所謂科學，就是要斤斤計較——世界計量日│科基百科

本文與 BRITA 合作，泛科學企劃執行。

你確定你喝的水真的乾淨嗎？

如果你回到兩百年前，試圖喝一口當時世界上最大城市的飲用水，可能會立刻放下杯子——那水的顏色帶點黃褐，氣味刺鼻，甚至還飄著肉眼可見的雜質。十九世紀倫敦泰晤士河的水，被戲稱為「流動的污水」，當時的人們雖然知道水不乾淨，但卻無力改變，導致霍亂和傷寒等疾病肆虐。

幸運的是，現代自來水處理系統已經讓我們喝不到這種「肉眼可見」的污染物，但問題可還沒徹底解決。面對 21 世紀的飲水挑戰，哪些技術真正有效？

濾水技術：從霍亂危機到高效濾芯

19 世紀的歐洲因為城市人口膨脹與工業發展，面臨了前所未有的水污染挑戰。當時多數城市的供水系統仍然依賴河流、湖泊，甚至未經處理的地下水，導致傳染病肆虐。

1854 年，英國醫生約翰·斯諾（John Snow）透過流行病學調查，發現倫敦某口公共水井與霍亂爆發直接相關，這是歷史上首次確立「飲水與疾病傳播的關聯」。這項發現徹底改變了各國政府對供水系統的態度，促使公衛政策改革，加速了濾水與消毒技術的發展。到了 20 世紀初，英國、美國等國開始在自來水中加入氯消毒，成功降低霍亂、傷寒等水媒傳染病的發生率，這一技術迅速普及，成為現代供水安全的基石。    

 19 世紀末的台灣同樣深受傳染病困擾，尤其是鼠疫肆虐。1895 年割讓給日本後，惡劣的衛生條件成為殖民政府最棘手的問題之一。1896 年，後藤新平出任民政長官，他本人曾參與東京自來水與下水道系統的規劃建設，對公共衛生系統有深厚理解。為改善台灣水源與防疫問題，他邀請了曾參與東京水道工程的英籍技師 W.K. 巴爾頓（William Kinnimond Burton） 來台，規劃現代化的供水設施。在雙方合作下，台灣陸續建立起結合過濾、消毒、儲水與送水功能的設施。到 1917 年，全台已有 16 座現代水廠，有效改善公共衛生，為台灣城市化奠定關鍵基礎。

進入 20 世紀，人們已經可以喝到看起來乾淨的水，但問題真的解決了嗎？ 科學家如今發現，水裡仍然可能殘留奈米塑膠、重金屬、農藥、藥物代謝物，甚至微量的內分泌干擾物，這些看不見、嚐不出的隱形污染，正在成為21世紀的飲水挑戰。也因此，濾水技術迎來了一波科技革新，活性碳吸附、離子交換樹脂、微濾、逆滲透（RO）等技術相繼問世，各有其專長：

• 活性碳吸附：去除氯氣、異味與部分有機污染物

• 離子交換樹脂：軟化水質，去除鈣鎂離子，減少水垢

• 微濾技術、逆滲透（RO）技術：攔截細菌與部分微生物，過濾重金屬與污染物等

這些技術相互搭配，能夠大幅提升飲水安全，然而，無論技術如何進步，濾芯始終是濾水設備的核心。一個設計優良的濾芯，決定了水質能否真正被淨化，而現代濾水器的競爭，正是圍繞著「如何打造更高效、更耐用、更智能的濾芯」展開的。於是，最關鍵的問題就在於到底該如何確保濾芯的效能？

濾芯的壽命與更換頻率：濾水效能的關鍵時刻濾芯，雖然是濾水器中看不見的內部構件，卻是決定水質純淨度的核心。以德國濾水品牌 BRITA 為例，其濾芯技術結合椰殼活性碳和離子交換樹脂，能有效去除水中的氯、除草劑、殺蟲劑及藥物殘留等化學物質，並過濾鉛、銅等重金屬，同時軟化水質，提升口感。

然而，隨著市場需求的增長，非原廠濾芯也悄然湧現，這不僅影響濾水效果，更可能帶來健康風險。據消費者反映，同一網路賣場內便可輕易購得真假 BRITA 濾芯，顯示問題日益嚴重。為確保飲水安全，建議消費者僅在實體官方授權通路或網路官方直營旗艦店購買濾芯，避免誤用來路不明的濾芯產品讓自己的身體當過濾器。

辨識濾芯其實並不難——正品 BRITA 濾芯的紙盒下方應有「台灣碧然德」的進口商貼紙，正面則可看到 BRITA 商標，以及「4週換放芯喝」的標誌。塑膠袋外包裝上同樣印有 BRITA 商標。濾芯本體的上方會有兩個浮雕的 BRITA 字樣，並且沒有拉環設計，底部則標示著創新科技過濾結構。購買時仔細留意這些細節，才能確保濾芯發揮最佳過濾效果，讓每一口水都能保證潔淨安全。

不過，即便是正品濾芯，其效能也非永久不變。隨著使用時間增加，濾芯的孔隙會逐漸被污染物堵塞，導致過濾效果減弱，濾水速度也可能變慢。而且，濾芯在拆封後便接觸到空氣，潮濕的環境可能會成為細菌滋生的溫床。如果長期不更換濾芯，不僅會影響過濾效能，還可能讓積累的微小污染物反過來影響水質，形成「過濾器悖論」（Filter Paradox）：本應淨化水質的裝置，反而成為污染源。為此，BRITA 建議每四週更換一次濾芯，以維持穩定的濾水效果。

為了解決使用者容易忽略更換時機的問題，BRITA 推出了三大智慧提醒機制，確保濾芯不會因過期使用而影響水質：

1. Memo 或 LED 智慧濾芯指示燈：即時監測濾芯狀況，顯示剩餘效能，讓使用者掌握最佳更換時間。

2. QR Code 掃碼電子日曆提醒：掃描包裝外盒上的 QR Code 記錄濾芯的使用時間，自動提醒何時該更換，減少遺漏。

3. LINE 官方帳號自動通知：透過 LINE 推送更換提醒，確保用戶不會因忙碌而錯過更換時機。

在濾水技術日新月異的今天，濾芯已不僅僅是過濾裝置，更是智慧監控的一部分。如何挑選最適合自己需求的濾水設備，成為了健康生活的關鍵。

濾水技術：不僅是進步，更是守護未來

人類對潔淨飲用水的追求，從未停止。19世紀，隨著城市化與工業化發展，水污染問題加劇並引發霍亂等疾病，促使濾水技術迅速發展。20世紀，氯消毒技術普及，進一步保障了水質安全。隨著科技進步，現代濾水技術透過活性碳、離子交換等技術，去除水中的污染物，讓每一口水更加潔淨與安全。

今天，消費者不再單純依賴公共供水系統，而是能根據自身需求選擇適合的濾水設備。例如，BRITA 提供的「純淨全效型濾芯」與「去水垢專家濾芯」可針對不同需求，從去除餘氯、過濾重金屬到改善水質硬度等問題，去水垢專家濾芯的去水垢能力較純淨全效型濾芯提升50%，並通過 SGS 檢測，通過國家標準水質檢測「可生飲」，讓消費者能安心直飲。

然而，隨著環境污染問題的加劇，真正的挑戰在於如何減少水污染，並確保每個人都能擁有乾淨水源。科技不僅是解決問題的工具，更應該成為守護未來的承諾。濾水器不僅是家用設備，它象徵著人類與自然的對話，提醒我們水的純淨不僅是技術的勝利，更是社會的責任和對未來世代的承諾。

*符合濾(淨)水器飲用水水質檢測技術規範所列9項「金屬元素」及15項「揮發性有機物」測試
*僅限使用合格自來水源，且住宅之儲水設備至少每6-12個月標準清洗且無受汙染之虞

「ZB（zettabyte，皆位元組）相當於 10 億兆位元組：1 後面帶了 21 個 0。1 ZB 相當於可以儲存美國國會圖書館（Library of Congress）所有藏書量的 1,000 億倍。」——《紐約時報》，2009 年 12 月 10 日

科技帶來的巨大單位和微小單位

科技帶來了許多大數字，大多數都以陌生單位表示，因此又多了另外一組大單位：M（mega，百萬）、G（giga，吉）和T（tera，兆），這些單位日常生活中就會用到，而更大的單位：P（peta，拍）和E（exa，艾）現在也會時不時出現。

現今電腦和智慧手機非常普及，因此我們早已習慣 GB（gigabyte，吉位元組）和百萬像素（megapixel）等單位。然而，這些前綴單位經常使用在位元組（byte, B）這類無形實體上，相較於更常見的十億（billion）和兆（trillion）來說，我們更難理解這些單位的意義。

這裡幫大家統整一下，通常會使用 K（kilo，千）代表一千、M 代表一百萬、G 代表十億、T 代表一兆。如果你想要為未來的科技發展進一步做好準備，接下來的單位依序為：P、E、Z（zetta，皆）和Y（yotta，佑）。依序後者為前者的1,000倍。

電腦的速度極快也同樣有一系列相對應代表小數量和小尺寸的前綴單位，往往更令人陌生：m（milli，毫）、µ（micro，微）、n（nano，奈）和 p（pico，皮），分別代表千分之一、百萬分之一、十億分之一和一兆分之一。這些前綴單位通常使用在長度和時間上，例如毫公尺（millimeter, mm）和奈秒（nanosecond, ns）。

這些數字到底多大多小？可以「感覺」一下嗎？

大多數人對這些微小單位毫無感覺，也不知道提供這些數字的人是根據什麼資料算出來的，因此只能任由資訊提供者擺布。以下是幾個能帶給你啟發的例子。

幾年前的聖誕節前夕，贈送亞馬遜 Kindle 或其他新推出的電子書閱讀器作為禮物蔚為風潮，甚至聽說蘋果公司（Apple）也將推出平板裝置（iPad 在 2010 年 1 月下旬發布，但一直到 3 月才上市）。2009 年12 月 9 日，《華爾街日報》指出巴諾書店（Barnes & Noble）的 Nook 電子書閱讀器擁有 2 GB 記憶體，「約能存下 1,500 本電子書」。隔天，《紐約時報》提出 1 ZB 記憶體，「相當於可以儲存美國國會圖書館所有藏書量的 1,000 億倍」。

一間圖書館有多少藏書是合理的數字？

我當時很幸運正要開始出課程的期末考題，這些科技領域數字，正是上天贈與我的靈感。我在試題中問到：

假設以上兩個描述皆正確，請計算美國國會圖書館大約有多少本書？

回答這個問題只需要簡單的算術，然而計算數字非常龐大，而大部分的人不見得擅長大數字計算。出現太多0的時候，腦袋往往會轉不過來。寫下 Z 所代表的完整數字（1 後面帶著 21 個 0）可能會有幫助，但往往會寫錯。

接下來我會提到，使用科學記號（scientific notation）書寫是較佳方法，但像「Z」這樣的單位，除了極少數人外幾乎沒人知道，對大部分的人來說根本毫無意義。

既然直覺無法帶來任何幫助，就仔細計算一下吧。根據《華爾街日報》的說法，2 GB 可以儲存 1,500 本書，代表一本書略多於 1 MB。再根據《紐約時報》的說法，1,000 億倍等於 10¹¹ 倍，將總位元組數 10²¹除以 10¹¹ 倍，會得到國會圖書館藏書量約相當於 10¹⁰ 位元組。如果每本書為 10⁶ 位元組（約為 1 MB），將 10¹⁰ 除以 10⁶ 可以得出，國會圖書館藏書本數約為 10⁴ 本，也就是 10,000 本書。如果你對這裡使用的指數和科學記號不太熟悉，接下來會有更深入的解釋。

10,000 本是合理的估計值嗎？比起盲目猜測合不合理，可以試試評估這個數值是否過大或過小，也就是試題的第二部分：

計算出來的數字看起來太多、太少，還是差不多？為什麼？

當然如果一開始就算錯了，就沒辦法正確回答這個問題。部分學生遭遇到這個狀況，而必須試圖解釋小至分數或大至數億以上的數字。

儘管計算正確的學生狀況會好一點，但某些學生在評估數字合不合理時，依然遇到了困難。看來就算是比較小的大數字，依然難以想像出實際情況。不少學生認為一間大圖書館藏書 10,000 本十分合理，完全出乎我的意料。

其中一位學生回答：「我猜就算是普林斯頓大學的圖書館，隨便也超過 10,000 本書吧！」實際上這樣說也沒錯啦！但回答得還不夠好。單單我自己的辦公室就有超過500本書，我敢打賭許多更專注於學術研究的同事，都擁有好幾千本書。至於坐落在校園中心的巨大建築、貌似學生都十分熟悉的學校圖書館，藏書整整超過 600 萬本。

一本書到底有多大？TB 或是 MB 又到底有多大呢？以下是簡單的答案。以常見的文本來說，一位元組可以儲存 1 個英數字元。珍‧奧斯汀（Jane Austen）的《傲慢與偏見》（Pride and Prejudice）約有 97,000字，共 550,000 個字元，因此一本純文字的浪漫小說或傳記，大小基本上可以評估為 1 MB，因此 1 GB 可以儲存這類書籍約 1,000 本。圖片則要佔據更多空間，每張圖約幾KB到幾MB。

《華爾街日報》的計算結果十分合理，但相比之下，《紐約時報》卻大錯特錯。

電子書檔案有多大？

大家可以評估看看，以下 3 則關於電子書大小的說法：

「《欽定版聖經》（King James Bible）的文字檔案大小很可能不超過 500 KB。」

「如果以文字檔來看，1 GB 可以儲存相當於 2,000 本《聖經》文字量的書籍。」

「整個微軟 Office 套裝軟體程式，約會佔用與一本厚書相當的硬碟空間。例如，微軟 Office 中小企業版僅佔用 560 MB。」

《聖經》文字量可比《傲慢與偏見》多上許多，字數整整接近 800,000 字，相當於約 4.5 MB 的純文字，稱得上一本厚書。前兩則描述還算合理一致，雖然都過於樂觀。資料壓縮技術雖然可以減少所需儲存容量，但並沒辦法壓縮到 500 KB 這麼小。然而，第三則描述則差了 1,000倍，560 MB 的微軟Office軟體佔用的空間，整整接近 500 本厚書佔用的硬碟空間。

順道一提，根據 loc.gov（國會圖書館網站）上的資料，國會圖書館藏書約為 1,600 萬冊，外加 1.2 億件其他資料。另外提一個有趣的說法，《紐約時報》的電子書閱讀器報導，也試圖幫助讀者視覺化國會圖書館的藏書量：「相當於可以在美國本土和阿拉斯加蓋上 7 層書籍。」先不管這段資訊實不實用，資訊是否真的正確就交由你來計算吧。但我想給你個提示，幫助你開始計算，1 平方英里超過 2,500 萬平方英尺，而一本書籍的大小就大概與你手上的這本書相當。

——本文摘自《一輛運鈔車能裝多少錢？：輕鬆培養數感，別再被數字迷惑》，2023 年 6 月，三民出版，未經同意請勿轉載。

說到度量衡，大家應該都還記得國中學的秦始皇「車同軌、書同文、統一度量衡」，but，秦老大訂下的度量衡放到現在早就不合用了，那我們如今用的單位又是從何而來呢？

這個故事，就要從法國大革命開始說起了。

法國大革命革掉了皇室，也革掉了舊制

話說這法國大革命呢，不只革掉了法國王室，由社會各階層組成的國民公會也想要將老舊的度量衡制度一起革掉。

巴黎科學院於是接下了這份重任，將「赤道─北極」的子午線長度作為標準，嘗試訂出公尺的長度。（你問我他們為什麼要用這個標準？沒什麼道理，他們開心XD）

要用子午線當標準，首先得量出子午線有多長，於是乎呢，巴黎科學院花了六年的時間，一步一腳印用工人智慧來測量，再取長度的千萬分之一當作「一公尺」。

不過，有這個比例還不夠，總不能每次要用都得量一次子午線，於是，他們以活性小、不易失去電子的「鉑」做出公尺原器，從此，一公尺有多長，全都由鉑製棒棒說了算。

同時間，巴黎科學院也定義出公斤的大小，並以容易計算、便於轉換的十進位制概念全面更新了長度、面積、體積、重量等單位，這套 2.0 升級版系統，就是「米制系統」。

獨改制不如眾改制，一起變身吧！

由於升級版系統實在是挺好用的，周邊國家看到之後也紛紛敲碗求更新。

於是，在 1875 年 5 月 20 日，法、俄、德等 17 個國家，簽下了「米制公約」，協定共同使用並遵守這一套系統。

這一天，便成了世界計量日，從此以後，你的公斤就是我的公斤、我的公尺就是你的公尺！

現在，為了追求更穩定的計量方式，人造物們已經全數退場了（沒錯大棒棒現在只是展示用），但米制仍然是最通用的計量系統喔！

正確用法：我就是要斤斤計較！統一單位才準確

錯誤用法：用什麼都好啦反正都半斤八兩

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延伸閱讀

1. 一公尺究竟有多長？從單擺到相對論，公尺制的精彩變身史！
2. 度量衡革命，計算方法也跟著全新革命│《電腦簡史》 齒輪時代（十七）
3. 一小口也能當單位？讓伊麗莎白一世看不下去的野蠻傳統——《從奈米到光年：有趣的度量衡簡史》

「數感盃青少年寫作競賽」提供國中、高中職學生在培養數學素養後，一個絕佳的發揮舞台。本競賽鼓勵學生跨領域學習，運用數學知識，培養及展現邏輯思考與文字撰寫的能力，盼提升臺灣青少年科普寫作的風氣以及對數學的興趣。
本文為 2019數感盃青少年寫作競賽 / 國中組專題報導類佳作之作品，為盡量完整呈現學生之作品樣貌，本文除首圖及標點符號、錯字之外並未進行其他大幅度編修。

• 作者：陳以言／宜蘭縣立復興高中。

壹、研究動機

當周遭的朋友陷入困境難以突破，因而意志消沉時，我們經常會使用許多話語，來鼓勵或激發其再次向上的意志。但如果使用不當，不僅無法發揮作用，甚至會產生反效果。舉例而言，當同學考試分數不盡理想，生活中我們常會使用「千里之行始於足下」或「萬丈高樓平地起」這兩句話，來傳達有志者事竟成的道理。

但是，如果抱持積極研究的心態，以語言背景及數學邏輯的方法來仔細推敲這兩句話的內涵。便可發現他們近似英語單字裡 hope 和 wish 的不同用法，看似相近實則略含相反的意向。兩者雖然字面上皆有勉勵他人達到心願的意思，其中「千里之行始於足下」確實是「可以實現的」正面語言。但是「萬丈高樓平地起」卻屬於「結局已定、難以達到」的消極心態。因此當我們要鼓勵或安慰別人時，要視情況來選擇使用，避免適得其反。

貳、分析

一、千里之行始於足下

「千里之行始於足下」是出自於老子《道德經》的第六十四章。老子是春秋戰國時代的人，商周時期一里原為井田制的九百畝，隨著時代的演變，古人借用面積單位作為長度單位來使用。商鞅變法時廢除井田制，一里的含意逐漸由長寬各三百步的面積單位，變成距離三百步的長度單位。依據考古的推算，當時一步約為八尺，一尺為 16.95 釐米，八尺是 135.6 釐米，三百步則是 406.8 公尺。

也就是說，老子時代的一里約為現在的 406.8 公尺，因此千里的距離就是現在的 406.8 公尺* 1000 ＝ 406800 公尺＝ 406.8 公里。依據一般人步行的速度約為 3.75 km/h ～ 5.43 km/h ，若取其中間值每小時約 4 公里， 406.8 公里大約 102 小時即可完成。

由此可知，老子所說的：「千里之行始於足下」，其實是一般人用每小時 4 公里的速度，花 102 小時就能完成的任務。雖然 406.8 公里不算短，台灣從北到南不過才三百九十四公里，在古書上讀書人遊歷大江南北，而中國由北至南面積甚廣；因此距今 2500 年前的春秋戰國，只要肯花時間，具備恆心與毅力，仍是可以完成的目標，並非不可能的任務。

二、萬丈高樓平地起

「萬丈高樓平地起」是出自於沈從文的《沈從文別集：新與舊》。沈從文是清末民初的人，依據民國 4 年北洋政府公布《 權度法 》， 1 丈＝ 3.2 米，萬丈的高度約是 3.2 公尺* 10000 ＝ 32000 公尺。若以 101 大樓的高度 509.2 公尺為基準來計算，萬丈大約是 62.8 座的 101 大樓。 101 大樓的施工期約為 4 年 3 個月。因此若要萬丈高樓平地起，不計算其工程的複雜性（因為高度越高，難度越難），約需要 62.8 * 4.25 ＝ 266.9 年的時間。也就是說，沈從文所說的：「萬丈高樓平地起」依據目前人類的技術是無法實現的。

參、討論

在日常書寫文章時或勉勵自己與他人積極向上時，我們經常會使用「千里之行始於足下」或「萬丈高樓平地起」這兩句話。不過，若仔細去反思我們日常生活中所使用的佳句，就會發現即使都是勉勵人的句法，有時卻會導向完全相反的意思—-就像是英文中的 hope 是希望的事很可能會發生（心想事成），而 wish 則是希望的事並不會發生（事與願違）。

千里之行始於足下就像是 hope 一樣，只要肯努力，再加上恆心與毅力，目標確實是有可能達成；而萬丈高樓平地起則是像 wish ，好似無法實現的願望，有著難如登天的障礙，因此早已透露出注定失敗的結局，以這樣的話語來祝福他人或自己，似乎不太適合。所以當我們在鼓勵他人時，應該要用「千里之行始於足下」；若是使用「萬丈高樓平地起」，則抱持預設他人的目標是不可能實現的消極心態。

但是，「萬丈高樓平地起」若是用在自我期許，則無不可。因為「萬丈高樓平地起」，雖然表示無法完成的任務，但卻可藉此展現自己挑戰的決心、無可比擬的勇氣，以及奮勇嘗試的勇氣。因此，「千里之行始於足下」是適合作為鼓勵別人的話語；而「萬丈高樓平地起」則適合用在期勉自我，展現明知不可為而為之的決心。

肆、結論

若仔細去考察我們習慣使用的語句便會發現，這些語句有時與我們真正要表達的意思並不相同。因此，釐清語句的意涵與使用的時機是有必要的，否則原本要鼓勵別人心想事成的期許，卻成為結果已定的事與願違。

再者，在日常生活耳濡目染之下，我們從小便在中文環境裡學習到許多經典的語詞。在人云亦云或約定俗成的狀態下，我們經常未經思考而直接引用。但現在的素養教學，講求知識在日常生活實踐與反思的重要性以及跨領域的整合。因此，我想透過這個主題，將所學的語文、歷史、數學以及日常生活四個領域的知識作結合，再加以相互辯證。

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說到度量衡，大家應該都還記得國中學的秦始皇「車同軌、書同文、統一度量衡」，but，秦老大訂下的度量衡放到現在早就不合用了，那我們如今用的單位又是從何而來呢？

這個故事，就要從法國大革命開始說起了。

法國大革命革掉了皇室，也革掉了舊制

話說這法國大革命呢，不只革掉了法國王室，由社會各階層組成的國民公會也想要將老舊的度量衡制度一起革掉。

巴黎科學院於是接下了這份重任，將「赤道─北極」的子午線長度作為標準，嘗試訂出公尺的長度。（你問我他們為什麼要用這個標準？沒什麼道理，他們開心XD）

要用子午線當標準，首先得量出子午線有多長，於是乎呢，巴黎科學院花了六年的時間，一步一腳印用工人智慧來測量，再取長度的千萬分之一當作「一公尺」。

不過，有這個比例還不夠，總不能每次要用都得量一次子午線，於是，他們以活性小、不易失去電子的「鉑」做出公尺原器，從此，一公尺有多長，全都由鉑製棒棒說了算。

同時間，巴黎科學院也定義出公斤的大小，並以容易計算、便於轉換的十進位制概念全面更新了長度、面積、體積、重量等單位，這套 2.0 升級版系統，就是「米制系統」。

獨改制不如眾改制，一起變身吧！

由於升級版系統實在是挺好用的，周邊國家看到之後也紛紛敲碗求更新。

於是，在 1875 年 5 月 20 日，法、俄、德等 17 個國家，簽下了「米制公約」，協定共同使用並遵守這一套系統。

這一天，便成了世界計量日，從此以後，你的公斤就是我的公斤、我的公尺就是你的公尺！

現在，為了追求更穩定的計量方式，人造物們已經全數退場了（沒錯大棒棒現在只是展示用），但米制仍然是最通用的計量系統喔！

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錯誤用法：用什麼都好啦反正都半斤八兩

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