钢构建材构件吊装作业之三阶段概念验证

RFID基本特质为无线电波，易受金属干扰。尤其是UHF频段之无线电波RFID标签，若未经特殊设计，其读取效果极差。构件以钢为材质，若想要在钢质构件之施工场合中应用RFID，钢质构件对RFID效能之影响，为必须了解与克服之问题。 

基本性能测试 

前提： 

1、RFID标签种类很多，本次验证测试以钢构建材为主，故使用金属表面专用标签。目前市面上仍无混凝土专用之标签，故混凝土测试亦采同样之标签。  
2、基本性能测试时尚未安装RFID标签于应用物体(钢构、混凝土)上，测试四周环境无其它无线电波源，或其他足以干扰、反射电波之物件。 
3、由于RFID标签与reader之相对角度会影响其读取效能，测试时，采水平及垂直两种方式测试。 
4、典型之RFID reader完整场型为一3度空间之梨型。限于本次测试之设备及器具，无法量取完整之场型。故采水平面及铅直面上之场型为代表。 

验测内容 

1、基本场型测试 
将tag及reader置于无干扰及障碍之环境下，测试其无线电反射场型(Profile)。 

图1、 无线电反射基本场型 

由于完整3D场型测试不易，故以X-Y 平面及X-Z平面各取7点量测其最大可读取位置来描绘其大致场型，如上图所示。测试固定式reader时，固定reader然后移动tag；测试手持式或PDA reader时，固定tag然后移动reader。读取时，reader 及 tag 间采最佳之相对角度。测试时，reader/tag不应接触地面，以避免地面干扰。 

量测方式如下图所示(以X-Y平面为例)： 

以reader表面为原点，沿X-轴方向量取第一点，为X方向最大可读取距离L。沿Y-轴方向量在1/4L、1/2L、3/4L位置，取Y-轴方向量最大可读取点。 

图2、基本场型量测点 

2、基本写入测试 

将tag及reader置于无干扰及障碍之环境下，测试其资料写入之效能。测试固定式reader时，固定reader然后移动tag，测试手持式或PDA时，固定tag然后移动reader。不考虑场型，每个Tag至少写入20次以测试写入之成功率。  

结论 

1、就基本场型测试结果来看，固定式reader之读取距离远大于手持式reader。在可读取之距离内，其读取范围亦较手持式来得大。 
2、就 ISO规格及EPC Gen2规格之结果来看，EPC Gen2规格之效能亦远较ISO规格之效能为佳。 
3、同一reader，读取之范围均大于写入之范围。 
4、标签与reader相对之方向角度对读取范围有相当大之影响，若方向不对，则其效果将大幅降低。 

验证系统测试分析
 
验证需求功能评估 

本验证利用RFID技术，建立钢构吊装监控管制架构与作业内容，以收集、管理及整合各阶段资讯，有效提升吊装作业施工效率。因此，必需建立一套RFID钢骨吊装时程监控资讯整合系统，来控管所有相关事项，包括： 构件进场作业、吊装准备作业、构件吊装作业、构件安装作业、进度控管作业等。为支援上述作业，所需相关之功能分述如下： 

1、无线传输系统之运用 
有鉴于营造工地施工环境不佳，基地面积往往有一定之规模，而工程施工面随着施工进度、作业项目的推展，而成水平面与垂直面之变动，使得工地现场资料来源，不断随着工程进度在改变。资料输入辨识与传输若是透过线路传送往往易造成中断与不便，尤其是经常性移动之机具或物料，其资料传输更为不易。在这种情况下，必须采用无线传输系统来处理工地各作业之相关资料。 

2、基本资料库 
吊装作业之各项基本资料，必须先建立于系统中来比对控管。这些资料在后续之作业中，可能会被修改更新。所储存之各项基本资料，包括属于专案之基本资料(如专案名称、代号、起始日期、完成日期、工作项目、进度等)，构件之基本资料(规格、编号、ID、吊装日期、次序…)等。 

3、专案管理 
以每项吊装工程作为一个专案，作为后续所有作业管理之基础。专案管理模组提供使用者新增、开启、修改工程专案之功能，以及构件时程资料、图形资料与系统资料库之间连结等相关设定，以供系统后续进行吊装作业之运作。 

4、排程与进度监控 
每项吊装作业必须先进行吊装方式及吊装次序之规划。使用者进行吊装作业排程规划后，实际吊装施工时即按照该规划进行吊装作业。同时，吊装作业之预定时程与实际进度，也必须能加以控管，施工人员也能随时查询及更新施工进度。 

5、吊装作业 
施工人员于工地现场，透过操作简易之介面，以reader读取构件上Tag，进行构件之登录、确认、构件基本资讯查询、储存区域及吊装位置查询、进度回报等工作。 

6、图形化介面 
提功使用者简易之图形介面，将吊装作业与图形显示查询整合在同一操作介面下，供管理者直接以图形点选方式进行吊装作业或进度查询。 

验证系统架构 

依现场吊装作业管理需求，施工时程监控管制架构如下图所示： 

图3 、验证系统架构 

在此架构下，工地现场远端资料为分散收集方式，再透过无线传输，将资料传至现场管制中心，进行构件查询与现场吊装即时监控。此作业架构包含二部份：「现场管制中心」之建置及「钢骨构件资料收集」，分述如下： 

1、现场管制中心 
设置于工地办公室内，工地现场构件tag资料，经RFID Reader读取后，以无线电波传递方式将所读取之构件码传回，存入资料库中，以便进行后续之构件吊装控管相关作业。此中心为构件码资讯读取、传递与输入查询之伺服端，亦为「RFID钢骨吊装时程监控资讯整合系统」之管制中枢。
 
2、钢骨构件RFID资料收集 
在资料来源处使用手持式reader读取或手动输入构件码后，即时以无线电波传输至现场管制中心。本架构中，构件码资料来源分别应用在「工地出入口─构件入场登录」与「工地构件储存区─构件预备吊装登录」两个阶段。资料收集时，首先使用RFID reader读取构件上之tag，经由无线网路传输，构件码资料传回主电脑，以进行后续之资料搜寻及监控作业。 

就以软体本身架构来看，系统分成「对话介面」、「资料管理」与「模式管理」三部分如图4所示： 

1. 对话介面「对话介面」系使用者与系统间沟通之主要管道，亦称之为「使用者介面」(User Interface)，设计时系从使用者的角度来建构系统，以确保使用者操作时之亲善性，同时有效地传达控制指令与变数。

图 4、吊装监控系统架构

2. 资料管理 
系统之文字及数值等资料均是以资料库的形态储存，并且以关联式资料库(Relational Database)来连结不同资料库间的资料，再运用资料库结构式查询语言(Structured Query Language, SQL)，以Select、From、Where、Order By等组合子句进行存／取、查询、修改、删除及新增资料库中的资料，进而达到资料管理的功能。  

3. 模式管理 
系统之模式均以模式库的形态存在，而且各个模式均可配合资料的改变来更新模式中的参数，使模式能够因应现实状况的改变，同时亦可反复执行指定模式，确保使用者可以得到所需之决策支援，进而达成模式管理的功能。系统目前之模式有： 吊装作业、专案管理、排程与进度监控及图形化吊装作业。 

一、 验证系统布署 

「现场管制中心」其所需硬体设备，如图5所示：RFID钢骨吊装时程监控资讯整合系统于主电脑中执行，主电脑连接网路系统。无线网路基地台亦连接网路系统，作为与手持式读取器连接之通道。

图 5、现场管制中心硬体设备

「钢骨构件资料收集」其所需硬体设备，如图6所示：

其中无线网路基地台须先行架设，手持式读取器以其本身之无线通讯功能透过无线网路基地台，与主电脑沟通。验测之对象为大小不等之结构用钢梁，并将RFID标签贴附于钢梁之腹部及翼部。此外，于混凝土试体中不同位置，植入RFID标签，再进行验测。

图6、钢骨构件资料收集所需硬体设备