第1章 绪论
1.1 研究背景及意义
1.1.1 选题背景
现阶段，我国国民经济获得了较快的进步，建筑业也迎来了新的发展机遇与空间，中国产业信息网公开发表的，针对中国建筑行业运行态势和未来发展前景分析报告，提到中国建筑行业在未来发展阶段，将会持续保持增长态势[1]。“一带一路”战略是我国面对当前国际形势开展的国家战略，其中，“互联互通”项目和“一带一路”国家产能建筑都离不开中国建筑业的参与，同时也将获得一定的收益[2]。
当前，建筑业获得了较快的进步与发展，但仍出现了诸多缺陷。由于建筑行业固有的特点，呈现出高露天作业、持续时间久、生产不固定的特点，暴露出了诸多的安全隐患[3]，所以在较长的一段时间内，建筑行业参与者都普遍关注安全问题。
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1.2 国内外研究现状
1.2.1 国外研究现状
1.2.1.1 国外BIM技术研究现状
BIM[18-22]是一个建设项目（或设施）物理和功能特性的数字表达，它是共享的知识资源；在建设项目全寿命周期，模型的信息可为所有决策提供可靠的依据；在项目不同阶段，不同参与方可以在模型中插入、提取、更新和修改信息，达到在共有的一个模型中实现协同作业的目的。
国外针对BIM的应用展开了多方面的研究，收获了丰富的研究成果。当前，美国的BIM技术的应用程度已经相当高，2015年7月底美国国家建筑科学研究所building SMART联盟发布了最新版BIM国家标准，National BIM Standard-USTM (即 NBIMS-US)第三版，从规划、设计建设和运营，涵盖建筑全生命周期。资料显示，美国在2009年就有超过 80%的前300强企业在建筑工程中使用到 BIM 技术。英国早在2008年就成立了建设项目信息委员会（Construction Project Information Committee，简称 CPIC），2011年5月，英国政府首席建筑顾问Paul Morrell呼吁在政府建设项目上采用BIM技术，很快英国政府发布了其BIM战略，宣布在2016年之前所有政府项目都需要用到BIM技术。英国皇家建筑师学会（Royal Institute of British Architects，简称RIBA）在2016年4月对1,000名英国建筑业专业人士进行的调查显示，BIM采用率已从2010年的13％上升到 2015年的54％。
1.2.1.2 国外BIM技术应用于脚手架工程研究现状
从脚手架选型与布置角度上看，Zhang[23](2013年)认为借助该技术来完成脚手架自动安全设计，同时开发有关脚手架坠落的自动保护举措；Teizer[24](2014年)设计了以BIM建模为基础的脚手架自动规划系统，可以基于建模条件下来自动辨别几何与非几何条件，制定非人工操作下的现场应用脚手架设计策略。从把握脚手架安全隐患角度，Jongeling[25](2008年)认为脚手架暴露出的安全问题和按照4DBIM系统内有关的信息，能够更好地了解生产效率的损失状况；Sulankivi[26](2010年)借助BIM可视化技术来全面分析和把握脚手架施工阶段的安全威胁；Kim[27](2014年)将研究的重点放在了对BIM的项目信息上，利用这一独特信息来有效应对项目设计阶段的安全隐患，主张研发BIM系统脚手架自动化安全检查算法。从脚手架施工模拟和碰撞检测角度，Akinci[28](2002年)借助BIM技术研究脚手架施工阶段工作空间内部的员工和结构之间的关注，把握二者的空间冲突，使用者手动输入不同参数后完成自动化分析；Kyungki[29](2016年)采取BIM技术研发脚手架安全设计平台对员工的实际操作展开全真模拟与可视化处理。
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第2章 相关理论概述
2.1 扣件式钢管脚手架设计理论
本文借助现有的Revit模板脚手架软件，把握有关脚手架的规划[32-38]效果，若符合规定参数计算时，则开展后续建模工作，所以，需要对扣件式钢管脚手架安全技术规范，及架体的受力特性知识及荷载参数信息有所掌握。
2.1.1扣件式钢管脚手架安全技术规范
《扣件式钢管脚手架安全技术规范》JGJ130-2019中规定：
(1)活荷载：双排脚手架作业层上的施工荷载标准值应根据实际情况确定，当在双排脚手架上同时有2个及以上操作层作业时，在同一个跨距内各操作层的施工均布荷载标准值总和不得超过5.0kN/㎡。双排脚手架搭设高度不宜超过50m，高度超过50m的双排脚手架，应采用分段搭设等措施。
(2)风荷载：????????=????????∗????????∗????0
????????——风荷载标准值（????????/m2）；
????????——风压高度变化系数，应按现行国家标准《建筑结构荷载规范》GB50009规定采用；
????????——脚手架风荷载体型系数，应按本规范表4.2.6的规定采用；
????0——基本风压值 （????????/m2），应按国家标准《建筑结构荷载规范》GB50009-2001附表D.4的规定采用，取重现期n=10对应的风压值。
风压高度变化系数????????，按照现行国家标准《建筑结构荷载规范》规定的值进行选取。在设计脚手架时，要注意此值的取法，按现行国家标准《建筑结构荷载规范》的要求，对于平坦或稍有起伏的地形，风压高度变化系数应依据地面粗糙度类别进行选择确定。
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2.2 调查问卷信度分析相关理论
在全面掌握扣件式钢管脚手架安全技术规范的前提下，从脚手架工程活荷载、风荷载、横立杆间距等参数的正确设计和设置入手，把握架体稳定性的关键点，进而借助整体的规划和设计及可行措施来提升整个脚手架工程的安全性，提高质量的可控性，并在此基础上加快项目总体进度。制定可行措施和选择先进技术进行项目优化的前提，是分析出问题背后的原因。为后期BIM技术能有目的的解决以上问题，本文利用调查问卷法对扣件式钢管脚手架设计施工中常见的主要问题进行梳理、总结和分析。
2.2.1 信度分析定义及原理 调查问卷法是国内外社会调查中较为广泛使用的一种方法，问卷是为统计和调查所用的、以设问的方式表述问题的表格或文档，研究者用这种控制式的测量对所研究的问题进行度量，从而搜集到可靠的数据及资料。
调查问卷的可靠性及有效性是分析数据、识别问题及展开研究的关键。常用的调查问卷可靠性分析方法为信度分析，以克隆巴赫信度系数(Cronbach α系数)来描述问卷的可靠程度。
信度分析仅针对定量数据。克隆巴赫信度系数(Cronbach α系数值)如果在0.8以上,则该测验或量表的信度非常好；信度系数在0.7以上都是可以接受；如果在0.6以上,则该量表应进行修订,但仍不失其价值；如果低于0.6,量表就需要重新设计题项。
信度分析主要用于对量表内在信度进行研究。它首先对各个评估项目基本描述统计、计算各个项目的简单相关系数以及删除一个项目后，其他项目之间的相关系数、对内在信度进行初步分析，然后采用各种信度分析系数对内在信度或外在信度做进一步的研究。本文利用克隆巴赫信度系数做内在信度分析。
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第 3 章 扣件式钢管脚手架工程常见问题分析及问卷设计 ................ 19
3.1 脚手架典型事故分析......................... 19
3.1.1 脚手架典型事故及分类 ........................... 19
3.1.2 事故原因概述 ............................. 20
第 4 章 BIM技术在脚手架工程设计施工中的应用 ...................... 36
4.1 BIM技术在项目各阶段的应用 ................................... 36
4.1.1方案设计阶段............................... 36
4.1.2设计阶段................................. 36
第 5 章 案例分析 ............................ 51
5.1 项目概况................. 51
5.2 BIM技术在脚手架工程设计施工中的应用 ....................... 52
第 5 章 案例分析
5.1 项目概况
某酒庄厂房等5项建设项目，建筑面积19216.22㎡，其中地下建筑与地上建筑的面积分别为7150.1㎡、12066.12㎡。整体建筑由5栋组成，分别为：1号楼三层、2号楼两层、3号楼Ⅰ段五层与Ⅱ段三层、4号楼三层、5号楼两层。该项目4号楼为酒庄厂房的综合配套楼，本文将4号楼作为研究对象进行BIM脚手架软件的应用。
4号楼一层层高4.2米，二层层高3.5米，三层层高6.71米，框架/剪力墙结构，独立基础，工程设防烈度8度，从脚手架方面来看，无论是结构脚手架还是装修脚手架都采用了扣件式脚手架并且按照国家的相关规定完成脚手架的搭建。从整个工程进度来看，2019年4月5日、5月5日、9月20日、10月30日分别完成了开凿、基坑土方施工、地上主体结构、二次结构这些工作。2020年4月30日装修施工完成，2020年5月15日竣工验收，总工期425天。该项目脚手架工程重点、难点如下：
（1）建筑结构外形不规则，阴阳角较多，在阳台以及空调板等特殊区域出现突出式的结构，伸缩缝部位具有很强的复杂性。在这些关键部位中，脚手架需要实施有效的防护以及合理安全的搭建，从而能够使施工的安全性得到有效保障，这同时也会进一步影响到整个施工进度的推进。
（2）本工程层高较高，对于连墙件的布置要综合考虑。
（3）4号楼主体施工期间经历1个雨季，架体的稳固性直接影响到工人的生命安全及建筑物的质量安全。脚手架基础的硬化处理，脚手板的防滑处理，架体沉降预防等都是本工程的重点管理项。
（4）工程位于旅游山村，因此在施工过程中必须体验保护环境，节约资源的可持续发展思想，将工程施工对风景优美的山区整体环境影响减小到最低程度，外防护架搭设的合理美观性也受到考验。
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第6章 结论与展望
6.1 结论
随着我国城市化和经济建设的快速发展，越来越多的建筑行业领军者不断优化其建筑作品，出现了诸多有着复杂结构独特类型的现代特色城市建筑，这对设计水平和施工技术提出了更高的要求。在建筑施工中，脚手架不但是基础性设备，同时还占用着企业大规模的流动资金，通过脚手架功能的发挥能够使企业的建筑安全得到有效保障，与此同时也是企业管理成本管理中非常重要的一项工作。
由于扣件式钢管脚手架具有搭建灵活以及经济性较好的特点，因此其应用率较高。然而，传统脚手架工程的设计及施工存在着很多问题，低效、安全风险高，成本难控制等都会造成重大经济损失和人员伤亡。在这种前提下，本文在深入研究扣件式钢管脚手架传统设计施工的诸多问题的基础上。应用BIM技术解决了传统设计施工下扣件式钢管脚手架在安全、进度及成本上的许多问题。
下面将本文的研究成果归纳如下：
（1）研究了BIM技术在建筑工程实施各阶段的应用情况，对BIM脚手架软件的应用流程进行了详细分析，最后得出扣件式钢管脚手架在传统设计施工模式下和BIM技术辅助设计施工模式下的工效对比。
（2）通过将BIM脚手架软件应用于实际工程案例，利用BIM技术对脚手架工程在安全、进度、成本等方面做出优化，得到案例项目三维图纸、计算书、专项施工方案及材料统计表等结果性文件，及BIM技术辅助后的脚手架工程与传统模式下的脚手架工程功效对比数值。
（3）通过与类似项目的对比，得到BIM技术优化后的量化数值。脚手架工程在进度方面整体节省了338小时；成本方面，节约资金15.28万元；质量方面，大幅降低了搭设错误率，既节约了工期，又降低了成本；现场管理方面，有效控制闲散人员数量，提高了劳动力利用率，人工成本降低，现场安全程度进一步提高。
参考文献（略）