铁道工程学报

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王英杰, 楚杭, 陈云峰, 时瑾, 张雨潇

铁道工程学报. 2024, 41(5): 1-5.

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研究目的：轨道不平顺潜在病害隐蔽性强,对其准确合理辨识是开展预防修策略下线路养护维修作业的前提。本文以轨检数据为基础,分别构造了以轨道质量指数（TQI）和轨道不平顺幅值为对象的潜在病害辨识指标。在此基础上,基于k-means++聚类算法和手肘法通过判定样本最佳聚类簇数实现潜在病害的识别及定位。依托某有砟铁路动检数据对所提轨道不平顺潜在病害辨识方法进行了验证。
研究结论：（1）对于均值管理来说,在16 km连续轨道区段上2处区段单元潜在病害被准确识别,其历史最大TQI值分别约为5.5 mm、5.3 mm,且潜在病害定位结果与实际里程基本吻合;（2）对于峰值管理来说,在500 m连续轨道区段上2处局部不平顺潜在病害也被准确识别,其历史最大幅值约为3 mm、3.3 mm,潜在病害定位结果与实际里程基本吻合;（3）本研究成果可与大机捣固作业、人工精调作业相结合,为预防修策略下的潜在病害整治提供辅助参考。

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市域铁路60 kg/m钢轨12号可动心轨无砟道岔设计

严安宁, 王阿利

铁道工程学报. 2024, 41(5): 6-10.

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研究目的：市域铁路对城市和区域发展起着重要的支撑和带动作用,多个城市已建或正建。道岔是轨道线路的薄弱环节,是影响列车安全平稳通过的关键因素。为保障高密度运营和减少日常维修,市域铁路轨下基础以无砟轨道为主,但配套的无砟道岔较少,有必要为正线设计60 kg/m钢轨12号可动心轨无砟道岔。
研究结论：(1)通过采用复曲线道岔平面线型,提升了列车侧向通行的平顺性;（2）通过优化尖端结构,延长了曲线尖轨服役寿命;（3）通过采用可动心轨辙叉,解决了轮轨噪声扰民问题;（4）通过设置防跳机构,避免了列车高速过岔时尖轨、心轨跳动;（5）通过研究尖轨和辙叉跟端传力机构,保障了岔区无缝线路的实现;（6）通过优化滑床板和护轨垫板结构,增强了钢轨扣压稳定性;（7）通过研发三元乙丙橡胶扣件系统,满足了无砟道床低刚度要求;（8）本文研究成果对铁路科研单位及道岔制造厂家在市域铁路道岔设计研究方面具有参考作用。

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基于机器视觉的高鲁棒轨道表面缺陷检测方法

李栋, 王睿, 王烨, 江周娴, 崔晓彤

铁道工程学报. 2024, 41(5): 11-18.

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研究目的：为了解决轨道缺陷检测系统在实际自然环境因素干扰下由于鲁棒性下降从而造成决策的不确定性问题,提出一种提高检测系统鲁棒性的方法,首先利用变异算法处理生成多样化的鲁棒训练样本,使模型能够学习适应各种环境扰动和变化,然后选择基于YOLOv5的目标检测模型作为轨道缺陷检测器,以满足高精度、实时性的要求,且准确性较高。
研究结论：(1)通过变异生成算法,可以生成更多样性的鲁棒训练样本,使模型有更多的样本来学习各种扰动,以此适应各种环境;(2)所选YOLOv5目标检测模型作为轨道缺陷检测器,不仅能满足轨道缺陷检测对检测精度和实时性的高要求,而且即使在训练样本数量有限的情况下,也能凭借其优秀的泛化能力取得良好的检测效果,契合了实际轨道检测场景下对数据获取的困难,展现出较强的适用性;(3)在真实地铁线路上采集轨道巡检数据进行实验,实验结果表明,经过鲁棒重训练的轨道缺陷检测器在扰动数据上的鲁棒性得到了显著的提升,平均准确率提高23.35%,召回率提高32.75%,mAP50提高30.98%,mAP50-95提高19.54%;(4)本研究成果可应用于铁路、地铁等交通领域,有助于保障线路的安全运行。

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曲线钢箱梁桥面板力学行为及构造优化研究

郑小博, 蒋昆昆, 侯炜, 周勇军, 沈传东

铁道工程学报. 2024, 41(5): 19-27.

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研究目的：小半径曲线钢箱梁桥正交异性钢桥面板构造繁复,弯扭耦合作用下受力特性极为复杂。为了探究该类型桥面板力学特性,并提出合理构造优化建议,本文依托西安市某立交小半径曲线钢箱梁匝道桥,采用数值分析方法研究局部荷载作用下曲线钢箱梁桥面板力学行为,并基于正交试验方法,利用IntelliJ IDEA软件开发曲线钢箱梁桥面板构造优化程序,实现桥面板多目标构造参数优化。
研究结论：（1）边跨最大正弯矩截面为大多数控制细节的最不利荷载控制截面,其中车轮荷载作用于边跨最大正弯矩位置时控制细节3（横隔板过焊孔圆弧位置）的主应力明显大于最大负弯矩和零弯矩位置,且车轮荷载作用于曲线钢箱梁外侧会增大桥面系应力;（2）车轮荷载作用于纵肋正上方和中间时产生的各控制细节主应力较相近,但作用于横隔板中间与正上方造成的局部应力具有显著差异,进而确定曲线钢箱梁正交异性桥面板各控制细节的最不利荷载作用位置;（3）通过多目标优化构造运算确定的曲线钢箱梁正交异性组合桥面板的合理构造,可显著改善桥面板力学特性;（4）本研究成果可为曲线钢箱梁正交异性桥面系构造设计和养护方法提供优化建议。

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基于桥梁响应的高速列车横向摇摆力取值研究

李奇, 揭崇清, 石龙

铁道工程学报. 2024, 41(5): 28-33.

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研究目的：列车的横向摇摆力是桥梁结构横向刚度设计的重要影响因素,然而现行设计横向摇摆力取值未充分考虑动力作用。本文采用车桥耦合仿真分析方法,分析列车车速、桥梁跨度和墩高对横向动力响应的影响。结合移动荷载列过桥理论,研究桥梁横向基频与横向动力响应之间的关系,得到桥梁横向共振发生条件。根据运营活载动效应不大于设计活载动效应的原则,通过设计横向摇摆力乘以横向动力放大系数的方式来更全面地考虑横向摇摆力的动力作用。
研究结论：（1）在特定的速度范围内,桥梁结构的横向动力响应超过了设计横向摇摆力计算得出的静力响应,现行设计横向摇摆力取值偏于不安全;（2）简支梁的横向动力响应与跨度之间没有明显的相关性,墩高的影响更加显著,横向动力峰值出现的速度区间随着墩高的增加而减小;（3）对于横向基频在3.5~5 Hz范围内的简支梁,横向动力放大系数可取1.44,而在其他频率范围内,可以不考虑动力放大系数修正;（4）本研究可为高速列车横向摇摆力设计取值提供参考与借鉴。

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下穿铁路咽喉道岔区线路加固体系研究

赵大亮, 刘金国, 郭小亮

铁道工程学报. 2024, 41(5): 34-40.

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研究目的：由于道岔区轨道刚度和质量分布不均匀及其固有的不平顺性,结构受力比正线复杂。道岔一直是病害高发区域和养护维修的难点,因此顶桥下穿铁路咽喉道岔区比铁路正线风险高、难度大。基于此,本文提出一种新的受力性能好、适用范围广、应用于顶桥下穿多股道铁路咽喉道岔区的加固体系。
研究结论：（1）横梁按照简支梁结构计算与实际横梁受力状态不相符,对纵横梁加固体系进行数值模拟分析时,将纵梁、钢轨、扣轨梁及岔枕等构件考虑在内,与实际工程中横梁的受力状态较为相符;（2）路基模量的变化对横梁和钢轨位移影响较小,为防止施工中顶桥区域及其两侧路基塌陷,建议采取适当注浆措施;（3）本文研究对顶桥下穿多股道既有铁路道岔区工程加固体系设计具有借鉴意义。

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差异沉降引起隧道内道床脱空的发展规律研究

金浩, 赵晨, 王智弘

铁道工程学报. 2024, 41(5): 41-45.

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研究目的：为研究盾构隧道差异沉降对道床脱空的影响,本文建立包含管片、钢筋笼、螺栓的错缝拼装三维盾构隧道计算模型,并采用足尺试验对建模方法进行正确性验证。基于此,分析盾构隧道差异沉降作用下,不同道床长度与不同道床伸缩缝位置对道床脱空的影响。
研究结论：（1）在相同的隧道差异沉降率下,道床伸缩缝不与隧道环缝重合有利于道床与隧道的共同受力;（2）不同道床长度不影响道床脱空的损伤程度与“纺锤形”的脱空分布形态,但会影响道床底面的脱空范围,道床长度越大,中心块道床损伤范围越大;（3）道床伸缩缝与隧道环缝未重合条件下,道床底部损伤程度加深,沿隧道环缝位置产生贯通道床底面的损伤或脱空,道床伸缩缝越靠近管片中线,道床-隧道整体性越好,道床底部损伤程度越小,损伤范围越大,因此通过优化道床伸缩缝位置、控制道床长度,可以减少盾构隧道差异沉降产生的道床脱空病害;（4）本文研究可为盾构隧道内道床脱空病害整治提供参考。

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高速铁路泥岩隧道仰拱底鼓控制技术研究

梁庆国, 赵涛, 贾良, 何文敏, 苏晓健

铁道工程学报. 2024, 41(5): 46-51.

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研究目的：为分析基底围岩劣化作用下泥岩隧道仰拱底鼓变形的控制效果,运用数值模拟的研究方法,建立高速铁路泥岩隧道有限元模型,考虑隧道开挖条件下模拟基底围岩吸湿膨胀和软化作用,选用底板与锁脚锚杆加固的控制技术,对比分析加固前后隧周围岩的竖向位移、填充层及仰拱的变形特性。
研究结论：(1)锚杆加固基底可有效控制隧底围岩隆起,对隧底隆起的控制效果膨胀阶段优于软化阶段;(2)锚杆加固前后仰拱、填充层的底鼓位移曲线均呈“钟形”对称分布;(3)仰拱、填充层中心位置处的底鼓变形最大;(4)本研究结果可为高速铁路泥岩隧道仰拱底鼓病害防治与加固提供参考依据。

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基于改进小波包方法的衬砌损伤识别研究

陈刚, 刘冲, 王丽霞

铁道工程学报. 2024, 41(5): 52-60.

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研究目的：针对隧道衬砌发生损伤的识别方法,提出了一种基于小波包能量的计算方法,在基于前人的研究成果上进行了改进,得到了一种算法简单、损伤识别效果显著的方法,并建立了一个新的损伤指标ELG（小波包结点能量丰富点控制指标）;建立了三维隧道有限元模型,通过多种损伤工况计算,研究了该方法在不同工况下的损伤识别效果;进行了模拟实验,通过小车-管道模型模拟隧道衬砌在列车荷载作用下的响应,并使用该方法对响应数据进行分析。
研究结论：(1)新的损伤指标ELG具有高效率、高准确性的优点,可以作为一种衬砌的损伤识别方法;(2)损伤识别结果的精确程度取决于测点的布置密度,测点间距约为监测长度段的1/10时,为能否准确识别损伤的临界值,若大于此值,则不具备识别效果。

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支持多网融合的市域铁路列车控制系统研究

张友兵

铁道工程学报. 2024, 41(5): 61-66.

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研究目的： 市域(郊)铁路是适用于都市圈中心城市城区连接周边城镇组团的轨道交通系统,提供公交化、大运量、快速便捷的轨道交通服务,正朝着网络化、公交化、智能化快速发展。市域（郊）铁路作为干线铁路、城际铁路与城市轨道交通连接的纽带,需要市域（郊）铁路列车控制系统兼容CTCS制式和CBTC制式,支持列车在CTCS线路和CBTC线路之间不停车跨线运营,推动干线铁路网、城际铁路网、市域（郊）铁路网、城市轨道交通网“四网融合”,实现轨道交通网络互联互通,提高区域总体运能,提升旅客服务质量。
研究结论：（1）建议CTCS与CBTC设置重叠区,两个系统的地面设备增加接口,支持列车跨线运行; （2）建议研制兼容CTCS和CBTC的车载设备,通过车载设备适应CTCS线路的地面设备和CBTC线路的地面设备,支持跨线运行;（3）对于建设工期紧张且车辆安装空间充足的项目,可以采用分体式车载设备,系统成熟可靠,易于开发实现;（4）对于建设工期宽松且车辆安装空间有限的项目,可采用一体式车载设备,系统集成度高,节约成本,易于安装;（5）本研究成果可为存在CTCS和CBTC跨线运营的市域铁路信号系统的系统研制、工程设计、建设实施提供参考和借鉴。

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电气化铁路贯通式同相供电系统方案及控制策略

祁忠永

铁道工程学报. 2024, 41(5): 67-72.

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研究目的：电气化铁路传统牵引供电系统采用异相单边供电,牵引网需设置电分相,存在无电区,且部分线路设置电分相困难。本文研究牵引供电系统采用贯通式同相供电,经过交直交变换使全线相序一致,从而取消牵引网电分相,消除无电区。
研究结论：（1）分析了传统异相供电和贯通式同相供电的特点,并给出了两种系统原理结构;（2）搭建了贯通式同相供电整流系统的数学模型,给出了基于PWM整流技术的控制算法;（3）以集通铁路电气化改造工程为背景进行仿真计算,验证方案的有效性;（4）以电气化铁路工程为例进行了经济性分析,并给出投资回收期;（5）本文研究内容可为电气化铁路贯通式同相供电系统应用提供技术参考。

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基于机器视觉与3D点云的定位装置状态检测

许建国, 韩建民, 刘岩, 刘杰

铁道工程学报. 2024, 41(5): 73-78.

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研究目的：为解决接触网定位装置状态人工巡检耗时长问题,创建一种高效采集高清图像和3D点云融合建模技术的定位装置状态检测系统。
研究结论：（1）研发了采集高新定位装置图像处理系统,以及动态智能快速识别定位装置状态技术; （2）基于定位器直线特征与高分辨率的2D图像,运用约束条件下的Hough变换检测定位目标,通过3D点云的直线拟合,对定位装置三维数据进行处理及角度计算,提高了强光与阴天天气下测量精度与效率;（3）创建的定位装置状态检测系统适用白天与晚上检测工况,可为接触网智能化巡检提供新的途径。

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嵌于CAD系统的有限元建模方法及其应用

吴巧云, 刘梓良, 陈旭勇, 许峙峰

铁道工程学报. 2024, 41(5): 79-86.

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研究目的：当下,多数有限元分析应用的建模功能较为薄弱,导致复杂结构体系的有限元分析既琐碎又麻烦。另一方面,虽然计算机辅助设计（CAD）应用在建模方面十分强大,由CAD应用建立的模型通常无法用作有限元分析。为此,本文提出一种嵌于CAD系统的有限元建模方法,为说明其有效性及实用性,进一步研发了一款名为DirectMesh的Rhinoceros插件并将其应用于武汉站有限元分析中。
研究结论：（1）利用CAD系统所提供的交互性环境及各种建模工具可大幅提高有限元建模的效率; （2）本文所提独立网格生成单元可生成代表单个对象的网格;（3）本文所提综合网格生成单元可生成含多个对象的综合网格系统;（4）本文所提有限元模型生成器可通过网格有效生成复杂结构系统的有限元模型;（5）本文所提方法可大幅提高有限元建模的易用性及效率,有助于提高机械工程、土木工程及岩土工程中仿真模拟工作的智能化程度。

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基于几何语义铁路隧道参数化建模研究

谭衢霖, 郭泽, 卢文龙, 解亚龙, 史瑞昌, 秦琳, 鲍榴

铁道工程学报. 2024, 41(5): 87-93.

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研究目的：为提高铁路隧道BIM建模效率及铁路隧道参数模型的通用性,解决商业BIM软件内置几何约束表征对二次开发参数化隧道建模的限制问题,本文基于独立几何语义对铁路隧道参数化建模进行研究,构建铁路隧道优化参数建模流程,发展相应的参数化算法,并采用开源几何造型库进行实现。
研究结论：（1）提出了一种铁路隧道参数化建模流程与铁路隧道实体模型生成方法;（2）基于几何语义对铁路隧道横断面进行分解,确定了描述横断面所需参数;（3）确定了三种横断面轮廓分段形式下的参数关系,提出了一种优化铁路隧道参数化算法;（4）基于Open Cascade开源几何造型库,实现并验证了该铁路隧道参数化算法的优越性;（5）本文提出的铁路隧道参数化算法不受常用建模软件内置几何约束表征方式的限制,可直接绘制隧道断面轮廓并生成三维实体模型,能满足铁路隧道实体建模需求,提高铁路隧道实体建模效率与铁路隧道参数化建模的通用性。

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铁路工程建设环水保风险演化研究

郭峰, 吴彦林, 古江林

铁道工程学报. 2024, 41(5): 94-99.

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研究目的：随着绿色发展理念的提出,对铁路工程建设环境保护和水土保持提出了更高的要求。为顺利完成工程建设环水保目标,识别铁路工程建设环水保风险因素,建立环水保风险演化的系统动力学模型,并以H铁路工程项目为例进行仿真分析,了解风险演化过程,明确风险防控的重点任务。
研究结论：（1）在建设过程中环水保风险呈现先增加后稳定的总体趋势,其中开工建设前期为环水保风险的集中涌现阶段;（2）风险因素取值的变化将对环水保风险产生不同程度的影响,其中环水保专项资金不足改变对环水保风险系统影响最大,人员专业能力不足和环境本底调查不全面次之,施工机械污染大变动对系统影响较小;（3）工程项目引入风险预警机制有利于控制环水保风险,预警值的大小将影响风险防控效果;（4）本研究结果可为工程项目防控环水保风险提供借鉴与参考。

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地铁车站工程专项方案施工风险耦合致险评估

宫培松, 张永成, 王毅, 肖天龙

铁道工程学报. 2024, 41(5): 100-105.

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研究目的：安全专项方案风险评审是保障地铁车站重大工程施工安全的重要基础。针对地铁车站工程施工方案人工风险评审缺乏多风险耦合考虑、评审效率低等问题,提出构建基于系统动力学的风险耦合模型评估方法,其安全风险评价结果能有效支持专项施工方案风险评审和现场安全管理。
研究结论：（1）基于工程安全风险事件的作用特征分析,得到了安全风险系统的演化路径及风险事件间的耦合关系;（2）建立了基于系统动力学的专项方案施工风险评价模型,其获得的具有时空信息工程风险评价结果,符合工程实际且便于工程师理解;（3）本研究成果可为地铁车站重大工程安全风险自动评审、方案修订以及现场应用提供支持,具有良好的理论和实践价值。

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铁路建设项目柔性管理及影响因素研究

王淑雨, 韩同银, 韩明明

铁道工程学报. 2024, 41(5): 106-110.

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研究目的：当前我国多条艰险山区铁路和高原铁路开工建设,动态多变的外部环境、多约束条件下的建设组织以及新技术带来的不确定性挑战日益严峻。为应对诸多项目复杂性因素带来的挑战,探索铁路建设项目柔性管理新范式十分必要。通过识别影响项目柔性的各种管理因素,构建具有较强韧性的铁路建设管理体系,为铁路建设项目承包商提供新的管理理念和方法。
研究结论：（1）面对普遍存在的项目复杂性挑战,铁路建设项目可以推行柔性管理,调整传统“规划-控制”型管理风格,适度增强项目柔性,提高项目响应环境变化和不确定性的能力;（2）通过文献分析、专家咨询及统计分析,确定了柔性合同、BIM技术应用等8个影响因素,构建了包括团队柔性和过程柔性的铁路建设项目柔性二维因子模型,其中信息共享、团队学习和管理创新是影响铁路建设项目柔性的关键因素; （3）本研究成果可以在铁路建设管理领域推广应用,能够为铁路建设承包商推行柔性管理提供理论参考。

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地铁工程施工三元空间安全韧性评价

刘敬严, 郑文文, 赵莉琴, 田静

铁道工程学报. 2024, 41(5): 111-117.

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研究目的：为提高地铁工程安全管理水平,将韧性理论引入安全管理领域。从三元空间安全理论出发,采用二维云模型进行地铁工程施工安全韧性评价。首先,从三元空间的物理空间、社会空间、信息空间出发构建地铁工程施工安全韧性分析框架,参考相关文献建立地铁工程施工安全韧性评价指标体系;然后,兼顾韧性的防御特性和恢复特性,以防御和恢复作为二维云模型的维度建立地铁工程施工安全韧性评价二维云模型,利用云发生器MATLAB编程计算韧性标准云和评价云的云数字特征,生成云滴及韧性云图,对比评价云图和标准云图,结合贴近度来判定安全韧性等级;最后,进行实例分析。
研究结论：（1）韧性理论引入安全管理领域,为地铁工程安全管理实践提供了新理念;（2）从物理空间、社会空间、信息空间出发,建立了包括人员因素、材料因素、设备因素、技术因素、管理因素、环境因素、信息因素七个准则层共24个评价指标的安全韧性指标体系;（3）对青岛市地铁5号线某车站工程施工安全韧性水平的综合评价结果为“中度韧性”(Ⅲ级) ,在工程进行中不仅要注重安全风险防御,还应该注重加强快速恢复能力;（4）二维云模型,将韧性的防御特性和恢复特性综合考虑,云图更直观,可视化更强,可为地铁工程安全韧性评估提供新思路。

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2024年, 第41卷, 第5期　
刊出日期：2024-05-15

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