实验简介：
本项目针对高层建筑施工作业安全防护的现实需求，依托实际工程案例，结合行业发展趋势，采用虚拟仿真技术设计了“方案选型—设计验算—施工管理”三个逐层递进的实验教学模块，高度逼真地再现了悬挑脚手架设计施工的核心要素和动态过程，解决了传统教学中实验成本高、危险性大、周期长、交互性差等难题。实验教学项目是对传统脚手架施工技术教学内容的延伸和拓展，可以让学生自主开展实验设计，并探索不同方案下的最优设计，激发学生自主实验的学习兴趣和创新能力。
实验背景：
1.实验的必要性及实用性
随着城市高层建筑的兴起，高层建筑的施工作业安全问题变得愈发重要，悬挑脚手架因其自身优势在高层建筑施工作业的外防护中得到广泛应用。但是由于高层建筑的外防护脚手架施工属于高空作业，具有周期长、危险性高、高成本、不可逆等特征，导致传统教学过程很难“近距离、长时间”观察、参与及互动；另一方面，脚手架安全问题也是建筑安全生产中最为突出的问题之一，因脚手架整体或局部失稳造成的倾覆、坍塌，以及脚手架搭拆使用过程中发生高处坠落而造成的伤亡事故时有发生。因此本项目利用虚拟仿真技术进行课程实验，能有效解决高层建筑脚手架设计与施工教学中“看不全、想不清、做不到、用不好”的问题。
2.教学设计的合理性
实验方案坚持“问题导向”，从解决高层建筑施工作业安全防护的实际问题出发，以方案选型、设计验算、施工管理三大模块为主线构建实验流程。实验内容以现行脚手架安全技术规范和标准为依据，具有高阶性和挑战度。学生不仅需要根据场景进行综合判断、分析，而且还要针对出现的问题进行处理；实验场景设计具有一定随机性，增加了实验的难度。实验教学方法采用角色体验的方法，学生以施工员的角色进入到虚拟工程案例情境中，采取观察、判断、分析、综合运用等方法进行实验，其使用方法与实际工程情境具有一致性。整个实验突出以学生为中心的实验教学理念，充分考虑学生知识能力的培养，将知识学习和能力提升有机融合。
3.实验系统的先进性
实验运用VR、3D仿真技术，真实、立体的呈现出高层建筑悬挑脚手架设计施工全过程，学生身临其境地体验工作环境并模拟相关技术管理人员操作，并对操作过程和规律进行总结分析，整个实验夯实了学生的专业理论知识，强化了专业岗位认知和学习兴趣。该实验还可以服务于施工单位悬挑脚手架的技术交底与安全培训，具有很强的应用推广价值。
设计原则：
（1）实验原理
脚手架是施工作业过程中非常重要的安全防护设施，对施工安全生产具有重要作用；同时也是土木工程施工技术、土木工程施工组织与管理教学中的核心内容。本次实验涉及的基本原理包括：
1）结构力学原理
脚手架结构由于恒载和活载作用引起的内力计算（强度计算）、变形和位移计算（刚度计算）、结构稳定性计算、结构的组成规律与计算简图的选择。
2）施工工艺原理
悬挑脚手架搭设过程有自身的施工工艺过程：施工准备→放线定位→预埋圆钢锚环→悬挑架的支承结构安装→竖立杆→将纵向扫地杆与立杆扣接→安装横向扫地杆→安装纵向水平杆→安装横向水平杆→安装连墙件→安装剪刀撑→扎色带及张挂安全网→作业层铺脚手板和挡脚板。
3）人本原理：管理要按科学发展观的要求，坚持以人为本，以调动人的积极性为根本，这就是人本原理。脚手架施工中的安全管理要以人为中心，在为人创造优良、安全的作业条件和作业环境的同时，充分调动人的安全生产的积极性，防止见物不见人、见利不见人的错误认识和做法。
（2）核心要素仿真设计
1）模型仿真设计
悬挑脚手架施工中所涉及到的材料、构配件、工具、架体等根据实际模型仿真设计，让学生对事物认识深刻。
2）情景仿真设计
工程项目以实际工程为背景进行仿真设计，将实际工程的悬挑脚手架设计施工过程仿真还原，创造出虚拟的实验环境；另外对验算不合格的结果仿真模拟破坏情景，使学生更有深切体会。
3）流程仿真设计
学生以施工员的角色，仿真模拟接受任务，进行悬挑式脚手架设计施工的全过程应用。
4）数据仿真设计
本实验中数据来源于实际工程或国家、行业规范标准，仿真度100%，实验结果可用于指导实际工程悬挑脚手架技术交底和安全管理培训。
实验目标：
根据学校应用型人才的培养定位，本课程实验基于施工技术和安全管理的基本原理，采用虚拟仿真技术，通过对高层建筑悬挑脚手架设计与施工全流程的实验设计，达到如下目标：
（1）引入“以人为本、责任担当”的思政元素，培养学生的安全责任意识和担当精神。
（2）熟悉高层建筑悬挑脚手架设计与施工全流程，熟悉建筑施工脚手架安全技术规范、规程和标准，具备编制高层建筑悬挑脚手架专项方案的能力。
（3）根据高层建筑悬挑脚手架施工安全管理要求，准确识别施工现场安全隐患，并提出有效整改措施，以培养学生安全管理能力和解决复杂实际工程问题的能力。
实验要求：
（1）专业与年级要求
工程管理、土木工程专业大三学生。
（2）基本知识和能力要求
要求学生在进行仿真实验项目前，具备一定的结构力学知识，了解基本的施工工艺和建筑材料知识，了解建筑施工脚手架安全技术规范的相关内容。
