實驗簡介：

本項目針對高層建筑施工作業(yè)安全防護的現(xiàn)實需求，依托實際工程案例，結合行業(yè)發(fā)展趨勢，采用虛擬仿真技術設計了“方案選型—設計驗算—施工管理”三個逐層遞進的實驗教學模塊，高度逼真地再現(xiàn)了懸挑腳手架設計施工的核心要素和動態(tài)過程，解決了傳統(tǒng)教學中實驗成本高、危險性大、周期長、交互性差等難題。實驗教學項目是對傳統(tǒng)腳手架施工技術教學內(nèi)容的延伸和拓展，可以讓學生自主開展實驗設計，并探索不同方案下的最優(yōu)設計，激發(fā)學生自主實驗的學習興趣和創(chuàng)新能力。

實驗背景：

1.實驗的必要性及實用性

隨著城市高層建筑的興起，高層建筑的施工作業(yè)安全問題變得愈發(fā)重要，懸挑腳手架因其自身優(yōu)勢在高層建筑施工作業(yè)的外防護中得到廣泛應用。但是由于高層建筑的外防護腳手架施工屬于高空作業(yè)，具有周期長、危險性高、高成本、不可逆等特征，導致傳統(tǒng)教學過程很難“近距離、長時間”觀察、參與及互動；另一方面，腳手架安全問題也是建筑安全生產(chǎn)中最為突出的問題之一，因腳手架整體或局部失穩(wěn)造成的傾覆、坍塌，以及腳手架搭拆使用過程中發(fā)生高處墜落而造成的傷亡事故時有發(fā)生。因此本項目利用虛擬仿真技術進行課程實驗，能有效解決高層建筑腳手架設計與施工教學中“看不全、想不清、做不到、用不好”的問題。

2.教學設計的合理性

實驗方案堅持“問題導向”，從解決高層建筑施工作業(yè)安全防護的實際問題出發(fā)，以方案選型、設計驗算、施工管理三大模塊為主線構建實驗流程。實驗內(nèi)容以現(xiàn)行腳手架安全技術規(guī)范和標準為依據(jù)，具有高階性和挑戰(zhàn)度。學生不僅需要根據(jù)場景進行綜合判斷、分析，而且還要針對出現(xiàn)的問題進行處理；實驗場景設計具有一定隨機性，增加了實驗的難度。實驗教學方法采用角色體驗的方法，學生以施工員的角色進入到虛擬工程案例情境中，采取觀察、判斷、分析、綜合運用等方法進行實驗，其使用方法與實際工程情境具有一致性。整個實驗突出以學生為中心的實驗教學理念，充分考慮學生知識能力的培養(yǎng)，將知識學習和能力提升有機融合。

3.實驗系統(tǒng)的先進性

實驗運用VR、3D仿真技術，真實、立體的呈現(xiàn)出高層建筑懸挑腳手架設計施工全過程，學生身臨其境地體驗工作環(huán)境并模擬相關技術管理人員操作，并對操作過程和規(guī)律進行總結分析，整個實驗夯實了學生的專業(yè)理論知識，強化了專業(yè)崗位認知和學習興趣。該實驗還可以服務于施工單位懸挑腳手架的技術交底與安全培訓，具有很強的應用推廣價值。

設計原則：

（1）實驗原理

腳手架是施工作業(yè)過程中非常重要的安全防護設施，對施工安全生產(chǎn)具有重要作用；同時也是土木工程施工技術、土木工程施工組織與管理教學中的核心內(nèi)容。本次實驗涉及的基本原理包括：

1）結構力學原理

腳手架結構由于恒載和活載作用引起的內(nèi)力計算（強度計算）、變形和位移計算（剛度計算）、結構穩(wěn)定性計算、結構的組成規(guī)律與計算簡圖的選擇。

2）施工工藝原理

懸挑腳手架搭設過程有自身的施工工藝過程：施工準備→放線定位→預埋圓鋼錨環(huán)→懸挑架的支承結構安裝→豎立桿→將縱向掃地桿與立桿扣接→安裝橫向掃地桿→安裝縱向水平桿→安裝橫向水平桿→安裝連墻件→安裝剪刀撐→扎色帶及張掛安全網(wǎng)→作業(yè)層鋪腳手板和擋腳板。

3）人本原理：管理要按科學發(fā)展觀的要求，堅持以人為本，以調(diào)動人的積極性為根本，這就是人本原理。腳手架施工中的安全管理要以人為中心，在為人創(chuàng)造優(yōu)良、安全的作業(yè)條件和作業(yè)環(huán)境的同時，充分調(diào)動人的安全生產(chǎn)的積極性，防止見物不見人、見利不見人的錯誤認識和做法。

（2）核心要素仿真設計

1）模型仿真設計

懸挑腳手架施工中所涉及到的材料、構配件、工具、架體等根據(jù)實際模型仿真設計，讓學生對事物認識深刻。

2）情景仿真設計

工程項目以實際工程為背景進行仿真設計，將實際工程的懸挑腳手架設計施工過程仿真還原，創(chuàng)造出虛擬的實驗環(huán)境；另外對驗算不合格的結果仿真模擬破壞情景，使學生更有深切體會。

3）流程仿真設計

學生以施工員的角色，仿真模擬接受任務，進行懸挑式腳手架設計施工的全過程應用。

4）數(shù)據(jù)仿真設計

本實驗中數(shù)據(jù)來源于實際工程或國家、行業(yè)規(guī)范標準，仿真度100%，實驗結果可用于指導實際工程懸挑腳手架技術交底和安全管理培訓。

實驗目標：

根據(jù)學校應用型人才的培養(yǎng)定位，本課程實驗基于施工技術和安全管理的基本原理，采用虛擬仿真技術，通過對高層建筑懸挑腳手架設計與施工全流程的實驗設計，達到如下目標：

（1）引入“以人為本、責任擔當”的思政元素，培養(yǎng)學生的安全責任意識和擔當精神。

（2）熟悉高層建筑懸挑腳手架設計與施工全流程，熟悉建筑施工腳手架安全技術規(guī)范、規(guī)程和標準，具備編制高層建筑懸挑腳手架專項方案的能力。

（3）根據(jù)高層建筑懸挑腳手架施工安全管理要求，準確識別施工現(xiàn)場安全隱患，并提出有效整改措施，以培養(yǎng)學生安全管理能力和解決復雜實際工程問題的能力。

實驗要求：

（1）專業(yè)與年級要求

工程管理、土木工程專業(yè)大三學生。

（2）基本知識和能力要求

要求學生在進行仿真實驗項目前，具備一定的結構力學知識，了解基本的施工工藝和建筑材料知識，了解建筑施工腳手架安全技術規(guī)范的相關內(nèi)容。