地球信息科学理论与方法

融合建筑物所有权及其附属权利的LADM-BIM数据模型研究

  • 刘承承 ,
  • 朱海红 ,
  • 李霖 , *
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  • 武汉大学 资源与环境科学学院,武汉 430079
*李 霖(1960—),男,湖北安陆人,博士,教授,博士生导师,主要从事三维地籍、三维点云建模等研究工作。 E-mail:

刘承承(1994—),女,黑龙江望奎人,博士生,主要从事三维地籍、三维模型研究。Email:

收稿日期: 2023-08-21

  修回日期: 2023-11-02

  网络出版日期: 2024-05-21

基金资助

国家自然科学基金项目(41871298)

Integrated LADM-BIM Data Model for Building Ownership and Its Subsidiary Rights

  • LIU Chengcheng ,
  • ZHU Haihong ,
  • LI Lin , *
Expand
  • School of Resource and Environmental Sciences (SRES), Wuhan University, Wuhan 430079, China
*LI Lin, E-mail:

Received date: 2023-08-21

  Revised date: 2023-11-02

  Online published: 2024-05-21

Supported by

National Natural Science Foundation of China(41871298)

摘要

在居民物权意识不断增强的背景下,城市中涉及建筑物所有权、地役权和采光权的法律纠纷案例数量不断增加,对城市和谐社区的构建带来了不利影响,同时也消耗了大量社会资源。然而,现有研究一方面过多地侧重于这些权利的法律描述,另一方面则局限于仅利用三维技术构建所有权空间模型,缺乏对建筑物所具有的复杂所有权的空间结构及其附属权利(地役权和采光权)的深入的研究。本文深入分析了法律背景下建筑物所有权、地役权和采光权的三维建模的数据需求,通过扩展工业基础类(IFC),将土地管理领域模型(LADM)中的权利人包、空间单元包、权限管理包和测量与空间表达包映射到IFC标准中,实现了LADM和建筑物信息模型(BIM)的无缝集成,构建了一个三维数据模型。该模型考虑了建筑物所有权空间的复杂结构及其计算规则,对于地役权则特别考虑了水平和垂直方向上的三维实例化,采光权则考虑了相邻采光权和采光地役权及其参数的计算。LADM和BIM的整合使所提出的模型能够清晰呈现物理对象的空间特征,同时反映了建筑物的权利、限制和责任(RRR)的法律信息。为了验证模型的可行性和实用性,选取了真实的法律纠纷案例进行解析实验。结果表明,本文构建的模型可以区分所有权内部空间及其复杂结构,并能对地役权和采光权进行三维表达,同时包含了权属信息,为对法律空间的认知提供了更为明晰的理解,从而为解决相关纠纷提供可靠和坚实的技术方案。

本文引用格式

刘承承 , 朱海红 , 李霖 . 融合建筑物所有权及其附属权利的LADM-BIM数据模型研究[J]. 地球信息科学学报, 2024 , 26(5) : 1229 -1242 . DOI: 10.12082/dqxxkx.2024.230487

Abstract

With the increasing awareness of property rights among residents, the number of legal disputes concerning the differentiation of ownership, easements, and right to light in urban buildings has been steadily rising. This trend has adverse effects on the establishment of harmonious urban communities and entails a substantial expenditure of social resources. However, current research predominantly focuses on legal descriptions of these rights, and falls within a limited scope that solely employs three-dimensional technology to construct ownership spatial models. There exists a dearth of in-depth exploration into the spatial structures of the complex ownerships and their associated rights (easements and right to light) pertaining to buildings. This study conducts an in-depth analysis of the data requirements for three-dimensional modeling of building ownership, easements, and right to light within the legal context. Through the extension of the Industry Foundation Classes (IFC), an integration of the Land Administration Domain Model (LADM) and the Building Information Modeling (BIM) is achieved, resulting in a three-dimensional data model. This model adheres to the extension logic within the IFC standard. It is based on the concepts of property sets and user-defined properties in the IFC standard, and maps the Party Package, Spatial Unit Package, Administrative Package, and Surveying and Representation Package from the LADM to the IFC standard. This model takes into account the intricate spatial structure of building ownership and its computational rules. For easement rights, special consideration is given to three-dimensional instantiation in both horizontal and vertical directions. As for light to right, calculations encompass adjacent daylighting rights, daylighting easements, and their respective parameters. The amalgamation of LADM and BIM empowers the proposed model to vividly present the spatial characteristics of physical objects and concurrently reflecting the legal information of Rights, Restrictions, and Responsibilities (RRR) of the buildings. To validate the feasibility and applicability of the proposed model, three actual legal dispute cases were selected for analytical experiments. These cases encompassed: the visualization and analysis of property ownership within the three-dimensional data model, quantification of the impact of easements on the spatial utilization of property ownership, and the evaluation of the effect of right to light on residential units within a building. The results affirm that the constructed model proficiently distinguishes the internal spatial aspects of ownership, encompassing complex structures, and effectively expresses easements and right to light in three dimensions. Moreover, it encompasses sufficient ownership information, providing a clearer understanding of the legal space and furnishing a reliable and robust technical solution for resolving relevant disputes.

1 引言

近年来,随着城市化进程的快速推进,建筑物所有权、地役权和采光权等相关问题在城市发展中日益突显。然而,由于这些权益的复杂性和多样性,使建筑物的管理和行政工作面临着巨大的挑战。为了应对这些挑战并提高对这些权利的理解和管理,开发三维数据模型已成为一种有效的方法[1-2]
建筑物所有权是指对一个建筑物内部或内外特定部分的所有权,通常以房屋单元为单位进行划分,传统的二维平面图难以捕捉其空间关系和时间变化[3]。新兴的三维建模技术为更准确、全面地表达所有权提供了可能性[4-5]。地役权是指在不拥有土地所有权的情况下,对土地的特定使用权或者获取土地上产出的收益的权利,将其整合到三维模型中,有助于更深入地了解地役权的使用和变化[6]。采光权是指对于光线能够通过特定区域或窗户照射到某一建筑物内部的权利,确保了一个建筑物内部能够获得足够的自然光照射,对人类健康和可持续发展至关重要[7]。将采光权集成到三维数据模型中,可以了解建筑单元的采光情况。地役权和采光权是建筑物所有权的附属权利,在特定的法律条件下被设定和保护,通常基于建筑物所在地的特定需求或者利益考虑,与建筑物所有权存在关联关系。
当前研究主要集中在探讨建筑物所有权、地役权和采光权的本质[8-10],但文字表述抽象且受限于法律视角,缺乏空间描述和图形展示的考虑[11]。另一方面,还有一些研究致力于将单一的法律权益与空间维度相结合,探索如何有效地整合法律概念与物理实体,以适应三维数字地籍的不断发展[12-14]。然而,对于建筑物所具有的复杂所有权的空间结构及其所关联的附属权利缺乏深入的研究,即整合这些权利的三维表征到统一的框架中。城市的不断发展使得对三维空间权利的需求日益突出,特别是对建筑物所有权、地役权和采光权的需求。这种需求强调了将法律概念权利与建筑物物理实体融合的迫切性,以更有效地应对现代城市环境下三维建筑物的多样化管理挑战。
土地管理领域模型(Land Administration Domain Model,LADM)[15]和建筑信息模型(Building Information Modeling,BIM)的集成被证明是加强建筑物相关权利管理的有效方法[13,16]。LADM提供了全面的概念框架,用于获取所有权及其附属权利的相关信息[17-19]。LADM可以根据各国的相关法律规定进行设计,在中国土地管理领域的也具有广泛的应用前景。BIM能够创建详细的建筑物数字表示,促进对建筑物和基础设施各个方面的可视化和分析[12,20-21]。通过整合这些模型,可以实现所有权的三维时空表征,从而能够全面了解建筑物所有权及其附属权利的法律、物理和时空维度。
本研究旨在提出一种基于LADM-BIM的三维数据模型,以提供一个整体框架,用于准确表达和深入分析建筑物所有权、地役权和采光权,技术路线如图1所示。首先,依据这三类权利的法律概念,分析了建模所需的数据需求信息;其次,依据法律信息和物理实体进行建模,建筑物所有权中的物理实体包括地块、幢、层、户和室,地役权中物理实体涉及所有权空间中的共有空间,采光权的物理实体涉及所有权空间中的私有空间。三维数据模型的构建是通过对工业基础类(Industry Foundation Classes,IFC)[22]的扩展,将LADM中的权利人包、空间单元包、权限管理包和测量与空间表达包进行映射,实现LADM法律概念和BIM物理对象之间的无缝集成,实现对建筑物所有权的内部结构和空间形态的表达、地役权的实例化以及采光权的时空表达;最后,为了验证所提出模型的有效性,将利用涉及法律纠纷和城市发展的现实案例研究和场景。这些案例研究将为所开发的三维数据模型在解决纠纷和促进有效所有权管理方面的适用性和效率提供经验证据。利用法律概念和物理对象相结合的方法,不仅使建筑物所有权、地役权和采光权等法律概念得以在BIM环境中进行准确建模和表示,还为进一步分析和应用提供了基础。例如,基于这一模型,可以进行建筑物所有权的空间冲突检测、地役权的空间分析以及采光权的效果评估,可为促进城市发展和建设和谐社区提供更有效的技术支持和决策依据。
图1 技术路线

Fig. 1 Technology roadmap

2 法律概念和建模的数据需求

2.1 建筑物所有权建模的数据需求

建筑物所有权提供了私人所有权和共享公共区域的独特结合,为居民提供私人生活空间和使用公共设施的便利[8,11]。我国的建筑物所有权管理制度将所有权空间细分为不同的单元,包括地块、幢、层、户和室[23]。根据《中华人民共和国民法典》[24],建筑物所有权包括专有权、共有权和成员管理权,且不同的所有权空间范围计算规则不同。如图2所示,给出了建筑物所有权空间对应的示例和对应的计算规则。
图2 建筑物所有权空间单元、所有权空间示例及其计算规则

Fig. 2 Building ownership spatial units, examples of ownership spaces, and their calculation rules

建筑物所有权建模需要的数据信息包括语义、几何、关系和属性数据。语义信息包括所有权边界布局和空间划分。几何数据包括所有权边界、建筑元素、所有权区域和所有权空间相关联的体积以及图形对象。关系数据涉及不同所有权空间之间的空间关系,包括关联关系、附属关系、幢分摊关系和层分摊关系。属性数据由与所有权区域和所有权空间有关的描述性属性组成。专有空间的属性包括房屋号、建筑面积、套内建筑面积、公摊面积、专有主体面积、专有附属面积、专有附属实体类型、专有附属面积计算规则;共有空间的属性包括:共有权利人、共有可分摊实体类型、共有可分摊面积计算规则、不可分摊实体类型、专有附属面积计算规则。

2.2 地役权实例化的数据需求

地役权与建筑物所有权密切相关,因为其规定了与进入和使用建筑物内特定区域相关的合法权利和限制[10]。地役权设立的主要目的是按照合同约定利用他人的不动产,以提高自己不动产效益的权利[14]。地役权的主体包括供地役和需地役,如图3所示。供地役是提供利益的一方,需地役是获得地役权的一方。例如,地块B的车辆需要通过地块A,则地块B是需地役,地块A是供地役。对地役权进行实例化,则需要根据合同约定提供关键信息,包括供地役和需地役的位置,利用的目的和方法,地役权的期限等。
图3 地役权的示例

Fig. 3 Examples of easement rights

2.3 采光权三维表达的数据需求

建筑物几何数据是计算采光权的基础,包括建筑物的楼层、外墙形状、窗户位置和大小等。采光权可细分为相邻采光权和采光地役权,如图4所示。在相邻采光权中,日照时数和采光系数是计算过程中的2个重要的参数。日照时数的影响因素包括建筑气候区、城市类型、有效日照时间带、日照标准日、日照时数标准[25],通过在软件中设置这些参数,计算得到实际日照时数。采光系数的影响因素包括光气候区、采光系数标准[26],在软件中设置参数后进行计算。这些参数对于准确计算建筑内的采光情况至关重要。另一方面,采光地役权的主要依据具体的合同内容,其数据需求包括状态、目的、方法、地役权开始和结束的时间。
图4 采光权的数据需求

Fig. 4 Data requirements for right to light

3 基于LADM-BIM的三维数据模型设计和实施

在对建筑物所有权及其附属权利建模所需的数据需求进行明确后,考虑构建模型需要的空间信息特征,并进行概念模型的设计。概念模型是对三维几何、语义、多细节层次及权属特征等多源信息的集成表达,可以清晰地划分所有权内部空间,同时包括地役权和采光权的设计。概念模型包括语义层、所有权层和几何层,各层之间相互关联,构成一个完整的框架,如图5所示。
图5 基于语义的多层次模型的概念框架

Fig. 5 Conceptual framework of the semantic-based multilevel model

语义层:通过多细节层次表达,将建筑物所有权对象之间的逻辑关联进行清晰划分,细分为地块、建筑物、层、户和室等多层次,以逐渐细化所有权信息。明确表示所有权单元实体的空间范围和分布,准确表达建筑物所有权及其附属权利在三维空间中的位置和范围。将地役权与共有空间关联、采光权与私有空间关联,以在模型中完整地表达和分析这些权益的空间特征。语义层中还定义和管理所有权对象的属性信息,例如权利人的身份、地役权的使用目的和期限,为权益分析和管理提供基础。
所有权层:使用LADM的法律概念模型,包括权利人包、空间单元包、权限管理包和测量与空间表达包。LA_SpatialUnit类管理物理实体概念,LA_LegalSpaceBuildingUnit管理建筑物的合法空间。权限管理包通过LA_BAUnit类管理所有权概念,使用LA_RRR描述了土地的权利(LA_Right)、限制(LA_Restriction)和责任(LA_Responsibility)。测量与空间表达包提供了空间单元的边界元素建模的基本概念,包括点(LA_Point)、边界面字符串(LA_BoundaryFaceString)和边界面(LA_BoundaryFace)。权利人包对应于地籍主体,地籍主体可以是自然人、组织等,包括LA_Party、LA_PartyGroup等。所有权层的核心特性在于同语义层建立不同层次的直接关联,进而明确所有权单元实体来表达完整的三维空间所有权及其附属权利的范围与分布。此外,所有权层与几何层关联,实现所有权空间的三维几何表达、地役权实例化和采光权的计算。
几何层:通过BIM/IFC进行所有权空间范围表达。地块对应IfcSite,建筑物对应IfcBuilding,层对应IfcBuildingstorey,室对应IfcZone,户对应IfcSpace。通过IfcRelAggregates关联关系提取并判定建筑物的层级关系。在几何层中实现地役权的实例化和采光权的计算,并将属性信息添加到IfcSpace实体中,从而实现权益信息在几何模型中的集成表达。
概念模型的实现是开发一种基于扩展IFC标准的方法,将LADM(法律概念)技术编码到BIM环境中。所提出的方法符合IFC标准中的扩展逻辑,基于IFC中属性集(Property sets)和自定义(User defined)的概念,将LADM中的权利人包、空间单元包、权限管理包和测量与空间表达包映射到IFC标准中。

3.1 权利人包映射到IFC标准中

LADM中的权利人包(LA_Party)可以使用IfcActor实体进行映射(图6)。权利人包括个人和组织两种类型,权利人可以由IfcPerson实体建模,组织可以由IfcPersonAndOrganization实体建模。LA_Party的role属性可以使用IfcActorRole的role或UserDefinedRole属性进行映射。IfcGroup是非几何对象的集合,例如IfcActor实体。IfcGroup的这一特性使得将LA_GroupParty类映射到这个实体成为可能。LA_Party的属性(通过IfcRoleEnum定义的role属性除外)可以使用分配给IfcActor实体的新属性集(Pset_LA_Party)进行映射。LA_GroupParty的属性将作为另一个属性集(Pset_LA_GroupParty)分配给IfcGroup实体。
图6 LADM权利人包映射IFC的实体

Fig. 6 Mapping of LADM party package to IFC entities

3.2 空间单元包映射到IFC标准中

LADM中LA_SpatialUnit和LA_SpatialUnitGroup这两个类用于表示建筑物内的空间单元及其组合区域(图7)。LA_LegalSpaceBuildingUnit表示LA_SpatialUnit的三维法律空间,可以通过IfcSpace进行映射。多个IfcSpaces可以通过关系IfcRelAssignsToGroup在实体IfcZone中组合在一起,此属性使空间单元可以作为基本管理单元进行分组,LA_SpatialUnitGroup映射到IfcZone。所有权空间的属性扩展到IfcSpace实体中。
图7 LADM空间单元包映射IFC的实体

Fig. 7 Mapping of LADM spatial unit package to IFC entities

3.3 测量与空间表达包映射到IFC标准中

LADM的测量与空间表达包包括为空间单元的边界元素建模的基本概念,包括点(LA_Point)、边界面字符串(LA_BoundaryFaceString)和边界面(LA_BoundaryFace)(图8)。这些概念在IFC标准中有类似的模型。IFC提供了各种各样的实体来表示直线和曲面。实体IfcCartesianPoint定义了一个几何点,其是LA_Point的实现。IfcPolyLine是一组由点组成的曲线,其是LA_BoundaryFaceString的实现。LA_BoundaryFace通过面来表示三维空间单元,IfcSurface是一个可以通过连接点表示曲面的实体,因此可以进行映射。可以通过实体IfcRelAssignsToGroup将多个IfcPolyline或IfcSurface分组到IfcGroup中。LA_SpatialSource提供了有关对象空间表示的信息,其属性可以分配IfcResource实体。
图8 LADM测量与空间表达包映射到IFC的实体

Fig. 8 Mapping of LADM surveying and spatial representation package to IFC entities

3.4 权限管理包映射到IFC标准中

权限管理包主要包括基本管理单元、RRR信息和管理资源。基本管理单元(LA_BAUnit)通常包括多个空间单元,其属性可以由IfcZone实现。RRR信息包括LA_RRR类及其子类LA_Right、LA_Restriction和LA_Responsibility。这些类没有等效的IFC实体。在IFC标准中对RRR信息记录在IFC内的合法文件,再将这些类的属性分配给IfcZone或IfcSpace属性集。为了表示法律文档,可以使用IfcPropertyTitle、IfcParentTitle、IfcPropertyDescription、IfcMortgage和IfcCaveat等实体。管理资源的LA_AdministrativeSource提供管理或描述的文档,用于管理源建模的相关IFC实体IfcDocumentReference和IfcDocumentInformation可以实现其映射。
映射过程中基于Aien等在三维地籍数据模型中提出的概念,每个合法对象都被描述为一个IfcLegalPropertyObject,三维合法财产对象指所有权的合法空间的三维表示,它表示某个空间属性和功能,因此属于IfcSpace子类的实体[27]图9)。除继承IfcSpace的所有属性,三维合法属性对象还拥有自己的语义信息。IfcLegalPropertyObject实体表示所有类型的合法财产对象,如三维所有权空间、地役权和采光权。
图9 基于LADM-BIM的三维数据模型

Fig. 9 3D data model based on LADM-BIM

4 模型应用与实证分析

4.1 三维数据模型中建筑物所有权的可视化与分析

建筑物所有权中的专有空间附属面积和共有空间分摊面积的计算规则经常会发生纠纷。例如,室内阳台完全计入法律空间,室外阳台的一半计入法律空间,而凸窗则不计入。电梯和楼梯等共有区域被算入公摊面积,全楼进行分摊(图10(b))。对于连接住宅单元的走廊,计入公摊但限于该层(图10(c))。作为人防工程的地下室虽然是共有空间,但不计入公摊。基于LADM-BIM构建的三维数据模型能够准确表达所有权空间,并清楚指示所有者、管理者和所需的属性(图10)。借助该模型,纠纷双方可直观了解每个所有权空间的权益。可视化分析有助于解决所有权争议,为权益相关者提供准确信息,促进更有效决策。
图10 建筑物所有权的三维可视化

Fig. 10 3D visualization of building ownership

4.2 地役权对建筑物所有权空间利用的影响

在建筑物所有权空间利用中,垂直和水平方向上的共有区域通行地役权纠纷经常涉及使用权限、方式和责任分担等复杂问题,同时牵涉到多方利益相关者,包括业主和开发商。垂直方向的纠纷涉及楼层间的通行、使用和管理,如楼梯、电梯等共用通道。水平方向的问题涉及同一楼层内私人区域的通行、使用和管理,如公共走廊、门厅、停车场。然而,传统的平面图难以直观展示每个私有所有权空间与共有空间的联系。使用三维时空模型数据模型能更准确地展示这种关系(图11)。该模型中,业主能清晰了解自身所有权范围内的权利,共有区域的使用方式和管理情况。这有助于减少不满和分歧,更好地理解权益范围,降低潜在纠纷的可能性。
图11 地役权的实例化

Fig. 11 Instantiation of easement rights

4.3 采光权对建筑物住宅单元的影响

相邻采光权纠纷可分为外部建筑遮挡对日照时数的影响和建筑内部改造对采光系数的影响。采光地役权纠纷在一定程度上受合同规定影响,涉及明确的合同内容。依据《城市居住区规划设计规范》[28],在Ⅱ类建筑气候区,日照时数应满足两小时的要求。根据《建筑采光设计标准》[29],以Ⅲ类光气候区为例,住宅空间中房间的采光系数标准值被设定为2%。准确评估这些纠纷需要专门工具,如天正日照软件计算日照时数,动态采光软件计算采光系数。图12展示对建筑的采光权计算,将结果添加到住宅单元属性中,以评估遮挡建筑对采光的影响。
图12 采光权的三维表达

Fig. 12 3D representation of the right to light

4.4 讨论

传统的二维平面图局限于描绘水平方向的空间范围,忽略了垂直维度。此外,二维平面图和所有权信息的解释和利用受制于个人的专业知识和技能。相比之下,三维数据模型能够准确地表达所有权空间细分以及附属权利的RRR信息。因此,本文通过扩展IFC标准,实现LADM法律概念和BIM物理对象的整合,用于建筑物所有权、地役权和采光权的三维数据模型构建。
(1)在建筑物所有权空间可视化案例中,法律纠纷通常涉及附属空间的计算以及共有空间的分摊规则。构建的三维数据模型可以对建筑物内的整个私有空间和共有空间进行全面可视化,包括附属空间的计算、可分摊和不可分摊的空间的计算。计算规则以属性集的形式呈现,使业主或相关管理者能够在三维环境中查询,进而更好地理解和解决所有权纠纷。
(2)在地役权实例化案例中,以通行地役权为例,构建的三维数据模型可以可视化水平方向和垂直方向的共有空间和私有空间。双方争议业主可以交互式浏览和分析三维数据模型,增强对情况的了解,这对解决共有空间垂直方向上因改造引起的纠纷十分有帮助。
(3)在三维采光权表达的案例中,法律纠纷通常由于外部或内部遮挡导致的日照时数或采光系数减少引起。构建的三维数据模型可以定量计算出采光权受侵害的程度,并将计算结果作为属性信息附加到对应的所有权空间中。此外,对于采光地役权的相关RRR信息也能附加到属性集中,有助于业主或相关管理者进行分析。
尽管本文提出的基于LADM-BIM的三维数据模型在辅助解决法律纠纷方面具有可行性,但仍存在一定的局限性。仅对有限案例进行了验证,未能覆盖更复杂的情景。例如,我国各地区的土地法规、所有权制度和实施情况可能存在差异,对于跨地区项目,需要考虑这些差异性。此外,未涵盖特殊用途建筑物,这类建筑物可能受到额外的法规和政策规定的影响。数据需求信息的不同,可能会增加在实施LADM-BIM映射集成数据模型时,法律空间和语义复杂性的挑战。

5 结论

本研究旨在探讨并提出基于LADM-BIM的三维数据模型,以表达和分析建筑物所有权、地役权和采光权。该模型通过扩展IFC标准,将LADM中的权利人包、空间单元包、权限管理包和测量与空间表达包映射到BIM环境中,实现了法律概念和三维物理空间信息的整合。在实际案例研究和场景验证中,验证了所提出模型的可行性和适用性。实验结果表明,基于LADM-BIM方案的三维数据模型能够提供准确的建筑物所有权及其附属权利(地役权和采光权)的RRR信息,使权利人可以直观地理解三维RRR的信息,并在三维环境中进行可视化呈现。此外,通过对三维数据模型进行导航、查询和分析,能够深入探索建筑物所有权及其附属权利视图,使纠纷双方对法律空间的位置和权属信息有充分的了解,从而辅助解决相关的纠纷。然而,在模型更新和效率方面,仍然存在一些待解决的问题。下一步的研究将重点考虑如何实现模型的自动化更新和维护,以及加强定量化分析的研究,进一步完善模型的功能和性能,以满足三维地籍中建筑物所有权管理的实际需求。
本文图文责任编辑:蒋树芳
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