KR101131423B1 - 가변형 해류투과식 부유방파제 - Google Patents

Abstract

본 발명은 가변형 해류투과식 부유방파제에 관한 것으로, 해수면에 부유되며, 다수의 소파용 투과식 슬릿이 형성되고, 내부에는 해류투과구가 구비된 방파체; 상기 방파체의 하부에 연결고정되고, 가변부력을 갖는 부력부체; 상기 부력부체와 체인에 의해 결속되고, 해저면에 안착되며, 상기 가변부력과 동일한 구조로 이루어진 앵커용 가변부력 및 위치고정을 위한 앵커용 중량물을 갖는 앵커용 구조물;을 포함하는여 가변형 해류투과식 부유방파제에 있어서; 상기 방파체는 앵커체인에 의해 다수개가 연결되고, 방파체들이 서로 마주보는 면에는 고무휀더가 교차 설치되어 충돌시 스네이크형으로 굴절 변형되면서 파랑에너지를 쉽게 흡수할 수 있도록 구성되고; 상기 가변부력 및 앵커용 가변부력은 물을 채우거나 빼 내는 형태로 부력을 조절하도록 구성되되, 파랑에 대한 운동관성을 크게 하기 위해 방파체 보다 크게 형성되며, 상기 앵커용 구조물은 수심에 맞추고, 심해에서는 타우트무어링(Taut-mooring)이 가능한 구조로 구성된 것을 특징으로 하는 가변형 해류투과식 부유방파제를 제공한다.

본 발명에 따르면, 해상부유 구조물을 이용하여 필요할 때 확장, 배치가 용이한 부유방파제 시스템의 설치가 가능하여 친환경 정화해역을 해상 어느 곳에서나 쉽게 제공할 수 있어 좁은 땅 등에 대한 현실적인 대안으로 평가될 것이며, 이를 활용한 해상플랜트와 해상기지 등 유관산업 개발 파급성이 큰 효과도 얻을 수 있다.

가변형, 해류투과식, 방파제, 해상구조물, 해상플랜트

Description

가변형 해류투과식 부유방파제{CURRENT TRANSPARENT WAVE ABSORBER STRUCTURE AND SYSTEM IN SALLOW AND DEEP WATER ENABLING VARIABLE CONFIGURATIONS}

본 발명은 가변형 해류투과식 부유방파제에 관한 것으로, 보다 상세하게는 모양과 물 깊이에 대하여 맞출 수 있도록 바닥 정치식이 아니고 부유식 구조물을 만들어 그 위에 방파제를 얹어 놓도록 하여 깊은 물에서나 대형구조물의 보호 등 넓은 정화해역의 수요에 맞출 수 있고, 설치 해역들을 미리 분석하여 선제작이 가능하며, 지형과 파랑에 맞추어 설치할 수 있으므로 다양한 곳에 다양한 목적으로 사용 가능한 가변형 해류투과식 부유방파제에 관한 것이다.

해상플랜트 시스템의 핵심요소인 방파제는 보호되어야 할 구조물이 대형임을 감안할 때 해안과 상당한 거리에 위치할 수 있고, 이런 시스템은 일부 연관 분야에서 논의와 연구는 되고 있으나 아직까지 구상이나 구현된 실예는 없다.

이제까지는 주로 얕은 물에서 토석을 쌓아서 토석방파제를 만들거나 혹은 해류투과형의 경우도 해저에 장착한 것만 나타나 있는 실정이다.

일반적으로, 방파제는 해안에서 항구를 보호하기 위하여 직선형이나 몇 개의 간단한 굴절형으로 토석을 쌓아 공사를 하고 있는 정도에 불과한데 이는 조금만 수심이 깊을 경우 공사가 난해할 뿐만 아니라 비싼 공사비가 소요되기 때문이다.

이와 관련하여 도 1에 예시된 바와 같이, 일본에서 태평양의 파랑을 대상으로 개발된 해류투과형 방파제의 예를 들 수 있다.

이는 해안에서 사용되는 것으로 바닥에 안치되는 슬릿 투과형(a), 투과식 케송형(b), 원통형(c) 등 친환경 방파제이며, 실제 제작과 비교 검토를 마친 것으로 알려져 있다.

이에 더하여, 해류투과를 가능하게 하고, 깊은 수심에서 방파제 역할을 할 목적으로 압축공기를 사용하는 소파방법이 논의 시험되었으나 결과는 과다한 에너지 소모와 효율이 낮다는 평가를 받은 바 있어 아직은 연구 대상이다.

이러한 방파제와 달리, 최근에는 이를테면, MLP{Mobile Landing Platform: LCAC(Landing Craft & Air-cushion Vehicle)의 모선으로 약 20 Kts로 항해하는 Catamaran형 선박으로 소형 군사기지}, 즉 일명 "Floating Beach"로 불리는 선박의 수요가 제기되어 2009년에 첫 번째 선박이 선보이게 될 전망인데, 이는 약 75마일 정도의 공해에서 Sea State 4 상태 하에서 최단시간 내에 약 2개 대대 약 2,400명의 해병대를 LCAC에 하선(Offloading)하는 작전목표를 세우고 있어 개발 중이나 아직도 문제가 완전히 풀리지 않았을 뿐만 아니라 결국은 MLP 자체의 모선기지로서 여기에서 논의하는 부유방파제를 필요로 할 것으로 보인다.

본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술상의 제반 문제점들을 감안하여 이를 해결하고자 창출된 것으로, 한정된 국토에서 적절한 수심과 긴 해안선 및 넓은 육상 배후 부지를 갖는 대규모 항만을 구하기 힘든 것을 고려하고, 건설기간을 최소화하며, 항만을 사용할 때 환경과 철거 등 분쟁논의의 대상이 될 수 있는 것을 피하고, 해안 구조물과 해안도시 등을 보호하며, 경우에 따라서는 기존 항만의 기능을 증진할 목적으로 선박이나 바아지 등 해상구조물을 해안에서 떨어진 곳에 설치, 계류, 이용함에 있어 수심이 깊고 얕음에 상관없이 사용가능하고, 바람, 태풍, 파랑, 쓰나미, 해류, 조석 및 지진 등에 대하여 파랑을 흡수 제어하면서도 기타 해류 등에 대하여는 최소한의 영향을 남길 수 있는 친환경적 해역 환경과 침몰, 전복, 충돌, 계류 이탈, 수중공격, 방사능 물질, 기타 특수폭발물질 취급 등에 대한 대책 및 운용면에서 더 안전하게 대응할 수 있도록 굴절, 연계식으로 이루어진 가변형 방파제를 통해 보다 안전한 정화해역을 해상 어느 곳에서도 사용할 수 있도록 한 가변형 해류투과식 부유방파제를 제공함이 그 주된 해결 과제이다.

본 발명은 상기한 해결 과제를 달성하기 위한 수단으로, 해수면에 부유되며, 다수의 소파용 투과식 슬릿이 형성되고, 내부에는 해류투과구가 구비된 방파체; 상기 방파체의 하부에 연결고정되고, 가변부력을 갖는 부력부체; 상기 부력부체와 체인에 의해 결속되고, 해저면에 안착되며, 상기 가변부력과 동일한 구조로 이루어진 앵커용 가변부력 및 위치고정을 위한 앵커용 중량물을 갖는 앵커용 구조물;을 포함하는여 가변형 해류투과식 부유방파제에 있어서; 상기 방파체는 앵커체인에 의해 다수개가 연결되고, 방파체들이 서로 마주보는 면에는 고무휀더가 교차 설치되어 충돌시 스네이크형으로 굴절 변형되면서 파랑에너지를 쉽게 흡수할 수 있도록 구성되고; 상기 가변부력 및 앵커용 가변부력은 물을 채우거나 빼 내는 형태로 부력을 조절하도록 구성되되, 파랑에 대한 운동관성을 크게 하기 위해 방파체 보다 크게 형성되며, 상기 앵커용 구조물은 수심에 맞추고, 심해에서는 타우트무어링(Taut-mooring)이 가능한 구조로 구성된 것을 특징으로 하는 가변형 해류투과식 부유방파제를 제공한다.

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본 발명에 따르면, 해상 부유구조물을 이용하여 필요할 때 확장, 배치가 용이한 부유방파제 시스템의 설치가 가능하여 친환경 정화해역을 해상 어느 곳에서나 쉽게 제공할 수 있어 좁은 땅 등에 대한 현실적인 대안으로 평가될 것이며, 이를 활용한 해상플랜트와 해상기지 등 유관산업 개발 파급성이 큰 효과도 얻을 수 있다.

이하에서는, 첨부도면을 참고하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명에 따른 해류투과형 방파제를 이용하여 해상구조물 플랜트를 타원형으로 에워싼 형태를 보인 예시도이고, 도 3은 본 발명에 따른 해류투과형 방 파제를 이용하여 해상구조물 플랜트를 사각형으로 에워싼 형태를 보인 예시도이며, 도 4는 본 발명에 따른 해류투과형 방파제를 이용하여 다수의 해상구조물 플랜트를 사각형으로 에워싼 형태를 보인 예시도이고, 도 5는 본 발명에 따른 해류투과형 방파제의 굴절연계된 모습을 보인 도 4의 A부 상세도이며, 도 6은 본 발명에 따른 해류투과형 방파제의 굴절 연계부를 위에서 본 상세도이고, 도 7은 본 발명에 따른 해류투과형 방파제의 단면구조를 보인 예시도이다.

도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 해류투과형 방파제(100)는 부유식 해상구조물(200)인 바아지나 선박을 설치하는 경우 이를 에워싼 대형 주(主) 방파제시스템이 위에서 내려다보면 원형 혹은 타원형이나 사각형의 모양의 가변형 배치를 갖는 대형 해류투과식 방파기능을 갖는 부유구조물이다.

특히, 본 발명에 따른 해류투과식 방파제는 소파 기능이 뛰어난 가장 바람직스런 여러가지 구조단면을 택하게 하여 지형과 해류 및 파랑에 따라 가장 적합한 구성요소 구조물을 수송, 조립, 선정 가능토록 하는 친환경적 방파제이다.

이때, 본 발명에 따른 해류투과형 방파제(100)는 부유식 해상구조물(200)을 도 2와 같은 원형태로 에워싸도록 배치될 수도 있고, 도 3 또는 도 4와 같이 사각형태로 에워싸도록 배치될 수도 있다.

이 경우, 상기 해류투과형 방파제(100)를 일부 떼어 배치함으로써 개출구(210)를 구성함으로써 부유식 해상구조물(200)로의 물류 공급을 위한 선박의 출입을 용이하게 할 수 있다.

특히, 도 4와 같이, 부유식 해상구조물(200)이 다수개, 도시된 예에서는 6 개, 일 경우 상기 개출구(210)는 상기 해류투과형 방파제(100)가 부유식 해상구조물(200)을 에워 쌀 때 정중앙이 아닌 일측에 치우치도록 형성하여 설치의 용이성, 물류작업의 편의성, 출입의 원활성, 파도나 파랑의 영향 최소화 등을 달성할 수도 있다.

이와 같이 부유식 해상구조물(200)을 파도나 파랑으로부터 보호하기 위해 구비되는 해류투과형 방파제(100)는 도 5 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 해류투과형 방파제(100) 간에는 서로 앵커체인(110)에 의해 결속된 상태로 구속되어 있고, 서로 마주하는 면에는 고무휀더(120)가 교차 배열되어 인접 방파제(100) 간의 충돌을 흡수할 수 있도록 구성되어 스네이크형(Snake Type)으로 연계 가능하게 구성된다.

따라서, 해류에 의해 혹은 해파에 충돌에너지가 해류투과형 방파제(100)에 가해지더라도 스네이크처럼 변형되면서 이들 충돌에너지를 흡수하게 된다.

즉, 후술되는 방파체(130)의 서로 마주보는 면에 상기 앵커체인(110) 및 고무휀더(120)가 설치될 수 있다.

보다 구체적으로, 본 발명에 따른 해류투과형 방파제(100)는 도 7과 같이, 해수면(S1)을 기준으로 해수면(S1) 상에 부유되는 방파체(130)와, 상기 방파체(130)를 부유시키는 부력부체(140)와, 상기 부력부체(140)를 결속하면서 해저면(S2)에 안착되는 앵커구조물(150)로 이루어진다.

여기에서, 상기 방파체(130)의 상부는 필요한 경우 공장/창고용 공간 및 조정실로 활용될 수 있다.

그리고, 상기 방파체(130)는 하나의 예로서 슬릿형 소파 시스템을 설명하자 면, 파력 흡수를 위해 다수의 슬릿(132)을 갖는 소파(消波)형으로 형성되며, 내부 중앙에는 해류투과구(134)를 갖는다.

아울러, 상기 부력부체(140)는 상기 방파체(130)를 떠받치는 부유체로서, 내부에는 부력 조절을 위한 가변부력(142)이 형성된다.

상기 가변부력(142)은 일종의 공간으로써 물을 채워 넣거나 뺄 수 있는 구조로 되어 있어 부력부체(140)의 부유정도를 조절하게 되고, 이를 통해 방파체(130)의 부력을 제어할 수 있게 된다.

또한, 상기 부력부체(140)에는 이를 잡아주기 위해 해저면(S2)에 내려지는 앵커용 구조물(150)이 구비되며, 상기 앵커용 구조물(150)은 상기 부력부체(140)와 체인(144)에 의해 연결되는데, 이때 체인(144)의 길이는 수심에 맞춰 조절될 수 있다.

그리고, 상기 앵커용 구조물(150)에도 가변부력(154)이 설치되어 부력조절이 가능하도록 구성됨이 바람직하며, 특히 상기 앵커용 구조물(150)에는 앵커용 중량물(152)이 더 설치되어 앵커용 구조물(150)이 해저면(S2)에 안착된 상태에서 해수의 유동에 의해 쉽게 쓸려가지 않도록 구성됨이 더욱 바람직하다.

이러한 구조를 통해 본 발명에 따른 해류투과형 방파제(100)는 파랑, 쓰나미, 해류 및 조석 등에 대한 대항력을 갖추도록 함이 특히 바람직하다.

뿐만 아니라, 도 2에 예시된 해류투과형 방파제(100)의 원 기능은 들어오는 파랑에너지를 가장 효율적으로 흡수하면서도 해류의 흐름에 가장 적은 장애가 되는 친환경 방파제 구조물로서 그 단면구조는 여러 가지가 있을 수 있으나 지형과 해류 및 파랑에 따라 가장 적합한 것을 선정 가능하다.

특히, 양방향의 소파가 가능하도록 구성한 것은 계절에 따라 파도의 방향이 바뀌는 것을 고려하고 배치를 바꾸는 도중에 방파제요소를 쉽게 배치할 수 있게 한 것이다.

또한, 해저면(S2)에 내려지는 앵커용 구조물(150)은 위에 체인(144)에 의하여 연결되어 있는 방파체(130)를 정해진 장소에 일정하게 계류시킬 뿐만 아니라 그 자체가 필요할 때 물을 뺌으로서 부력을 부여하여 들어올릴 수 있는 잠수식 구조물이며, 이 기능을 갖춤으로써 해류투과형 방파제(100)의 배열을 바꾸거나 확장을 쉽게 할 수 있고, 체인(144)의 일부에는 대잠용인 하이드로폰이나 반 침투시설을 부착할 수도 있다.

나아가, 방파체(130) 내부의 소파 부분에는 필요에 따라 파력발전 설비나 소파기능을 향상시키기 위하여 파력흡수재, 예를 들면 테트라포드(Tetrapod)와 같은 것들을 함께 둘 수 있고, 이것들의 구조 모양과 해류에 따라 방파제의 부력과 계류앵커의 조정으로 수면과의 높이를 조정하여 효율을 높일 수도 있다.

아울러, 육상 해상 공통사항인 강한 바람과 태풍에 대한 대책 및 항공기 및 미사일 대응책은 육상의 일반 시설과 다를 바 없고 같은 조건을 적용하면 된다.

그리고, 지진의 영향은 부유체에는 직접 전달되지 않고, 간접 영향인 쓰나미의 영향은 구조물의 설치위치가 해안에 아주 가까운 곳이 아니면 크게 영향을 받지 않으며, 또한 무한주기의 파장요소를 제외하면 상기 해류투과형 방파제(100)를 통해 이미 보호되어 있는 상태이다.

다만, 무한주기의 파장요소는 해류나 조석과 같은 성격이고, 해류 및 조석에 대한 영향은 방파체(130)에서 해류투과를 통해 최소화함으로서 그 밑에서는 부유체와 하부 앵커공간 사이로 흐르게 되어 있으므로 이 또한 문제될 것이 없다.

덧붙여, 목적하는 시설중 하나인 원자력 발전소의 경우에는 지진이 매우 중요한 설계요건이 되지만 해상 플랜트의 경우는 검토의 대상에서 매우 유리하다.

발전소는 일반적으로 같은 장소에 몇 기 이상을 추가로 건설하는 경우가 있는데, 여기에서 특히 그것이 가능하도록 발전시설을 담은 부유식 구조물과 방파제 시설을 추가 혹은 팽창과 배열 변경이 가능하기 때문에 쉽게 설계할 수 있다.

이 방법은 또한 원자로나 부유식 구조물을 교체하거나 수리하고자 할 때에도 사용 가능한 방법이다.

또한, 파랑에 대한 운동관성을 크게 하기 위하여 방파체(130)를 떠받치는 부력부체(140) 부분과 해저면(S2)에 앵커되는 앵커용 구조물(150)을 모두 조금 크게 만들고 서로 부력과 중력에 의하여 상하로 잡아당기는 힘이 작용토록 하여, 각각에 부력조절이 가능한 부력실, 즉 가변부력(142,154)이 주어져 있다.

이 가변부력(142,154)은 물이 깊어 하부 앵커용 구조물(150)이 해저면(S2)에 닿지 않는 경우에도 같은 원리로서 작동되며 아주 깊은 수심에서는 타우트무어링(Taut-mooring)이 되도록 조정 가능하다.

또한, 방수된 콘크리트구조물은 철 구조물보다 약 1/10 정도 저렴하므로 적은 비용으로도 건설이 가능하고, 운동에 대한 관성도 상대적으로 커 안정성 측면에서도 유리하다.

정리하자면, 본 발명에 따른 방파제는 단면을 보면 부력기능을 부여하는 방파체를 떠받는 부력체부와, 그 위에 놓여진 파력 흡수 및 해류통과형 방파체와, 그 상부에 해상에 노출되어 구성요소 제어, 동력제공, 공장이나 창고 등 시설물을 수용할 부분 등으로 되어 있고, 최하부에는 해저에 내려지는 계류용 앵커시스템을 수용하는 앵커구조물로 구성되어 있어, 바닥에 내려지는 최하부 앵커용구조물은 방파제 구성요소 상호간에 연결되어 있는 방파제 구성요소를 원하는 장소에 계류시킬 뿐만 아니라 그 자체가 필요할 때 물을 뺌으로서 부력을 부여하여 들어 올릴 수 있도록 되어 있는 잠수형 구조물이며, 또 더 깊은 물에서는 이 구조물은 바닥에 내려지는 대신 수중 중간에 계류토록 하여 앵커만 해저에 내려지도록 되어 있는 타우트무어링(Taut-mooring)에 적합한 기능과 구조로 되어 있고, 아주 낮은 수심에서는 앵커와 앵커용 구조물은 분리 가능하고, 방파체를 떠받는 부유체는 바닥 정치식의 경우에 필요로 하는 바닥으로 사용할 수 있도록 되어 있어 이들 기능을 조절함으로써 어느 수심에서나 방파제의 배치, 재배열, 퇴거와 설치 확장 등을 자유롭게 할 수 있다.

이러한 부유식 구조물로서의 해류투과형 방파제(100)는 장파 파랑운동에 대하여도 관성이 크도록 선정되는 것이 중요하며, 대형중량물이기 때문에 설치이동 시 굴절 연계된 부분을 분리하여 여러 대의 예인선을 활용하여 예인연결배치됨이 바람직하다.

한편, 본 발명에 따른 해류투과식 방파제(100)가 침몰, 전복, 충돌 및 계류 이탈 등에 대한 대비책도 갖추어야 하는데 이를 위해 발전소를 얹는 경우, 바아지 나 선박은 자동폐쇄가 되는 방수문과 방수격벽으로 차단되는 구획(최소 2-격벽구조 이상)으로 분리되고 선체 상부에는 침수에 절대적으로 대응 가능한 내화성 부력재로 충진(充嗔)된 부력부분이 주어지며, 또한 그에 추가하여 선체의 길이방향 중심부의 선저부분 및 양현에 대 충돌용 침수에 절대적으로 대응 가능한 내화성 부력재로 충진된 부력을 주는 추가 격벽을 두어 침몰, 전복 및 충돌에 의한 위험 가능성을 제거하도록 함이 바람직하다.

뿐만 아니라, 항구에서 떨어진 해양 컨테이너하역장의 경우에는 선박의 모양 등에 맞출 수 있다.

또한, 만약의 경우를 위하여 긴급시 사용 가능한 응급추진 시스템을 갖도록 할 수도 있다.

나아가, 수중침투대책을 계류 앵커와 함께 강구할 수 있는데, 음향장비 및 방어어망 등을 수중침투 방지용으로 설치할 수 있다.

일반생활 물품 및 식량 등 생필품 취급은 만약의 경우를 대비하여 특별 격리를 요하며, 승객, 엔지니어 및 종업원 등을 위한 헬기 시설, 숙소 및 작업장은 가급적 멀리 격리시켜야 하며, 이들 설비는 해상부유식 플랜트 상에 설치될 수도 있고, 앞서 설명한 방파체(130)의 상면, 즉 해수면(S1) 상부로 부상된 면상에 직접 연계 설치될 수도 있다.

즉, 시스템 설계 및 선급과 해상시스템 안전설치규정 등을 충족할 수 있는 기술개발과 건조 및 운전 실증시험을 거치는 것이 해상시설의 신뢰를 얻는데 도움이 될 것이며, 이는 해상플랜트에서와 마찬가지로 부유식 방파제에도 다 같이 적용 될 수 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 해류투과형 방파제의 예시도,

도 2는 본 발명에 따른 해류투과형 방파제를 이용하여 해상구조물 플랜트를 타원형으로 에워싼 형태를 보인 예시도,

도 3은 본 발명에 따른 해류투과형 방파제를 이용하여 해상구조물 플랜트를 사각형으로 에워싼 형태를 보인 예시도,

도 4는 본 발명에 따른 해류투과형 방파제를 이용하여 다수의 해상구조물 플랜트를 사각형으로 에워싼 형태를 보인 예시도,

도 5는 본 발명에 따른 해류투과형 방파제의 굴절연계된 모습을 보인 도 4의 A부 상세도,

도 6은 본 발명에 따른 해류투과형 방파제의 굴절 연계부를 위에서 본 상세도,

도 7은 본 발명에 따른 해류투과형 방파제의 단면구조를 보인 예시도.

♧ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ♧

100....해류투과형 방파제 110....앵커체인

130....방파체 140....부력부체

142,154....가변부력 144....체인

150....앵커용 구조물 152....앵커용 중량물

200....개출구 S1....해수면

S2....해저면

Claims (3)

1. 해수면에 부유되며, 다수의 소파용 투과식 슬릿이 형성되고, 내부에는 해류투과구가 구비된 방파체; 상기 방파체의 하부에 연결고정되고, 가변부력을 갖는 부력부체; 상기 부력부체와 체인에 의해 결속되고, 해저면에 안착되며, 상기 가변부력과 동일한 구조로 이루어진 앵커용 가변부력 및 위치고정을 위한 앵커용 중량물을 갖는 앵커용 구조물;을 포함하는여 가변형 해류투과식 부유방파제에 있어서;

   상기 방파체는 앵커체인에 의해 다수개가 연결되고, 방파체들이 서로 마주보는 면에는 고무휀더가 교차 설치되어 충돌시 스네이크형으로 굴절 변형되면서 파랑에너지를 쉽게 흡수할 수 있도록 구성되고;

   상기 가변부력 및 앵커용 가변부력은 물을 채우거나 빼 내는 형태로 부력을 조절하도록 구성되되, 파랑에 대한 운동관성을 크게 하기 위해 방파체 보다 크게 형성되며, 상기 앵커용 구조물은 수심에 맞추고, 심해에서는 타우트무어링(Taut-mooring)이 가능한 구조로 구성된 것을 특징으로 하는 가변형 해류투과식 부유방파제.
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