高职建筑工程技术专业《脚手架与支护工程》单元教案：重力式挡土墙脚手架专项施工方案设计

高职建筑工程技术专业《脚手架与支护工程》单元教案：重力式挡土墙脚手架专项施工方案设计

一、教学总体设计

1.1教学理念与依据

本教案以“成果导向教育（Outcome-BasedEducation，OBE）”与“建构主义学习理论”为核心指导理念，对接国家高等职业教育建筑工程技术专业教学标准，紧扣《建筑施工脚手架安全技术统一标准》（GB51210）、《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》（JGJ130）等现行核心规范。教学旨在打破传统学科壁垒，将土木工程材料、建筑力学、工程测量、施工技术、BIM技术及安全管理的知识与技能进行有机整合，通过真实项目驱动，引导学生完成从“认知理解”到“方案设计”再到“虚拟建造与安全验算”的完整工作过程。教案强调学生中心、能力本位，着重培养学生在复杂工程情境下的综合分析能力、规范应用能力、技术创新意识及终身学习能力，塑造其严谨审慎的工程伦理与安全责任意识。

1.2教学对象分析

教学对象为高等职业技术学院建筑工程技术专业大学二年级下学期学生。经过前序课程学习，学生已具备建筑识图与构造、建筑材料、建筑力学、建筑施工技术等基础理论知识，并完成了脚手架基础认知实习。其认知特点与学习状态表现为：具备一定的专业基础，但知识体系尚显碎片化，综合应用能力薄弱；对实践操作兴趣浓厚，但面对系统性的方案设计任务时，常感无从下手，缺乏工程全局观；能够使用基础软件，但利用信息化工具解决复杂工程问题的经验不足；安全意识初步建立，但对规范条文的理解往往停留在表面，深入理解并灵活运用的能力亟待加强。

1.3教学内容定位

本次教学选自专业核心课程《脚手架与支护工程》中的“专项施工方案设计”综合实训单元，是本课程的最高阶能力集成模块。教学内容聚焦于“重力式挡土墙砌筑/饰面用扣件式钢管脚手架”这一典型且安全性要求极高的专项方案设计。核心教学内容包括：工程情境分析与脚手架选型论证；基于规范与工况的荷载统计与计算；脚手架构造体系设计（立杆、水平杆、剪刀撑、连墙件、基础等）；方案图纸的规范化表达（平、立、剖面图及节点详图）；关键杆件与构造的安全验算；施工工艺流程、安全保障措施及应急预案编制。该内容是对学生前期所学各项知识与技能的一次综合性、实战化检验，是衔接理论学习与岗位实践的关键桥梁。

1.4教学目标

1.4.1知识目标

1.系统阐述扣件式钢管脚手架用于挡土墙施工时的特殊性、危险性及相应的规范要求。

2.准确记忆并解释脚手架专项方案中涉及的关键设计参数、构造强条及安全控制指标。

3.清晰说明脚手架荷载传递路径、稳定性保障机理及连墙件的工作原理。

1.4.2能力目标

1.能够独立完成给定工程条件下的脚手架选型与布置设计，绘制符合制图标准的施工方案图。

2.能够熟练应用规范进行施工荷载统计、组合及关键杆件的强度、稳定性验算。

3.能够编制逻辑清晰、要点突出的专项施工方案文本，含施工部署、工艺流程、质量安全控制措施及应急预案。

4.能够运用BIM技术或专业计算软件进行脚手架建模与辅助分析，初步具备利用数字化工具解决工程问题的能力。

1.4.3素质目标

1.养成严谨求实、一丝不苟的工程态度，牢固树立“安全第一、预防为主”的工程安全意识。

2.提升团队协作与沟通能力，在方案讨论与评审中学会倾听、表达与批判性思考。

3.培育规范意识、成本意识和环保意识，在设计中寻求安全、经济、高效的平衡点。

1.5教学重点与难点

1.5.1教学重点

1.重点一：脚手架构造体系的规范性设计。特别是立杆间距、步距、连墙件（与既有挡土墙或结构的可靠连接）设置、剪刀撑布置及基础处理方案，这些是保障脚手架整体稳定性的根本。

2.重点二：基于最不利工况的荷载分析与计算。正确区分永久荷载与可变荷载，掌握荷载标准值、设计值的转换与组合，是进行安全验算的前提。

3.重点三：专项施工方案的系统性编制。将设计图纸、计算书、施工组织、安全措施整合成一份逻辑严密、指导性强的技术文件。

1.5.2教学难点

1.难点一：连墙件与挡土墙的可靠连接设计。由于挡土墙的特殊性（墙面可能倾斜、粗糙、不允许后期修补），常规的预埋钢管、穿墙螺杆等方法可能不适用，需引导学生创造性设计锚固方案，并进行抗拉、抗压验算。

2.难点二：脚手架基础位于边坡或不平整场地的处理设计。需综合考虑地基承载力、排水、防沉降及防滑移措施，涉及土力学与地基基础知识的综合应用。

3.难点三：复杂荷载工况下（如风荷载、施工动荷载）脚手架整体稳定性的概念理解与简化计算。需引导学生理解计算模型的假定，并正确应用规范公式。

1.6教学策略与方法

本教案采用“项目引领、任务驱动、线上线下混合、虚实结合”的教学策略。

1.项目教学法：以一个真实的或高度仿真的重力式挡土墙工程项目为载体，贯穿教学始终。

2.任务驱动法：将完整的方案设计分解为“识图与调研→选型与布置→荷载与计算→绘图与深化→编制与答辩”等系列子任务，引导学生分步攻克。

3.案例教学法：引入正反两方面的工程案例（尤其是事故案例），进行沉浸式分析与研讨，强化规范认知和安全意识。

4.协作学习法：学生以3-4人为项目小组，模拟项目部技术团队，协作完成方案设计，培养团队精神。

5.演示与实操结合法：教师利用BIM模型、动画、虚拟仿真软件进行原理演示和构造展示；学生在机房进行CAD绘图、软件计算和方案排版。

6.线上线下混合法：利用在线课程平台发布任务书、规范资料、微课视频，供学生课前预习与课后拓展；课堂时间集中于难点解析、分组指导与集中研讨。

1.7课时安排与教学环境

本单元教学总学时安排为32学时，连续进行，模拟一个紧凑的项目设计周期。

1.理论引导与任务分析：4学时（多媒体教室）

2.方案初步设计与小组研讨：8学时（理实一体化教室，配备图纸、规范、模型）

3.计算分析与软件应用：8学时（计算机房，配备CAD、PKPM-SW或品茗等安全计算软件）

4.图纸深化与文本编制：8学时（计算机房）

5.方案汇报评审与总结：4学时（多媒体教室，具备答辩环境）

教学环境需支持小组协作、软件操作、模型展示及多媒体汇报，确保理论教学与实践操作无缝衔接。

1.8教学评价设计

建立“过程性评价与终结性评价相结合”、“定量评价与定性评价相结合”、“教师评价、小组互评与学生自评相结合”的多元综合评价体系。

1.过程性评价（占总评40%）：包含线上学习进度与测试（10%）、课堂参与度与提问质量（10%）、小组协作表现与阶段性成果（20%）。

2.终结性评价（占总评60%）：以最终提交的《挡土墙脚手架专项施工方案》成果包为核心进行评价。成果包包括：设计说明书（含计算书）、全套施工图纸（CAD版及PDF版）、方案汇报PPT。评审标准从“规范性（符合规范强条）”、“完整性（内容无重大遗漏）”、“合理性（设计经济可行）”、“创新性（解决难点有亮点）”、“表达性（图文清晰、表述准确）”五个维度制定详细评分量表。

3.增值性评价：关注学生在整个项目周期内，在复杂问题分析、软件工具应用、团队角色担当等方面的进步与成长。

二、教学实施过程

第一教学阶段：项目导入与情境构建(4学时)

阶段目标：激发兴趣，明确任务，建立工程场景的整体认知，识别核心问题与挑战。

教学活动流程：

1.案例震撼导入（0.5学时）：教师播放一段因挡土墙脚手架垮塌导致严重安全事故的新闻视频或三维动画模拟，造成视觉与心理冲击。随即提出问题：“是什么导致了这场悲剧？是设计失误、材料问题还是管理漏洞？”引导学生快速进入严肃的工程安全语境。

2.项目任务书发布（0.5学时）：教师正式发布《某生态公园重力式毛石挡土墙饰面工程脚手架专项施工方案设计》项目任务书。任务书包含：完整的挡土墙工程图纸（含地质勘察简要说明）、施工合同工期要求、现场环境照片（展示边坡、周边道路、已有建筑等）、建设单位对安全文明的特别要求。教师逐条解读任务要点与交付标准。

3.现场认知与规范初识（1学时）：组织学生分组研读工程图纸与现场资料，利用三维实景模型或高清全景照片进行“虚拟踏勘”。各组需在规定时间内梳理出：挡土墙的高度、长度、坡度（仰斜/俯斜）、墙面材质；施工现场地形地貌特征；脚手架可能搭设的区域条件；识别出本项目脚手架设计的三大特殊挑战。同时，分发《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》（JGJ130）关键章节，要求学生快速浏览，找到与“荷载”、“构造”、“稳定性”相关的核心条款。

4.小组汇报与关键问题聚焦（1学时）：各小组选派代表，汇报本组识别的特殊挑战。教师引导归纳，最终全班共识聚焦于三大核心难题：“连墙件如何与毛石墙面可靠连接？”、“边坡上的脚手架基础如何处理？”、“如何应对施工期可能出现的强风天气？”。教师肯定各组的分析，并指出，本课程的核心就是教会大家运用专业知识和规范，系统性地解决这些难题。

5.脚手架选型论证与知识链接（1学时）：教师设问：“为什么本项目选用扣件式钢管脚手架而非盘扣式或门式？”引导学生从适应性、经济性、材料可获得性等方面展开讨论。随后，教师系统回顾扣件式钢管脚手架的组成、类型（单排/双排）、及适用场景，并特别强调用于挡土墙施工时，必须采用双排脚手架，且其设计需考虑施工荷载（砌筑材料运输、堆放）、风荷载、以及可能的偏心荷载。布置课后任务：各小组根据任务书，初步确定脚手架的搭设高度、立杆横距、纵距、步距的意向范围，并预习荷载计算章节。

第二教学阶段：方案初步设计与规范深化(8学时)

阶段目标：完成脚手架主体构造的初步设计，深入理解并应用规范中的构造要求。

教学活动流程：

1.构造设计原理精讲（2学时）：教师利用BIM模型，动态演示脚手架荷载的传递路径：脚手板→小横杆→大横杆→立杆→基础→地基。重点讲解：

1.2.立杆：强调其作为“立柱”的承压稳定性，解释“步距”、“跨数”对计算长度的影响。给出本项目初步的立杆间距建议范围。

2.3.水平杆：阐述其形成空间框架、分配荷载的作用。强调纵向扫地杆的设置重要性。

3.4.剪刀撑：通过模型对比设置剪刀撑前后脚手架的抗侧移能力，生动说明其保证架体几何不变性、提高整体刚度的原理。详细讲解剪刀撑的布置角度、跨越跨数及连续设置要求。

4.5.连墙件：这是本阶段的重中之重。教师展示多种连墙件形式（刚性、柔性），重点分析在混凝土墙面、砖墙面上的常规做法。然后回到本项目难题：“毛石墙面无法预埋、穿孔怎么办？”引导学生brainstorm，提出设想（如利用墙顶构造、设置抛撑、使用重型锚栓等）。教师再引入“型钢三角形桁架辅助平台”、“对拉螺杆+垫板”等工程实例图片或模型进行讲解，拓宽学生思路。

5.6.基础：分析边坡地基的处理方案，介绍夯实、垫板、混凝土条基等不同方法的选择依据。

7.小组初步设计研讨（3学时）：学生以小组为单位，根据上一阶段的意向参数和本阶段所学原理，开始进行初步设计。任务包括：在A2图纸上手绘或利用CAD绘制脚手架立面轮廓布置图；确定连墙件的初步形式与水平、竖向间距；规划剪刀撑的布置位置；讨论基础处理方案。教师巡回指导，不断追问设计的依据是什么，引导其查阅手头规范，确保每一步设计“有规可依”。此阶段鼓励各小组尝试不同的连墙件解决方案。

8.中期方案答辩与互评（3学时）：每个小组用5分钟时间，通过草图或简单PPT展示其初步设计方案，重点阐述其对三大核心难题的解决思路。其他小组和教师作为“业主方”和“专家评审团”进行提问和质疑。问题可能涉及：“你设计的连墙件抗拉承载力如何保证？”“在边坡位置，你的立杆基础具体怎么施工？”“剪刀撑的布置间距是否满足规范最大宽高比要求？”通过激烈的交叉质询，暴露设计的薄弱环节，促使学生深度思考。教师最后进行总结点评，不评判方案优劣，而是指出各方案共性的逻辑漏洞和规范理解的偏差，引导学生进入下一阶段的定量计算与验证环节。

第三教学阶段：荷载计算与安全验算(8学时)

阶段目标：掌握脚手架荷载统计与组合方法，完成关键杆件与构造的定量安全验算，从定性设计走向定量设计。

教学活动流程：

1.荷载系统精讲与计算示范（3学时）：教师系统讲解作用于脚手架上的各类荷载。

1.2.永久荷载（恒载）：构配件自重（立杆、横杆、脚手板、安全网等）。讲解如何根据选型、间距、搭设高度计算总重并转化为线荷载或面荷载。

2.3.可变荷载（活载）：施工荷载（作业层人员、材料、工具）、风荷载。重点讲解施工荷载标准值的取值依据（砌筑脚手架取3kN/m²），以及多作业层不同时施工的折减。风荷载是难点：详细推导风荷载标准值计算公式wk=μzμsw0

，解释风压高度变化系数μz、脚手架风荷载体型系数μs（这是难点，涉及挡风系数计算）、基本风压w0的查取方法。特别强调用于挡土墙时，脚手架可能是“靠墙”的，其风荷载计算与独立脚手架的区别。

3.4.荷载组合：讲解承载能力极限状态和正常使用极限状态下的基本组合与标准组合，明确脚手架设计主要进行的是“不组合风荷载”与“组合风荷载”两种极限状态计算。

教师以本项目某一标准段为例，带领学生完成一遍完整的荷载统计、组合计算流程，形成示范性计算书片段。

5.安全验算原理与软件入门（2学时）：讲解核心验算内容：

1.6.纵向、横向水平杆抗弯强度与挠度：简化为受均布荷载的简支梁或多跨连续梁模型。

2.7.立杆稳定性：这是最关键的计算。推导立杆计算长度公式l0=kμh

，解释长度附加系数k、单杆计算长度系数μ的查取。讲解轴心受压与偏心受压（组合风荷载时）两种状态的稳定性验算公式。

3.8.连墙件承载力：验算其在风荷载或水平力作用下的抗拉、抗压强度及稳定性。

4.9.地基承载力：将立杆传至基础的轴向力与地基承载力特征值进行比较。

随后，教师演示如何利用行业通用安全计算软件（如品茗安全计算软件）快速搭建计算模型，输入参数，生成计算书。强调软件是工具，理解原理是根本，要求学生必须手算一部分关键内容以加深理解。

10.小组计算分析实战（3学时）：各小组依据本组的初步设计方案，进行详细荷载统计与安全验算。任务包括：分工完成手算部分（如选定一榀框架进行立杆稳定性验算）；在软件中建立整体模型，输入所有设计参数（几何尺寸、连墙件布置、荷载值等），运行计算；分析软件输出的计算书，重点关注“红色报警”项（即不满足规范项），并根据计算结果反馈调整设计方案（如缩小立杆间距、加密连墙件、加强基础等）。这是一个“设计-计算-优化”的迭代过程。教师提供一对一辅导，解决学生在计算模型简化、参数输入、结果解读中遇到的个性化难题。

第四教学阶段：成果集成与方案编制(8学时)

阶段目标：将设计成果规范化、系统化，形成完整的专项施工方案文件。

教学活动流程：

1.施工图绘制规范与深化（3学时）：教师讲解脚手架专项方案施工图的制图规范与表达深度。要求图纸至少包括：

1.2.脚手架平面布置图：反映立杆定位、剪刀撑区域、通道位置、材料堆场等。

2.3.脚手架立面图/剖面图：清晰表达步距、纵距、搭设高度、连墙件水平竖向间距、剪刀撑角度与连接。

3.4.节点构造详图：特别是连墙件节点、基础节点、顶部构造、转角部位构造等，需大样清晰，尺寸、材料标注齐全。

4.5.必要的系统图：如剪刀撑布置系统图。

学生小组利用CAD软件，根据最终优化后的设计方案，绘制全套施工图。教师强调图面整洁、图层清晰、标注规范、图例统一。

6.专项方案文本编制指导（3学时）：专项施工方案不仅是图纸和计算书的堆砌，更是一份指导施工的技术管理文件。教师讲解方案文本的标准目录结构与编制要点：

1.7.工程概况：简明扼要。

2.8.编制依据：列出所有引用的规范、标准、图纸文件。

3.9.脚手架设计：用文字辅以参数表，系统阐述设计方案。

4.10.施工计划：包括进度计划、材料与设备计划、劳动力计划。

5.11.施工工艺技术：详细到搭设和拆除的每一步工艺流程、操作要点、检查验收标准（含示意图）。

6.12.施工安全保证措施：组织保障、技术措施（防雷、防火、防电）、监测监控措施（沉降、变形观测方案）、应急预案（针对坍塌、火灾、触电、高坠等）。

7.13.计算书及相关图纸：作为附件。

各小组分工协作，撰写方案文本。教师引导学生思考如何将技术与管理融合，例如在安全措施中，不仅要写“定期检查”，还要明确“谁检查、检查什么、用什么工具、什么标准、记录在哪”。

14.成果整合与润色（2学时）：各小组对计算书、图纸、文本进行最终整合、校对、排版，形成一份完整的《专项施工方案》PDF成果文件。同时，准备最终汇报的PPT，要求突出重点、图文并茂、逻辑清晰。

第五教学阶段：成果评审、答辩与总结提升(4学时)

阶段目标：通过模拟专家评审会，检验学习成果，锻炼表达能力，实现知识、能力、素质的全面提升。

教学活动流程：

1.模拟专家评审会（3学时）：营造正式答辩氛围。邀请专业负责人、企业兼职教师（可线上）与任课教师共同组成评审专家组。各小组按抽签顺序进行限时（10分钟）汇报，全面展示其设计方案、计算依据、特色创新及安全保障。汇报后，接受评审专家5-7分钟的质询。问题将非常尖锐和专业，例如：“你的连墙件验算中，抗拔力设计值是如何确定的，考虑了哪些折减？”“方案中提到对地基进行夯实处理，请问具体的压实系数要求是多少？如何检测？”“请解释在组合风荷载工况下，立杆稳定性验算公式中弯矩设计值MW的具体计算过程。”这不仅考验学生的专业知识，更考验其临场应变与沟通能力。其他小组作为“列席代表”也可提问。

2.综合评价与总结反馈（1学时）：评审专家退场评议期间，教师组织学生进行开放式讨论，谈谈在整个项目周期中的最大收获、最大挑战以及对课程的建议。随后，评审专家返回，宣布最佳方案、最佳创意、最佳表现等奖项（或公布各组成绩），并对所有方案进行总体点评，指出共性优点与仍需改进之处。教师最后做课程总结，强调脚手架专项方案设计是技术、管理与责任的统一体，鼓励学生将在此过程中培养的系统思维、规范意识和严谨态度迁移到未来的所有工程实践中去。

三、教学资源与工具

1.核心教材与规范：

1.2.《建筑施工脚手架安全技术统一标准》（GB51210-2016）

2.3.《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》（JGJ130-2011）

3.4.《建筑施工安全技术统一规范》（GB50870）

4.5.校本教材或高职规划教材《脚手架与模板工程安全技术》。

6.数字化资源：

1.7.虚拟仿真软件：脚手架搭设与安全验算虚拟仿真实验模块。

2.8.BIM模型：重力式挡土墙及脚手架BIM示范模型（Revit,Tekla）。

3.9.安全计算软件：品茗安全计算软件、PKPM施工安全设施计算软件教育版。

4.10.在线课程平台：包含微课视频（如“连墙件形式大全”、“风荷载计算详解”）、规范电子书、事故案例库、在线自