基于RFID技術的大型建筑施工現場精細化管理

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摘要大型化智能化建筑工種多、技術高且管理體系龐大，管理體系包括安全管理、材料管理、資產管理和檔案管理等。文中采用新興射頻識別(RFID)技術，可實現大型建筑施工現場的精細化管理。并大幅提高工作效率，節省了材料、人力和時間。
關鍵詞RFID；嵌入式系統；大型建筑；施工管理
隨著科技的進步和社會的發展，建筑業朝著大型化和智能化的方向邁進。體積大、工種多、技術高、施工難度大的項目越來越多，因此對管理模式提出了更高的要求。基于ARM微處理器和射頻識別(RFID)技術的嵌入式系統廣泛應用于生產、交通、物流、運輸、跟蹤、資產管理等各種場合，將此技術應用于大型建筑施工現場管理，可實現電子化、網絡化、科技化的精細管理。
1 施工現場智能化管理系統整體結構
射頻識別技術(Radio Frequency Identification，RFID)，是20世紀90年代興起的一種非接觸式自動識別技術。其利用射頻信號進行非接觸雙向通信，以此來自動識別目標對象并獲取相關數據。無線射頻識別技術具有精度高、環境適應性與抗干擾能力強、操作便捷等優點。
嵌入式系統即嵌入式計算機系統，其應用范圍可大致分為兩大類：一類是電子系統的智能化，如工業控制、現代農業、家用電器、汽車電子、測控系統等；另一類是計算機應用的延伸，如MP4、手機、通信等。
該大型施工現場智能化管理系統，是將32位ARM嵌入式處理器與射頻識別技術相結合的應用。系統主要由電子標簽以及讀卡系統、ARM開發板、計算機服務系統等組成。RFID技術用以實現針對每個個體的信息獲取。RFID系統由讀卡器、電子標簽和上層應用軟件組成。嵌入式系統利用ARM芯片的片上資源，實現讀卡、顯示、報警、監控及通信等功能。ARM控制器可采用意法半導體的STM32系列、飛思卡爾的MCF5223x系列進行開發。射頻識別系統較多公司均有配套產品，例如國內的深圳永道公司、德力森公司，以及國外的蓋博瑞爾公司等。
電子標簽有紙片型、卡片型等，形狀可根據要求設計。當貼有電子標簽的物體靠近讀卡器時，經射頻識別系統讀出信息碼，由ARM控制器進行信息處理并作出相應的控制。通過網絡通信將信息傳至上位機，由上層管理軟件對數據進行存儲和管理。若連接互聯網還可追溯材料來源信息。智能化管理系統整體結構如圖1所示。


2 采用RFID智能安全管理系統
2．1 提升安全措施，加快建設速度
建筑工程通常分包項目較多，牽涉土建、機電安裝、裝修工程和鋼結構等。每項進出的相關人員較多，各類車輛運輸頻繁。RFID技術具有識別高速運動物體的能力。向施工人員和車輛分發RFID卡或鑰匙標簽供進出施工場地使用，人員和車輛出入無需停留，當其即將到達工地門口時，固定在門口處的讀卡器將立刻獲得信息并傳送給ARM控制中心，由上位機進行比對，確認無誤即自動放行。利用不停車出入管理，減輕了門衛的工作量，并大幅縮短了運輸車輛的進出速度，加快了建設進程。由于RFID的智能安全系統可同時讀卡，且具有防撞能力，故不易出現差錯，只需配備一名門衛統籌負責即可。同時使用RFID追蹤系統來記錄卡車到達和離開工地的情況。用戶可迅速地了解項目的進展及其效率。
基于ARM和RFID的智能安全系統，在要求較高的場合，可采用“射頻識別+指紋識別”、“射頻識別+攝像”、“射頻+指紋+攝像”等監控模式。當問題人員經過時，即觸發報警。
2．2 RFID技術進行材料追蹤和單件管理
RFID技術可實現無磨損非接觸式閱讀，電子標簽的使用壽命可長達約10年，讀寫次數約達10萬次。射頻電子標簽可根據用戶需求擴充到幾十kbit。且標簽內數據可更新，而條形碼是只讀的，一經打印生成便不可更改，因此RFID系統的電子標簽適合存儲大量數據或物品上所儲存的數據需經常改變的情況下使用。對于工地上的材料，可將整批同時通過閱讀器區域，對相關信息進行采集時，無需采用條形碼技術一樣進行拆分整理，再逐件錄入。同時也可在單個材料上貼入電子標簽，例如某根鋼筋上貼入電子標簽，經讀卡器即可顯示此鋼筋的生產廠家、生產批次、質檢情況，節省了人力資源。信息進入后臺服務器內，可在信息庫中輸入該根鋼筋去向。
大型建筑工程涉及工程種類多，材料類型，材料批次均較多且資產管理、檔案管理繁瑣的特點。采用RFID技術對材料管理，可標記和監測貴重物品，檢測篡改或未經批準的行動，從而控制管理并降低成本。確保準確和及時地供貨，避免了不必要麻煩或額外工作量。同時加強
供應與項目規劃保持一致，從而在整個項目過程中減少勞動力的成本并避免違規受處罰。減少工廠和施工現場的緩沖庫存量，及時處理貨物缺損和各項索賠款項。
2．3 RFID技術進行施工現場流程管理
建筑質量的優劣關系到人身和財產安全。從物資采購再到工程建設到最終的質量檢查，整個過程都需要大量的信息管理，故數據存儲量大，而RFID技術符合該種需求。通過射頻識別進行海量數據采集，再由后臺計算機進行管理。
RFID技術還可實現不成形材料的信息管理。如混凝土材料，其不僅對每批混合比例的具體數值有所記錄，建設者還可在混凝土中嵌入有源RFID標簽與溫度傳感器，以便輕松準確地監測固化過程。凝固后，檢測人員通過手持讀卡器讀出信息碼，由后臺服務器獲得針對該信息碼的混凝土固化數據，其中包括：生產廠家、資質證書、安全證書、生產日期和生產質量等信息。與傳統的管理模式相比，該方法節約時間，并以每個RFID標簽編號的唯一性來識別，以創建報告和進行統計分析。
在建筑市場競爭日益激烈的環境下，由RFID技術支撐的管理系統，可通過數據說明建筑質量，淘汰不顧質量壓低造價的企業。同時采用該技術進行施工現場流程管理，能夠加強并提高建設項目參與者對供應鏈的可視性和透明度，以此獲得更準確的信息流。
2．4 采用RFID技術快速鑒定事故原因
采用RFID技術，在前期采購，中期建設，后期管理條理清晰，細化到位。龐大的數據資料都存儲在后臺服務器中，隨時可以調用。建筑物交付使用后，一旦發生坍塌或是滲漏現象，通過查找資料便可迅速判斷原因。對于電子標簽保留的建筑，由于電子標簽使用壽命長，通過手持帶有通訊功能和顯示屏的讀卡器，在現場即可獲得數據信息。
此外，RFID可實行資產跟蹤，確保貴重資產的安全性及其最大利用率，減少建筑商和承包商的風險。RFID還可實現調度服務，RFID標簽儲存的維修信息自動與相應的機器和設備匹配，從而保證每臺機器或設備均可得到相應的維護。
3 結束語
采用ARM的射頻設別系統具有器件少、功能強、可靠性高等特點。利用RFID技術管理大型工地，能最大限度地提高現場施工人員的工作效率和建筑資源的利用率，并對材料運輸過程中所需采集的基礎數據進行分析、分類和統計，大幅提高了工作效率，節省了人力和時間，是未來建筑業的發展方向。