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文檔簡介

1、前言簡介:本文結(jié)合廣州地鐵環(huán)控系統(tǒng)設(shè)計對如何充分發(fā)揮設(shè)備的設(shè)置功能從六個方面進(jìn)行了討論,提出了較為簡明的隧道通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計新方案,可供新建地鐵環(huán)控系統(tǒng)設(shè)計時使用或參考關(guān)鍵字:設(shè)備功能,隧道通風(fēng),系統(tǒng)設(shè)計,備用風(fēng)機(jī),兼用設(shè)計閉式系統(tǒng),對其設(shè)計問題已在個人所寫的廣州地鐵1號線環(huán)控設(shè)計總結(jié)(收入回顧與思考一書第九章一廣州地鐵1、2號線已經(jīng)開通運營,3號線即將開通運營,4、5號線正在進(jìn)行設(shè)計。就設(shè)計進(jìn)度和設(shè)計水平1號線環(huán)控制式采用開/而言,廣州處于國內(nèi)最前列的位置,對廣州地鐵進(jìn)行研究具有更大現(xiàn)實意義。廣州地鐵/閉系統(tǒng)的城市地鐵設(shè)計有一定的參考價環(huán)境控制系統(tǒng))中進(jìn)行了討論,文中的一些見解和意見,對其它采用

2、開值。廣州地鐵2、3、4、5號線環(huán)控制式采用了屏蔽門系統(tǒng),對于屏蔽門系統(tǒng),個人僅參加了一些車站工點的設(shè)計或設(shè)計咨詢工作,對全線系統(tǒng)設(shè)計的資料不夠全面了解,本文就個人所了解的情況和問題發(fā)表一些見解或看法, 難免存在不夠準(zhǔn)確之處,僅供同行們對這些問題進(jìn)行深入研究或討論時參考。一、地鐵隧道通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計方案簡介廣州地鐵隧道通風(fēng)設(shè)備均設(shè)于車站的兩端,2、3號線車站兩端的隧道通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計如圖1所示,本文將其稱為A型設(shè)計方案。4、5號線部分車站采用 A型設(shè)計方案,部分車站則采用圖2所示系統(tǒng),本文將其稱為 B型設(shè)計方案。深圳地鐵1號線等國內(nèi)多條地鐵線路均采用 A型方案,已被各方面普遍接受,B型方案是最近幾年出

3、現(xiàn)的, 雖然一些地鐵線已參照采用,但尚還存在一些爭議。個人認(rèn)為,從 A型到B型是一個巨大的前進(jìn),應(yīng)當(dāng)肯定,從 充分發(fā)揮設(shè)備的設(shè)置功能講對 A型和B型都有進(jìn)一步研究改進(jìn)的空間。0一址嚴(yán)1 MJ*ri .eth剛I F 吁.豎 LW 亠-IL*J1 1 J12Lrh骨1,+更連計方拿票集團(tuán)卩亍懾建員亭M韻狂4A型方案主要設(shè)計特征是每個車站有4個隧道通風(fēng)亭、4個活塞通風(fēng)道、4臺TVF風(fēng)機(jī)及2臺TEF風(fēng)機(jī)。每臺TVF風(fēng)機(jī)的設(shè)備選型技術(shù)參數(shù)是:風(fēng)量QX=60m3/s、風(fēng)壓HX=1000Pa 電機(jī)功率 NX=90KW風(fēng)機(jī)直徑 ©=2. 0m 可正反轉(zhuǎn)且正反轉(zhuǎn)風(fēng)量相等;每臺TEF風(fēng)機(jī)的選型參數(shù)是:

4、QX=40m3/s、HX=600Pa NX=45KW© =1.6m、只正轉(zhuǎn)排風(fēng);MFI亠畫割于麥計方畜系遼辰;纖匱1鳳寧一2臺TY4紿呼甘氏和B型方案主要設(shè)計特征是每個車站有 2個隧道通風(fēng)亭、2個活塞通風(fēng)道、2臺TVF風(fēng)機(jī)及2臺TV/EF風(fēng)機(jī)及2 臺變頻器。TV/EF風(fēng)機(jī)即為TVF風(fēng)機(jī)兼作TEF風(fēng)機(jī)使用,平時通過變頻器按照 TEF風(fēng)量運轉(zhuǎn),事故時則按 TVF風(fēng) 量運轉(zhuǎn),因此TV/EF選型參數(shù)同TVFo顯然A型方案比B型工程設(shè)備數(shù)量多,設(shè)計規(guī)模大,工程投資高。二、設(shè)備功能充分發(fā)揮問題的討論地鐵工程投資巨大,運營費用高昂,這是許多城市修建地鐵的最大障礙,環(huán)控設(shè)備在地鐵設(shè)計中占用建筑面 積

5、最大,環(huán)控設(shè)備在地鐵運營中耗電最多,因此對“占地大戶”和“用電大戶”的環(huán)控專業(yè)進(jìn)行優(yōu)化研究,對降 低地鐵工程造價具有較大意義。為減少工程投資,降低運營成本,廣州地鐵建設(shè)者已經(jīng)作出了艱巨的努力,將A型方案修改為B型方案,這一改進(jìn)其工程的經(jīng)濟(jì)意義巨大,使每個車站:(1)少設(shè)2臺TEF風(fēng)機(jī);(2)減少了2條活塞通風(fēng)道(土建規(guī)模約4m (寬)x 4m (高)x 30m (長)X 2 (條),(3)少建2個地面風(fēng)亭。遺憾的是這一設(shè)計進(jìn)步?jīng)]有得到充分肯定而加以全線推廣采用,本人所參與的5號線工點設(shè)計咨詢范圍不少車站仍然采用了 A型方案。個人認(rèn)為對于 A、B型就充分發(fā)揮設(shè)備的設(shè)置功能而言均還有進(jìn)一步研究改進(jìn)

6、的空間。設(shè)備功能 如何充分發(fā)揮個人認(rèn)為目前可以從以下六方面進(jìn)行研究,即為:設(shè)備設(shè)置的必要性、設(shè)備功能的使用性、設(shè)備設(shè) 計的兼用性、設(shè)備運轉(zhuǎn)的能效性、設(shè)備容量的小型化及設(shè)備控制的簡明化。從這六個方面進(jìn)行討論可能有助于我 們對設(shè)計中的問題進(jìn)行深入研究。1、設(shè)備設(shè)置的必要性討論地下空間十分寶貴,可設(shè)可不設(shè)的設(shè)備應(yīng)盡可能不設(shè),A型方案車站兩端所設(shè) 4臺TVF風(fēng)機(jī)屬于這一問題探討范圍。設(shè)置屏蔽門后,區(qū)間隧道機(jī)械通風(fēng)條件較開/閉式系統(tǒng)有了很大改善,計算結(jié)果及各條線的隧道通風(fēng)工藝設(shè)計均表明,當(dāng)列車阻塞或列車發(fā)生火災(zāi)而停在單線區(qū)間隧道內(nèi)對其進(jìn)行通風(fēng)或排煙時,前后兩個車站的TVF風(fēng)機(jī)一般只需要運轉(zhuǎn) 2臺,而不象

7、開/閉式系統(tǒng)需要運轉(zhuǎn) 4臺,多出的2臺只能起備用作用。因此本問題的核心 是區(qū)間隧道通風(fēng)排煙在屏蔽門系統(tǒng)時是否必須設(shè)置備用風(fēng)機(jī)的問題。個人觀點是可以不設(shè),理由是:(1)車站站廳或站臺火災(zāi)時的排煙風(fēng)機(jī)沒有考慮備用,為何區(qū)間隧道排煙通風(fēng)時需要考慮備用呢?兩者的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng) 一; ( 2)采用開/閉式系統(tǒng)的廣州1號線、南京1、2號線、上海2號線等均對TVF風(fēng)機(jī)沒有考慮備用,為何采 用屏蔽門系統(tǒng)后要有備用風(fēng)機(jī),兩者的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一;(3 )地鐵設(shè)計規(guī)范(GB50157-2003)(以下簡稱為“地鐵規(guī)范”)沒有明確對區(qū)間隧道事故通風(fēng)必須設(shè)置備用風(fēng)機(jī);(4 )國外地鐵對事故風(fēng)機(jī)設(shè)置備用的也極為少見(本人掌握

8、資料不多,希望見多識廣者提供這方面的資料支持)(5)發(fā)生火災(zāi)概率較高的公路隧道在其公路隧道通風(fēng)照明設(shè)計規(guī)范(以下簡稱為“公路規(guī)范”)中不僅沒有規(guī)定火災(zāi)排煙風(fēng)機(jī)需要有備用,而且對 火災(zāi)排煙設(shè)備的設(shè)計規(guī)模與其經(jīng)濟(jì)性有所規(guī)定和說明,下面引用其中兩例文字可能有助于我們的討論。例1:對于大于1Km的長大隧道發(fā)生車輛阻塞時,可能會出現(xiàn)全隧道車輛阻塞情況,但公路規(guī)范規(guī)定“阻滯段的計算長度不宜大于 1Km,并說明“通風(fēng)設(shè)計應(yīng)考慮交通監(jiān)控系統(tǒng)的功能,不必考慮1Km以上的交通阻滯,否則過量通風(fēng)設(shè)施必定長期(甚至永遠(yuǎn))閑置,顯然是浪費,PIARC ( 1995)報告中亦指出了這點”;例2 :對于火災(zāi)設(shè)計規(guī)模及排煙設(shè)

9、計要求,公路規(guī)范規(guī)定“火災(zāi)排煙風(fēng)速可按2m/s3m/s取值”,并說明該值“是按一般隧道火災(zāi)產(chǎn)生20MW的熱量控制的排煙風(fēng)速取值;對汽油車相撞產(chǎn)生500MW以上的熱量排煙風(fēng)速要求5m/s以上,如以此設(shè)計很不經(jīng)濟(jì)”??赡軙腥苏f,A型設(shè)計方案可以對兩條平行隧道同時進(jìn)行機(jī)械通風(fēng)。個人認(rèn)為對于火災(zāi)隧道進(jìn)行機(jī)械排煙 是十分必要的,但沒有必要同時對平行的另一側(cè)未發(fā)生火災(zāi)的隧道進(jìn)行機(jī)械通風(fēng),地鐵規(guī)范也沒有這樣的要求。當(dāng)然對于地鐵區(qū)間隧道列車火災(zāi)排煙問題是需要我們認(rèn)真對待的,但采用設(shè)置備用風(fēng)機(jī)來加大其安全度的做法是值得我們深入研究的,此項措施工程代價太大,設(shè)計中的經(jīng)濟(jì)問題不能不加以考慮。2、設(shè)備功能的使用性和

10、設(shè)備設(shè)計的兼用性討論設(shè)備功能的使用性是指設(shè)置的設(shè)備應(yīng)當(dāng)經(jīng)常運轉(zhuǎn)使用,不能長期閑置不用;設(shè)備設(shè)計的兼用性是指一個設(shè)備 應(yīng)盡可能一機(jī)多用,充分發(fā)揮設(shè)備的使用功能。前者是針對地鐵火災(zāi)專用通風(fēng)設(shè)備長期閑置而提出來的,后者則 是研究將這些長期閑置設(shè)備兼作其它設(shè)備平時加以利用,以節(jié)省其它設(shè)備的設(shè)置,這就是本文所說的設(shè)備兼用性 設(shè)計問題,設(shè)備的使用性和兼用性密切相關(guān),故聯(lián)系在一起進(jìn)行討論。廣州地鐵2、3、4、5號線在車站通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)中對站廳和站臺層火災(zāi)事故設(shè)計了專用的排煙風(fēng)機(jī),即SEF風(fēng)機(jī);對于區(qū)間隧道內(nèi)的列車阻塞或列車火災(zāi)事故設(shè)計了TVF風(fēng)機(jī)。SEF風(fēng)機(jī)和TVF風(fēng)機(jī)在正常運營時是不運轉(zhuǎn)的,發(fā)生事故時才進(jìn)行

11、運轉(zhuǎn),這些風(fēng)機(jī)是“長期(甚至永遠(yuǎn))閑置”著的,為保證這些設(shè)備在事故時能正常運轉(zhuǎn), 還需要經(jīng)常對其進(jìn)行保養(yǎng)性運轉(zhuǎn),這些顯然都是一種浪費,需要對其進(jìn)行研究改進(jìn)。改進(jìn)途徑之一,就是使其設(shè) 計具有兼用性。2、3號線各個車站是按照圖 1所示的A型方案進(jìn)行設(shè)計的, 即對區(qū)間隧道設(shè)置了有 TVF風(fēng)機(jī)的通 風(fēng)系統(tǒng),對站內(nèi)隧道設(shè)置了有TEF風(fēng)機(jī)的排熱系統(tǒng),兩個系統(tǒng)分別設(shè)置,相互相對獨立。4、5號線部分車站對此進(jìn)行了改進(jìn),出現(xiàn)了圖 2所示的B型方案。B型方案不同于 A型方案的地方是區(qū)間隧道通風(fēng)系統(tǒng)與站內(nèi)隧道排熱 系統(tǒng)兩個系統(tǒng)相互結(jié)合了在一起,并可以互為備用。這是兼用性設(shè)計的一個很好實例,即車站每端用1臺TVF風(fēng)機(jī)

12、兼做TEF風(fēng)機(jī)使用,平時正常運營時作為TEF風(fēng)機(jī)使用,發(fā)生事故時作為事故風(fēng)機(jī)使用,兩種風(fēng)機(jī)的風(fēng)量匹配是通過變頻器實現(xiàn)的(本文為了區(qū)別和表述方便起見,將TVF風(fēng)機(jī)兼作TEF風(fēng)機(jī)時稱為TV/EF風(fēng)機(jī))。對這一設(shè)計進(jìn)步,作者給予高度評價,并認(rèn)為全線各車站均可以采用,尤其是風(fēng)亭設(shè)置較為困難的車站更應(yīng)采用,在5號線工點設(shè)計咨詢工作中已明白的表明了個人這一設(shè)計觀點。至于SEF風(fēng)機(jī)個人認(rèn)為可以兼做大系統(tǒng)的回/排風(fēng)機(jī),兩者風(fēng)量的差異匹配可以通過變頻器或雙速電機(jī)來實現(xiàn),此設(shè)計比較簡單,設(shè)計事例也較多,本文不多作文字說 明。3、設(shè)備容量小型化的討論通風(fēng)設(shè)備容量(主要指風(fēng)量和風(fēng)壓)小的風(fēng)機(jī)總是比容量大的風(fēng)機(jī)運轉(zhuǎn)功率

13、低、投資省、設(shè)備布置難度小, 在一定的條件下還可以獲得土建工程規(guī)模減小的效果。地鐵設(shè)備系統(tǒng)繁多,空間十分寶貴,通風(fēng)設(shè)計工作中應(yīng)當(dāng)盡可能將其設(shè)備小型化,以獲得地下空間的最佳利用。車站大系統(tǒng)中的SEF風(fēng)機(jī)和B型方案中的TV/EF風(fēng)機(jī)屬于這一討論內(nèi)容。廣州25號線中對車站大系統(tǒng)設(shè)置了專用的排煙風(fēng)機(jī)SEF,它與回/排風(fēng)機(jī)RAF并列設(shè)置,前者比后著容量大,個人認(rèn)為可將 SEF小型化按照RAF設(shè)計,平時2臺RAF互為備用單臺運行,火災(zāi)時 2臺RAF并聯(lián)運行加大風(fēng) 量以滿足排煙需要,廣州1號線就是按照這一原則進(jìn)行設(shè)計的。B型方案中的TVF和TV/EF風(fēng)機(jī)其裝機(jī)容量相同,是環(huán)控專業(yè)最大容量的設(shè)備,設(shè)備購置費較

14、高。TV/EF在正常運行時通過變頻器按TEF技術(shù)參數(shù)運行,似為“大材小用”,如果按照 2臺TEF設(shè)計,正常運行時 2臺TEF互為備用單臺運行滿足站內(nèi)隧道排熱通風(fēng)需要,火災(zāi)時 2臺TEF并聯(lián)運行滿足隧道通風(fēng)或排煙要求,當(dāng)然它應(yīng)具備正反轉(zhuǎn)功能,為了區(qū)別本文將其稱為TE/VF風(fēng)機(jī)??梢奣V/EF是一個大容量風(fēng)機(jī)兼作小容量風(fēng)機(jī)使用的設(shè)計問題,而TE/VF是一個小容量風(fēng)機(jī)兼作大容量風(fēng)機(jī)使用的設(shè)計問題,后者的優(yōu)勢是設(shè)備小型化和不設(shè)置變頻器。變頻器可以多工況使用,而TVF配置的變頻器僅為單工況使用,似沒有充分使用其設(shè)備功能。對于1號線2臺回/排風(fēng)機(jī)并聯(lián)兼作排煙風(fēng)機(jī)使用的設(shè)計,業(yè)內(nèi)一些人士有不同看法,為此下面

15、借用本文前面所列出的技術(shù)參數(shù)進(jìn)行具體計算分析說明,以表明個人的技術(shù)觀點。S3: 2SIEAFMJB運行特性曲輕圖2所示的B型設(shè)計方案在正常運營時由TV/EF風(fēng)機(jī)通過變頻器按照 TEF的計算風(fēng)量 QY=36.4m3/s和計算風(fēng)壓HY=546Pa進(jìn)行運轉(zhuǎn)(計算技術(shù)參數(shù)是按照TEF風(fēng)機(jī)選型技術(shù)參數(shù)風(fēng)量和風(fēng)壓均考慮選型1.1的安全系數(shù)計算,即QY=QX/1.1=36.4m3/s,HY=HX/1.1=546Pa,以下各種風(fēng)機(jī)的計算技術(shù)參數(shù)(風(fēng)量和風(fēng)壓)均按選型技術(shù)參數(shù)除 以1.1考慮,同時將計算風(fēng)量和風(fēng)壓視為風(fēng)機(jī)運行的風(fēng)量和風(fēng)壓),發(fā)生事故時TV/EF風(fēng)機(jī)則按照TVF的計算風(fēng)量 QY=60/1.1=54

16、.6m3/s 和計算風(fēng)壓 HY=1000/1.1=910Pa 進(jìn)行運轉(zhuǎn)。將 1 臺 TV/EF 改為 2 臺 TE/VF 后,2 臺 TE/VF 風(fēng)機(jī)并聯(lián)運行的特性曲線如圖3所示,其系統(tǒng)阻力關(guān)系式可用H2=R2*Q2表示,圖中A2點是2臺風(fēng)機(jī)并聯(lián)運行的計算工況點,A1點是2臺風(fēng)機(jī)并聯(lián)運行時每臺風(fēng)機(jī)的運行的計算工況點,A點則是單臺TE/VF風(fēng)機(jī)運行的計算工況點,其風(fēng)量 Q (A)> Q( A1) =54.6/2=27.3m3/s,H2 (A)v H2 (A1) =910Pa,當(dāng)然單臺 TE/VF 風(fēng)機(jī)的運行時不能針對隧道通風(fēng)系統(tǒng)管路,而應(yīng)是針對站內(nèi)隧道排熱系統(tǒng)管路,后者的系統(tǒng)阻力關(guān)系式應(yīng)當(dāng)

17、不同于前者,若用H仁R1*Q2表示排熱系統(tǒng)阻力關(guān)系,則工作點為B點,其風(fēng)量Q( B)可能Q(人)或=Q( A)或v Q( A),三種情況均應(yīng)是Q( B)> Q( A1)。按照前面所述的風(fēng)機(jī)選型技術(shù)參數(shù)可以反算出R2=0.305 v R1=0.412,因此圖示是 Q(B)v Q( A)。顯然,TE/VF風(fēng)機(jī)設(shè)備選型技術(shù)參數(shù)應(yīng)按照2臺并聯(lián)運行的工況點進(jìn)行設(shè)計。即為QX=30m3/sHX=1000Pa NX=55KW、© =1.6m、正反轉(zhuǎn)風(fēng)量相等;這種TE/VF風(fēng)機(jī)的裝機(jī)容量比單獨設(shè)置的TEF風(fēng)機(jī)大,但比 TVF風(fēng)機(jī)小,當(dāng)然TE/VF風(fēng)機(jī),單臺運行時要滿足站內(nèi)隧道排熱系統(tǒng)風(fēng)量QY=

18、36.4m3/s要求,2臺風(fēng)機(jī)并聯(lián)運行時又要滿足區(qū)間隧道通風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)量QY=54.6m3/s要求,設(shè)計上存在一些難度,但只要風(fēng)機(jī)特性曲線選擇恰當(dāng),系統(tǒng)管網(wǎng)設(shè)計合理,兩者都得到滿足在設(shè)計上還是可以作到的,因為管網(wǎng)系統(tǒng)阻力系數(shù)R1、R2僅與系統(tǒng)斷面尺寸、長度、摩擦阻力和局部阻力等因素有關(guān)。4、設(shè)備運轉(zhuǎn)的能效性討論通風(fēng)機(jī)的能效性在設(shè)計中需要對三個方面進(jìn)行關(guān)注或把關(guān),首先是通風(fēng)管網(wǎng)的阻力計算必須比較準(zhǔn)確,其次是對各個廠家產(chǎn)品或不同系列風(fēng)機(jī)進(jìn)行對比分析準(zhǔn)確選擇效率較高者,第三是將風(fēng)機(jī)的運行工況點設(shè)計在風(fēng)機(jī)特性曲線高效率曲線范圍內(nèi),只有把握住這些才能實現(xiàn)高能效的節(jié)能運行,在此前提下,B型方案則存在 TV/E

19、F效率低于TEF的問題,因為同樣風(fēng)量風(fēng)壓條件下,具有正反轉(zhuǎn)功能的風(fēng)機(jī)效率總是低于單向運轉(zhuǎn)的風(fēng)機(jī),因此B型方案的運行費用高于 A型方案,這是B型方案美中不足之處。但是B型比A型方案所節(jié)省土建工程投資和設(shè)備購置費用遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其運營電費的增加值,作者估算節(jié)省的初期投資可以靜態(tài)的讓增加的運營電費使用100年以上。因此,B型方案盡管存在不足之處,作者仍然認(rèn)為應(yīng)當(dāng)給予肯定,當(dāng)然對其不足的地方需要加以研究改進(jìn)。對于上述2臺RAF和2臺TE/VF風(fēng)機(jī),存在平時單臺運行和火災(zāi)雙臺并列運行2個運行工況點的設(shè)計問題,要使2個工況點均處于高效率曲線范圍內(nèi)一般來說較為困難,只能將單臺運行工況點設(shè)于風(fēng)機(jī)特性曲線高效率范圍內(nèi)

20、,火災(zāi)時2臺并聯(lián)運行的能效較差多耗電力則是不可避免的,是其不足之處,但多耗電費次數(shù)有限,因此個人認(rèn)為它仍然是有價值的可以選擇的設(shè)計方案。5、設(shè)備控制的簡明化討論個人認(rèn)為環(huán)控專業(yè)的各個系統(tǒng)(包括隧道通風(fēng)系統(tǒng)、大系統(tǒng)、小系統(tǒng)和水系統(tǒng))設(shè)計均應(yīng)盡可能的作到簡潔明了控制簡單才好,尤其是火災(zāi)事故時的控制模式。所謂簡潔明了就是在滿足設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)的前提條件下,使系統(tǒng)功 能盡可能的簡單,使運轉(zhuǎn)的風(fēng)機(jī)和電動控制的風(fēng)閥都盡可能的少設(shè),作到設(shè)備少而精,控制簡單明確一目了然。A型方案盡管設(shè)備較多及土建工程巨大,但因其系統(tǒng)分工明確控制相對簡單而受到各方面普遍接受,相反B型方案因其需要功能轉(zhuǎn)換(由正轉(zhuǎn)到反轉(zhuǎn))和控制風(fēng)閥較多而受到各方面的質(zhì)疑,沖淡了取消2個進(jìn)站端活塞通風(fēng)道及其風(fēng)亭的工程意義。三、地鐵隧道通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計改進(jìn)建議方案介紹通過以上討論本文提出圖4所示的隧道通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計建議方案(簡稱建議方案1),其基本特點是:(1) 與B型方案一樣取消了 2個進(jìn)站端活塞通風(fēng)道及其風(fēng)亭(為何贊同取消,作者將在第二篇地鐵風(fēng)亭數(shù)量問題討論文章中進(jìn)行分析和說明)。(2)與A型方案一樣TVF與TEF兩個系

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