rfid技術在智能建造的應用

    物聯網（IoT，Internet of Things）是指通過信息傳感設備，按約定的協議，將任何物體與網絡相連接，物體通過信息傳播媒介進行信息交換和通信，以實現智能化識別、定位、跟蹤、監管等功能。

     “RFID技術”是實現物聯網的關鍵技術，為自動識別技術的一種，在實際應用中又被稱為無線射頻識別技術。通過無線射頻技術進行非接觸式的雙向通信對RFID電子標簽進行識別讀寫，從而達到數據交互的目的。識別過程無須人工干預即可完成物品信息的采集與傳輸，進而實現對物品的透明化追蹤與管理。“RFID技術”被稱為 21 世紀最具發展前景的技術之一。

圖1   RFID系統結構

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    RFID的歷史可算“老兵新姿”，RFID并不是一個嶄新的技術，RFID在歷史上的首次應用可以追溯到第二次世界大戰期間(20世紀40年代)，其當時的功能是用于分辨敵方飛機與我方飛機。20世紀70年代末期，美國政府通過 Los Alamos 科學實驗室將RFID技術轉移到民間。RFID技術最早在商業上的應用是在牲畜身上。20世紀80年代，美國與歐洲的幾家公司開始生產RFID標簽。當前，RFID技術已經被廣泛應用于各個領域。RFID技術發展歷程如表1所示。（以上敘述出自《RFID原理與應用(第2版)》）

表1   RFID技術發展歷程

02  工作原理

    射頻標簽與讀寫器之間通過天線架起空間電磁波的傳輸通道。射頻標簽與讀寫器之間的電磁耦合包含兩種情況，即近距離的電感耦合與遠距離的電磁耦合。

    在電磁耦合方式中，讀寫器的天線將讀寫器產生的能量以電磁波的方式發送到定向的空間范圍內，形成讀寫器的有效識別區域。位于讀寫器有效識別區域中的射頻標簽從讀寫器天線發出的電磁場中提取工作能量，并通過射頻標簽的內部電路及標簽天線將標簽中存儲的數據信息傳送到讀寫器。

    在射頻識別系統工作過程中，空間傳輸通道中發生的過程可歸結為3種事件模型：數據交換是目的，時序是數據交換的實現形式，能量是時序得以實現的基礎。射頻識別系統模型如圖2所示。

圖2   射頻識別系統模型

03  建造應用場景

    在工程建設行業中，“RFID技術”被廣泛應用于物資管理、勞務管理和質量控制等多個方面，可以有效解決傳統依賴人工巡檢及盤點的方式在“實時追蹤定位、多目標識別、自動檢測與監控”等方面的不足，進而實現高效管理。下面，我們一起來看看都有哪些應用場景吧！

物資管理上的應用

    RFID系統的架構和工作流程使得物資管理變得更加智能和高效。通過自動識別和實時數據傳輸，建筑行業可以實現更精確的物資管理，減少人工操作錯誤，提高項目進度和成本控制的效率。

(1)系統架構

   ①RFID標簽：物資上附著的 RFID 標簽，嵌入了微型芯片和天線。這些標簽存儲著物資的相關信息。

    ②RFID讀寫器：讀寫器通過發射射頻信號來激活附近的 RFID標簽，并讀取標簽中的數據。讀寫器還可以寫入新的數據到標簽中。

    ③中央數據庫：所有從RFID標簽讀取的數據都存儲在中央數據庫中。數據庫包含物資的信息、出入庫記錄、位置等。

    ④數據處理系統：數據處理系統負責對從標簽讀取的數據進行處理和分析。它可以根據需求存儲數據、更新數據、生成報告等。

(2)應用實例

   項目背景：某大型基建公司負責多個工程項目的物資采購、調度和使用。由于項目規模龐大，物資管理面臨混用、錯誤等問題，影響了工程進度和成本控制。

    解決方案：該公司引入RFID技術來優化物資管理。每個物資都貼有RFID標簽，通過在不同環節使用RFID讀寫器，實現物資的自動識別、實時更新和追蹤。

    對比物資盤點時間，傳統的人工盤點平均每次盤點需要花費8h；而使用RFID技術，平均每次盤點僅需要花費2h。通過比較盤點時間的變化便可以計算出RFID技術在盤點效率方面的提升比例。優化效果見表2。

表2   優化效果對比表

勞務管理上的應用

圖3   勞務一體化管理平臺

    RFID技術使得勞務人員入場信息、工日統計清晰，勞務管理效率提高，入場只需錄入一次信息，在項目全過程共享；每日考勤采用自動化手段，防范人為篡改；工資發放與考勤相對應，避免勞務虛報；通過定位了解勞務人員施工動態，提升施工效率，保障施工安全。
(1)技術介紹   系統基于IoT開發，運用人臉識別、RFID、IC卡等技術，核驗項目工地人員身份信息，打造集實名制、考勤、工資、教育等于一體的人員信息化管理平臺，如圖3所示。有效避免勞務糾紛，規范人員行為，落實工地教育，保障封閉施工。
(2)技術要求   主要設備：人臉識別設備、閘機設備，實名制管理軟件等。

質量控制上的應用

圖4   生產線的改裝簡要示意圖

    基于RFID技術的生產管理系統通過在預制混凝土構件中植入RFID芯片，對預制混凝土構件進行實時監控，記錄生產過程中關鍵工序的數據，做到從原材料到生產過程，再到實際應用全生命周期的監控。
(1)技術介紹    利用RFID芯片對預制混凝土構件進行全生命周期的監控，具體流程如下：    ①基礎信息的輸入：資料員在生產前，將生產原料的檢驗檢測報告、生產配合比檢驗報告、生產計劃等基礎材料掃描成電子資料，上傳至ERP系統（企業資源計劃即ERP (Enterprise Resource Planning)）。    ②生產過程的數據采集：將RFID標簽固定在鋼模上，生產時隨鋼模進入各工位，各工位加裝的RFID讀取器感應到相應RFID標簽記錄相應的時間；進入養護窯后，開始采集養護窯各階段的溫濕度，出窯后進行脫模。    ③脫模后的預制混凝土構件，在吊運至養護池養護前，將該構件的所有生產信息通過NFC讀寫器（Near Field Communication，意為近距離無線通訊技術）寫入芯片，芯片固定至構件中隨構件吊運至養護池，養護結束后吊運至堆場。    ④構件出堆場后，安裝至相應建筑工程中，可使用NFC讀寫器或帶有NFC功能的設備隨時讀取該構件的生產信息，進行實時監控。
(2)應用實例   福州一家地鐵管片生產廠商的生產線進行了改造，在澆筑前、進入坑道前、進入蒸養窯前均加裝了RFID讀卡器，蒸養窯升溫、恒溫、降溫區均加裝溫濕度計，每個鋼模上固定了RFID標簽。具體改造情況如圖5所示。

圖5   管片生產線改造示意圖

(3)應用效果    基于RFID技術的芯片在實際信息采集過程中，數據采集及時、靈敏、準確度高、耐久性強，可很好應用于管片生產過程各工位信息采集。    經過RFID技術管理系統的使用，福州地鐵3家管片生產廠商均提高了對生產線的管理水平，由于本系統將采集的數據實時上傳至指定服務器，杜絕了管片生產廠商修改數據的可能性，方便了福州地鐵建設工程質量安全監督站對管片生產方進行監管；同時，由于各類資料電子化，生產線模擬化，方便了管片生產廠商對管片生產進行監控，對故障進行快速定位，大大提高了生產效率及產品合格率。

    在我國建筑工程施工管理向信息化、智能化轉型的過程中，RFID（無線射頻識別）技術作為一種高效的數據采集與管理手段，以其獨特的非接觸式、遠距離、快速讀取以及大容量數據存儲等特點，極大地提升了工程建設管理的效率和準確性。相信隨著技術的不斷突破和應用場景的持續挖掘，未來RFID技術將在更多領域發揮越來越重要的作用！