度。3)风道的宽度和长度。不同层级的风道控制条件不同，城市主通风廊道宽度超过150m、风道长度2000m以上为宜，而次通风廊道宽度超过80m、长度超过500m为宜(陈宏等，2014)。

　　4)风道内布置。廊道内部用地类型原则上应为绿地、水体或开敞空间，绿化覆盖率在30%以上，若已建设或拟新建，应严格控制建设规模，禁止高密度建设开发，建筑物垂直于廊道方向的宽度应小于廊道宽度的10%，建筑面宽与场地面宽的比值控制在60%以内，建筑高度与建筑间距比值不超过3:1(尹杰等，2019)。

　　5)风道的相邻界面。主通风廊道两侧建筑高宽比不大于0.5，开放度不小于40%;次通风廊道两侧建筑高宽比则控制在1.0之内，开放度不小于30%(陈旭斌等，2019)。建筑排列宜采用沿来风方向递增、对角递增或高低错落的布局方式，不宜形成封闭的围合空间，宜采用错列式、斜列式、自由式等排列方式。

　　5总结与展望

　　5.1总结

　　回顾我国城市通风廊道研究与实践发展过程，从表象上来，相关的技术体系和政策法规经历了从单一到丰富、从零散到系统、从个例到普遍的历程，但究其内涵，则体现了快速城镇化进程背景下的中国对城市发展模式的反思和对发展质量的追求，是我国在高速度发展向高质量发展转变过程中积极探索中国模式的一个缩影。首先，是思维观念转变——城市发展有约束。从扩张式经济发展到绿色生态优先，城市建设从生产向生产、生活、生态三位一体的综合导向转变。城市发展规划以尊重自然、顺应自然、保护自然为前提，以水定容，以气定型。从气候角度树立“界”的理念，摸清“界”的底线，通风廊道是保障城市空气流通的“呼吸”系统，是构建安全生态格局不可分割的一部分。

　　其次，它改变了城市发展形态——由于土地经济机制影响，在我国城镇快速化发展过程中一度出现了建成区面积快速扩张、人口和功能高度集聚的“摊大饼”式城市形态。通风廊道留白增绿的制约，将使得城市形态逐渐发生改变，多中心、组团式等更为丰富的城市形态日益普遍。最后，是政府绩效评价转变——国土空间规划依据现状空间开发绩效、资源与环境承载力预警等评估来确定未来各地区空间开发总量、增长边界等，形成国-省-市-县规划“一张图”，促使城市形态、布局、土地用途、发展强度乃至建筑分布、街道走向等集功能、审美和环境效应一体。

　　政府绩效考核不再以GDP为主，而是强调“开发与保护并重”，制定永久基本农田和生态保护红线，并将其保护成效纳入绩效考核。综上所述，城市通风廊道规划实质上是中国治理体系现代化沧海中的一粟，并且在一定程度上推动改变了中国城市的发展模式，为保护城市气候、生态和人居环境起到了推动作用。

　　5.2展望

　　我国通风廊道研究与实践的广泛开展主要集中在近十年，边研究边应用过程中也发现一些实际问题，主要包含以下两方面：一是工作途径层面：(1)需要及早介入。在规划编制伊始就和其他专题一样得到考虑，从而提高通风廊道评估工作的针对性，便于工作阶段成果被其他专题吸收，更大发挥作用。避免为了审查临时进行评估或者事后补评估。(2)跨领域全过程融合。在整个规划编制过程中，通风廊道专题依赖于对城市气候的科学认识，需要和规划、园林、交通等其他专业的规划前、规划中和规划后的交流合作，实现从“天上”到“地下”的落地。避免规划编制时间紧，专题相对独立，仅拿结果对接的状况。

　　(3)在城市设计、控制性详细规划层面，尚未出台和城市尺度通风廊道相衔接的具体管控要求和硬性指标的规章制度，使得目前通风廊道多划定在城市尺度上，难以形成自上而下一体的“通风系统”，影响通风效果。(4)缺乏对通风廊道效果的跟踪绩效评估机制，未有进一步完善和改进通风廊道的可靠依据。(5)规划要解决的是对土地使用和空间演变的管理，通风廊道划定的考虑，有现实的问题，在空间管理上如何做未来有很多需进一步因地制宜的工作。

　　二是技术层面：

　　(1)鉴于城市风环境的复杂性，需有对规划地气候背景具有气象专业认知的团队参与，且详实的多年、高时空分辨率气象观测资料的细致分析是保证风道走向、风口位置等科学设置的基础;(2)提升数值模拟结果空间尺度分辨率和计算时效，将城市尺度1km左右分辨率的风场三维信息降尺度计算，在有限的时间成本下，快速获得覆盖城市-局地区域-街区的无缝隙近地面风场三维信息(空间水平分辨率可达数十米)，制作“市-区(县)-街道”通风一张图;(3)发展完善通风廊道效果评估技术，如典型天气不同风速段下的廊道通风效果对比观测实验、快速更新的中尺度气象模式与可分辨至街道、建筑物的精细尺度模式耦合的定量评估等;(4)明确分级通风廊道的要素和配置关系，以及在不同尺度上规划可以做到的相关内容;(5)拓展研究城市设计要素和空间形态的选择所产生的城市气候效应的科学规律，提升城市设计的理论和方法;(6)建立分级的通风廊道评价指标和评价体系，便于国土空间规划中的实际操作，则是将技术成果由研究向应用的重要转变途径。

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　　作者：房小怡1李磊2刘宛3*任超4王佳文5程宸1于瀛1张硕1杜吴鹏6刘勇洪1

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