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暗戰(zhàn)20億市場 PM2.5監(jiān)測儀器采購有玄機

[2012/3/1]

　　隨著新晉空氣監(jiān)測指標PM2.5納入新國標，原本沉寂的PM2.5監(jiān)測行業(yè)成為眾所注目的“藍！薄

　　本報獲悉，中國環(huán)境監(jiān)測總站已調集了國內外主要PM2.5監(jiān)測廠商的產(chǎn)品，著手進行PM2.5自動監(jiān)測方法適用性比對測試工作，對不同廠家、不同原理的環(huán)境空氣自動監(jiān)測儀進行單機比對測試，以全面了解PM2.5監(jiān)測中各種自動監(jiān)測方法與手工標準監(jiān)測方法之間的差異。

　　“比對的結果將成為未來PM2.5監(jiān)測技術路線確定、監(jiān)測技術規(guī)范編制的重要參考！币晃坏胤江h(huán)保官員對本報表示，而不同監(jiān)測技術路線背后的不同產(chǎn)業(yè)，也正在緊張地進行著博弈，以期在未來占據(jù)更大的市場份額。

　　根據(jù)環(huán)保部初步估算，全國388個地級以上城市在PM2.5監(jiān)測設備上的總投入需20多億元。在此背景下，日前媒體的一則報道特別引人注目。該報道指出，振蕩天平法監(jiān)測結果較β射線法偏低15%-17%，這也是去年北京環(huán)保局比美國大使館監(jiān)測數(shù)據(jù)低的原因之一(北京市環(huán)保局監(jiān)測儀器采用振蕩天平法，美國大使館監(jiān)測儀器采用β射線法)。

　　顯然，過億的“污染生意”即將開啟，但PM2.5監(jiān)測數(shù)據(jù)的“打架”，勢必倒逼國內監(jiān)測設備采購標準出臺。這也將影響到采取不同技術路線的企業(yè)商業(yè)利益。

　　本報獲悉，環(huán)保部正在起草有關PM2.5監(jiān)測儀器的采購和使用指導意見，并有望于3月發(fā)布。

　　1.數(shù)字玄機背后的技術路徑爭議

　　PM2.5事件的持續(xù)升溫，讓原本復雜的PM2.5監(jiān)測技術進入公眾視野。

　　PM2.5的自動監(jiān)測方法，環(huán)保部環(huán)境監(jiān)測司副司長朱建平曾公開表示，從專業(yè)角度來說，有三種國際認可的方法，一個是振蕩天平法，一個是β射線法，還有一個是光譜法(又稱光散射法)。

　　“第三種方法是主要測量PM2.5的數(shù)量濃度，關注的是M2.5的個數(shù)，因此主要用于氣象部門的能見度監(jiān)測研究。”中國科學院大氣物理研究所研究員、中國生態(tài)系統(tǒng)研究網(wǎng)絡(CERN)大氣科學分中心主任王躍思對本報記者表示，而如果將數(shù)量濃度轉化為環(huán)保部門所需的質量濃度，其準確度將會大幅下降。因此，環(huán)保部門很少采用這種方法，而主要采用前兩種方法。

　　資料顯示，所謂振蕩天平法，又稱微量石英振蕩天平法。該方法是在質量傳感器內使用一個石英空心錐形管，在空心錐形管振蕩端上安放可更換的濾膜，振蕩頻率取決于石英錐形管特性和它的質量。當采樣氣流通過濾膜，其中的顆粒物沉積在濾膜上，濾膜質量變化導致振蕩頻率變化，通過測量振蕩頻率的變化計算出沉積在濾膜上顆粒物的質量，再根據(jù)采樣流量、采樣現(xiàn)場環(huán)境溫度和氣壓計算出該時段的顆粒物標態(tài)質量濃度。

　　“這種技術的優(yōu)點是定量關系明確，缺點是目前的技術無法解決樣品加熱后揮發(fā)性和半揮發(fā)性物質的損失，導致測定結果被認為偏低，也正因為如此該技術需要加裝膜動態(tài)測量系統(tǒng)(Filter Dynamic Measurement System，以下簡稱FDMS)對偏低的結果進行校準！蓖踯S思對本報記者分析。

　　在振蕩天平法之外，另一種稱之為β射線法，其基本原理是利用堆積在石英濾膜上的顆粒物對碳-14釋放的β射線衰減量的變化檢測大氣顆粒物質量的變化。環(huán)境空氣由采樣泵經(jīng)切割器吸入采樣管，經(jīng)過濾膜后排出。顆粒物沉淀在條狀石英濾膜上，當β射線通過沉積著顆粒物的濾膜時，β射線強度發(fā)生衰減，通過對衰減量的測定計算出顆粒物的濃度。

　　“這一方法是基于兩個假設，其一是儀器的石英采樣濾膜條帶均一，其二是采集下來的PM2.5粒子物理特性均一，對β射線強度衰減率相同。而上述兩個在現(xiàn)實條件下，假設往往并不成立，因此測定數(shù)據(jù)一般被認為也存在偏差。”王躍思表示，這種檢測方法在相對干凈和干燥的地區(qū)故障率低，在潮濕高溫區(qū)域故障率也很高。

　　對此，中國氣象科學研究院的一個專家對本報指出，無論是振蕩天平法還是β射線法在實踐中都各有優(yōu)劣，其使用必須與標準稱重法(又稱濾膜稱重法)進行校準。

　　根據(jù)王躍思的介紹，所謂標準稱重法只需要一個PM2.5切割頭、一臺泵和膜架及其濾膜，采集24小時樣品后，取下濾膜稱重即可，必要時可以平行采集3個樣品，經(jīng)恒溫恒濕后再稱重。

　　“從科學的角度講，這種方法也有缺點，氣流長時間不斷通過采樣濾膜，濾膜上采集到的物質隨著氣流和溫度的變化也會造成揮發(fā)性和半揮發(fā)性物質的損失，同時一些極細小的顆粒還是能穿過濾膜造成結果偏低;相反，氣態(tài)物質也可能被濾膜吸附，造成結果偏高！蓖踯S思指出，但這種方法經(jīng)濟成本低，容易實施。

　　2.β射線法PK振蕩天平法?

　　盡管專家稱上述兩種監(jiān)測方法各有所長，但是一則關于兩種方法PK的消息在輿論界傳得沸沸揚揚。

　　中國環(huán)境監(jiān)測總站網(wǎng)站顯示，2011年12月14日，在“關于貫徹溫總理指示精神抓緊籌劃PM2.5監(jiān)測討論會”上，監(jiān)測總站介紹了國內外開展的PM2.5監(jiān)測方法的比對研究工作時提到，監(jiān)測總站和上海市環(huán)境監(jiān)測中心開展的研究表明，振蕩天平法監(jiān)測結果較β射線法偏低15%-17%。

　　正是基于這則消息，有媒體稱，這正是美國大使館與北京市環(huán)保局監(jiān)測結果不同的原因之一，因為美國大使館使用的是美國METONE生產(chǎn)的β射線法儀器，而北京市環(huán)保局使用的則是賽默飛世爾(也被翻譯為美國熱電公司)生產(chǎn)的振蕩天平法儀器。

　　“從科學原理的角度來看，某項研究結果只能說明當時研究時使用的某些監(jiān)測儀廠家的某一個型號的產(chǎn)品的情況，其監(jiān)測結果也與周圍的氣候環(huán)境、操作人員對設備的質量控制和使用規(guī)范有關，而不能簡單地由此得出不同監(jiān)測方法之間的比較結論！敝袊h(huán)境監(jiān)測總站大氣室主任王瑞斌對本報記者解釋。

　　對此，王躍思認為， 振蕩天平法與β射線法之間的監(jiān)測結果比對意義不大，其科學原理和使用規(guī)范不同，又各自有自己的缺陷，“如果要進行比對，應該拿兩種自動儀器的觀測結果與標準稱重法進行比對，看有多少誤差，相關性有多高。”

　　上海市環(huán)境監(jiān)測中心總工程師伏晴艷表示，上海剛剛開展PM2.5監(jiān)測數(shù)據(jù)的比對，至今還未對外發(fā)布相關數(shù)據(jù)。

　　“即便真的存在振蕩天平法監(jiān)測結果較β射線法偏低15%-17%這種說法，我們也必須對此做準確理解。”王躍思解釋，這個說法并非是一個普遍的結論，因為無論是振蕩天平法還是β射線法其不同型號的儀器，在不同季節(jié)或者不同地點，其監(jiān)測結果可能差別較大。

　　3.缺乏“加裝設備”的爭論

　　無論是業(yè)內人士還是專家，對于振蕩天平法都有一個共識的看法：監(jiān)測結果較低的一個原因，在于其技術無法解決樣品加熱后揮發(fā)性和半揮發(fā)性物質的損失。

　　這一點也為英國環(huán)境食品農業(yè)事務部及其下屬機構委托BUREAU VERITAS 的2006年的一項研究結果所證明。該研究指出，賽默飛世爾需在基于振蕩天平法的PM2.5分析儀基礎上增加FDMS(主要用于校正振蕩天平法監(jiān)測儀因半揮發(fā)性顆粒物的質量損失引起的測量結果偏差而研發(fā)的系統(tǒng))，數(shù)據(jù)才較為準確。

　　資料顯示，F(xiàn)DMS的工作原理為：氣樣通過FDMS的進樣管干燥后進入監(jiān)測儀，大氣樣品中的顆粒物沉積在監(jiān)測儀的濾膜上，并測定一段時間后濾膜上的顆粒物重量，計算出顆粒物的質量濃度;之后通過FDMS的

　　切換閥，氣樣進入FDMS的冷凝器，大氣中的顆粒物和有機物等組分被冷凝并被濾膜截留，通過冷凝器之后的純凈氣流再進入監(jiān)測儀測量，由于此時氣樣不含顆粒物，因此濾膜不會增重，反而因濾膜上的半揮發(fā)性顆粒物的持續(xù)揮發(fā)，而造成濾膜減輕重量，減輕的重量即是半揮發(fā)性顆粒物損失的質量;假設在兩次相同時間的測量過程中，監(jiān)測儀濾膜上損失的質量相等，將第一次測得的顆粒物質量濃度加上第二次測得的半揮發(fā)性顆粒物的損失量，即得到校正后的顆粒物濃度。

　　“FDMS在理論上是完美的，我稱之為自戀程序，其設計非常完美，但在產(chǎn)品技術上尚未成熟！蓖踯S思指出，F(xiàn)DMS對環(huán)境的要求也較高，適合在干燥和干凈的環(huán)境下運行。

　　根據(jù)美國環(huán)保部(以下簡稱EPA)2009年的認證，基于振蕩天平法的PM2.5監(jiān)測儀加裝FDMS才為聯(lián)邦認可的等效監(jiān)測設備。

　　“美國認證的儀器應加裝FDMS，但國內有些這類儀器卻沒有加裝，造成數(shù)據(jù)偏低！币晃画h(huán)境監(jiān)測人士表示。

　　“EPA對PM2.5監(jiān)測始于1999年，但在2008年之前，一直使用聯(lián)邦參比方法(Federal Reference Method，簡稱FRM)也即手工稱重法作為標準方法監(jiān)測并報送PM2.5數(shù)據(jù)！辟惸w世爾環(huán)境與過程儀器事業(yè)部國內區(qū)商務總監(jiān)周曉斌對本報記者稱，從2008年起，EPA開始批準使用聯(lián)邦等效方法(Federal Equivalent Method，簡稱FEM)，而EPA認證的第一臺基于振蕩法的PM2.5監(jiān)測儀是在2009年6月。

　　“的確，認證后的監(jiān)測儀必須帶FDMS，但這一標準并非一般理解的強制標準！敝軙员蠓Q，新上振蕩天平發(fā)的PM2.5監(jiān)測儀的州可以選擇加裝 FDMS，加裝后的監(jiān)測結果即被認定為FEM結果，而沒有加裝FDMS的監(jiān)測結果則為PRE-FEM的結果，該結果需要與聯(lián)邦參比方法進行校準。

　　周曉斌進一步指出，根據(jù)美國EPA的認證，F(xiàn)DMS的加裝只針對PM2.5的監(jiān)測儀，而不包括PM10的監(jiān)測儀，在2008年聯(lián)邦使用等效方法報送PM2.5之前，美國也有很多州開始使用PM2.5的自動監(jiān)測儀器，這些儀器都未加裝FDMS，在2008之后，這些州也可以自己選擇是否加裝 FDMS，如果選擇不加裝FDMS的話，那么在發(fā)布監(jiān)測數(shù)據(jù)的時候，需要進行注明并每周用FRM進行修正。

　　“在中國由于PM2.5監(jiān)測儀的認證標準尚未出來，而美國EPA的認證標準為一個較高的標準！敝軙员蠼榻B，所以在中國的銷售一般選擇推薦地方加裝FDMS，當然地方有一定的選擇權。

　　“需要強調的是，F(xiàn)DMS的應用在中美之間是有差異的！蓖踯S思指出，美國使用起來問題不大是因為其環(huán)境干燥和干凈，而中國的環(huán)境條件大不一樣，導致FDMS在中國有些區(qū)域無法正常使用。

　　王躍思表示，單就干凈這一單項條件而言，中國很多城市PM2.5的濃度會超過PM10的現(xiàn)行標準，過高的細粒子導致FDMS透水膜的微孔很快被細粒子堵塞，從而使其使用壽命降低到國外的一半，2-3個月可能就要更換一次。材料成本大約在1000美元，而且需要專業(yè)技術人員操作至少半天時間。

　　“因此FDMS更不適合南方潮濕地區(qū)或污染過于嚴重的城市！蓖踯S思表示，“由于FDMS技術的不成熟，不但造成成本大幅度增高、操作復雜化，更重要的是儀器經(jīng)常故障報警，難以得到連續(xù)的合格監(jiān)測數(shù)據(jù)！

　　據(jù)一位業(yè)內人士透露，天津、南京、廣州等三個城市都曾采購賽默飛世爾的PM2.5監(jiān)測儀，并加裝FDMS，但因為故障頻發(fā)大部分已經(jīng)拆除。

　　“也不排除故意的可能，即在中國尚未有監(jiān)測認證規(guī)范的背景下，不少地方可能在采購賽默飛世爾的PM2.5監(jiān)測儀時，為了讓監(jiān)測值偏低而故意不選擇加裝FDMS的情況！鼻笆龅胤江h(huán)保官員表示。

　　4.倒逼監(jiān)測設備標準“加速”出臺?

　　“上述有關技術路線和監(jiān)測值高低的爭論，其背后還在于不同技術路線之間的公司的利益之爭！鼻笆龅胤江h(huán)保官員指出，隨著中國環(huán)境監(jiān)測總站對監(jiān)測結果的比對工作的開始，這種爭論可能會更加激烈。

　　中國環(huán)境監(jiān)測總站網(wǎng)站上顯示一則消息稱，中國環(huán)境監(jiān)測總站參照美國EPA對PM2.5自動監(jiān)測儀器的認證方法，以我國手工監(jiān)測標準方法為標準，對不同廠家、不同原理的環(huán)境空氣自動監(jiān)測儀進行單機比對測試，以全面了解PM2.5監(jiān)測中的β射線方法、β射線方法聯(lián)用濕度補償和光散射法、振蕩天平方法、振蕩天平聯(lián)用膜動態(tài)測量系統(tǒng)(TEOM-FDMS)等國內外主流監(jiān)測方法與手工標準監(jiān)測方法之間的差異，為我國“十二五”空氣監(jiān)測工作中PM2.5監(jiān)測技術路線確定、監(jiān)測技術規(guī)范編制提供技術支持。

　　中國環(huán)境監(jiān)測總站網(wǎng)站的另一則消息還顯示，2012年1月8日起，環(huán)境監(jiān)測總站大氣室先后調集了美國賽默飛世爾公司TEOM1405F、 TEOM1405、FH62C14、5030-SHARP等型號PM2.5監(jiān)測儀，美國Met One公司BAM-1020PM2.5監(jiān)測儀，以及河北先河環(huán)保(18.160,0.30,1.68%)公司XHPM-2000E監(jiān)測儀、北京中晟泰科公司7201型監(jiān)測儀、武漢天虹公司TH2000TM監(jiān)測儀、安徽藍盾光電子公司振蕩天平法監(jiān)測儀共9種 PM2.5自動監(jiān)測儀器，以及美國賽默飛世爾公司、德國Derenda公司、武漢天虹公司等國內外廠家的4種手工采樣監(jiān)測儀器，著手進行PM2.5自動監(jiān)測方法適用性比對測試工作。

　　“這次監(jiān)測比對將國內外主要廠商的不同技術路線的產(chǎn)品匯集在一起，集中與標準方法進行比對，可以保證比較公正客觀！鼻笆龅胤江h(huán)保官員對本報分析，但監(jiān)測總站比對的結果只對北京適用。

　　“通常一種自動監(jiān)測方法與標準方法的比對，在同一個城市，需要在不同的地點，特別是要在不同的季節(jié)分別進行比對，才能得出一個相對客觀的結論，這個過程不能一蹴而就！蓖踯S思表示。

　　對此，王躍思解釋，“這是由PM2.5這種污染物的特質決定的。它不同于其他構成相對單一的污染物如SO2或NOx，PM2.5理論上是由近百種元素和上萬種分子混合而成的粒子或是粒子束，千差萬別的化學成分，隨時間和空間的變異都很大，因此需要多站點長時間序列采樣分析，才能從統(tǒng)計上減少監(jiān)測誤差！

　　根據(jù)中國環(huán)境監(jiān)測總站的部署，北京、上海、廣州、重慶和濟南五個城市都在進行PM2.5自動監(jiān)測方法適用性比對測試試驗！斑@五個城市為我國空氣污染較為嚴重的重點區(qū)域的代表，覆蓋華北、華東、華南、西南四大區(qū)域，其監(jiān)測比對結果對制定全國性的PM2.5監(jiān)測設備采購和使用的指導意見，很有幫助。”前述地方環(huán)保官員分析。

　　“按照美國的標準方法，這一比對工作要持續(xù)一年，才能有效。”一位不愿透露姓名的空氣監(jiān)測專家對本報記者表示。

　　事實上，由于PM2.5的監(jiān)測日程加速，2012年在京津冀、長三角、珠三角等重點區(qū)域以及直轄市和省會城市開展PM2.5等新指標監(jiān)測，各地都在等著國家認證標準的出臺，以采購設備，所以目前進行的對比測試試驗要提前收工。

　　這一說法也在比對試點地區(qū)得到印證。濟南環(huán)境監(jiān)測中心站站長暨濟南環(huán)科院院長杜世勇對本報記者表示，他承擔的“城市環(huán)境空氣中PM2.5監(jiān)測技術及規(guī)范研究”，該課題按照原先的規(guī)劃是在2013年結題，但現(xiàn)在不得不加快進程，需要提前結題。

　　5.兩種技術路徑或并存?

　　本報記者從環(huán)保部獲悉，PM2.5比對結果有望于3月份公布。“至于采取哪種監(jiān)測技術路線要等比對結果出來之后才能判斷！倍攀烙抡J為，但否定一種技術路線而獨采另一種技術路線的可能性不大。

　　付晴艷此前曾公開表示，任何一種自動監(jiān)測法都有自己的優(yōu)缺點和適用性，不同城市選擇不同監(jiān)測儀器會因為方法不同造成誤差，這是可以接受的。重要的是一個城市自己的方法體系要有延續(xù)性、可比性，不要輕易變更方法。

　　王躍思則認為，在聯(lián)防聯(lián)控區(qū)域內，應當實行統(tǒng)一的技術、儀器和標準。因為相關聯(lián)城市的大氣污染物相互影響，單靠某個城市努力，往往收效甚微，如果測量技術方法不一致，很難達到協(xié)同控制污染物的效果。

　　“從美國的經(jīng)驗來看，在FRM之外，EPA也未只采用一種技術路線，而是兩種并用！敝軙员笾赋。

　　根據(jù)2010年美國環(huán)保局召開的區(qū)域空氣管理會議上所公布的全美地區(qū)PM2.5連續(xù)監(jiān)測設備的分布情況和技術選型情況。

　　依照統(tǒng)計，在全美使用的約600臺PM2.5監(jiān)測設備中，約60%的設備選用振蕩天平技術，約30%的設備使用Beta射線技術，約10%的設備使用光學技術或其他技術。

　　本報獲悉，環(huán)保部正在起草PM2.5監(jiān)測儀器的采購和使用指導意見！暗缺葘Y果之后，我們會明確技術路線，并確定各種技術的使用規(guī)范，比如各種技術如何使用，必須配備什么裝置，對各個地區(qū)使用什么樣的儀器，提出一個指導性的意見，具體各地采用什么樣的設備，最后由地方來定！杯h(huán)保部的一位官員對本報解釋，“這個指導意見有望在3月份公布。”

　　6.“暗戰(zhàn)”中誰將是贏家?

　　盡管環(huán)保部起草PM2.5監(jiān)測儀器的采購和使用指導意見尚未出臺，但受全國PM2.5監(jiān)測時間表的明晰這一明確的國家政策，PM2.5監(jiān)測設備行業(yè)這一沉寂的藍海，或將迎來爆發(fā)性增長。

　　據(jù)日前環(huán)保部公布的PM2.5監(jiān)測步驟看，具體將分四步走：2012年，在京津冀、長三角、珠三角等重點區(qū)域以及直轄市和省會城市開展 PM2.5和臭氧監(jiān)測;2013年，在113個環(huán)保重點城市和環(huán)保模范城市開展監(jiān)測;2015年，在所有地級以上城市開展監(jiān)測;2016年1月1日，將是新標準在全國實施的關門期限，屆時全國各地都將按照新標準監(jiān)測和評價環(huán)境空氣質量，并向社會公布監(jiān)測結果。這也意味著，全國388個地級以上城市將在 PM2.5監(jiān)測設備上投入20多億元。

　　顯然，爭搶設備采購大單的“暗戰(zhàn)”不可避免。

　　目前國際上比較有名的PM2.5監(jiān)測設備廠商主要有美國賽默飛世爾、美國MET ONE、美國API(自動精密工程公司)、法國ESA(法國蘇氏環(huán)境公司)、澳大利亞的Eco Tech和Monitor等;國內的主要廠商有河北先河環(huán)？萍脊煞萦邢薰，即先河環(huán)保(300137)、武漢天虹公司、安徽藍盾光電子、北京中晟泰科環(huán)境科技等多家企業(yè)。

　　“從技術路線上來看，采用振蕩天平法技術的企業(yè)相對較少，國外生產(chǎn)振蕩天平法顆粒物監(jiān)測儀的廠家目前只有賽默飛世爾(同時兼產(chǎn)基于β射線法的監(jiān)測儀)，而國內目前生產(chǎn)振蕩天平法顆粒物監(jiān)測儀的有安徽藍盾光電子和武漢天虹兩家企業(yè)！币晃活w粒物監(jiān)測專家指出，這可能與該技術發(fā)明較晚有關，振蕩天平法出現(xiàn)在上世紀80年代，由美國R&P公司發(fā)明。

　　而生產(chǎn)β射線法的監(jiān)測儀的廠家有：美國賽默飛世爾、美國MET ONE、美國API、法國ESA(法國蘇氏環(huán)境公司)、澳大利亞的Eco Tech和Monitor、先河環(huán)保、武漢天虹公司、北京中晟泰科環(huán)境科技。

　　“就市場份額而言，由于顆粒物監(jiān)測設備的市場在環(huán)境監(jiān)測儀器領域屬于細分市場，尚無第三方中立機構的相關統(tǒng)計數(shù)據(jù)，即便連中國環(huán)保產(chǎn)業(yè)協(xié)會也沒有相關的統(tǒng)計資料！币晃画h(huán)境監(jiān)測設備行業(yè)人士透露。

　　該人士進一步指出，中投顧問環(huán)保行業(yè)的研究曾經(jīng)指出，目前非國產(chǎn)的PM2.5監(jiān)測設備的市場占有率超過70%，國內供應商的優(yōu)勢在于價格。這也意味著，隨著市場需求的爆發(fā)式增長，國內廠家和國外廠家在未來競爭會更加激烈。

　　目前，各地環(huán)境監(jiān)測站一方面都在籌集資金，另一方面也在等待環(huán)保部采購PM2.5設備的指導意見。

　　“我認為，目前自動觀測儀器各有缺陷，方法評價需要時間，并且也難以得出一致性的結果，建議我國在過渡期之內使用簡單的濾膜采樣，手工天平稱重即可，這一過渡方法的最大優(yōu)點是節(jié)省經(jīng)費，容易實施！蓖踯S思建議。

　　“監(jiān)測并發(fā)布數(shù)據(jù)只是治理PM2.5的開始，更為重要的還在于治理！鼻笆龅胤江h(huán)保官員指出，期望國家的《重點區(qū)域大氣污染聯(lián)防聯(lián)控“十二五”規(guī)劃》早日出臺。