0 引言

高层与较大高度建筑是当前以及未来一定时期内建筑施工最为普遍的对象之一。这些建筑结构的高空作业要求为施工安全提出了严峻的挑战。为了保障建筑主体结构作业的需要，(外)脚手架将是不可或缺的基础性辅助设施，它同时构成了施工过程十分重要的安全防护设施。在脚手架设置中难度最大、最危险的要属悬挑式脚手架的设置。以悬挑脚手架为典型对象建立BIM(Building Information Model，建筑信息模型)悬挑脚手架安全信息模型，并将此模型应用至具体事例，解决实际存在的安全隐患，期望以此突破整外脚手架安全管理的传统方法，实现对悬挑脚手架的事前控制和事中控制，具有重要的理论价值和积极的推广价值。

鉴于此，提出了基于BIM技术的外脚手架安全管理研究。其研究工作既是对BIM技术发展的深化，也是利用信息技术实现脚手架安全管理的探索性实践。

1 脚手架安防系统设计

1.1 概述

基于BIM技术的外脚手架安全管理研究包括安全防护系统的设计，通过基于BIM技术的脚手架安全预防系统的加入，可以有效的对外脚手架安全事故做出防范，有效的提升基于BIM技术的脚手架安全管理效率和力度，保障施工人员和设备的安全。

1.2 脚手架安防系统的框架构建

以工程项目为基础建立BIM主体结构模型，通过脚手架安全信息的导入形成BIM脚手架安全信息模型为第一步；以脚手架现场配置的底层设备如RFID、IPAD等作为实时采集信息的工具，再对比分析采集的数据信息与模型反馈的结果，及时将结果输送至用户操作层，从而实现对脚手架分部分项工程全过程实时的安全管理及预防。具体的脚手架安防系统构建层面内容如下图1所示。

  

图1 脚手架安防系统整体框架

(1) 数据采集层。通过RFID、移动设备等工具实时采集脚手架搭设、使用、维护阶段的安全状态以及相关人员施工和检查过程的动静态属性信息，以实现脚手架属性实时追踪定位到BIM模型[1]。

本项目的悬挑脚手架依据规范[9]需对横向水平杆和竖向水平杆、扣件抗滑承载力、荷载、立杆稳定性连墙件承载力等进行逐一验算。通过建立的BIM模型导入到BIM模板脚手架设计软件中，软件可基于规范及脚手架安全规则快速进行各构件的受力计算，并出具受力计算书。选取软件生成计算书的本项目六层某三跨的纵向水平杆抗弯验算部分与手动计算的脚手架施工方案该部分结果进行对比，受力分析及受力弯矩图分别如下图11、图12所示：

根据前文系统设计功能要求以及总体框架的分析，本研究是基于BIM技术的脚手架安全预防系统架构主要包括三部分分别是：现场信息采集模块、BIM模块以及数据处理反馈模块。具体如下图3所示。

(3) 数据处理层。采用IFC标准或开放API等技术，将脚手架实时信息库、BIM模型、脚手架安全信息数据库之间的数据进行整合和交互[2]。

(4) 应用分析层。将数据处理得出的结果实时的反馈到脚手架分部分项过程现场中，以实现现场人员能对现场出现的危险源及隐患信息进行实时处理，以此达到脚手架安防的目的。

(5) 用户操作层。主要使用对象包括分管脚手架专职安全员、施工人员和监测人员等。

1.3 系统架构分析

脚手架安防系统设计原理的重点在于脚手架工程的质量安全相关隐患信息在BIM模型中的体现。一方面，人员、机械和其他实时定位信息可视化在BIM模型中，另一方面是相关属性，如脚手架构件状态的实时信息与BIM信息安全规则数据库中的信息反馈，通过现场监测中心可以及时了解风险有直接的信息，及时通知施工现场相关人员及时处理事故隐患，减少或防止工程事故的发生[3]。

(3) 悬挑脚手架的荷载参数。包括型钢钢梁规格、钢梁悬挑长度、锚固长度等，具体设置如下图10所示：

  

图2 BIM技术的脚手架安全预防系统原理示意图

上述为含“岛屿”的常规面状数据，结果证明对于该类单一面状数据，本文提出的改进方法优于现有的基于Delaunay三角网的算法。在此基础上同时对本文的重点线面混合数据进行中轴提取，结果如图5（a）。

考试试卷成绩一直是我国现在教学中重要的考核方式。考试的目的是测试学生对英语知识的掌握程度。酒店英语是英语专业的一个分支，具有深厚的专业背景，为了测试学生的学习效果，我们不仅要依靠试卷，还要注重学生对酒店英语的实际应用。目前，我国高职酒店英语教学中的评价方法一直采用传统的试卷评价方法，这样一来忽视了学生英语口语以及英语思维能力，不能够全面的评价一个学生酒店英语水平，也会造成酒店专业人才的流失。

  

图3 基于BIM技术的脚手架安全预防系统架构

(1) 信息采集模块。通过RFID无线通信技术、移动设备等工具进行脚手架工程实时信息的采集，具体采集的信息可包括：脚手架构件材料、施工相关人员、所用机械器具等属性信息，以及脚手架搭设的关键部位、搭设过程、使用及维护过程的实时信息等[4]。通过RFID技术的使用可以实现人员、机器等的实时定位，从而及时提醒工人进入危险区域或处于机械和机械问题的危险。使用RFID技术来自动收集信息有三个主要任务:定义标签、设置标签和安装相关设备(读取器等)、跟踪和定位。首先定义标签，考虑到风险因素预先确定好的列表，以及场景的实际情况，定义不同的对象(人)标签类型，确定标签设备，布局;对于不同的标签存储ID代码、对象属性、工作区域等基本信息，将组件添加到BIM模型或数据库中，针对不同的对象附加RFID标签，可以在BIM视觉定位跟踪中实现不同的对象[5]；RFID读写装置通过连续采集标签信息定位和人员，机械在BIM模型机械实时动态可视化显示人员、位置及周围环境，判断物体是否处于危险区域；同样与RFID阅读器事故如墙壁、脚手架、混凝土构件部分嵌入标记连续扫描可以获得实时数据变化的信息，可以与标准数据监控组件是否处于危险状态，并通知相关人员采取措施，因为射频识别技术的自动识别这些环境因素改变的信息仍然需要其他传感技术的帮助下，精度要求高技术的原理比较复杂，本研究中考虑的是对人员使用RFID标签，实时动态监测信息的机械空间位置[6]。移动设备亦是一个不可或缺的工具之一，在此系统中作为一个信息数据库以及接收系统的事故推动并告知相关负责人的重要工具，移动设备现场质量安全信息的收集主要是依靠手工,但可以使用移动设备来开发各种移动应用程序实现现场脚手架数据从数据库链接信息、BIM模型中实现脚手架工程的安全管理及安全事故预防。

（1）教师可以更加关注学生主体。任何课堂都应当是以学生为主体，教学内容和活动的创设都是服务于学生的认知。教师在教学准备、教学过程中时刻关注学生，不预设学生的回答。在教学中，对学生的知识储备不足或前概念的偏差而带来的问题，教师应当及时发现并纠正。比如，在“植物的生殖”一课中，学生观看完嫁接标准示范视频后，一名学生指出了其中一名学生代表操作示范的一个错误点，教师就应当深入挖掘，请其他学生指出更多操作示范错误点，以此达到巩固嫁接和扦插这两种技术手段操作要领的作用。

(2) BIM综合信息模块。传统的BIM-3D模型是建筑构件的实体模型，在此基础上增加进度和造价二个维度的BIM-5D模型是BIM技术的二次开发产物。BIM信息模型是集成进度、预算、资源、施工组织等关键信息，对施工过程进行模拟，及时为施工过程中的技术、生产、商务等环节提供准确的形象进度、物资消耗、过程计量、成本核算等核心数据，提升沟通和决策效率，帮助客户对施工过程进行数字化管理，从而达到节约时间和成本，提升项目管理效率的目的。具体如下图4所示。

3) 自磨刃强化处理铡草机刀片在生产中出现的崩刃现象，需进一步研究解决。自磨刃效果出现，但是并不是3个渗层中某一个厚度是最佳参数，而是一个区间。因此，最佳热处理参数仍需大量的分析和试验验证。

  

图4 脚手架安防系统BIM模块集成信息

(3) 信息处理反馈模块。脚手架工程现场收集的信息与BIM信息模型的对比分析是信息处理反馈模块的核心内容。由信息采集模块得到的实时信息导入BIM信息模型中实现自动的数据对比，系统后台管理人员及安全员可基于BIM信息模型显示的现场脚手架实时状态。一方面，脚手架工程现场底座出现沉降或临时重物放置于架体上等情况，系统便立即启动RFID通信技术进行信息报警；另一方面，通过信息报警后现场人员采取底座加固或移走重物等措施后可通过移动设备及时反馈处理结果。因此，系统数据交互流程如下图5所示。

  

图5 系统数据交互流程

1.4 系统运行流程

系统总体的运行流程主要包括三个阶段：施工现场信息采集阶段、隐患评价阶段以及安全警告信息推送阶段[7]。具体运行流程如下图6所示：

（5）在进行建筑电气穿线安装时，安装人员需要按照配线表与施工规范，严格按照要求进行操作施工，且配电箱与回路中间安装时，不能存在接头与断线的情况。进行穿线操作完成后，需要立即开展回路测试，以确保建筑电气安装的质量。

  

图6 基于BIM技术的脚手架安防系统总体运行流程图

2 系统应用案例分析

2.1 概述

该部分的主要内容是对设计的基于BIM技术的脚手架安全管理系统进行应用测试分析。结合柏庄春暖花开40#楼工程实例，探讨了基于BIM技术建立脚手架的实时化和规范化的安全信息模型，对模型的应用情况展开分析探讨，指出应用BIM技术的脚手架安全管理技术，可以保障脚手架安全管理系统的高效运行，具有较好的社会和经济效益。

2.2 案例简介

（8）昨晚那六十两银子，原恐怕他乔腔，就要拿出见物来买告，见他有个体面，不好当面亵渎。（明·西周生《醒世姻缘传》第14回）

 

表1 工程基本情况

  

工程名称柏庄春暖花开40#楼工程工程地点六安市淠绿路与刘园路东南角建筑面积(m2)7227m2建筑高度(m)99．20m基础形式筏板基础主体结构框剪地上层数34层地下层数1

六安柏庄春暖花开40#项目为高层住宅建筑，建设单位为六安柏庄置业有限公司，施工单位为安徽振宇建设工程有限公司，设计单位为安徽寰宇建筑设计院；该建筑地上34层，地下一层，一层层高为3.5 m，标准层层高为2.9 m；该建筑的阳台、空调板等局部凸出结构较多，伸缩缝部位较复杂，天井、电梯井需预留孔洞，施工电梯部位脚手架需断开连接，脚手架在这些关键节点部位的设计、搭设及防护等的细节处理对保证整个施工过程的安全管理非常重要。

2.3 基于BIM技术的外脚手架安全管理在案例中的应用

2.3.1 架体悬挑方案选择

对于竖向悬挑来讲，根据本楼的周边环境、地上建筑的特点、外装饰的形式以及工期的要求，结合型钢悬挑脚手架标准化设计方案，最终确定：本楼5层以下布置落地式脚手架，悬挑外脚手架在5层顶、11层顶、17层顶、23层顶和28层顶布置。

对于型钢平面布局，根据标准化设计方案，悬挑式钢间距宜尽量设置为1500 mm，以确保每根立杆下方有一根悬挑式钢。此外，在楼层阳角位置，型钢采用直角放射式排布，外伸型钢上部焊接枕头梁(选用工字型钢I18)作为立杆支座；在楼梯间位置，为方便楼梯间内施工作业，悬挑式钢采用下撑式布置，采用高强螺栓固定于楼梯间剪力墙。

基于Revit 2015及本楼BIM结构模型，依据楼层型钢平面布置示意图，在F6楼层平面通过绘制参考平面确定型钢位置。将建立好的悬挑式钢模块以专有设备形式载入，通过命名不同的型钢长度、U型锚固位置等参数，建立不同的族类型以完成型钢的平面排布。同样，对于转角位置的枕头梁，也可载入外部悬挑式钢族，通过改变型钢长度建立不同的族类型以完成枕头梁放置。完成型钢排布后，将架体模块载入项目，按照架体竖向悬挑方案，修改架体高度建立不同的族类型。修改“放置在面上”为“放置于工作平面上”，基于型钢排布，完成楼层悬挑架体布置。同样，将剪刀撑模块、连墙件模块等载入项目，依据架体相对位置，完成型钢悬挑架体三维BIM模型建立。利用软件渲染功能，对架体某视角进行渲染，如图7所示。

  

图7 外脚手架三维BIM模型图

完成各模块的编制是模型建立的重点工作内容之一，而架体各参数的设定亦是完成各模块编制的前提条件。因此，对悬挑脚手架架体参数进行统计分析主要有以下三部分：

(1) 悬挑脚手架的基本参数。包括钢管种类、挑高高度、立杆横纵距等，具体设置如下图8所示：

  

图8 悬挑脚手架基本参数

(2) 悬挑脚手架的型钢参数。包括型钢钢梁规格、钢梁悬挑长度、锚固长度等，具体设置如下图9所示：

脚手架安防系统的设计原理图如图2所示。

  

图9 悬挑脚手架型钢参数

  

图10 悬挑脚手架荷载参数

已知：脚手架杆件承载能力极限状态为F1=Rmax=0.846kN；q=1.2×0.033=0.04kN/m

Revit自带的明细表功能可辅助快速完成项目内构件相关信息的统计[8]。由于型钢悬挑脚手架三维BIM模型是通过可载入族建立的，故在其工程量统计时需要先对可载入族进行共享参数的设定，以保证所统计项目名称可出现于Revit明细表字段中。本项目中，依据所统计项目构件类型的不同，对型钢等相关架体构配件的数量分别进行了统计。

2.3.3 脚手架的受力计算

(2) BIM模型层。包括施工动态实时模型和综合信息实体模型，BIM模型的建立是整个脚手架安防系统的核心任务。

工程的基本情况如表1所示。

  

图11 脚手架纵向水平杆受力分析图

  

图12 脚手架纵向水平杆受力弯矩图

2.3.2 工程量的统计

大多数成功的国际工程承包商的实践表明，其核心竞争力往往并非来自某个领域相对垄断的核心技术，而是源于多年的国际工程承包经验形成的在业务整合、兼并扩张和跨国经营方面的能力。目前施工企业传统的“传帮带”的人才培养模式效率较低、不能适应公司业务发展和人才成长的需要。

斯塔维（Stavy）教授等人根据直觉规律的预测作用，提出了“冲突教学法”，[7]即给学生呈现两道在本质上相似的题目，分别引出学生错误和正确的答案，并引发他们对不同的结果产生认知上的冲突，最后让学生自己探索其中的原因并达到正确的认识，弱化直觉规律对他们的影响。

则：σ=Mmax/W=0.347×106/4490=77.334N/mm2≤[f]=205N/mm2

数值模拟方案以大庆油田萨中西区一类油层为研究对象，萨中西区试验区全区总面积为1.08km2，总井数18口，其中水井6口油井18口。平均砂岩厚度20.2m，平均有效厚度16.2m。地层平均有效渗透率 0.706μm2，原始地质储量为 262.41×104t，孔隙体积为 420.96×104m3[8]。

以上为软件计算的杆件抗弯强度，通过与该项目施工方案进行对比发现，二者均满足规范规定的要求。

综上所述，护理临床带教中实施分层次教学目标管理，应用价值较高，可有效提供带教效果，为实习生日后工作奠定良好基础，利于医疗事业良性发展。

2.4 效益分析

2.4.1 人力资源分析

在传统的脚手架施工方案的编制及现场安全管理过程中，必须抽出大量的人力进行结构的验算及现场的实时构件状态跟踪，那么，本项目通过以上提出的脚手架安防系统的运行节约了大量人工计算的时间，系统得出的结果精确度及信息反馈的速度将人力资源从传统繁琐的工作程序中解放开来。

2.4.2 经济分析

脚手架作为施工阶段的临时性设施，其经济性是建筑施工企业不容避免的基本问题。相比较其他技术软件，BIM相关软件的成本较高，加之对技术人才的培训成本会使得小规模企业犹豫不定，但是通过大量的脚手架事故造成损失的案例不难看出，BIM技术应用于脚手架的安全管理所需的成本是可以忽略不计的，故在经济上是适用的[10]。例如，通过系统完成脚手架工程所需构件的材料统计后，利用系统反馈的结果对作业人员进行交底，可提高操作人员对作业内容直观全面的认识，减少现场返工所造成的工期及成本压力；提前统计及预算的材料总量的精确性是满足施工要求的保证，从而减少了材料的不必要浪费。选取本项目现场区域脚手架构件的计算量与实际进场量分析如表2所示。

 

表2 脚手架构件计算量与实际进场量分析

  

材料名称系统统计量传统方式统计量实际用量系统计算值与实际值误差/%传统方式统计量与实际值误差/%H型钢25300m29000m26500m4．539．43钢管46900m48860m45600m2．857．15直角扣件27400套29500套27800套1．446．12旋转扣件8600套9600套8730套1．499．97对接扣件3100套3450套3150套1．599．52底座3080套3220套2960套4．058．78

由上表可知，系统计算值与实际用量的误差都控制在5/%以下，较传统方式得出的结果提高了五个百分点精度。

2.4.3 安全效益

项目实践中证明围绕该安全模型的安全管理方法深化了安全管理人员对建造过程的认识，保证了脚手架安全的责任落实。采用BIM技术的脚手架安全管理模型的应用提高了整个系统的安全管理水平，有效的确保了施工生产的人员和财产的安全。

3 结论

脚手架工程的安全管理贯穿于该分部分项工程整个设计、搭设、使用维护、拆除等的过程。传统的安全管理方法都是采用人去盯、检查、验收，其结果受管理人员的经验和能力的影响较大，传统的安全管理模式属于事后控制，通常已经发生安全隐患后才采取整改措施，无法做到对安全事故的事前控制。因此，迫切需求一种新的安全管理模式和方法，能够在脚手架工程进行实时管理，而本研究BIM技术的脚手架安防系统为脚手架工程的安全管理提供了基础性平台。

从理论基础研究到关键技术的研究再到大规模的应用，BIM技术的产生为建筑行业的设计指明了新的方向。BIM技术在建筑领域的广阔应用前景值得学术界、工业界去探索和研究。本研究在深入探讨BIM技术和脚手架技术的基础上提出了基于BIM技术的外脚手架安全管理的研究工作，虽然对系统的各组成部分进行了详细的介绍，但对于整个安全管理系统而言仍有不足之处，本研究只是对BIM技术在脚手架的安全管理中的BIM管理模型、信息化管理技术等几个系统的关键部分进行了详细的研究设计，整个BIM技术在脚手架安全信息管理系统的设计只是尝试性的，还有很多需要做进一步的研究。

[11]程仲鸣、张鹏：《财税激励政策、政府质量与企业技术创新》，《南京财经大学学报》2017年第3期。

参考文献：

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[2] 穆文奇,徐炜,南芳兰,等.BIM技术在模板脚手架工程施工精细化管理中的应用研究[J].施工技术,2017,46(6):12-14.

[3] 方晓.BIM技术在脚手架安全管理中的应用分析[J].化工管理,2017(3):100.

[4] 孟程.BIM在超高承插型盘扣式脚手架中的应用[J].江西建材,2016(22):70.

[5] 武雷,邵明民,夏聘.BIM技术在脚手架安全管理中的应用研究[J].施工技术,2016,45(18):15-17+80.

[6] Su Livan. Integrated BIM and design review for safer,better building: education advertising section , 2012,(3):191-199.

[7] Mansooreh Moghadam,Integrated BIM base production line schedule model for modular

[8] 何关培. “BIM”究竟是什么?[J]. 土木建筑工程信息技术,2010,(03):111-117.

[9] GB51210-2016建筑施工脚手架安全技术统一标准[S].北京：中国建筑工业出版社，2016.

[10] 张姝. 基于BIM的建设工程合同管理研究[D].北京：北京建筑大学,2015.