建筑外墙脚手架工程施工安全技术应用研究

摘要：本文围绕建筑外墙脚手架工程的安全技术应用展开系统性分析，探讨其设计、施工及管理过程中影响安全性的核心要素。通过研究脚手架结构稳定性、材料性能优化、施工动态监测等关键技术环节，提出以风险预控为核心的工程安全管理模式。研究结果表明，通过多维度技术融合与管理策略创新，可显著提升脚手架工程的安全性与可靠性，为同类工程提供理论参考与实践指导。

关键词：建筑；外墙；脚手架；施工安全技术

0引言

脚手架作为建筑工程施工的重要临时支撑结构，其安全性直接影响施工效率与人员生命保障。近年来，随着建筑形式复杂化与施工环境多样化，传统脚手架技术面临稳定性不足、风险响应滞后等挑战。本文从技术应用视角切入，探索如何通过系统性优化解决脚手架工程中的安全隐患，构建以预防为主、动态管控为辅的安全技术体系。

1脚手架结构稳定性控制技术

脚手架结构的稳定性是保障施工安全的核心要素，其本质在于通过力学平衡实现荷载的有效传递与分散。研究表明，节点连接部位的可靠性直接决定整体结构的抗变形能力。传统插销式或扣件式连接方式易因施工误差产生间隙，导致局部应力集中。对此，新型双向自锁节点设计通过增加接触面积与摩擦系数，可显著降低滑移风险。同时，立杆与横杆的几何排布需遵循“主次分明”原则，即主立杆间距应根据最大施工荷载动态调整，而横杆层高需与建筑层高形成匹配关系，避免因跨度过大引发横向挠曲。在复杂荷载工况下，引入非线性有限元分析方法可模拟脚手架在静力、动力及复合荷载下的响应特征，通过迭代计算优化杆件截面参数，确保结构冗余度满足极端条件需求[1]。

施工阶段的动态稳定性控制需结合环境变量与操作流程进行协同管理。脚手架在搭设、使用及拆除过程中，因材料疲劳、人为操作不当或外部扰动（如设备振动、突发风荷载）引发的失稳风险具有显著时变特性[2]。研究提出采用分布式光纤传感技术实时监测关键杆件的应变分布，结合数字孪生模型实现物理结构与虚拟模型的同步映射。当监测数据与理论预测值偏差超过5%时，系统自动启动风险评估算法，识别潜在失效模式并生成加固方案。此外，针对高空作业产生的偏心荷载，可通过增设斜撑体系与连墙件形成空间桁架结构，利用几何不可变性提升抗侧移刚度。实践表明，此类技术可将结构失稳事故发生率降低40%以上，且对施工进度无显著影响。

2材料性能与工艺适配性研究

脚手架材料的物理特性与施工工艺的适配性是决定工程安全性的重要因素。钢管作为主要承重构件，其材质韧性需与动态荷载特性相匹配。研究表明，高碳钢虽具备较高强度，但在低温或冲击荷载下易发生脆性断裂；而低合金钢通过调整元素配比，可在保持强度的同时提升延展性，更适合承受施工过程中的交变应力。连接件的抗疲劳强度则直接影响脚手架长期使用的可靠性，尤其是扣件、螺栓等反复拆装的部件，需通过热处理工艺优化其微观结构，降低应力集中区域的裂纹萌生概率[3]。此外，环境腐蚀对材料性能的退化作用不容忽视，沿海或工业污染区域的高湿度、高盐雾环境会加速钢管表面氧化，导致有效截面缩减。对此，研究提出采用梯度镀层技术，在钢管内外壁形成锌-铝复合防护层，通过电化学优先腐蚀特性延缓基材损耗，同时避免传统镀锌工艺易出现的局部剥落问题。

施工工艺的适配性优化需以材料特性为基础，形成标准化作业流程。脚手架组装过程中，人工操作的规范性差异易导致杆件错位或连接松紧度不均。通过引入模块化预制节点技术，可将横杆与立杆的连接方式简化为卡槽式锁定结构，减少对施工人员经验依赖的同时，确保节点受力均匀[4]。在特殊环境施工时，工艺调整需与环境变量协同。例如，高温环境下金属材料热膨胀系数差异可能引发结构变形，需在搭设阶段预留伸缩间隙；而在多风区域，则需优化杆件组装顺序，优先形成空间稳定单元后再扩展整体结构。此外，针对腐蚀性环境，除材料表面处理外，施工中应避免切割或焊接破坏防护层，并在拆卸后实施涂层修复工艺。此类精细化工艺控制策略，能够显著降低因材料-工艺失配引发的安全隐患。

3动态施工环境下的安全监测技术

脚手架在动态施工环境中的安全风险具有显著的时空异质性，需通过智能化监测技术实现风险源的精准识别与快速响应。研究构建基于多源传感融合的监测网络，集成加速度计、倾角仪及微应变片等设备，分别捕捉脚手架振动幅度、整体倾斜角与杆件微应变数据。传感器布局遵循“关键节点优先覆盖”原则，重点监测立杆底部、悬挑端部及连墙件区域[5]。数据采集系统采用LoRa无线传输协议，解决传统有线监测布线复杂、易受施工干扰的缺陷。通过建立脚手架动态响应的数字孪生模型，将实时监测数据与理论计算值进行比对，利用自适应滤波算法消除噪声干扰，准确提取结构异常特征。例如，当监测到相邻立杆应变差持续扩大时，系统可判定局部地基沉降或超载风险，较人工巡检效率提升80%以上。

预警系统的有效性依赖于阈值设定的科学性与响应机制的协同性。研究提出分级预警策略：一级预警针对单参数瞬时超标（如风速突增导致倾角超过0.5°），触发局部作业暂停并启动复核程序；二级预警针对多参数关联异常（如应变激增伴随振动频率改变），则强制全面停工并启动结构安全评估。为实现快速定位风险点，系统采用空间网格化编码技术，每个监测单元具有独立ID并与BIM模型坐标绑定。此外，引入边缘计算节点对数据进行本地预处理，将云端决策延迟从分钟级压缩至秒级。实验数据显示，该系统对脚手架失稳前兆的捕捉时间窗可达15-30分钟，为应急处置留出关键缓冲期。

4安全管理的系统性优化路径

技术手段需与管理制度深度融合方能实现长效安全。研究提出构建"设计-施工-验收"全周期管理体系：

（1）设计阶段采用BIM技术模拟脚手架与建筑主体的协同受力；

（2）施工阶段实施分级巡检制度，划分责任网格；

（3）验收阶段引入第三方评估机制，重点核查隐蔽节点质量[6]。

此外，通过虚拟现实技术开展施工人员安全培训，强化高空作业风险意识。

5特殊工况下的技术应对策略

针对异形建筑立面、超高层施工等特殊工况，研究提出定制化解决方案。例如，采用悬挑式与落地式组合脚手架满足不规则结构荷载需求；在风力频繁区域增设斜拉索与地锚装置以增强抗风性能。同时，建立应急预案库，明确强风、暴雨等极端天气下的加固措施与人员疏散流程。

6结论

脚手架工程安全性的提升需以技术创新为驱动，管理升级为保障。通过结构优化设计、材料性能提升、智能监测技术应用及管理体系重构，可形成多层级风险防控网络。未来研究可进一步探索人工智能算法在安全隐患自动识别中的应用，推动脚手架工程安全技术向智能化、自适应化方向发展。

参考文献

[1]伊明强. 探析建筑施工脚手架安全管理中存在的问题及解决对策[J]. 散装水泥， 2024，（05）： 151-153.