发信人: realplayer (演绎真实人生), 信区: Energy
标  题: 建筑物的能源供应系统——工程和环境
发信站: 哈工大紫丁香 (2002年03月21日17:46:58 星期四), 站内信件

Max Fordham
职 位：高级合伙人
单 位：英国Max Fordham有限合伙企业
出生日期： 1933年6月17日
学位：硕士学位帝国荣誉教授RIBA荣誉会员


教育
   Max Fordham毕业于Dartington Hall学院并在剑桥大学主修物理，在国家热能
传导与冷却扇工程学院修习了研究生课程，而后到剑桥大学从事研究工作。
重要工作经历
   作为weatherfoil有限公司的研发工程师，他在剑桥大学的丘吉尔学院领导了一
项热能使用的可行性研究。在Arup合伙企业里，他在实验室、工业建筑和休闲建筑
方面获得了丰富的设计实践。
   1966年他创立Max Fordham合伙企业，也就是现在的Max Fordham有限合伙企业
的前身。该机构作为建筑工程师的联合体，主要提供下述方面的专业服务：取暖、
空调、供水和电子设备安装。该机构在各种类型的房屋建筑方面有广泛的建筑经验
。Max Fordham认为：在建筑设计时，如果相关的工程师都有能力提供建筑所有部
分的设计方案，而不仅仅是提供有限的几种专业技能，那么建筑的整建筑所有部分
的设计方案，而不仅仅是提供有限的几种专业技能，那么建筑的整体性能就较高。
该企业的主要服务是提供专业的具体的工程设计，并在建筑装修方面提供建议，以
优化建筑内部的能源供应。
最近的论文和讲演
   “建筑学与环境”，发表于2001年IOC-UIA在洛桑召开的“奥林匹克运动与建筑
学”会议。
   “大面积建筑的环境效应，发表于2000年4月巴斯的“国际大面积建筑学术座谈
会”。
   “如何控制温度”，皇家技术协会的Happold纪念会讲演，并发表于皇家技术协
会论文，2000年4月。
   “空调技术的挑战与革新”，发表于1999年冷却研究所在伦敦的“未来冷却技
术的挑战和解决方案”会议。
   “可持续建筑的能源使用效率”，发表于欧洲可持续性节能建筑委员会James 
＆ James会
议。
   “自然通风”，发表于1999年佛罗伦萨的世界可再生能源会议。
   “建筑规范中的能源使用效率问题”，发表于“建筑学评论”， 1999年。
Max Fordham有限合伙企业
   该机构于1966年注册于英格兰。目前它拥有的工程师和管理人员总数为100人，
年营业收入为3500万-4000万英镑。作为由众多建筑工程师构成的实体，该机构在
建筑方面提供与电气和机械有关的服务。
   该机构认为：建筑应被视为一体，提供建筑服务正是为建筑物作完整而非分散
的专业安装设计。为达到这一目的，提供相关服务的工程师应对建筑原理以及与建
筑设计相关的方方面面的物理学原理有很好的理解。这种广泛的知识对于作为整体
的建筑设计安装中的细节服务，尤其是建筑选址与结构设计意义重大。
   工程项目中经常要求提供特殊领域的咨询服务，例如：声学、消防工程和灯光
配置。同时，在这方面，减少独立建筑咨询师对于建筑的整体设计是很有稗益的，
一般情况下，该机构都可以在上述领域内提供完整的服务。但如果在某一领域需要
很高级别的专业咨询，该机构也乐于和独立专业咨询师共事。
   该机构致力于建造达到最高级别BREEAM认证的建筑，相关的手段有：(1）在允
许范围内减少热能和光能的消耗；（2）避免使用空调；（3）细致的选材。
   以下列出该机构1999年以来获得的奖章：
   2000年国家植物园，H＆V新闻年度环境创意奖
   2000年曼彻斯特Contact剧院、威尔士国家植物园大暖房、达格南白蜜葡萄中心
RIBA杂志可持续设计奖
   2000年曼彻斯特Contact剧院，建筑服务奖（列入最佳环境创意目录）
   1999年赫特福德郡Haileybury水池，建筑服务奖（列入环境刨意较优奖）
主题发言

建筑物的能源供应系统
——工程和环境

   奥林匹克运动已经把《21世纪议程》列入到奥林匹克的日标中。在西方的发达
社会中，建筑物的碳氧化物排放量占整个社会碳氧比物排放量的近一半，交通系统
和生产活动的排放量各占另外的四分之一。当奥林匹克运动在全球内实现其推广体
育运动和传播文化的目标时，追求工业化所带来的好处必须在地球上可利用的资源
的许可范围内实现。本文是一篇有关建筑环境的论文，作为一名服务于建筑业的工
程师，我将在建筑设计过程中，致力于研究能够实现《21世纪议程》目标的技术。

   统计数字表明，不同的建筑物在使用能源而造成的碳的排放，即使是在相似的
气候及相似工程设施下建造的相似的建筑物，也会有很大的差异。
   首先，对建筑初步设计的评价应当考虑量化的能源使用效率的因素。
我从经验谈起，因为我在低碳氧化物排放量建筑物设计的初次尝试，起因于参加竞
赛。竞赛的评判在一定程度上考虑到能源消耗量指标，这些衡量指标特别强调包括
设计思想在内的一些重要因素。
   这些衡量指标表明，许多影响因素的重要性依赖于建筑物最终使用的方式。全
球经济体系的建立，是为了帮助人们对资源的利用做出选择。化石燃料资源是在过
去的历史中储蓄下来的一种能源，我们可以不受限制的利用它。化石燃料资源的使
用，使人类活动就像一个银行的财务平衡那样：当没有利息要付时，银行的支出会
很快，并且现时的经济制度不能帮我们做出合理的选择。很多国家在政治上达成了
共识，认为经济体制必须调整，以帮助人们在建筑物中采用持续发展的措施。但总
体来看，人们不大支持这个共识。
   l.在英国我们曾尝试征收燃料税，现在已被放弃。
   2.将汽车燃料的价格提高到超过通货膨胀6％，这项措施持续了几年，但现在也
已被放弃。
   3.对碳放射物征收排污费，以提高燃料的费用。
   4.碳氧化物排放的贴换办法。
   所有这些表明，政府正努力采取财政措施，以使碳氧化物排放能够减少，同时
不期望从中获得经济利益的回报。
   从1974年起，我一直在为以可持续发展为理想的业主们作建筑设计服务。这个
目标已经在最初的可行性研究中得到体现，并且在一些完工的建筑结构中得到实施
。我们的服务必须遵循可持续发展的思想。设计者需要注意：建筑材料的内在能量
消耗是一个应被考虑到的评价标准，且其化学成分很重要。工程师们需要明白，他
们应当将显示出数理方面的技术用于辅助建筑形式的设计；其后，相应的工程设备
装置应当考虑可持续使用因素。
   建筑完工后，与最初设计的差异的大小，必须由管理人员来控制，以便实现原
有设计的能源使用目标。通过创造性的管理，可以进一步的节约能源。
   当前，世界上大约10亿人得益于含碳燃料生产的工业化。世界人口预计将稳定
增至大约100亿人。有趣的是，这个数字比我十年或更多年前听到的120亿的预测数
字有所下降。人口数的稳定有赖于这一规律的作用：社会的工业化进步将导致出生
率的降低。如果我们要将CO2的排放量稳定在目前的水平上，那么必须达到这样情
形：世界人口享有的单位资本产量减少的同时，每人享有的利益增加。显然，人口
的增长率与化石燃料供应率须成90％的反比率变化。
   我在屏幕上演示的图表代表了英国皇家环境保护委员会的意见。每20年减少20
％，可以在2200年完成最终减少90％的目标，这和人口或财富的递增的预测不符但
每20年减少20％描述了一个清晰的目标，在思想上使服务于建筑业的人们更加明确
行业目标。如果我们定一个在每个将要建的建筑上设置20％的降低目标，那么过20
年之后这个建筑必须再降低20％。 20年大约是一个建筑的抵押期限，所以20年后
必须重新抵押以改善其能源消耗系统的辐射标准。建筑物的墙壁必须要重新安装绝
热设施，安装新窗户和其他公共设施等。如果这样显得有点繁琐——当然对我也是
——那么我们现在应该想一想做更多的根本性转变。
   20年减少20％相当于每2年减少4％，这是在误差限定范围之内制定的量化目标
或措施，但是如果能将相关的统计数据加以收集整理，则应该制定出一个10年左右
的较为详细的目标。
   在英国，大部分的常用建筑类型都事先确定能源与污染控制目标。
   建筑物的能源评估规范正在制定之中，以配合《21世纪议程》的实施。此幻灯
片演示的是需要强调的几个问题。我认为CO2的排放是其中最重要的一个问题，因
为它由化石燃料的使用情形决定，并且它是关系全球变暖和经济兴盛问题的根本因
素。在地球上的生命之外，CO2和水混合后通过太阳能的光和作用产生氧气和碳。
通常碳和氧在短时间内再次结合，但是一小部分作为化石燃料在地壳中留存下来。
和地球上的生命有关的化石燃料的平均生产率是每秒钟不到1克。碳循环系统每秒
钟生产大约25000吨，我们每秒钟大约燃烧600吨。通过光合作用的逆转来俘获能量
和引起直接污染环境的其它环境问题是不一样的，如果我们能够找到取代污染产生
物的代替品，我们只要停止生产这些物质，结果就像我们成功使用卤素制冷剂一样
。
   我们有很多方式给已建的建筑物定指标，重要的是我们一致同意使用其中已广
泛使用的一种。委员会有一个创制新标准的可怕倾向：总是通过增加标准来实现其
目标，而结果其中无一得到广泛使用。
   就奥林匹克建筑而言，首先是与已经经过研究并定好指标的建筑类型相符，然
后使用那些指标。就体育馆与竞技场一类的新建筑类型而言，也许应考虑使用新的
指标。有一些指标仅适于游泳池一类的建筑，也许奥林匹克运动应仅宣布将来应使
用的标准。
   现在我们逐渐达到的指标要求，包括两个方面，一方面，化石燃料能源的需求
量必须减少，另一方面，我们必须找到高效率的可再生能源。为减少需求量，有3
个我们必须考虑的问题以使建筑形式和结构正确，这些简单的问题是：
   *外壳的屏蔽
   *使上釉面的热量进出减少到最小程度
   *在很冷或很热的季节控制建筑物中由内到外的空气流出，将其降低到最小限度
，而在过渡季节则依简从事，尽量仅通过控制通风及建筑物自身的容量系统保持室
内舒适。
   当建筑物修建符合要求后，应恰当设计建筑的公共设施，以便使建筑物除非在
很冷或很热的天气里，否则不必耗费能量。使建筑大部分时间能够自我调节，以便
最少限度地使用采暖、制冷及电灯照明，是目前努力要达到的目标。
   当建筑及其公共设施均符合要求后，统计结果表明，物业管理及公共设施管理
是减少碳氧化物排放的最重要方面。这里有关于1000所公寓3年间能源消耗的统计
数据，但这些统计数据表明：带屋顶和山墙独立公寓与联体公寓在能源使用方面无
显著差异。因为，人们使用照明器具、自动调温器、开启式窗户及热水的方式不同
，这些都彻底掩盖了由墙体隔离性能不同引起的差异。
   当建筑已完成概念设计、装备完善、交付使用并正常运作时，则它对能源的需
求就处于控制之中，我们必须注意能源供给，风力是最早的可利用能源之一，而风
力发电厂成为当前再生能源供给的最可行方式之一也就不足为怪了。当然，在法国
有用兰斯石建造的堤坝，我相信随着海平面上涨、海防堤坝需要提高，潮汐发电会
变的近乎可能，在英国，我们似乎认为从波浪中获得能量或许是可行的，它是最简
单的能量形式之一，但是要获得一个可行的利用方案是有困难的。我认为按照目前
建筑业的发展速度，要使建筑物的能源需求量，降到与能源供应（风能、潮汐能、
热能）相适应的水平是有困难的，但核能确实能够减少CO2的排放，不过必须对它
进行检测。考虑到能源供给的建筑物设计，应相对集中，这样的部署办法可以减少
能源传递的损失。热能是能源需求的主要部分，热电混合供给器（CHP），可生产
高标准热能，并避免低标准热能的产生，通过热电混合供给器（CHP）把能源用于
建筑物的热水供应，冬季采暖或夏季制冷时，可成倍地减少CO2排放量。在一些季
节里，太阳板能够采集热量直接用于家用热水器，光电电池直接产生电力并且能够
结合太阳板用于建筑物。电器设备数量的增加需要由光电电池产生的低电压直流电
。
   大约200年前，建筑物很难进行室内人工照明，大多数使用天然照明。
   位于Lord's Ground的室内板球学校是在一次竞赛中设计的，满足1000勒克司（
Lux）需要大量电力，现存旧校区的黑色隔间建筑要拆除后让位于新建筑。我同Devid
 M0ley解释了照明需消费多少电量及将会排出多少CO2。我们一致认为，我们应当
考虑20%的日光的因素，以在阴雨天气在建筑中达到1000勒克司的目标，并且尽量
避免在白天使用电力照明。其他一些参赛选手提出使用半透明覆盖的屋面，而我们
认为朝北透光的屋顶会更加可能提供一个独特的解决问题的方法。朝北透光的屋顶
有更多的优点，它减少了阴雨天与阳光灿烂天气间的差异。
   我们确实赢得了比赛，并引出其他的考虑。对这个方案，照明灯具自然地沿球
门的周边布置。在比赛阶段，我倾向于使用简单的没有任何装饰的灯具。场地的总
体光线及反光（因为光向上的输出功率为50％）能够防止眩目。最初的室内板球学
校管理委员会已想出了一个简单的解决问题的办法，槽形灯光刚好适合球门的角度
。凹槽被截断以便能看到灯管，并且反光受到控制。这个设计方案现已被编辑为施
工守则。但我担心实施中还会发生考虑不周的问题。轻者是抑制了创新，重者将导
致设计过程中做出不恰当的决定。
   锯齿状屋顶的竖倾角不能真正满足在Lord的正常的采光要求，故大卫莫里（David
 Morley），在一个周未灵感突发，产生了在天窗设置夹层的想法。
   这个建筑胜利竣工了，当我有时看见白天灯亮，我就会打电话过去询问，通被
告知灯是无意中被打开的，或里面正在进行维修或其他事宜。
   灯的问题之所以重要，是因为在写字楼里，近一半的碳氧化物排放由照明用电
引起，在白天使用自然光应成为目标。
   四个运动中心的建筑群属现代简明的风格，且须遵守能源节约标准，并且将会
是经济可行的。它们解释了在过去的十年里已普遍使用的一种能源节约方式，以便
利用自然采光。运动场馆普遍是大跨度建筑，并且即使层高很富裕，还是很难避免
用电照明，除非建筑结合屋顶采光，在世界上大部分的气候类型里，一年中的大部
分时间，通风可以维持建筑与周围环境的热量平衡。在英国，这个结论对办公隔间
尤其正确，这样在户外温度低的情况下机械通风仅在迫切需要新鲜空气时才使用。

   巴斯（Bath）的建筑倾向于在运动科学方面的特色，因此需要空调来将高通风
率与低温控制相结合，我将在下面的话题中讨论有关舒适问题的一些东西。只要有
可能，建筑仅需要自然通风，虽然我们也有例外。即使在英国，夜晚在运动场馆使
用机械通风降温也会比较吵闹，因而在通风要求较低且应当控制噪音的白天，这些
机械可以低速运行。
   在Sheffield中心，也通常采用制冷措施，多余的热量被地面水吸收。最终，屋
顶落下的雨水被用来冲厕所。
   幻灯片9所示为位于Herefordshire的Haileybury学校的游泳池，这个建筑获了
1999年的“英国建筑行业奖金”。这个游泳池的设计利用了良好的自然光照。监督
人员阻止在白天使用人工照明。夜间，则使用很多密集的照明灯，而使用水下的低
亮度照明灯及池周围的灯渲染出神秘的气氛。对一个游泳池而言，能源设计的一个
主要需求是驱动通风换气装置，用空气来赶走水蒸汽。在这个建筑中利用了双面上
釉技术的优点，以使池中的潮气上升而不会凝结。因为湿度太大，池中伴随热量损
失的水分蒸发会减少。同时，需要通过通风装置采入的新鲜空气量也会相应减少。
风扇转速将根据风量大小进行调整，新鲜空气通过热交换器进行预热。
   由于使用了这些设备，这个建筑对热量的需求量很小。使用带有特殊的凝缩交
换器的锅炉，可用来加热游泳池水温至30摄氏度，并且从燃烧天然气形成的水蒸气
中获得热量。
   运动型场馆与大多数没有人进行剧烈活动的场馆比较，通风设备尺寸要加大，
在极冷或极热的季节里——建筑物采用特殊的管理方式，且所有与外界环境的热量
交换必须降到最低限度。通过通风装置能够减轻发热负担，应多用完全自然的方式
采入空气，而尽量少耗费能源，通过热量回收器来促进空气循环，这一点是很重要
的。然而，在这些情况下，每个人10升／秒的空气供给量是抑制人体产生的气味的
公认的数字，如果体味未到临界值，则空气CO2的浓度是另一个限制因素。为了符
合最大的可接受的CO2浓度要求，即空气中的CO2浓度不超过0.5％，随新陈代谢而
有差异的通风率见附表。通风设备通常使室内CO2浓度保持在0.1％的水平，这个水
平提供了一个体味控制标准，低于这个水平，估计有30％的人群进入时会产生不适
，在运动场馆建筑中，预计到人们会活动，故通风率更要得到控制。
    从这些影象传输资料可以看出，在需要高通风率与仅需自然通风两种要求下，
建筑物分别所要满足的条件。在英国，这两类建筑都出现于大学校舍—类的空气状
况不在预算列表中的场所，应该，通过通风装置系统，居住密集的场所进行特别处
理。位于DeMontfort的女王府邸是座自然通风的建筑，并且整个建筑都采用自然光
。府邸的讲演堂解决了一个特殊的问题，这个问题在于建筑外部有一条相当喧闹的
街道，以至采入空气时需进行一定程度的听觉处理。之后空气流入观众的座位下面
，受体温加热后通过通风竖井上升。通风率的自动控制要同时考虑温度及CO2含量
两个方面。当室外凉爽且建筑需要降温时，通风装置在夜里也需运行，因此可以使
这个特殊的建筑在夏季保持合适的凉爽度。在严寒的冬季，空气受热且通风率被控
制在每人4升／秒，并设定CO2浓度为0.1％。
      我们正在负责挪威Bergen市一所艺术学校的类似系统。
   另一个建筑是曼彻斯特的Contact大剧院，它有能容纳600人的观众席，且其通
风设备的任务比De Montfort使用的要艰巨得多。不仅如此，马路对面有一个非常
嘈杂的集市，以致于必须对采入的空气进行细致的听觉处理。当这个建筑着手设计
时，我们讨论了有关女王府邸通气管道的资料，我认为最初的设计不是最佳方案，
然后我绘制了最佳设计的草图，即一种“H”形烟囱管帽，并且说明它的体积可能
会很大。 Alan Short称之为“了不起”，并很快绘制了建筑图、如此幻灯片上所
示。在炎热的天气里，所有这些建筑都是内部比外部凉爽，并且由于座位下面有新
鲜空气的不断输入，就座者会感到舒适。
   当悉尼体育馆已设计完毕后，我们应邀提一些初步的建议。我们从弄清体育馆
的功能入手，以下屏幕上列出了我们的部分调查结果。
   体育馆的总体规划说明我们都赞成。如削去尖部的圆锥一样，围绕运动场地布
置座位；座位上方的防晒和防雨顶棚，并将辅助设备的一端折起塞到锥面下方，在
9月的奥运会投入使用的这座体育馆，被期望与悉尼舒适宜人的气温相符合。但是
，这座体育馆要在仲夏天气投入使用，我们调查了在座观众的舒适状况。我们预期
在夏天穿浅色衣服为标准，并用范格舒适理论（Fanger COmfort Theory）来核定
有关计算。当然，坐在阴凉处要比坐在太阳底下舒适。假定人们穿着浅色衣服并有
良好的通风，在没有使用空气调节可能的露天体育馆，我们只能凭观众的体会来想
象体育馆的舒适程度。折起后塞在座位下的设备提供了进出体育馆的通道，并有酒
吧与餐馆等提供餐饮的地方。保持这些舒适条件似乎是个难以完成的任务。尽管夜
晚高热容量设备与通风装置的结合，能够在大部分时间保持内部比外部凉快，但很
难想象仅用通风装置就能为人们提供足够风量。         
   主要的难点之一是宴会厅的设计，在那里社交礼仪要求着无尾礼服，因此空气
调节装置很重要。正如你所见，我们的通风装置不象COntact大剧院那么极端，并
且我不相信这种方式适合于悉尼体育馆。
   这个图表演示了有关现代人如何穿着舒适的调查资料。对和平时期的人们，我
比较喜欢对“舒适”作如下定义： 
   舒适是没有不舒适，不舒适的程度可以通过调节来减轻。
   你可以看到在任何一个特殊的温度下，一个人怎样通过增减衣服从感觉特别冷
到感觉特别热的变化过程。
   一个运动员的舒适感很难定义。跑步运动员对热会感到不舒适，也许可以通过
将衣服减到最小限度来调节，另一个调节措施是放慢跑速。运动员不会通过减速去
增加舒适度。但是，在室内项目运动馆，有可能控制环境以使运动员的表演水平在
室内发挥的比室外好。我们确实发现英国的商业健康中心，需要空气调节装置来降
低室内温度，以使人们在高新陈代谢运动时不会感到过分不适。我不能想象，每个
人都会建议墨西哥城的室内运动馆应当密闭，以使运动员能象在普通地面上一样强
烈运动，那结果会是如何。我将此作为一个应强调的问题提出，以便在导致形成无
法遏制的能源消耗型空调建筑之前，对体育馆的空调设备通气口问题提出质疑。
   当我们应邀参观悉尼比武馆，画面上看起来很象悉尼体育馆，当然除了比赛场
地加了顶之外。使我想起辅助设备可以控制在一个更有选择性的空间上。如果辅助
设备从座位下拉出成星形。通过这个方式可以利用来自两边辅助设备的自然光和通
风，新鲜空气通过通风装置在座位底下能够产生。
   可能有人认为：在悉尼的仲夏仅利用自然通风而没有空调，的建筑物内部会太
热。我认为，当夏季大部分气温不太高的时候，有良好的自然通风率，建筑物可以
保持舒适。当然，当天气变得炎热，就不得不关闭而打开空调。这可以称之为混合
操作模式，这种模式可以减少大量使用空调的能源消耗。另一个类似的观点使用于
冬季严寒气候地区的建筑。混合操作模式意指建筑运转不受极端状况下外部环境的
影响，有选择地控制内外环境的相互关系及通风和遮蔽装置，将温度调节至适宜的
程度，当外部天气寒冷并且气温升高时允许温度上升。这个方案依靠调节建筑物的
温度来提高最低的舒适标准。经过24小时循环，使温度在允许范围内，比如19摄氏
度到25摄氏度间变化，这样人们可较少调整衣着。一个设计良好的建筑，当外部温
度变化在一定范围时，如15摄氏度到27摄氏度，仍可以维持这些标准。
   在大部分极端的气候里，建筑的温度贮藏能力必须维持超过一天。地方特色的
建筑像哥特式大教堂无疑具有较强的贮藏能力。建筑设计的下一个阶段是预备增加
贮藏期至数星期，或者当然，最终延长至超过一个年度循环。近代的符合这个规则
的建筑是英国的顿卡斯特市的“地球中心” （Earth Center），及澳大利亚墨尔
本市的联邦广场。
   这张幻灯片演示了一个游泳池及在同一场地的饭厅。当游泳池上方的温度达30
摄氏度时，饭厅内的温度保持在大约20摄氏度。两个场地的气温差异由气温调节幕
维持。从20度的条件走出饭厅，感觉不到任何明显的空气流动而突然发现自己置身
于炎热、潮湿（气温为30度及相对湿度为60-70％）的空间中，是种令人惊异的感
觉。这不是符合节能的想法，工程能够实现，但奥林匹克运动是要避免的。
   奥林匹克运动采用《21世纪议程》，它要求建筑物的CO2排放，每2年减少4％或
每20年减少20％。
   为达到此目标，对设计组来说，有必要对每个可行性研究作相应的能源使用详
细测算报告。
   可行性研究应包括成本预算，这个预算要包括用于不能实现盈利的节能措施的
资金来源。
   设计组应当有一个已证实并履行可持续发展计划的记录，以确保他们从开始设
计到完成设计一直跟随这个目标。
   奥林匹克建筑的使用者应运用管理技术来保证设计者的节能目标得以实现，并
且，应使建筑物每20年提高能效20％也许规范奥林匹克建筑的能源管理评价方法是
大有用处的。 

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