钢构建材构件吊装作业之三阶段概念验证(二）

二、 系统测试分析 

就系统整体运作来看，成功之整体运作有几项重点： 

1、事先之准备工作 
整体来看，RFID之运作虽贯穿整个吊装作业流程，但其实RFID只是实际作业与吊装监控系统间之资料媒介而已。事实上，钢构吊装专案之建立与管控，乃是作业之核心。钢构必须根据建筑设计图进行规划，构件数量与次序、施工每天工作能量、以及工程施工进度等，均需考虑完备后，再进行规划。而RFID 之功能，则是在实践这些规划时，资料可以迅速之收集及确认，以保证实际执行与规划之一致。因此，事先之准备为运作成功之关键。 

2、上游钢构厂之合作 
流程始于上游钢构厂，钢构之原始编号是由钢构厂决定。钢构出厂之时间与其在厂内存放位置、时间，均由钢构厂本身管理。吊装规划完后，工地依进度向钢构厂订货，钢构厂则依订货量分期出货。而RFID标签之贴附与ID之建立，都必须在厂内完成。如果上游之钢构厂本身之管理系统能与吊装监控系统直接连线，则钢构出厂之时程、编号等，就可以很方便的在吊装监控系统内规划，钢构厂也容易配合标签之贴附，运作达到最佳效率。如果没有系统连线，或靠人工进行资料之传输沟通，甚或钢构厂本身没有配合之意愿，或没有可配合之运作管理系统，则运作之效果将大打折扣。 

3、资料库之更新维护 
系统资料之改变主要有两个介面，即属于server端的现场管制中心以及属于手持式reader之现场RFID资料收集端。这两者之资料必须一致。目前系统之架构，资料库是在server端，而现场手持式reader有一小型之临时资料库，由使用者透过无线网路进行两边资料库之同步。资料库同步之时机，通常在现场当批吊装作业之前进行，以取得最新资料。当天吊装完成后，应立即再度同步也维持资料之一致。一般而言，在吊装进行中，两边资料库就现行吊装构件状态及工程进度部份，会有一些落差。然而，以实际工程运作来看，应不致造成真正问题。 

4、无线传输之速度 
如上所述，由于资料库之同步是透过无线传输进行，当工程庞大时，资料量也大幅增加，势必花费相当时间。因此，无线传输速度为另一必须注意之因素。在系统程式设计之考量，应考虑如何了解资料库中资料变异部份，将资料同步之方式最佳化，以缩短资料库之同步之时间，避免使用者之困扰。 

5、使用者介面 
于server端的现场管制中心使用一般之电脑，故在图型介面之显示与操作并无困难。但在手持式reader端，由于画面较小，机体运算能力有限，图形画面之显示与操作，受到相当限制。只能就功能与操作便利性之间，作一妥协。在维持使用者便利之条件下，尽可能提供图形显示，让使用者不致于在全文字介面下操作，影响系统使用性能。 

实验室情境模拟验证 

情境模拟设计考量 

由于建筑工地现场环境复杂，很难在实验室中精确模拟。情境模拟之考量，以验证资讯流之贯通为重点，将应用环境单纯化，并假设无其它环境干扰。例如天候下雨之影响，工地灰尘土石、震动等因素，均不在考量之列。钢构建筑现场空间庞大，钢梁本身长度可能长达数公尺，均很难于实验室中复制。因此，钢构实际空间相对位置距离，也加以忽略。实际现场施工，可能有数百根构件，实验室亦仅取其少数为代表，并假设所有流程一致，无特殊变化。吊装虽是整个作业之核心，唯吊车本身之作业并不牵涉RFID之运作，故模拟中加以省略，并假设钢构吊升不会破坏RFID之标签。模拟中验测之构件并不实际升高移动，而以分次读取代表吊升前后。构件安装在实验室中亦予省略。现场将以无线网路传输资料，实验室中亦架设无线网路基地台来模拟，唯假设其通讯不会受到干扰，可顺利传输。标签贴于钢构之位置，以实验试室操作可即之范围内，并不考虑现场空间复杂之结构及可能之干涉。 

模拟情境流程 

模拟情境流程如下图所示： 

图7、模拟情境流程

模拟情境流程自构件出厂开始，由钢构厂厂管人员先行贴附标签，读取ID，建立钢构编号与RFID之关连，然后让构件出厂；构件进场时，再读取构件标签，建立构件储位关连；吊装准备则于伺服器端主电脑上查询构件吊装次序及储位等相关资料；构件吊升及构件安装之步骤则省略；最后读取构件并更新工程进度。情境模拟测试之架构，如图8所示： 

图8、情境模拟测试架构

验证结果分析 

1、由于在模拟状况下，钢构标签之读取，并无类似工地现场之位置限制，故读取上均无问题。 
2、资料库在伺服器端与reader端之同步，须透过无线网路之传输。在模拟200根构件状况下，可于一分钟以内完成。由于资料量不大，资料同步并不是问题。若在实际现场，资料同步时间将视钢构数量而定。对于大型建筑，钢构数量可能达数千根，如何改进资料同步之效率，将为未来之一重点。 
3、在模拟状况下，钢构之储位为假设，储位仍可建立查询，但无实际储位找寻之必要。 
4、整体资料之串流，从吊装计划之建立到钢构安装完成，在模拟状态下，均顺利完成。 

现场导入测试 

导入目标（KPI） 

1、消除吊装错误 
构件吊装过程中因构件外型类似，吊装前若不仔细检查确认，很容易造成错误。吊装一但发生错误，轻则浪费时间，重则影响工程进度，故消除吊装错误为首要目标。 
2、提高构件储存管理效率 
工地现场环境复杂，各种建材机具到处堆置，吊装前构件寻找成为一件浪费时间又无效率，故以RFID来提高构件储存管理，为另一目标。 
3、吊装进度即时回报 
吊装完成后，进度必须更新。以RFID来进行更新，可以作到即时、正确，消除时间落差与人为错误。 

测试内容 

1、专案设定与基本资料建立 
2、钢构出厂作业资料建立 
3、钢构进场作业之资料登录 
4、吊装作业资料登录与查询 
5、安装作业资料登录 
6、工程进度更新与追踪 

测试结果分析 

1、本次测试结果，在现场读取有效距离方面，大约均有20~30公分之距离。这样的距离在测试之各项作业中，均能满足作业操作之需求。 
2、在本次测试中，资料查询如下表显示：
 
表 1、资料查询测试结果  

测试结果显示构件资料之查询与资料之串连均无问题。由于本次测试所用构件数量有限，无法模拟大量资料之搜寻状态。然即使构件数量超过1000，以目前资料库效率来看，也应无问题。 

效益评估  

1、吊装作业之正确性 
一般建筑，除了工厂厂房以外，通常只有高楼层之建筑才会采取钢构建筑。构件之数量，视建物之大小，可以超过一千以上，大型建筑如台北101，可达数万根构件。构件吊装必须依工程进度事先作详细之规划。钢构厂也必须根据规划进度生产钢构，并且类似于 Just-in-Time之方式，于每天将钢构件运送至工地，等待吊装。通常工地面积有限，施工之各种建材机具，到处堆置。构件依预先排好次序，以吊车吊装。如果发生吊装错误，因构建中之当楼层通常不会有可放置构件之场所，只好把已吊装之构件吊下，再吊正确之构件。当楼层越高。吊升构件的时间就越长，吊装错误如果发生在高楼层，其浪费之时间及力气相当可观。由于钢构为建筑之主体架构，若钢构吊装作业延误，则后续所有作业均受到影响。构件中，有许多规格是相同的，可以互换。然而也因这样的原因，造成工作人员心理上的懈怠，没有认真核查构件之正确性，造成吊装错误。吊装错误如果在安装前发现，问题尚小，如果是安装后发现，甚至已经盖到更高楼层才发现，其后果当然是不堪设想。因此，以RFID来监控吊装作业，可以完全消除吊装错误的问题，确保构件吊装之正确性，其效益虽然并非可以直接反映在日常例行工作上，却是防止发生重大损失之方法。 

2、工地现场之构件管理 
工地现场不比一般仓储或物料存放区，可以有完整清楚之物料存放场地，工地往往是不平整之泥土地。工地本身又是施工场所，场地会随工程之进度而变化。构件自钢构厂运抵工地之时间，并非依固定时程，乃是根据目前施工进度，双方以电话联络。一旦运抵工地，往往迁就现场空间来存放。构件存放位置，多半并未回报管理中心。钢构目前虽有编号，但字体太小。工人多半以粉笔书写于其上，以便识别。构件露天堆放，粉笔很容易模糊消失。工人往往凭记忆到处寻找，浪费时间，又易出错。以RFID进行吊装作业监控，构件之存放位置可精确掌控，工人也无需辨识以粉笔书写之构件编号，省时省力，又不会出错，提升了工人作业的效率。 

3、施工进度之回报  
目前吊装工程之进度回报，是由领班在当天吊装完毕后也人工登记吊装之构件于纸面，再交回管理中心，管理中心据此以更新工程进度。这种方式，在时间上已有落差，且吊装现场位在高空，除了钢构本身无其它可用之空间，场地窄小危险，以人工进行登录动作，既不方便，也容易发生错误。以RFID进行进度回报，不但时间没有落差，操作也较方便，资料也无错误，对进度管理，有极大帮助。 

未来导入议题及建议 

1、上游厂商之整合 
在本次测试中，上游钢构厂并无相对应之管理系统，举凡构件出厂时间与专案时程之配合，以及构件编号与RFID编号之配合，均靠人工为之，影响流程与资讯之整合之效率。此外，钢构厂之大小规模不一，部份钢构厂会将除锈喷漆之工作，委托其它专业厂商进行。而RFID标签之贴附，将会转成在喷漆厂进行。这将造成构件处理流程复杂化，资讯与RFID作业之整合更加困难。 

2、现场作业人员之训练与配合 
国内之建筑业为相当保守之行业。从业人员之水准层次、产业自动化程度、对创新应用接受度均低于其它一般产业。建筑工地又比一般作业环境来得复杂危险，尤其钢构吊装至高楼层时，作业工人是否愿意携带体积大之reader，能接受增加作业程序之RFID读取，是否能正确操作reader，遇问题时是否能作出适当处置，reader临时故障时之应变措失，均是正式导入时必须克服的问题。除了操作之训练，观念之建立与即时之维护支援，恐怕更加重要。 

3、其它相关资料 
在本次测试中，RFID标签仅储存基本之构件资料。其它尚有许多相关之资料如出厂日期、制造厂商、施工日期、施工单位…等，均未写入，仅存于后端资料库中。未来应写入之资料为那些，由于维护应用模式尚未建立，所以目前仍无定论，未来可就此方面作进一步研究。
 
4、防火材料披覆后，将影响读取距离。 
由于防火材料披覆为吊装工程完工以后之工作，并不包含在吊装作业之中，故并非测试之重点。然而未来考量长期维护时读取之需求，是否对未来读取时造成影响尚待进一步研究。此外，由于建物主体完成后，使用单位通常会在钢构外加以装潢遮盖，对未来RFID标签之读取，造成另一个障碍。如何解决这类问题，也尚待研究。 

5、其它建筑施工与建材之应用 
本次测试乃针对钢构建材进行测试。然而建筑工法中，凡属于预造式工法之作业流程，与钢构吊装均极为类似。例如预铸混凝土建筑之施工，或玻璃帷幕外墙之施工，其作业方式均与钢构吊装相同。故可将钢构吊装监控之整套系统略加修改即可应用。当然RFID标签在不同建材之读取效能，会因建材之材质不同而受不同之影响，例如玻璃对无线电波就有相当之影响，故必须再作另外之测试。此外，其它室内装修建材之施工及管理，亦是未来可以进行之研究。 

6、混凝土专用标签 
在本次混凝土测试中，所使用之RFID标签为金属专用标签，并非针对混凝土设计。混凝土若是在标签之背面，则对RFID读取之效果影响不大。然若将标签埋入混凝土中，对RFID之读取效果有相当大之影响。针对混凝土之成份及特性，开发混凝土专用之RFID标签，可用于各种混凝土建材上，如道边石、枕木、预铸梁等，应有相当程度之市场。
 
7、混凝土试体强度 
混凝土试体埋入RFID标签后，视标签之大小、材质、埋入位置、深度、标签型状，对混凝土试体之强度，会造成不一之影响。一旦造成无法忽略之影响，则试体强度测试之结果必然不正确。设计一试体专用之标签及埋设位置，并以软体模拟计算其应力，再以实际实验去证明其对试体之强度不致产生影响，为另一值得研究之课题。 

8、UHF近场效应 
以近场效应(Near Field Effect)来读取之UHF规格之标签及reader近来颇受嘱目。过去一向认为在金属及含水之环境，HF为必然之选择。目前UHF EPC Gen2之标签虽然在各方面之表现比起EPC Gen1 优异许多，但对于含水份等特殊应用环境，仍有局限。近场效应之UHF标签，具有不输于HF之性能，且其频段与一般UHF相通，故引起相当重视。未来可以此作尝试。 

9、手持式reader之大小 
HF之手持式reader可以一般手机加上一片RFID卡，即形成reader，其体积相当小。惟其读取效果并不理想，而手机在建筑工地恶劣之环境下使用，恐怕容易损坏。本次测试所用之UHF手持式reader，效果较过去HF为佳，且为工业级使用，能抗摔防水，沙石泥浆，能克服工地环境问题。唯其体积较手机又大了许多。当现场吊装至高楼层后，工人在钢构上工作，身上配带大体积之reader，可能造成不便。期待将来reader的体积可以缩减到更小，使得携带更为容易，使用者也更易接受。  

结语 

RFID在建筑业之应用，在美日等国家中已逐步展开。建筑物构建过程，具有多单位、多元件整合之特色，再加上工地现场环境复杂，物料机具管控不易，造成建筑过程管控困难，营建品质难以掌握，成本也难降低。一般建物寿命少则数十年，多则超过百年。建筑施工时之原始资料，往往因年代久远而无法取得，造成维护上的困扰。如何运用现代科技，提升建筑施工品质，降低施工成本，缩短施工时间为目前建筑业之重要课题。钢构吊装作业，虽仅为建筑施工众多流程之一环，但在本计画所建立之经验，可以成为RFID应用在其它建筑施工作业流程之基础。以此经验，在建筑施工作业上，可扩展至其它种类之吊装、安装及组装施工；在不同之建材上，可扩展至玻璃、水泥、铝门窗之施工；在物料管理上，可扩及现场其它建材进场及临时储存区之管理。未来以本计画为基础，继续推展RFID在建筑领域之应用，当可成为国内建筑业提升品质，降低成本之利器。