臨港工業(yè)園汽車零部件物流調(diào)配車間廠房設(shè)計

呂紅衛(wèi)，王奕鈞，張志強，尹鍵，張靜

（山東貝格建筑設(shè)計有限公司，山東煙臺264000）

臨港工業(yè)園汽車零部件物流調(diào)配車間廠房設(shè)計

呂紅衛(wèi)，王奕鈞，張志強，尹鍵，張靜

（山東貝格建筑設(shè)計有限公司，山東煙臺264000）

汽車零部件物流調(diào)配車間KD廠房相對于一般的工業(yè)廠房有其獨特的生產(chǎn)流程，解決其設(shè)計中的諸多技術(shù)問題是進行KD廠房設(shè)計的基礎(chǔ)和前提。文章以煙臺市福山區(qū)臨港工業(yè)園KD廠房設(shè)計為例，闡述了其布局和結(jié)構(gòu)設(shè)計，解決了溫度對廠房的伸縮變形影響和車間東側(cè)的大面積積水問題，做到了結(jié)構(gòu)安全、使用合理、造價經(jīng)濟；設(shè)置光伏太陽能，其發(fā)電作為清潔能源對低碳環(huán)保、可持續(xù)發(fā)展做著極大的貢獻；闡明了屋面構(gòu)造設(shè)計，較好的解決了諸如安全、美觀、保溫、采光等問題，同時又為屋面防水奠定了堅實的基礎(chǔ)；從虹吸式雨水斗、懸吊管、排出管及溢流口等方面分析了屋面排水設(shè)計，將虹吸式屋面雨水排水系統(tǒng)應(yīng)用于大型屋面、造型復(fù)雜的屋面比重力流雨水排水系統(tǒng)具有更多優(yōu)越性；總結(jié)了屋面細部設(shè)計，使廠房設(shè)計真正做到安全、經(jīng)濟、適用、綠色、可持續(xù)。

臨港工業(yè)園；KD廠房；技術(shù)設(shè)計

0 引言

臨港工業(yè)園汽車零部件物流調(diào)配車間KD（Knock Down）廠房是為適應(yīng)我國汽車產(chǎn)業(yè)國際化發(fā)展策略及汽車零部件進出口的需求［1］而建設(shè)的。其設(shè)計相對于一般的工業(yè)廠房有其獨特的生產(chǎn)流程，也有工業(yè)廠房設(shè)計的共性技術(shù)問題。KD廠房的布局、總平面圖設(shè)計［2］是首要解決的問題，其中，廠房平面布局與結(jié)構(gòu)優(yōu)化息息相關(guān)，包括跨度和柱網(wǎng)的選擇，是否抽柱、單跨還是多跨、次要構(gòu)件的選擇等，選擇的合理與否直接影響其生產(chǎn)工藝流程的實現(xiàn)并決定了用鋼量［3－5］；總平面設(shè)計除了影響生產(chǎn)工藝流程的實現(xiàn)、保證安全生產(chǎn)外，還影響產(chǎn)品物流周轉(zhuǎn)的便捷程度，更重要的是影響廠房建設(shè)的土方量平衡［6］，最終還是建設(shè)投資的問題。還有廠房的屋面防水［7］是所有廠房設(shè)計的共性問題，屋面排水不暢，導(dǎo)致節(jié)點部位漏水、滲水的質(zhì)量通病一直困擾著設(shè)計師和建設(shè)方。文章以煙臺市福山區(qū)臨港工業(yè)園KD廠房設(shè)計為例，對KD廠房設(shè)計中的技術(shù)問題進行研究，從廠房的布局、結(jié)構(gòu)、光伏太陽能、屋面構(gòu)造、屋面排水及屋面細部等方面進行總體規(guī)劃設(shè)計，擬為解決KD廠房設(shè)計中的諸多技術(shù)問題提供一定的參考。

1 工程概況

KD廠房位于煙臺市福山區(qū)臨港工業(yè)園，西鄰中古路，南鄰規(guī)劃路。其功能為汽車零部件分揀調(diào)配物流周轉(zhuǎn)車間。車間在廠區(qū)內(nèi)占據(jù)大部主要區(qū)域，貫穿場地南北位于場地東部，西側(cè)為備用車間，生產(chǎn)物流包裝箱，西南角設(shè)置消防水池及泵房，廠區(qū)兩個大門分別位于南部中偏西和南部東邊，車間及廠區(qū)均設(shè)環(huán)形消防通道，工業(yè)園總平面圖如圖1所示。車間主體為連續(xù)6跨、單跨跨度為28 m，柱網(wǎng)尺寸外部為7.5 m、內(nèi)部為15 m，總長為332.60 m，柱頂高度為9 m的單層門式剛架結(jié)構(gòu)廠房，車間西側(cè)設(shè)有一跨15 m跨度，柱頂高度為6 m的側(cè)卸式接受平臺，適宜各類飛翼車，東側(cè)設(shè)有機械化裝卸口；車間南端設(shè)有二層框架結(jié)構(gòu)的車間辦公用房，總建筑面積約58386.57 m2，其中廠房建筑面積為56690.57 m2，辦公用房建筑面積為1696 m2，KD廠房透視圖如圖2所示。

圖1 臨港工業(yè)園總平面圖／m

圖2 KD廠房透視圖

2 KD廠房設(shè)計

2.1 布局設(shè)計

KD廠房的生產(chǎn)流程是將各地汽車配件廠生產(chǎn)的單一零部件集中運到KD廠房，在廠房內(nèi)對多種零部件進行分揀調(diào)配，打包包裝，再運往需要的汽車總裝廠。KD廠房生產(chǎn)流程特點有：（1）需要較大的分揀調(diào)配面積；（2）汽車零部件的進出物流，且物流進入的裝運車為飛翼車，物流外出的裝運車為集裝箱車。針對生產(chǎn)流程特點設(shè)計的KD廠房占地尺寸為332.6 m×182.7 m，廠房長度和寬度均大于CECS102：2002《門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》中“縱向溫度區(qū)段不大于300 m，橫向溫度區(qū)段不大于150 m”的規(guī)定［8］，但縱向超長數(shù)值不大于10%，如果采取措施可不設(shè)溫度伸縮縫，建設(shè)方考慮到資金及使用情況分兩期施工，所以在一、二期分界處設(shè)置縱向溫度伸縮縫；橫向超長數(shù)值大于20%，同時考慮到當(dāng)?shù)囟臏夭畋容^大，光照也比較充足，為此橫向在廠房中間設(shè)置了溫度伸縮縫，很好地解決了溫度對廠房伸縮變形影響。KD廠房物流進出設(shè)計是建筑布局設(shè)計的關(guān)鍵，根據(jù)現(xiàn)有標(biāo)高將側(cè)卸式接受平臺設(shè)置在西側(cè)，車間大部分區(qū)域的室內(nèi)外高差為200 mm，滿足飛翼車卸貨的需要；東側(cè)利用場地標(biāo)高設(shè)置了12個下沉式機械化裝卸口，室內(nèi)外高差為1400 mm，此裝卸口與東側(cè)道路平滑相接，有效地解決了車間東側(cè)的大面積積水問題。廠區(qū)一期工程的填方為3600 m3，挖方為5200 m3，基本做到填挖平衡。

2.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計

KD廠房建設(shè)方依據(jù)生產(chǎn)流程提出了跨度為28 m，柱網(wǎng)不小于15m的使用要求。根據(jù)建設(shè)方要求，考慮工程造價的經(jīng)濟性，設(shè)計時僅在車間外墻取7.5 m的柱網(wǎng)尺寸，剛架按7.5 m柱距布置［9］，內(nèi)部及卸貨走廊處取15 m的柱網(wǎng)尺寸，即每隔一個柱網(wǎng)抽取一根柱子，抽柱處布置托梁，用托梁支撐剛架，有效地減少檁條的高度；設(shè)計采用中間跨為Z160× 70×20×2.0，端跨為Z160×70×20×2.5的連續(xù)檁條，間距為1.5 m，抗風(fēng)柱間距為7.0 m，最終設(shè)計廠房鋼結(jié)構(gòu)部分用鋼量為35 kg／m2，加上墻板、屋面板用鋼量為35.7 kg／m2。若不設(shè)置托梁，采用實腹式鋼梁，檁條經(jīng)計算為Z300×100×20×3.0，這種檁條在市場上較難采購，若采用桁架檁條，廠房用鋼量為38.2 kg／m2，比實際采用的優(yōu)化設(shè)計用鋼量要多3.2 kg／m2，而廠房設(shè)計面積為56690.57 m2，僅鋼材就要浪費181.41 t，當(dāng)時每噸鋼材材料費加施工費約為7000元，僅剛架為建設(shè)方節(jié)約資金127萬元。實際上因為檁條的增高，還會帶來外墻板加高的費用。多年實踐經(jīng)驗證明：廠房的功能分區(qū)、結(jié)構(gòu)布置［10］，場地條件、平面功能、高度空間、造價經(jīng)濟等幾方面的因素，都是非常重要的，并且還要使這幾方面都匯集到一個較好的平衡點上。最終設(shè)計的 KD廠房造價有：全部鋼結(jié)構(gòu)造價為550元／m2，加上其它土建及安裝工程為800元／m2。比常規(guī)設(shè)計節(jié)約造價28%，做到了結(jié)構(gòu)安全、使用合理、造價經(jīng)濟，建設(shè)方非常滿意。

2.3 光伏太陽能設(shè)計

在當(dāng)前能源危機、環(huán)境污染嚴(yán)重的情況下，在大面積的KD廠房屋面可安裝光伏太陽能發(fā)電設(shè)備［11］。按廠房屋面實際面積6萬m2計算，裝機容量為8 MW，年發(fā)電量為800萬度，多晶硅光伏太陽能發(fā)電的投資單價為7～7.5元，總投資額為5600～6000萬元。每年的發(fā)電除了自用（工業(yè)用電平均電價為0.7元／度），可以并網(wǎng)。同時每發(fā)1度電國家還補貼0.42元，每年可為企業(yè)節(jié)約資金896萬元?？紤]設(shè)置太陽能會給屋面增加12～18 kg／m2的屋面荷載，并使用鋼量增加1.5～2.2 kg／m2，造價增加9～13.2元／m2，工程造價增加54～79.2萬元。經(jīng)計算投資回收期為6.59～7.20年。屋面設(shè)置光伏太陽能工程造價只增加9～13.2元／m2，但光伏組件與屋頂緊密結(jié)合在一起，大大提高建筑物的防水壽命，對屋頂起到保溫節(jié)能的作用；可以有效地降低室外的噪音量，降低約30 dB。同時，光伏組件自身在運行、產(chǎn)生電能的過程中不產(chǎn)生任何噪音，是一種安靜的能量發(fā)生器，且光伏太陽能發(fā)電作為清潔能源對低碳環(huán)保、可持續(xù)發(fā)展做著極大的貢獻。

2.4 屋面構(gòu)造設(shè)計

KD廠房設(shè)計的一個焦點問題是屋面及排水。從室內(nèi)美觀、保溫效果、空間利用、可靠防水、室內(nèi)采光、施工安全幾個方面考慮，最終選用屋面：采用檁條暗藏型雙層壓型鋼板復(fù)合保溫屋面［12］，其構(gòu)造如圖3所示，自下而上分別為0.4 mm厚鍍鋁鋅壓型彩鋼板YX 15—225—900型、鍍鋅冷彎Z型鋼檁條、隔熱墊片、0.2 mm厚白色阻燃型聚丙烯塑料貼面、75 mm厚的密度為16 kg／m3的紅色玻璃絲卷氈、0.49 mm厚的紡粘聚丙烯和聚乙烯膜、0.6mm厚的鍍鋁鋅壓型彩鋼板U－475型（360°直立鎖邊）。精心設(shè)計了屋脊、天溝、檐口等細部節(jié)點，采用直立鎖邊咬合屋面系統(tǒng)——卷邊板、咬合暗扣式連接、屋面系統(tǒng)通過滑動支座固定屋面板；且對蓋板、堵頭、密封膠、板的搭接方向、搭接縫、彌合封等部位都做到精細化設(shè)計，有效地解決屋面漏水問題。屋面采光帶采用雙層FRP采光板，沿跨度通常布置，間距15 m；屋面通風(fēng)器在三條屋脊處兩側(cè)每隔15 m設(shè)置一對，屋面排水坡道為8%。這樣的屋面構(gòu)造設(shè)計，較好解決了諸如安全、美觀、保溫、采光等問題，同時又為屋面防水奠定了基礎(chǔ)。

圖3 屋面構(gòu)造圖

2.5 屋面排水設(shè)計

因為KD廠房長度、寬度均較大，所以屋面排水是設(shè)計中的關(guān)鍵問題。廠房的跨度方向總尺寸為182.7 m，如果采用雙坡排水，排水長度較長，一個落水管的匯水面積太大，造成屋脊、山墻太高，并且建筑造型笨重。根據(jù)多年的設(shè)計經(jīng)驗，經(jīng)與建設(shè)方協(xié)商，廠房主體在跨度方向設(shè)置了三條屋脊，西側(cè)卸貨走廊因柱頂標(biāo)高低于主體建筑柱頂標(biāo)高，跨度僅為15 m，故采用單坡屋面，與主體廠房形成高低跨屋面。其中高跨即主體廠房的邊跨屋面排水采用外天溝排水，低跨即卸貨走廊在剛架外側(cè)設(shè)置外天溝排水，天溝外側(cè)設(shè)封檐板封擋，美觀整齊。在高低跨連接部位落水管底下加設(shè)寬為1000 mm、厚為0.6 mm的彩鋼板，避免水滴擊穿造成屋面板受損；主體廠房的東側(cè)采用內(nèi)天溝，沿邊柱網(wǎng)每隔15 m設(shè)置一對落水管。廠房邊跨的有組織排水方式為重力流雨水系統(tǒng)［13］，落水管為φ110UPVC塑料管。根據(jù)CECS 183—2015《虹吸式屋面雨水排水系統(tǒng)技術(shù)規(guī)程》［14］，中間兩條內(nèi)天溝采用壓力流即虹吸式雨水系統(tǒng)。

虹吸式屋面雨水排放系統(tǒng)是一種新型的雨水排水系統(tǒng)。在降雨初期，屋面雨水高度未超過雨水斗一定高度時，整個排水系統(tǒng)工作狀況與重力排水系統(tǒng)相同，隨著降雨的持續(xù)，當(dāng)屋面雨水高度超過雨水斗一定高度時，通過虹吸雨水斗的整流（反渦流）、面板隔氣等作用，控制進入雨水斗的雨水流量和調(diào)整流態(tài)減少漩渦，從而極大地減少了雨水進入排水系統(tǒng)時所夾帶的空氣量，使得系統(tǒng)中排水管道呈滿流狀態(tài)，利用建筑物屋面的高度和雨水所具有的勢能，在雨水連續(xù)流經(jīng)過雨水懸吊管轉(zhuǎn)入雨水立管跌落時形成虹吸作用，并在該處管道內(nèi)形成最大負壓，屋面雨水在管道內(nèi)負壓的抽吸作用下以較高的流速被排至室外。

由于該系統(tǒng)排水管可按滿流、有壓狀態(tài)設(shè)計，因此虹吸雨水管道懸吊管可做到更小坡度，甚至無坡度敷設(shè)，大大減小對車間內(nèi)部空間的影響，而且在虹吸作用下，水流速度較高，泄流量遠大于重力系統(tǒng)同管徑排水管的泄流量。即虹吸式屋面雨水排水系統(tǒng)可以實現(xiàn)以更小的管徑排除更大流量的雨水，而且可以沿廠房縱向布置。所以非常適合排除大跨度大面積廠房中間跨的雨水。KD廠房中間跨的屋面排水采用虹吸式屋面排水系統(tǒng)設(shè)計［15］：該廠房分兩期建設(shè)，一期車間南半部分長度為212 m，所以虹吸雨水系統(tǒng)只能向南側(cè)排除，分為3個排水系統(tǒng)。由于鋼結(jié)構(gòu)柱突出至天溝內(nèi)，將天溝分成27段，故每段天溝設(shè)置一個虹吸式雨水斗。虹吸雨水排水系統(tǒng)的虹吸雨水斗立管公稱直徑分別為315、250和315 mm，排出管公稱直徑均為315 mm；一個溢流虹吸排水系統(tǒng)，連接4個溢流雨水斗，立管公稱直徑為250 mm，排出管公稱直徑均為315 mm。二期車間北半部分長度為120 m，雨水向北側(cè)排出，分為兩個排水系統(tǒng)。每個虹吸雨水排水系統(tǒng)均連接8個虹吸式雨水斗，立管公稱直徑為250 mm，排出管公稱直徑均為315 mm；一個溢流虹吸系統(tǒng)，連接4個溢流雨水斗，立管公稱直徑為250 mm，排出管公稱直徑均為315 mm。屋面排水如圖4所示。

（1）虹吸式雨水斗

設(shè)計重現(xiàn)期雨水排水暴雨強度公式［16］由式（1）表示為

式中：q為設(shè)計降雨強度，L／s·100 m2；P為重現(xiàn)期，a；t為降雨歷時，min。

圖4 屋面排水示意圖／m

雨水設(shè)計流量計算公式由式（2）表示為

式中：Qs為雨水設(shè)計流量，L／s；q為設(shè)計降雨強度，（L／s）×（100 m2）；Ψ為流量徑流系數(shù)；F為匯水面積，100 m2。

通過計算的設(shè)計降雨強度和雨水設(shè)計流量，結(jié)合查表，分別在兩條天溝里設(shè)置43個虹吸雨水斗，如圖5所示。雨水斗規(guī)格、安裝尺寸見表1、2。

表1 雨水斗規(guī)格

表2 雨水斗安裝尺寸／mm

圖5 天溝型雨水斗安裝示意圖

（2）懸吊管、排出管

虹吸雨水排放系統(tǒng)的管道固定系統(tǒng)被稱為“消能固定系統(tǒng)”，該系統(tǒng)根據(jù)獨特的工作原理及運行時會產(chǎn)生較大的震動，在設(shè)計時采用固定管卡分段補償，主要由方鋼導(dǎo)軌、懸吊滑動管卡、懸吊固定管卡、方鋼組合件、立管管卡等組成，其安裝如圖6所示，安裝時懸吊滑動管卡的間距Lx－1最大為10dn、固定片的間距Lx－3最大為2.5 m、立管管卡的間距LL－1最大為15dn，dn為管道直徑。懸吊管的安裝剖面如圖7所示，其立管埋地后管徑要放大，使雨水順利排出，如圖8所示。

圖6 虹吸雨水系統(tǒng)懸吊管及立管安裝示意圖

圖7 懸吊管安裝剖面圖

圖8 雨水管埋地出戶管徑放大示意圖

（3）溢流口

采用的虹吸雨水系統(tǒng)設(shè)計重現(xiàn)期按50年考慮，已經(jīng)滿足規(guī)范要求，為防止高于設(shè)計重現(xiàn)期的暴雨導(dǎo)致雨水從搭接縫泛水進入車間內(nèi)，天溝兩側(cè)設(shè)置400 mm×250 mm的溢流口。若廠房中間采用傳統(tǒng)的重力流雨水排水系統(tǒng)，匯水面積很大，則排水管多、管徑大、檢查井多。另外，廠房鋼結(jié)構(gòu)屋面下為與屋面同坡度的鋼梁，若懸吊管沿廠房橫向布置，由于懸吊管與屋面距離較大（屋脊處最大）且懸吊管管徑大，因此影響廠房美觀，而且直接影響廠房的使用，所以鋼結(jié)構(gòu)大跨度多跨廠房的中間跨內(nèi)天溝雨水不宜采用重力流懸吊管架空方式排水。

虹吸式屋面雨水排水系統(tǒng)應(yīng)用于大型屋面、造型復(fù)雜的屋面比重力流雨水排水系統(tǒng)具有更多優(yōu)越性，能夠更好地滿足建筑要求，更快地排除屋面雨水，并能兼顧室內(nèi)空間效果。當(dāng)然，該系統(tǒng)也是有一定弊端的，比如降雨重現(xiàn)期一旦高于設(shè)計重現(xiàn)期，雨水將不能及時排出，因此超過雨水管道設(shè)計重現(xiàn)期雨水量需要從溢流設(shè)施溢出。溢流設(shè)施的設(shè)置對于鋼結(jié)構(gòu)廠房尤其重要。若設(shè)置的溢流設(shè)施太小，超過雨水管道設(shè)計重現(xiàn)期的雨水量會在天溝內(nèi)積聚，使天溝內(nèi)水位迅速上升而淹沒屋面板與天溝的搭接縫，雨水會從搭接縫處進入室內(nèi)。

2.6 屋面細部設(shè)計

在屋面排水設(shè)計中，考慮了當(dāng)?shù)囟镜难┍容^多，在天溝內(nèi)設(shè)計融雪電纜，保證雪水融化時，不滯留在天溝內(nèi)，減少滲漏機會。天溝采用1 mm厚不銹鋼板，角部做成圓角，在雨水斗處增設(shè)電伴熱化雪器，防止凍裂雨水斗和排水管。天溝兩側(cè)的屋面板在波峰處設(shè)置橡膠堵頭，防止雨水、雪水倒灌滲入廠房內(nèi)。還有需要注意的細部是重力式外排水落水管不能直接排在室外地面，應(yīng)當(dāng)設(shè)計排水溝，引導(dǎo)室外落水管的冬季融化雪水直接排入排水溝。同時室外地下排水溝蓋板的設(shè)計既要保證雨水、雪水順暢的流入溝內(nèi)，又要保證承受貨車的行車荷載；溝內(nèi)設(shè)計采用較大的排水坡度，使雨水、雪水盡快排至場地的雨水系統(tǒng)，保證環(huán)境衛(wèi)生。

3 結(jié)語

KD廠房設(shè)計要根據(jù)場地的地形地貌、充分考慮生產(chǎn)物流需求，合理地布置場區(qū)總平面和單體平面，合理設(shè)計豎向標(biāo)高，并將平面與結(jié)構(gòu)布置有機結(jié)合起來，強調(diào)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計才能使生產(chǎn)流程和物流周轉(zhuǎn)順暢便捷，也是節(jié)約建設(shè)投資的前提。精心設(shè)計建筑構(gòu)造及細部節(jié)點，尤其是屋面防水設(shè)計結(jié)合排水方式、屋面構(gòu)造、細部多方面因素，進行反復(fù)推敲、細心設(shè)計，確保防水萬無一失，才能有效地保證建筑安全使用。另外，在北方地區(qū)，要利用陽光充足的優(yōu)勢，在大面積的屋面上設(shè)置太陽能光伏發(fā)電，投資在眼下，利益在其后，低碳環(huán)保、建筑可持續(xù)。使廠房設(shè)計真正做到安全、經(jīng)濟、適用、綠色、可持續(xù)。

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［15］熊曦，歸談純.一種虹吸式屋面雨水排水系統(tǒng)簡易估算方法［J］.給水排水，2014，40（6）：80～84.

［16］中國建筑設(shè)計研究院.建筑給水排水設(shè)計手冊（第2版上冊）［M］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2008.

Design of KD plant in Lingang Industrial Park

Lv Hongwei，Wang Yijun，Zhang Zhiqiang，et al.
（Shandong Beige Architectural Design Institute，Yantai264000，China）

The KD plant used to sort and deploy auto parts has its own unique production process compared with the general industrial plant，and to solvemany technical problems in the design of KD plant is the premise and foundation of KD plant design.By taking the design of KD plant in Lingang Industrial Park，F(xiàn)ushan District，Yantai City for example，the paper elaborates the KD plant layout and structure design，and solves the influence of temperature on the slip deformation of the plant as well as a large area of waterlogging problems on the east side of the plant.The design realized structural safety，reasonable use，and economic cost.Setting the photovoltaic solar power that provides a clear energy makes great contribution to low carbon environmental protection and sustainable development.The paper elaborates the roof construction design，better solving the problems such as safety，beauty，insulation and lighting，and laying a solid foundation for roofing waterproof.It analyzes the roof drainage design from the aspects of siphon rainwater head，hanging pipe，outlet pipe and the overflow mouth.The application of siphon type roof rainwater drainage system to the large roof or themodelling complex roof hasmore advantages than weighting power flow of rainwater drainage system.Italso summarizes the roof detail design.Itmakes the plant design truly safe，economic，applicable，green and sustainable.

Lingang Industrial Park；KD plant；technology design

TU275.2

：A

1673－7644（2017）02－0171－06

2017－02－11

呂紅衛(wèi)（1957－），女，研究員，學(xué)士，主要從事鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計及構(gòu)造等方面的研究.E-mail：hhlhwzj＠126.com