黃 璟，魏國(guó)民

(1.蘇州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子與通信工程系，江蘇蘇州 215104;2.蘇州二建建筑集團(tuán)有限公司園區(qū)分公司，江蘇蘇州 215131)

隨著科技的進(jìn)步和社會(huì)的發(fā)展，建筑業(yè)朝著大型化和智能化的方向邁進(jìn)。體積大、工種多、技術(shù)高、施工難度大的項(xiàng)目越來(lái)越多，因此對(duì)管理模式提出了更高的要求。基于ARM微處理器和射頻識(shí)別(RFID)技術(shù)的嵌入式系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)、交通、物流、運(yùn)輸、跟蹤、資產(chǎn)管理等各種場(chǎng)合，將此技術(shù)應(yīng)用于大型建筑施工現(xiàn)場(chǎng)管理，可實(shí)現(xiàn)電子化、網(wǎng)絡(luò)化、科技化的精細(xì)管理。

1 施工現(xiàn)場(chǎng)智能化管理系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)

射頻識(shí)別技術(shù)(Radio Frequency Identification，RFID)，是20世紀(jì)90年代興起的一種非接觸式自動(dòng)識(shí)別技術(shù)。其利用射頻信號(hào)進(jìn)行非接觸雙向通信，以此來(lái)自動(dòng)識(shí)別目標(biāo)對(duì)象并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)。無(wú)線射頻識(shí)別技術(shù)具有精度高、環(huán)境適應(yīng)性與抗干擾能力強(qiáng)、操作便捷等優(yōu)點(diǎn)。

嵌入式系統(tǒng)即嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，其應(yīng)用范圍可大致分為兩大類:一類是電子系統(tǒng)的智能化，如工業(yè)控制、現(xiàn)代農(nóng)業(yè)、家用電器、汽車電子、測(cè)控系統(tǒng)等;另一類是計(jì)算機(jī)應(yīng)用的延伸，如MP4、手機(jī)、通信等［1］。

該大型施工現(xiàn)場(chǎng)智能化管理系統(tǒng)，是將32位ARM嵌入式處理器與射頻識(shí)別技術(shù)相結(jié)合的應(yīng)用。系統(tǒng)主要由電子標(biāo)簽以及讀卡系統(tǒng)、ARM開發(fā)板、計(jì)算機(jī)服務(wù)系統(tǒng)等組成。RFID技術(shù)用以實(shí)現(xiàn)針對(duì)每個(gè)個(gè)體的信息獲取。RFID系統(tǒng)由讀卡器、電子標(biāo)簽和上層應(yīng)用軟件組成。嵌入式系統(tǒng)利用ARM芯片的片上資源，實(shí)現(xiàn)讀卡、顯示、報(bào)警、監(jiān)控及通信等功能。ARM控制器可采用意法半導(dǎo)體的STM32系列、飛思卡爾的MCF5223x系列進(jìn)行開發(fā)。射頻識(shí)別系統(tǒng)較多公司均有配套產(chǎn)品，例如國(guó)內(nèi)的深圳永道公司、德力森公司，以及國(guó)外的蓋博瑞爾公司等。

電子標(biāo)簽有紙片型、卡片型等，形狀可根據(jù)要求設(shè)計(jì)。當(dāng)貼有電子標(biāo)簽的物體靠近讀卡器時(shí)，經(jīng)射頻識(shí)別系統(tǒng)讀出信息碼，由ARM控制器進(jìn)行信息處理并作出相應(yīng)的控制。通過網(wǎng)絡(luò)通信將信息傳至上位機(jī)，由上層管理軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)和管理。若連接互聯(lián)網(wǎng)還可追溯材料來(lái)源信息。智能化管理系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 基于ARM和RFID的建筑施工現(xiàn)場(chǎng)管理

2 采用RFID智能安全管理系統(tǒng)

2.1 提升安全措施，加快建設(shè)速度

建筑工程通常分包項(xiàng)目較多，牽涉土建、機(jī)電安裝、裝修工程和鋼結(jié)構(gòu)等。每項(xiàng)進(jìn)出的相關(guān)人員較多，各類車輛運(yùn)輸頻繁。RFID技術(shù)具有識(shí)別高速運(yùn)動(dòng)物體的能力。向施工人員和車輛分發(fā)RFID卡或鑰匙標(biāo)簽供進(jìn)出施工場(chǎng)地使用，人員和車輛出入無(wú)需停留，當(dāng)其即將到達(dá)工地門口時(shí)，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(jī)進(jìn)行比對(duì)，確認(rèn)無(wú)誤即自動(dòng)放行。利用不停車出入管理，減輕了門衛(wèi)的工作量，并大幅縮短了運(yùn)輸車輛的進(jìn)出速度，加快了建設(shè)進(jìn)程。由于RFID的智能安全系統(tǒng)可同時(shí)讀卡，且具有防撞能力，故不易出現(xiàn)差錯(cuò)，只需配備一名門衛(wèi)統(tǒng)籌負(fù)責(zé)即可。同時(shí)使用RFID追蹤系統(tǒng)來(lái)記錄卡車到達(dá)和離開工地的情況。用戶可迅速地了解項(xiàng)目的進(jìn)展及其效率。

基于ARM和RFID的智能安全系統(tǒng)，在要求較高的場(chǎng)合，可采用“射頻識(shí)別+指紋識(shí)別”、“射頻識(shí)別+攝像”、“射頻+指紋+攝像”等監(jiān)控模式［2］。當(dāng)問題人員經(jīng)過時(shí)，即觸發(fā)報(bào)警。

2.2 RFID技術(shù)進(jìn)行材料追蹤和單件管理

RFID技術(shù)可實(shí)現(xiàn)無(wú)磨損非接觸式閱讀，電子標(biāo)簽的使用壽命可長(zhǎng)達(dá)約10年，讀寫次數(shù)約達(dá)10萬(wàn)次。射頻電子標(biāo)簽可根據(jù)用戶需求擴(kuò)充到幾十kbit。且標(biāo)簽內(nèi)數(shù)據(jù)可更新，而條形碼是只讀的，一經(jīng)打印生成便不可更改，因此RFID系統(tǒng)的電子標(biāo)簽適合存儲(chǔ)大量數(shù)據(jù)或物品上所儲(chǔ)存的數(shù)據(jù)需經(jīng)常改變的情況下使用［3］。對(duì)于工地上的材料，可將整批同時(shí)通過閱讀器區(qū)域，對(duì)相關(guān)信息進(jìn)行采集時(shí)，無(wú)需采用條形碼技術(shù)一樣進(jìn)行拆分整理，再逐件錄入。同時(shí)也可在單個(gè)材料上貼入電子標(biāo)簽，例如某根鋼筋上貼入電子標(biāo)簽，經(jīng)讀卡器即可顯示此鋼筋的生產(chǎn)廠家、生產(chǎn)批次、質(zhì)檢情況，節(jié)省了人力資源。信息進(jìn)入后臺(tái)服務(wù)器內(nèi)，可在信息庫(kù)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(chǎn)管理、檔案管理繁瑣的特點(diǎn)。采用RFID技術(shù)對(duì)材料管理，可標(biāo)記和監(jiān)測(cè)貴重物品，檢測(cè)篡改或未經(jīng)批準(zhǔn)的行動(dòng)，從而控制管理并降低成本。確保準(zhǔn)確和及時(shí)地供貨，避免了不必要麻煩或額外工作量。同時(shí)加強(qiáng)供應(yīng)與項(xiàng)目規(guī)劃保持一致，從而在整個(gè)項(xiàng)目過程中減少勞動(dòng)力的成本并避免違規(guī)受處罰。減少工廠和施工現(xiàn)場(chǎng)的緩沖庫(kù)存量，及時(shí)處理貨物缺損和各項(xiàng)索賠款項(xiàng)。

2.3 RFID技術(shù)進(jìn)行施工現(xiàn)場(chǎng)流程管理

建筑質(zhì)量的優(yōu)劣關(guān)系到人身和財(cái)產(chǎn)安全。從物資采購(gòu)再到工程建設(shè)到最終的質(zhì)量檢查，整個(gè)過程都需要大量的信息管理，故數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量大，而RFID技術(shù)符合該種需求。通過射頻識(shí)別進(jìn)行海量數(shù)據(jù)采集，再由后臺(tái)計(jì)算機(jī)進(jìn)行管理［4-5］。

RFID技術(shù)還可實(shí)現(xiàn)不成形材料的信息管理。如混凝土材料，其不僅對(duì)每批混合比例的具體數(shù)值有所記錄，建設(shè)者還可在混凝土中嵌入有源RFID標(biāo)簽與溫度傳感器，以便輕松準(zhǔn)確地監(jiān)測(cè)固化過程。凝固后，檢測(cè)人員通過手持讀卡器讀出信息碼，由后臺(tái)服務(wù)器獲得針對(duì)該信息碼的混凝土固化數(shù)據(jù)，其中包括:生產(chǎn)廠家、資質(zhì)證書、安全證書、生產(chǎn)日期和生產(chǎn)質(zhì)量等信息。與傳統(tǒng)的管理模式相比，該方法節(jié)約時(shí)間，并以每個(gè)RFID標(biāo)簽編號(hào)的唯一性來(lái)識(shí)別，以創(chuàng)建報(bào)告和進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

在建筑市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日益激烈的環(huán)境下，由RFID技術(shù)支撐的管理系統(tǒng)，可通過數(shù)據(jù)說(shuō)明建筑質(zhì)量，淘汰不顧質(zhì)量壓低造價(jià)的企業(yè)。同時(shí)采用該技術(shù)進(jìn)行施工現(xiàn)場(chǎng)流程管理，能夠加強(qiáng)并提高建設(shè)項(xiàng)目參與者對(duì)供應(yīng)鏈的可視性和透明度，以此獲得更準(zhǔn)確的信息流。

2.4 采用RFID技術(shù)快速鑒定事故原因

采用RFID技術(shù)，在前期采購(gòu)，中期建設(shè)，后期管理?xiàng)l理清晰，細(xì)化到位。龐大的數(shù)據(jù)資料都存儲(chǔ)在后臺(tái)服務(wù)器中，隨時(shí)可以調(diào)用。建筑物交付使用后，一旦發(fā)生坍塌或是滲漏現(xiàn)象，通過查找資料便可迅速判斷原因。對(duì)于電子標(biāo)簽保留的建筑，由于電子標(biāo)簽使用壽命長(zhǎng)，通過手持帶有通訊功能和顯示屏的讀卡器，在現(xiàn)場(chǎng)即可獲得數(shù)據(jù)信息。

此外，RFID可實(shí)行資產(chǎn)跟蹤，確保貴重資產(chǎn)的安全性及其最大利用率，減少建筑商和承包商的風(fēng)險(xiǎn)。RFID還可實(shí)現(xiàn)調(diào)度服務(wù)，RFID標(biāo)簽儲(chǔ)存的維修信息自動(dòng)與相應(yīng)的機(jī)器和設(shè)備匹配，從而保證每臺(tái)機(jī)器或設(shè)備均可得到相應(yīng)的維護(hù)。

3 結(jié)束語(yǔ)

采用ARM的射頻設(shè)別系統(tǒng)具有器件少、功能強(qiáng)、可靠性高等特點(diǎn)。利用RFID技術(shù)管理大型工地，能最大限度地提高現(xiàn)場(chǎng)施工人員的工作效率和建筑資源的利用率，并對(duì)材料運(yùn)輸過程中所需采集的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、分類和統(tǒng)計(jì)，大幅提高了工作效率，節(jié)省了人力和時(shí)間，是未來(lái)建筑業(yè)的發(fā)展方向。

［1］王宜懷，陳建明，蔣銀珍.基于32位Coldfire構(gòu)建嵌入式系統(tǒng)［M］.北京:電子工業(yè)出版社，2009.

［2］李珍香，李國(guó)，李德興.基于ARM的RFID只能安全管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［J］.計(jì)算機(jī)工程與設(shè)計(jì)2010，31(12):2744-2748.

［3］姚漁衡.基于RFID的醫(yī)療治療系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)［D］.南京:南京大學(xué)，2012.

［4］儲(chǔ)百生.基于射頻技術(shù)的電廠檔案資料管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［D］.成都:電子科技大學(xué)，2011.

［5］金永鎬，邵奎軍.基于射頻技術(shù)的倉(cāng)庫(kù)火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)［J］.電子科技，2008(12):50-52.