rfid技术在智能建造的应用

    物联网（IoT，Internet of Things）是指通过信息传感设备，按约定的协议，将任何物体与网络相连接，物体通过信息传播媒介进行信息交换和通信，以实现智能化识别、定位、跟踪、监管等功能。

     “RFID技术”是实现物联网的关键技术，为自动识别技术的一种，在实际应用中又被称为无线射频识别技术。通过无线射频技术进行非接触式的双向通信对RFID电子标签进行识别读写，从而达到数据交互的目的。识别过程无须人工干预即可完成物品信息的采集与传输，进而实现对物品的透明化追踪与管理。“RFID技术”被称为 21 世纪最具发展前景的技术之一。

图1   RFID系统结构

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    RFID的历史可算“老兵新姿”，RFID并不是一个崭新的技术，RFID在历史上的首次应用可以追溯到第二次世界大战期间(20世纪40年代)，其当时的功能是用于分辨敌方飞机与我方飞机。20世纪70年代末期，美国政府通过 Los Alamos 科学实验室将RFID技术转移到民间。RFID技术最早在商业上的应用是在牲畜身上。20世纪80年代，美国与欧洲的几家公司开始生产RFID标签。当前，RFID技术已经被广泛应用于各个领域。RFID技术发展历程如表1所示。（以上叙述出自《RFID原理与应用(第2版)》）

表1   RFID技术发展历程

02  工作原理

    射频标签与读写器之间通过天线架起空间电磁波的传输通道。射频标签与读写器之间的电磁耦合包含两种情况，即近距离的电感耦合与远距离的电磁耦合。

    在电磁耦合方式中，读写器的天线将读写器产生的能量以电磁波的方式发送到定向的空间范围内，形成读写器的有效识别区域。位于读写器有效识别区域中的射频标签从读写器天线发出的电磁场中提取工作能量，并通过射频标签的内部电路及标签天线将标签中存储的数据信息传送到读写器。

    在射频识别系统工作过程中，空间传输通道中发生的过程可归结为3种事件模型：数据交换是目的，时序是数据交换的实现形式，能量是时序得以实现的基础。射频识别系统模型如图2所示。

图2   射频识别系统模型

03  建造应用场景

    在工程建设行业中，“RFID技术”被广泛应用于物资管理、劳务管理和质量控制等多个方面，可以有效解决传统依赖人工巡检及盘点的方式在“实时追踪定位、多目标识别、自动检测与监控”等方面的不足，进而实现高效管理。下面，我们一起来看看都有哪些应用场景吧！

物资管理上的应用

    RFID系统的架构和工作流程使得物资管理变得更加智能和高效。通过自动识别和实时数据传输，建筑行业可以实现更精确的物资管理，减少人工操作错误，提高项目进度和成本控制的效率。

(1)系统架构

   ①RFID标签：物资上附着的 RFID 标签，嵌入了微型芯片和天线。这些标签存储着物资的相关信息。

    ②RFID读写器：读写器通过发射射频信号来激活附近的 RFID标签，并读取标签中的数据。读写器还可以写入新的数据到标签中。

    ③中央数据库：所有从RFID标签读取的数据都存储在中央数据库中。数据库包含物资的信息、出入库记录、位置等。

    ④数据处理系统：数据处理系统负责对从标签读取的数据进行处理和分析。它可以根据需求存储数据、更新数据、生成报告等。

(2)应用实例

   项目背景：某大型基建公司负责多个工程项目的物资采购、调度和使用。由于项目规模庞大，物资管理面临混用、错误等问题，影响了工程进度和成本控制。

    解决方案：该公司引入RFID技术来优化物资管理。每个物资都贴有RFID标签，通过在不同环节使用RFID读写器，实现物资的自动识别、实时更新和追踪。

    对比物资盘点时间，传统的人工盘点平均每次盘点需要花费8h；而使用RFID技术，平均每次盘点仅需要花费2h。通过比较盘点时间的变化便可以计算出RFID技术在盘点效率方面的提升比例。优化效果见表2。

表2   优化效果对比表

劳务管理上的应用

图3   劳务一体化管理平台

    RFID技术使得劳务人员入场信息、工日统计清晰，劳务管理效率提高，入场只需录入一次信息，在项目全过程共享；每日考勤采用自动化手段，防范人为篡改；工资发放与考勤相对应，避免劳务虚报；通过定位了解劳务人员施工动态，提升施工效率，保障施工安全。
(1)技术介绍   系统基于IoT开发，运用人脸识别、RFID、IC卡等技术，核验项目工地人员身份信息，打造集实名制、考勤、工资、教育等于一体的人员信息化管理平台，如图3所示。有效避免劳务纠纷，规范人员行为，落实工地教育，保障封闭施工。
(2)技术要求   主要设备：人脸识别设备、闸机设备，实名制管理软件等。

质量控制上的应用

图4   生产线的改装简要示意图

    基于RFID技术的生产管理系统通过在预制混凝土构件中植入RFID芯片，对预制混凝土构件进行实时监控，记录生产过程中关键工序的数据，做到从原材料到生产过程，再到实际应用全生命周期的监控。
(1)技术介绍    利用RFID芯片对预制混凝土构件进行全生命周期的监控，具体流程如下：    ①基础信息的输入：资料员在生产前，将生产原料的检验检测报告、生产配合比检验报告、生产计划等基础材料扫描成电子资料，上传至ERP系统（企业资源计划即ERP (Enterprise Resource Planning)）。    ②生产过程的数据采集：将RFID标签固定在钢模上，生产时随钢模进入各工位，各工位加装的RFID读取器感应到相应RFID标签记录相应的时间；进入养护窑后，开始采集养护窑各阶段的温湿度，出窑后进行脱模。    ③脱模后的预制混凝土构件，在吊运至养护池养护前，将该构件的所有生产信息通过NFC读写器（Near Field Communication，意为近距离无线通讯技术）写入芯片，芯片固定至构件中随构件吊运至养护池，养护结束后吊运至堆场。    ④构件出堆场后，安装至相应建筑工程中，可使用NFC读写器或带有NFC功能的设备随时读取该构件的生产信息，进行实时监控。
(2)应用实例   福州一家地铁管片生产厂商的生产线进行了改造，在浇筑前、进入坑道前、进入蒸养窑前均加装了RFID读卡器，蒸养窑升温、恒温、降温区均加装温湿度计，每个钢模上固定了RFID标签。具体改造情况如图5所示。

图5   管片生产线改造示意图

(3)应用效果    基于RFID技术的芯片在实际信息采集过程中，数据采集及时、灵敏、准确度高、耐久性强，可很好应用于管片生产过程各工位信息采集。    经过RFID技术管理系统的使用，福州地铁3家管片生产厂商均提高了对生产线的管理水平，由于本系统将采集的数据实时上传至指定服务器，杜绝了管片生产厂商修改数据的可能性，方便了福州地铁建设工程质量安全监督站对管片生产方进行监管；同时，由于各类资料电子化，生产线模拟化，方便了管片生产厂商对管片生产进行监控，对故障进行快速定位，大大提高了生产效率及产品合格率。

    在我国建筑工程施工管理向信息化、智能化转型的过程中，RFID（无线射频识别）技术作为一种高效的数据采集与管理手段，以其独特的非接触式、远距离、快速读取以及大容量数据存储等特点，极大地提升了工程建设管理的效率和准确性。相信随着技术的不断突破和应用场景的持续挖掘，未来RFID技术将在更多领域发挥越来越重要的作用！