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1、信息化管理在公路养护中的实践应用以上海隧桥为例信息化管理在公路养护中的实践应用以上海隧桥为例摘 要随着社会经济的发展，特别是桥梁结构分析理论、计算机技术、土木建筑材料、结构检测技术和桥梁施工技术的巨大进步，一大批结构新颖、技术复杂、设计和施工难度大、现代化品位和科技含量比较高的大跨径桥梁被建造出来。然而，随着大型桥梁设计的轻柔化、结构设计的日趋复杂化以与桥梁安全事故的频频发生，大跨度桥梁的运营养护问题也越来越引起各国政府的关注。上海长江隧桥工程属于桥隧结合的特大型工程，大型隧桥工程的生命过程一般包括总体规划、设计施工和运营管理三个阶段。运营养护管理系统的建立，不仅可以进行全寿命跟踪，并可对大型

2、工程的养护运营提出针对性指导意见。关键词：1、上海长江隧桥 2、运营养护 3、信息化 一、绪论（一）研究背景与意义随着社会经济的发展，特别是桥梁结构分析理论、计算机技术、土木建筑材料、结构检测技术和桥梁施工技术的巨大进步，一大批结构新颖、技术复杂、设计和施工难度大、现代化品位和科技含量比较高的大跨径桥梁被建造出来。然而，随着大型桥梁设计的轻柔化、结构设计的日趋复杂化以与桥梁安全事故的频频发生，大跨度桥梁的运营养护问题也越来越引起各国政府的关注。上海长江隧桥工程属于桥隧结合的特大型工程，大型桥梁的生命过程一般包括总体规划、设计施工和运营管理三个阶段。受经济和技术条件的限制，人们往往把主要精力放在

3、设计施工阶段，而对运营管理阶段的桥梁维护重视不足，我国“重建轻养”的现象仍较严重。一些现有的大型桥梁运营养护管理系统的基本模式沿袭中小桥梁，其主要功能是存储桥梁有关的数据，养护管理的核心是修补危害桥梁结构运营的部分，包括重新涂刷、修补铺装的凹陷以与因交通事故而损坏的一些设施等，其实质是消极的防御型的养护。而对于大型桥梁，仅仅通过以往简单的养护措施和技术手段显然是不够的。由于缺少对桥梁长期性能变化的科学预测，因此桥梁的养护、维修和管理并未达到理想的效果。大型桥梁的运营养护管理系统，必须从以下几个方面入手才能达到预期希望的效果：1、数据采集：采集能全面描述桥梁基本特征和当前技术状况的信息，建立桥梁

4、基本信息档案库的同时，提供对桥梁进行评价决策的基本数据支持，从而对桥梁进行有效的管理和状态监控。其数据主要包含两个部分：桥梁基本数据信息设计资料、施工资料、竣工资料、重车过桥记录以与维修历史等；桥梁检测数据（桥梁运营状态评估和决策的主要数据来源）人工检查数据、仪器检测数据和健康监测数据。只有通过与建设期系统与健康监测系统的整合，运营养护系统才能够采集到足够的信息，为桥梁正常安全地运营提供数据保障。上海长江隧桥运营养护系统易于与建设期系统与健康监测系统整合，能够更有效地采集足够的数据为运营养护服务。2、病害分析：桥梁病害诊断分析是桥梁维修加固的重要环节，也是桥梁维修加固设计的前提。同一桥型中，构

5、件不同，同一构件中，材料、所处环境、管理养护不同，都会使桥梁产生不完全一样的病害。必须通过对国内外发生的各种病害进行归类和原因分析，参考养护手册建立缺陷对策库、病害数据库供养护管理部门参考，才能减少养护过程中的人为失误与不规范操作。同时，通过对病害与缺陷与其处理信息的长期积累与不断补充，为运营养护提供更准确的参考，使运营养护工作形成良性的循环。上海长江隧桥运营养护系统通过将养护手册电子化以与提供缺陷对策库、病害信息库，为养护工作提供了有力的支持。3、主动养护：大型桥梁的传统养护理念应该由传统养护工作的防御性转向技术预测，变以往的消极防御为主动养护，将现场调查、现场检测与监测、计算机识别与判别、

6、维修与预测的整个过程系统化。桥梁结构的长期性能预测关系到结构将来维修计划的制订以与维护工作的优先级排序，通过对各构件的合理预测、掌握桥梁工作状态的变化趋势，管理之可以选择养护维修工作的最佳时机，并与时制定养护维修计划，从而降低维修成本和桥梁出现重大事故的概率，维修工作不与时将会严重影响大跨度桥梁结构的使用寿命。上海长江隧桥运营养护系统通过将养护手册电子化与提供一定的算法处理，提供隧桥设施状态的评价与评估支持，使系统可以自动生成和与时调整养护计划，实现主动性地养护。4、辅助运营决策：对公路、隧桥的运营管理的根本目的是保障公路隧桥的交通安全。怎样解决有限的养护资金与无限的养护需求之间的矛盾，利用科

7、学的管理手段，充分发挥设备效能，平衡运营收入与支出，是上海长江隧桥运营期需要解决的主要问题。通过运营管理系统，对运营状况进行统计分析，提高运营绩效，保障通行安全，是运营期管理系统的一个重要功能。上海长江隧桥运营养护系统通过事件预案（与其它系统联动）与运营绩效分析，实现了对突发事件的快速响应与对运营绩效的量化分析，进而辅助管理层进行与时有效的运营决策。（二）国内外现状上海长江隧桥进入运营期后，对其进行的运营管理工作主要涉与三个方面：运营管理、设备维修、结构养护。在目前国内外实际使用的系统中，常见于用不同的系统来实现以上三个方面的管理：通过智能交通（ITS）系统进行交通管理；以财务管理为主进行收费

8、、辅业经营与运营成本核算的经营管理；通过机电管理系统进行机电设备的检查、维修与维护；通过桥梁、隧道、公路管理系统实现结构养护与维修；ITS发展情况如下：本世纪六十年代末期，美国开始了智能运输系统（ITS）方面的研究，之后，欧洲、日本等也相继加入这一行列。经过近30年的发展，美国、欧洲、日本成为世界ITS研究的三大基地。80年代后期，在这些国家和地区取得了一些研究成果，并逐步将一些研究成果应用于生产实际，实践证明，ITS有着巨大的社会与经 济效益，是交通运输发展的趋势。 从各研究领域的用户服务功能来看，美国ITS研究领域中的出行与交通管理系统涵盖的范围较广，主要包括路上驾驶员信息系统，路线引导系

9、统，出行者服务信息系统，交通控制系统，交通突发事件管理系统与车辆排放物的检测与控制系统和公铁交叉口管理。而日本ITS研究领域中的先进的导航系统、道路管理效率化和优化交通管理这三个方面服务的内容与之比较接近，但也不尽相同，其中日本ITS研究领域中的优化交通管理突出了交通流优化，道路管理效率化突出了维护管理效率化的服务内容，这两点用户服务功能在美国研究领域出行与交通管理中没有明显体现。我国的ITS研究起步较晚，但ITS理论研究与技术产品开发也正在紧随国际交通运输发展趋势。 设备管理系统根据管理模式的不同，分为自主维护与外包管理两个领域，在此两个方面，历经数十年的发展，国内外都已经有完备独立的设备管

10、理系统将设备与备件的采购、运行、维护、仓储、费用等方面的管理集于一身。桥梁管理信息系统是近20多年来在世界范围内土木工程界出现的一个综合型系统。一般分为路网级管理和项目级管理两种。路网级桥梁管理是在建立桥梁信息数据库的基础上，通过对整个辖区范围内所有桥梁状况的检查结果进行分析与评定，将桥梁划分成完好、需要检测和需要立即加固维修等几种状态，进行桥梁分级排序，同时根据分级排序对这些桥梁的有限的维护资金进行合理有序配置。项目级桥梁管理则是通过对桥梁的检测或试验结果进行理论分析计算、针对单个桥梁的安全性进行评价，对桥梁的未来状态进行预测，并对桥梁的维护加固提供具有科学依据的决策方案1。目前在美国广泛运

11、用的有Pontis 桥梁管理系统、Bridge桥梁管理系统等，它们都采用单元作为桥梁的管理基础，以Markov模型分析桥梁的退化，可以预估意外事故花费，车行绕道花费等，并可以采用网络优化模型对桥梁维护和维修作出优化2。Danbro 是丹麦开发并在其它国家运用的桥梁管理系统，它于1987年开发并不断完善。它主要包括桥梁基本数据的收集，能提供在网络水平上的桥梁维修的最经济的方案，通过计算来确定桥梁的承载能力等3。国内桥梁管理系统的研究开始于八十年代中期，四川省公路研究所、广东省公路研究所、交通部公路研究所和北京市公路管理局、同济大学等单位在吸收国外开发的经验的基础土，根据我国的国情，先后开发了四川

12、省桥梁数据库系统、广东省桥梁管理系统、北京市公路桥梁管理系统、上海市城市桥梁管理系统等4。这些系统主要包括地理信息系统、桥梁档案管理、技术状况监测、技术状况评价、养护维修对策等功能，并进一步提供统计分析决策辅助等服务5。综上，运营养护管理的各个领域中涉与不同的专业系统，而运营养护管理是一个综合的、跨学科的系统工程，融智能交通、经营管理、设备管理、隧桥结构养护于一体的量化智能的运营养护管理信息系统，能够以标准化的养护指引提升目前国内养护的规范化程度，实现基于量化分析预测的绩效优化主动养护者，目前未见。二、上海长江隧桥运营养护管理信息化目标随着社会经济的发展，大型隧桥设施的安全维护问题也越来越引起

13、各国政府的关注。上海长江隧桥工程是世界上最大规模的隧桥结合工程之一，在“一流工程、一流运营”的目标下，为此在工程建设过程中，积极开展相应运营准备工作，分别构建了上海长江隧桥工程项目信息管理系统、综合监控系统、健康监测系统和集勘察、设计、施工和运营为一体的数字化平台，但目前各系统均是独立的系统，为了更好地开展高标准运营、精细化养护，有必要构建一套集成上述系统并满足运营工作的上海长江隧桥运营养护系统。（一）上海长江隧桥工程特点上海长江隧桥（崇明越江通道）工程位于上海东北部长江口，是一项特大型交通基础设施项目，也是上海至西安高速公路的重要组成部分。该工程的建成将改善上海市交通系统结构和布局，加速长三

14、角地区经济一体化，提升上海在全国经济中的综合竞争力。工程采用“南隧北桥”方案，起于上海市浦东新区的五好沟，以隧道形式穿越长江口南港水域到达长兴岛，然后以桥梁形式跨越长江口北港水域到达崇明县的陈家镇，全长25.53km。工程按高速公路标准、双向六车道设计，设计荷载公路I级，设计车速80100km/h。上海长江隧道工程全长8.95km，其中穿越水域部分7.5km为两条外径15m的盾构法圆形隧道，采用两台直径为15.43m泥水加气平衡盾构机从浦东由南向北一次掘进至长兴岛。上、下行线间设有8条连接通道，间距约830m。上层为高速公路车道层，车行道建筑限界净宽12.75m，净高5.2m，设三条（33.7

15、5m）车道，双向六车道，设计车速为80km/h。下层为预留轨道空间、逃生通道、设备通道与江中废水泵房。在上、下层间设有疏散楼梯。浦东岸边段长657.83m，长兴岛岸边段长829.93m（含214.93m接线道路）。隧道工程混凝土约819100 m3，钢筋约152214t。上海长江大桥工程全长16.57km（其中接线道路6.60km，跨江桥梁9.97km，设计车速100km/h）。跨江桥梁考虑漫滩、深水、江中沙洲等复杂地形的影响，采用了不同的结构形式，使得工程的结构形式多样化：考虑通航要求，在深水区设置了一个主跨为730m全漂浮体系分离式钢箱梁斜拉桥，深水区其他地方则为105m钢-混凝土组合结构

16、连续梁和70m混凝土连续梁，整孔制造安装；漫滩区单垮跨径50m预应力钢筋混凝土连续梁，移动模架施工；辅航道孔为80m+ 140m+140m+80m预应力钢筋混凝土连续箱梁，挂蓝悬浇施工；江中沙洲由于距岸边较远，则采用单垮跨径60m预应力钢筋混凝土连续梁，节段预制，造桥机拼装。为沟通两岛交通，长兴岛潘园公路与崇明岛陈海公路各设一座互通式立交。全桥累计浇筑混凝土约798284 m3，钢筋约100952t，预应力钢束约12912t，钢材约122106t，填土方约686202m3。长江隧桥工程于1993年起开展研究，2002年12月国家计划委员会下达了经国务院批准的项目建议书，崇明越江通道工程正式立项

17、。2003年04月上海完成工程可行性报告评审；2003年09月交通部组织工可评审；2003年10月国家发改委组织专家评审；2004年07月国务院常务会议通过项目的工可审批；，2004年12月10日12日，国家交通部对工程初步设计进行了专家评审，2004年12月28日正式启动，2005年9月上海长江大桥正式动工，2006年9月上海长江隧道正式开始掘进，2008年5月和8月长江隧道两条隧道相继贯通，2008年6月长江大桥全桥贯通，整个工程于2009年10月31日建成通车。（二）长江隧桥工程特点与难点长江隧桥工程建设的特点，主要体现在以下方面：1、水文、地形条件十分复杂。长江隧道工程穿越的长江南港水

18、域，水域宽阔，江面宽度约7公里，江中浅滩极不稳定，地质条件复杂，该水域江海分界且地层具有液化性、高流塑性和高水压等特点，极易发生流砂、管涌、振陷。长江大桥工程跨越的北港水域，江面宽8.6公里，水域范围内漫滩、深水、江中沙洲结合，地形条件十分复杂。2、是水域通航条件要求高。长江隧道工程位处的长江南港水域通航要求高，需要满足第四、第五代集装箱船通航要求，这也是建设隧道而非建设桥梁的重要依据；长江大桥工程位处的北港水域，也需满足远期3万吨级集装箱和5万吨级散货船与满足3000吨级船舶通行的要求。这对大桥主通航孔和和辅通航孔的设计提出了较高要求。3、是施工工艺复杂。鉴于上述水文、地形复杂和通航的要求，

19、形成长江隧桥工程建设施工工艺复杂性的特点。长江隧道工程鉴于土层极不稳定，且为了不影响通航，采用了15米级软土盾构一次性掘进7.5公里的施工方案；长江大桥工程由此采用了不同的结构形式，考虑通航要求，在深水区设置了一座主跨730米全漂浮体系的斜拉桥，深水区其它地方则为105米钢-砼组合结构连续梁和70米混凝土连续梁，均为整孔制造安装；漫滩区采用50米混凝土连续梁，移动模架施工；江中沙洲采用60米混凝土节段预制梁，架桥机拼装。 4、是工程集约化要求高。为贯彻建设集约化的科学理念，长江隧桥工程在隧道下层和大桥两侧预留了轨道交通空间，同时，也预留了22万伏超高压电缆和各类社会公共管线通道。 （三）上海长

20、江隧桥运营养护特点长江隧桥运营养护管理的主要内容为：收费管理。主要包括：道口管理、票务管理、收费稽查、收费监控。道路监控（通行管理）。主要包括：路况信息、行业信息、警务信息等接受、传输、处理、记录，并承担突发事件应急响应的信息枢纽功能。养护管理（土建、绿化）。主要包括：对隧桥设施进行日常巡检、技术检测、小修保养、外力损坏设施的应急处理和抢修、绿化养护、设施保洁。机电维护（设备管理）。主要包括：对隧道的风、水、电、消防、通讯、监控，对大桥的照明、广播等设备进行周期性巡控、保养，对易损易耗件进行调换，对有关电气设备进行定期检测等。服务管理（经营管理） 主要包括：服务区的休息购物、加油、停车、厕所、

21、餐饮等设施经营管理，沿线开发如桥孔电缆孔出租、旅游、广告等。路政管理（政府职能） 主要包括：路政巡视、现场救援、外力损坏勘查、索赔、违法处罚、路政许可。牵引除障。主要包括：对事故、抛锚车辆进行牵引。（四）上海长江隧桥运营养护管理信息化系统建立的目标上海长江隧桥是世界上最长的桥隧结合工程，从2009年10月31日通车后进入运营养护阶段。在运营养护中，涉与到桥梁、隧道、公路、机电设备与附属设施的养护，养护工作涉与的专业门类多，工作内容复杂，对规范性的要求高。纯粹依靠养护人员手工操作、书面归档记录的方式已经不能满足对于现代化养护的高效、高机动性、规范性、预防性的要求。为实现运营养护工作的科学管理，使

22、上海长江隧桥公司与参与运营养护的其它各方实时共享信息，畅通工作流程，积累重要数据，需要建立上海长江隧桥运营养护系统。该系统将使运营养护工作实现：管理流程有程序；运行安全有保障；工作内容有计划；完成任务有反馈；检查监测有记录；应急处理有预案。以主动养护保证上海长江隧桥高质量地安全运营，实现较高的经济效益，带来良好的标杆效应。为此，构建上海长江隧桥运营养护管理信息化系统，以便使长江隧桥实现智能化的预养护与量化的隧桥管理。本系统具有以下几个特点：通过设备的二维码标示，实现有序快速的设施清点与养护操作支持；支持手机等设备的移动巡检养护系统，使养护工作更与时有效；基于GIS与GPS的设施信息管理、车辆轨

23、迹跟踪便于对养护工作进行实时跟踪；与综合监控系统、隧道风险监控系统、数字化隧道的数据集成使运营养护系统实现量化的实时管理；基于电子化养护手册自动生成养护计划、提供巡检养护工作指引，规范养护流程与操作，降低养护成本，提高养护质量；以设施基础构件为中心的信息集成与病害、缺陷跟踪、养护对策库建立，实现智能化的预养护，防患于未然；提供运营养护状况分析与辅助决策支持。三、长江隧桥运营养护系统规划（一）长江隧桥运营养护系统建设原则利用现代信息技术，逐步建立满足上海长江隧桥建设发展有限公司高效管理和科学决策需要的综合信息管理系统，为深度开发信息资源、加速信息流通、实现信息资源共享提供有效手段。 （二）长江隧

24、桥运营养护系统建设范围根据企业模型中职能域的划分和上海长江隧桥建设发展有限公司内部组织机构的设置，我们将长江隧桥运营养护系统划分为四个功能模块，分别是：综合办公、运营管理、养护管理、信息发布。长江隧桥运营养护系统的建设包括以上四个功能模块的开发、各个模块之间的接口开发和与其他信息系统的接口开发，系统联调工作和培训实施工作。整个系统的功能架构如图3-1：图3-1 长江隧桥运营养护系统功能模块示意图（三）运营养护系统的技术支持方案1、技术策略 根据信息系统目标与当前信息技术的发展水平，确定信息系统技术策略如下：（1）系统采用的技术应具有足够的先进性和成熟性； （2）尽量采用符合行业标准的技术，以便

25、于以后的维护和扩展，降低整体建造成本，同时便于获得第三方的支持； （3）采用基于Web的多层B/S结构，这已经是当前主流结构，可保证系统的分布性、灵活性和高性能性； （4）基于组件技术(Component Architecture)开发，使得系统易于集成和维护，并提高可靠性； （5）采用与工业标准兼容的协议(如HTTP、XML、UML等)以保证系统的开放性； （6）用户界面采用人们熟悉的Web浏览器风格，简化用户的操作，以减少用户使用培训时间。2、应用结构系统应采用B/S模式，三层架构；开发可用J2EE平台；应用服务器使用Tomcat ，数据库使用Oracle数据库。形式结构如图3-2，它分为

26、系统硬件结构、操作系统、数据访问层、应用服务器平台和应用表示几个层次。图3-2 应用系统的层次结构示意图3、支撑平台网络操作系统： MS Windows 2003 Server应用服务器： Tomcat 6数据库：Oracle 10g客户端操作系统：Windows XP/Vista，IE6.0以上，Adobe Acrobat Read 4.0 以上4、开发技术与规范J2EE标准JSPJavaBeansJavaScript三层B/S结构考虑到实际情况，我们建议系统采用B/S模式，三层架构，开发采用J2EE平台，应用服务器使用Tomcat，数据库使用Oracle 10g 数据库。系统程序使用JSP

27、+JAVA+JavaScript编写。内部访问通过百兆局域网访问，外部访问使用拨号或宽带访问本系统。采用比较成熟的技术路线，开发平台、开发工具和数据库管理系统均属于被广泛使用的产品，适合长江隧桥运营养护系统项目，从技术上能够保证将来系统的先进性、可扩充性、可靠性和安全性。 四、上海长江隧桥运营养护管理信息化集成系统（一）集成系统概述功能范围图4-1长江隧桥运营养护系统功能层次模型图根据上海长江隧桥建设发展有限公司进入运营养护阶段后管理职能的转换，将长江隧桥运营养护系统划分为12个子系统，分别是：系统管理、GIS+GPS、运营管理、电子化养护手册、设备管理、结构养护、养护工作考核、移动门户、库存

28、管理、采购管理、费用管理、协同办公。长江隧桥运营养护系统的建设包括以上12个子系统的开发、各个子系统之间的接口开发和与其他信息系统的接口开发，系统联调工作和培训实施工作。（二）系统管理图4-2 长江隧桥运营养护系统管理模块功能图（三）GIS+GPS将在系统中提供长江隧桥与其相关区域地图用于查询各种实时与历史信息。（四）运营管理图4-3 系统运营管理功能模块示意图该子系统具有以下特点：运营管理子系统提供了对于突发事件的事件预案管理与养护预案管理，通过采集健康监测、综合监控系统的信息、在本系统中设置报警、预案并设定执行的人员职责、采取的措施、任务的分配，在突发事件产生时与外部系统联动，实现了突发事

29、件的自动检测、迅速响应、与时救护与事故排除，保证行车快速安全。运营管理子系统提供了运营期的各种数据的汇总统计与综合分析，使管理层能够与时了解运营期的运营状况、经营效益、管理效益，为管理层提供了直观、量化的辅助决策支持；在运营管理子系统中，将与通信、监控、收费、电力（交通监控、收费管理、广播系统、紧急电话、消防系统、视频采集、照明控制、电力配电、紧急救援、健康监测系统等）系统等运营期使用的外部系统进行信息的交互，本系统需要从这些系统中获取大量的信息进行综合分析，并在事件处理时进行多系统之间的联动。（五）电子化养护手册养护手册是根据相关国家和行业标准，以与上海长江隧桥实际情况编写的，适合该隧道桥梁

30、养护策略的作业规范，养护手册应当在养护作业过程中严格执行。因些，将养护手册的内容进行电子化与结构化，按照设施类型标注不同的养护频率、养护等级、养护类型与方法、养护检验标准、养护操作指引等可达到以下目的：根据机电设备、土建设施不同的初始状态、开始使用时间、养护频率、自动化生成养护计划；提供不同的养护方法与操作规程，使养护人员在养护工作中进行参考，规范化地执行养护操作；在养护工作结束后可以根据养护检验标准进行养护工作的质量检验，评定养护工作质量；图4-4 养护手册电子化示意图（六）设备管理设备管理子系统通过把对设备基本信息的静态管理与设备养护过程的动态管理相结合，从而实现对设备整个生命周期的管理。

31、图4-5 设备管理子系统功能示意图该子系统具有以下特点：全面建立设备档案信息案，实现快速、准确的设备信息查询；实时、动态跟踪设备使用状态、跟踪设备故障处理环节，最大程度地提高设备故障维修处理效率；支持两种客户端方式移动设备（手机等）、电脑，用户可以通过将设备上标贴的二维条码扫描入系统实现电子维养考勤、养护操作确认、实时信息反馈与交互、远程支援等功能；综合的设备信息统计分析，为设备养护计划制定、设备管理决策制定提供科学依据。（七）结构养护 结构养护主要用于对长江隧桥的土建结构进行技术状况评定、制定养护计划与管理养护工作。该子系统与长江隧桥项目管理信息系统、健康监测系统进行数据交互。结构养护功能模

32、块如下图：图4-6 结构养护功能模块示意图（八）养护工作考核1、考核文档管理对养护工作的相关资料的管理，按照不同的分类进行文档的层级管理。2、指标与模板管理对于养护指标（评分标准）的设置与养护考核的模板文件进行管理。3、考核管理业主和养护公司可以使用本模块进行考核管理。养护公司可以在此提交自查报告和自查评分结果，业主可以在此记录检查情况、评分结果等考核结果。4、报表统计分析对于养护工作考核的结果进行统计分析，按照时间、指标、考核项等进行统计分析并生成图表。五、结论 长江隧桥建立了个集通行情况、设备、土建结构信息的采集、加工、分析预测于一体的运营养护管理信息化系统，为长江隧桥提供安全运营与养护管理的有效平台，使参与运营养护的各方在量化数据与有效分析预测基础上，对长江隧桥的运营与养护状况做出清晰的判断和与