傳統(tǒng)老舊建筑的脫碳之路

ByPatrick SissonviaMIT Technology Review

紐約住房管理局(New York City housing Authority，NYCHA)管轄范圍內(nèi)的老舊公寓和住宅單元的傷痕和凹坑并不能立即傳達(dá)創(chuàng)新的理念。作為紐約市最大的房東，紐約住房管理局居住著近1/16的紐約人，但由于幾十年的延遲維護(hù)和糟糕的管理，它的建筑實(shí)際上已經(jīng)處于崩潰的邊緣。

隨著基礎(chǔ)設(shè)施的損壞，如電梯被損壞、操場被拆散以及外墻搖搖欲墜，該機(jī)構(gòu)在近年來經(jīng)受了一系列的丑聞，如霉菌泛濫和偽造的鉛檢查。2012年的颶風(fēng)桑迪(Sandy)又導(dǎo)致多人死亡，洪水淹沒了位于建筑物地下室的電力和供暖系統(tǒng)。

總而言之，這些被遺棄的保障性住房正處于當(dāng)?shù)匾?guī)劃者所說的“因忽視而被拆除”之中。要讓這些建筑恢復(fù)良好的維修狀態(tài)，估計(jì)需要400億美元甚至更多的資金，每單元至少需要18萬美元。

多年前，有證據(jù)表明這些單元內(nèi)隱藏著創(chuàng)新機(jī)會——在廚房里。到 90 年代后期，紐約住房管理局意識到許多單位的現(xiàn)有冰箱基本上是“能耗大戶”——對于支付租戶電費(fèi)的機(jī)構(gòu)來說，效率極低、老化嚴(yán)重且成本高昂。 因此，紐約住房管理局與當(dāng)?shù)毓檬聵I(yè)公司合作，為電器制造商舉辦了一場競賽，要求他們創(chuàng)造更小、更高效的公寓產(chǎn)品；獲勝者將獲得紐約住房管理局和其他對每年至少 20,000 套購買計(jì)劃感興趣的住房管理部門的特別授權(quán)。

Maytag 憑借其當(dāng)時(shí)新穎的 Magic Chef 冰箱獲勝，該冰箱通過提高能源效率幫助紐約住房管理局削減成本，同時(shí)還減少了排放。最終，紐約住房管理局在 1995 年至 2003 年間購買了 150000 臺Magic Chef冰箱。這是利用該機(jī)構(gòu)的影響力和市場力量推動(dòng)創(chuàng)新的典范。

現(xiàn)在，紐約住房管理局希望在供暖和制冷方面也能做到這一點(diǎn)?！癟he Clean Heat for All Challenge”計(jì)劃要求制造商開發(fā)低成本、易于安裝的熱泵技術(shù)，用于建筑改造。提議中的設(shè)備需要安裝在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的窗框內(nèi)，將取代無處不在的窗式空調(diào)機(jī)組，在不使用制冷劑或直接燃燒化石燃料的情況下有效地加熱和冷卻公寓。

作為2.5億美元資本計(jì)劃的一部分，該機(jī)構(gòu)承諾購買并安裝至少2.4萬臺勝出的產(chǎn)品型號。與此同時(shí)，紐約州能源研究與發(fā)展局(NYSERDA)正在幫助招募全州乃至全國的其他住房中介機(jī)構(gòu)簽署協(xié)議，承諾購買新住房。紐交所住房脫碳主管艾米麗·迪恩(Emily Dean)說:“我們希望在下次我們必須滿足巨大的市場需求時(shí)，能夠一次又一次地利用這種機(jī)制。”對于代理機(jī)構(gòu)、獲勝的公司以及社會本身來說，該賭注可能是巨大的。投資于建筑中更高效的供暖和制冷對人類和地球都有好處；找到一種公平的方式，以應(yīng)對氣候挑戰(zhàn)所需的規(guī)模和速度實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，將具有變革性。Gradient公司的工程師兼首席執(zhí)行官文森特·羅曼寧(Vincent Romanin)解釋說:“在美國，每年有800萬人購買窗式空調(diào)，全球暖通空調(diào)行業(yè)每年的銷售額為1000億美元，到2050年，全球空調(diào)的數(shù)量將增加兩倍——大部分是小型房間大小的空調(diào)，就像我們正在努力推動(dòng)的那樣?！盙radient公司是為紐約住房管理局挑戰(zhàn)提交設(shè)計(jì)方案的初創(chuàng)公司之一?！斑@是一個(gè)巨大的市場信號，可以加速這些技術(shù)的發(fā)展?！?/font>

這并不是紐約市房管局和紐約州能源研究與發(fā)展局希望在未來幾年實(shí)現(xiàn)的唯一技術(shù)飛躍。RetrofitNY是一個(gè)耗資3000萬美元的試點(diǎn)項(xiàng)目，旨在支持一種全新的全建筑能源改造，基本上就是在舊建筑的外部安裝密封的、防風(fēng)雨的面板——這項(xiàng)技術(shù)是由一個(gè)名為Energiesprong(意為“能源飛躍”)的非營利組織在荷蘭發(fā)明并實(shí)施的。這種高科技產(chǎn)品不僅能大幅削減能源使用量，而且可以在不要求居民離開的情況下安裝到位。第一個(gè)即將完成的測試項(xiàng)目是布魯克林的Casa Pasiva，在經(jīng)歷了大流行時(shí)期的延遲之后，應(yīng)該會在 10 月全面開放。

“幾年前，在我們的投資組合中進(jìn)行這種類型的改造似乎是不可行的，”RiseBoro社區(qū)伙伴關(guān)系(RiseBoro Community Partnership)的可持續(xù)發(fā)展和建設(shè)主管瑞安·卡西迪(Ryan Cassidy)說。RiseBoro社區(qū)伙伴關(guān)系是支持Casa Pasiva項(xiàng)目的非營利性開發(fā)商?！斑@可能會多花一點(diǎn)錢，但我們現(xiàn)在有方法和手段?！?/font>

從歷史上看，許多人認(rèn)為老舊住房需要的唯一創(chuàng)新是拆除和建設(shè)新的“綠色”建筑。但改造現(xiàn)有建筑遠(yuǎn)比拆除它們再建造新建筑更可持續(xù)。氣候危機(jī)使削減碳排放變得迫在眉睫，任何認(rèn)真的計(jì)劃都需要投入大量資金改造老舊、能源效率低下的住房。無論從資金還是碳排放的角度來看，制造破壞球的成本都太高了。

建筑，尤其是老舊和低效的建筑，占了全美國能源使用量的近40%。美國一半以上的可用出租單元都有超過半個(gè)世紀(jì)的歷史，據(jù)美國能源部估計(jì)，到2050年，美國1.3億棟建筑中有75%的建筑仍將繼續(xù)存在和使用。翻新和升級的速度不夠快；美國能源部認(rèn)為，目前每年僅有230萬戶家庭得到升級。每年大約有300萬到600萬輛汽車需要改裝以滿足排放目標(biāo)。這意味著，美國的開發(fā)商和房地產(chǎn)業(yè)主需要立即、經(jīng)過考驗(yàn)的、有效的、負(fù)擔(dān)得起的解決方案，以及為這些解決方案提供資金的融資和政治意愿。

清潔能源創(chuàng)業(yè)孵化器the Clean Fight的項(xiàng)目主管撒切爾·貝爾(Thatcher Bell)說:“我們需要的許多解決方案都已經(jīng)存在，我們正在努力支持那些能夠迅速擴(kuò)大規(guī)模的想法?！痹摴緦Ｗ⒂诟沙掷m(xù)的住房解決方案。“創(chuàng)新是困難的，但采用更困難?！?/font>

住房需要巨大的動(dòng)員來應(yīng)對這一巨大的挑戰(zhàn)。但到目前為止，傳統(tǒng)的科技顛覆者還沒有在這個(gè)領(lǐng)域取得其他行業(yè)那樣的成功。軟銀(softbank)支持的硅谷住房創(chuàng)業(yè)公司Katerra曾吹噓自己徹底改造了建筑流程，但在融資30億美元后卻倒閉了。這是一個(gè)強(qiáng)有力的象征，表明在這個(gè)必須應(yīng)對勞動(dòng)力、地方法規(guī)、供應(yīng)鏈問題和建筑規(guī)范等諸多變量因素的行業(yè)，困擾初創(chuàng)公司的困難重重。又如，誕生于舊金山極具影響力的Y Combinator的初創(chuàng)公司Social Construct曾試圖利用自動(dòng)化和人工智能簡化多戶住宅建設(shè)，但去年因疫情壓力申請破產(chǎn)。

已經(jīng)開始推動(dòng)氣候行動(dòng)的項(xiàng)目，如紐約氣候變化中心的努力，加拿大和歐洲更先進(jìn)的以公眾為中心的模式，以及美國緬因州推動(dòng)熱泵的地方激勵(lì)項(xiàng)目，以及獲得巨大成功的TECH Initiative(一個(gè)1.2億美元的項(xiàng)目，旨在幫助加州在2045年前實(shí)現(xiàn)碳中和)都表明，硅谷的創(chuàng)新模式可能無法解決地球上最重要的問題之一。這并不完全是公共和私人的問題，但耐心的資本和以政策為重點(diǎn)的干預(yù)，可以帶來更多的公平，也許比快速行動(dòng)和打破現(xiàn)狀帶來更快的減排。

專注于清潔能源的智庫RMI的無碳建筑團(tuán)隊(duì)成員Yu Ann Tan表示:“一部分市場希望提供長期的、可負(fù)擔(dān)的、可持續(xù)的住房，而另一部分市場則希望提供利潤驅(qū)動(dòng)的住房，后者不適合更長期地考慮住房存量?！薄皶r(shí)間是關(guān)鍵。住房管理部門不能等待一個(gè)巨大的靈丹妙藥技術(shù)解決方案或一大筆可能無法實(shí)現(xiàn)的資金。”

在上個(gè)世紀(jì)的大部分時(shí)間里，住房和建筑技術(shù)的一個(gè)不變的愿景是讓東西更像機(jī)器和自動(dòng)化。這個(gè)想法是通過預(yù)制或模塊化的施工來引入工廠的精度，主要是在受控的環(huán)境中完成，而不是在凌亂的施工現(xiàn)場。這將導(dǎo)致可復(fù)制的組件模型，就像樂高積木一樣可互換和容易組裝。就連弗蘭克·勞埃德·賴特(Frank Lloyd Wright)也花了數(shù)年時(shí)間來調(diào)整和測試他自己的美國系統(tǒng)建造的預(yù)制房屋。托馬斯·愛迪生也有類似的想法。

但高速增長的初創(chuàng)公司卡特拉(Katerra)設(shè)想了更宏偉的目標(biāo):在美國各地建立一系列工廠，大量生產(chǎn)組裝件和預(yù)制件。有一段時(shí)間，該公司有數(shù)百個(gè)項(xiàng)目預(yù)訂，并擴(kuò)大到大規(guī)模木材建筑，甚至自己制造燈泡:這是一個(gè)垂直整合的公司垂直建筑。聯(lián)合創(chuàng)始人邁克爾?馬克斯(Michael Marks)和弗里茨?沃爾夫(Fritz Wolff)認(rèn)為，他們可以把自己在科技供應(yīng)鏈和制造方面的經(jīng)驗(yàn)帶到一個(gè)新行業(yè)。然而，曾經(jīng)估值60億美元的卡特拉卻在去年夏天宣布破產(chǎn)。

建筑專家米歇爾·納普(Michelle Knapp)是一家專注于建筑改造的初創(chuàng)公司FunForm的聯(lián)合創(chuàng)始人，她說:“他們對這個(gè)行業(yè)充滿了傲慢和蔑視，對自己的模式?jīng)]有真正的遠(yuǎn)見?！薄八麄冊谟眉夹g(shù)制造一輛Edsel。如果你使用機(jī)器人來制造一臺Edsel，你仍然是在制造一臺Edsel?！?/font>

卡特拉改革建筑業(yè)的全面愿景，利用數(shù)十億美元的投資從頭開始建立一個(gè)全新的生產(chǎn)系統(tǒng)，展示了典型的硅谷傲慢。歐洲車型試圖使用一套簡單、直接、標(biāo)準(zhǔn)的零部件進(jìn)行改裝，而特斯拉的影響只是這些車型的一小部分。

據(jù)連續(xù)創(chuàng)業(yè)家、世紀(jì)之家的創(chuàng)始人杰拉德·麥考伊(Gerard McCaughey)說，該公司與許多美國技術(shù)人員有一個(gè)共同的盲點(diǎn):它忽視了海外的創(chuàng)新。世紀(jì)之家是愛爾蘭非現(xiàn)場建筑的先驅(qū)。雖然美國建筑商更喜歡用現(xiàn)成的原材料就地建造木結(jié)構(gòu)建筑——想象一下一輛堆滿了2 * 4 × 4的福特皮卡，可以把空間和材料都搬到更大的地方——但亞洲和歐洲受到限制的建筑商已經(jīng)完善了預(yù)制件和模塊化技術(shù)。Katerra忽略了這些例子，這些例子通過專注于一個(gè)一個(gè)的具體領(lǐng)域而慢慢積累了專業(yè)知識。相反，它試圖重新發(fā)明輪子，把復(fù)雜的建造過程的每個(gè)方面都放在內(nèi)部，同時(shí)建造太多不同的模型，造成了巨大的成本超支。

與卡特拉領(lǐng)導(dǎo)人會談過的McCaughey說:“讓你困惑的不是你知道什么或不知道什么?！八麄兎浅４_定你需要做一些事情，但(他們錯(cuò)了)。場外并不是只有一招的小馬。先會爬，后會走。我們公司最沒有經(jīng)驗(yàn)的人比他們的高層領(lǐng)導(dǎo)更了解場外建設(shè)?！?/font>

0. 有效包膜1;具有較低的太陽熱增益系數(shù)的玻璃。2.低輻射的內(nèi)部遮陽；3.吊扇使4號機(jī)組內(nèi)空氣流通。通過0. R38 有效圍護(hù)結(jié)構(gòu) 1. 具有低太陽能熱增益系數(shù)的玻璃 2. 低輻射室內(nèi)遮陽 3. 吊扇在單元內(nèi)循環(huán)空氣 4. 通過中央通風(fēng)系統(tǒng)輸送的輕度回火空氣 5. 分散冷卻“增強(qiáng)”通過 由套房內(nèi)控制裝置激活的可變風(fēng)量裝置。

許多努力正在進(jìn)行中，以使建筑物脫碳。一個(gè)例子是整體能源和建筑改造工具包(HEART)，這是一個(gè)基于云計(jì)算的平臺，包括決策和能源管理功能。

Energiesprong模式在荷蘭和歐洲各地改造了數(shù)以千計(jì)的房屋，它依賴于Stroomversnelling(這個(gè)名字的意思是“快速加速”)，在這個(gè)網(wǎng)絡(luò)中，承包商、住房協(xié)會、零部件供應(yīng)商，甚至是金融家都在密切聯(lián)系，這種協(xié)調(diào)水平甚至連卡特拉龐大的系統(tǒng)都無法匹配。目前，energesprong系統(tǒng)可以在大約10天內(nèi)重建一座建筑。其他的創(chuàng)業(yè)公司和建筑公司也提供免費(fèi)的升級服務(wù):例如，荷蘭的Factory Zero公司生產(chǎn)帶有電鍋爐、熱泵和太陽能連接的屋頂預(yù)制模塊。老建筑的綠化幾乎是即插即用的。這是一個(gè)更大的歐洲模式的一部分，該模式以雄心勃勃的排放政策開始，并通過地平線歐洲(Horizon Europe)等項(xiàng)目為改造和新建筑提供激勵(lì)和資金支持，實(shí)際上補(bǔ)貼了新穎的建筑方法，并為創(chuàng)新的門窗和暖通空調(diào)系統(tǒng)創(chuàng)造了市場。它成功的一個(gè)關(guān)鍵因素是，政府愿意為補(bǔ)貼住房和公共住房的升級提供資金，這些住房通常是戰(zhàn)后急需改善的塔樓和聯(lián)排別墅。但歐洲也有其他顯著的優(yōu)勢:各個(gè)國家和整個(gè)歐洲大陸的建筑規(guī)范都更加標(biāo)準(zhǔn)化，包括一些漸進(jìn)式的法規(guī)，以推動(dòng)被動(dòng)式節(jié)能屋標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施。被動(dòng)式節(jié)能屋是一種超高效的隔熱和通風(fēng)設(shè)備，大大減少了采暖和制冷所需的能源。整個(gè)住宅生態(tài)系統(tǒng)更小，也更標(biāo)準(zhǔn)化，更容易支持更多的實(shí)驗(yàn)。Energiesprong使用的是單一的建筑模型、少數(shù)幾家承包商以及相對較小的玩家群體。在美國的一個(gè)城市，協(xié)調(diào)工作將會變得非常困難，更不用說整個(gè)國家了。西雅圖的可持續(xù)建筑專家、設(shè)計(jì)工作室和智庫Larch Lab的創(chuàng)始人邁克爾·埃利亞松(Michael Eliason)說:“歐洲采取了一種霰彈槍式的方法，為各種項(xiàng)目提供了大量資金?！边@是一種將風(fēng)險(xiǎn)分散到不同創(chuàng)意之間的方法，而不是將風(fēng)險(xiǎn)資本集中在少數(shù)幾家一心一意、高增長的初創(chuàng)企業(yè)身上。“美國最終會變成某種狙擊步槍，”他說?！翱ㄌ乩氖∮绊懥苏麄€(gè)預(yù)制建筑行業(yè)?！?/p>

加拿大的一個(gè)新興模式試圖復(fù)制歐洲的模式。安大略省市政住房管理局(city housing Hamilton)最近利用國家住房基金對肯·索布爾大廈(Ken Soble Tower)進(jìn)行了全面改造，這是一棟建于1967年、現(xiàn)已年久失修的海濱老年高樓。該項(xiàng)目融合了鑲板外覆層、新型高效窗戶、采暖和煤氣灶的電氣化，使該建筑達(dá)到了被動(dòng)式住宅的標(biāo)準(zhǔn);由于極端的效率，能源使用量減少了94%，冷卻和加熱一個(gè)單位所需的總能源相當(dāng)于三個(gè)白熾燈泡。優(yōu)雅的新凸窗提供座位，廣闊的視野，和日光表明，沒有審美的代價(jià)。ERA建筑事務(wù)所的格雷姆·斯圖爾特(Graeme Stewart)是該項(xiàng)目的負(fù)責(zé)人，他研究了美國數(shù)百座類似的世紀(jì)中期高層建筑。他說，該項(xiàng)目為制造高科技窗戶和幕墻的加拿大公司提供了業(yè)務(wù)，表明這樣的工作可以幫助培育更多綠色建筑項(xiàng)目的國內(nèi)產(chǎn)業(yè)。他甚至帶頭創(chuàng)建了Tower Renewal Partnership，這是一個(gè)致力于在加拿大各地進(jìn)行類似翻修的組織。但CityHousing Hamilton的開發(fā)經(jīng)理Sean Botham說，即使他們看到了大樓居民的所有好處——更好的空氣質(zhì)量、感染控制、心理健康和認(rèn)知功能，以及“你在社會住房中無法獲得的觀點(diǎn)”——該機(jī)構(gòu)不太可能在沒有更多資金支持的情況下，支付8%的成本溢價(jià)來升級其投資組合中的其他建筑。

至少在美國，在可預(yù)見的未來，任何進(jìn)展似乎都注定要分散。美國總統(tǒng)喬·拜登(Joe Biden)的“重建得更好”(Build Back Better)計(jì)劃包括投資數(shù)十億美元進(jìn)行翻新的雄心勃勃的提議，但這些提議獲得通過的前景，即使以零零星星的方式，也很渺茫，盡管參議院在2021年11月通過的基礎(chǔ)設(shè)施法案中為天氣處理提供的50億美元將產(chǎn)生影響，RMI的Tan說。一些分散的私人公司正在對其資產(chǎn)進(jìn)行改造:全球私募股權(quán)房地產(chǎn)投資者Taurus Investment Holdings的一個(gè)項(xiàng)目RENU在收購其投資組合中的新建筑時(shí)進(jìn)行能源改造審計(jì)，認(rèn)為熱泵和節(jié)能升級是增加資產(chǎn)價(jià)值和降低維護(hù)成本的一種方式。但這是一個(gè)例外，需要更多的緊迫性。建筑脫碳聯(lián)盟的創(chuàng)始人兼執(zhí)行董事Panama Bartholomy說:“我們正在脫離舊有的建筑模式——一種‘擁有能源和效率就好’的觀點(diǎn)——而不是從氣候變化的角度，即‘房子著火了，我們需要戰(zhàn)時(shí)水平的住房資金’的觀點(diǎn)。”但由于建筑法規(guī)和激勵(lì)措施往往是美國州政府和市政府的權(quán)限，像NYCHA和NYSERDA正在進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)變得更加重要。紐約市的《第97號地方法》(Local Law 97)將于2024年生效，它是紐約市為數(shù)不多的幾部法律之一，為大型建筑業(yè)主設(shè)定了激進(jìn)的排放目標(biāo)，如果他們不遵守，將被處以巨額罰款。在美國，要使鑲板改造方案發(fā)揮作用，改革住房創(chuàng)新的資金來源和渠道，在整個(gè)建筑環(huán)境中都面臨著無數(shù)的挑戰(zhàn)。從一個(gè)建筑類型、經(jīng)濟(jì)動(dòng)機(jī)和建筑文化如此不同的國家引進(jìn)一個(gè)概念，這本身就有挑戰(zhàn)，納普說，他參與了一個(gè)早期的RetrofitNY項(xiàng)目。根據(jù)NYCHA發(fā)言人的說法，該機(jī)構(gòu)的脫碳努力受到一些問題的阻礙，包括建筑的年代，電力升級的需要，以及缺乏面板選項(xiàng)的成本和性能數(shù)據(jù)。盡管如此，NYCHA已經(jīng)在獨(dú)立堡(Fort Independence)測試熱泵，以及沃森大道(Watson Avenue) 1471號(兩者均位于布朗克斯)的電磁爐，預(yù)計(jì)會得到更廣泛的采用。第一個(gè)改造紐約建筑的項(xiàng)目是位于皇后區(qū)的Ravenswood大樓，計(jì)劃在2024年3月之前完成對這座六層48單元建筑的改造。

NYSERDA的院長表示:“我們看到市場的供應(yīng)端有很多興趣，商業(yè)模式正在轉(zhuǎn)變?！薄拔覀冋诳吹叫乱活惤鉀Q方案提供商的誕生，他們?yōu)榻ㄖ峁┤娴奶贾泻透脑?，并提供性能保證和更大的價(jià)格保證。”真正的問題是，通過創(chuàng)新、雄心勃勃的政策和支持性資金獲得的效率是否能夠及時(shí)結(jié)合在一起，真正削弱當(dāng)前的改造努力。譚說，一些研究人員甚至研究了如何將醫(yī)療保健資金用于翻修，因?yàn)楦纳瓶諝赓|(zhì)量和減少霉菌對居民的健康有如此深遠(yuǎn)的影響。

她指出，一個(gè)名為“費(fèi)城建業(yè)長青”的項(xiàng)目，可以作為許多此類項(xiàng)目未來獲得資金的一個(gè)很好的模板。該項(xiàng)目是費(fèi)城能源管理局(Philadelphia Energy Authority)的一個(gè)項(xiàng)目，著眼于低收入房主可以利用的各種激勵(lì)措施，從天氣保護(hù)福利到高效電器返利。該項(xiàng)目主任阿隆·艾布拉姆森說，該項(xiàng)目因疫情而推遲，現(xiàn)在正在對25個(gè)不同的住房進(jìn)行工作，協(xié)調(diào)承包商、要求和項(xiàng)目時(shí)間表，以幫助恢復(fù)往往嚴(yán)重破舊的住房。對于居住在正在翻新的房屋中的人們來說，失去暖氣或工作的烤箱，或管道破裂導(dǎo)致自來水無法供應(yīng)的情況并不罕見。阿布拉姆森說，由于絕緣性能差、材料便宜、維修延期，他們經(jīng)常面臨巨額的能源賬單。他的經(jīng)歷只是強(qiáng)調(diào)了能源成本(包括財(cái)政和環(huán)境成本)給那些最貧窮的人造成的負(fù)擔(dān)。這是一個(gè)很難解決的問題。艾布拉姆森說:“我們需要讓我們的住房存量脫碳，但系統(tǒng)性問題相當(dāng)嚴(yán)重。”“在這些家庭中安裝熱泵是一個(gè)技術(shù)問題。這是一個(gè)基本問題。但缺少窗戶是一個(gè)更大的問題?！?/p>

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