基于RFID和ARM系统的大型建筑施工现场管理系统的设计
时间：10-02
整理：3721RD
点击：
大型化智能化建筑工种多、技术高且管理体系庞大，管理体系包括安全管理、材料管理、资产管理和档案管理等。文中采用新兴射频识别(RFID)技术，可实现大型建筑施工现场的精细化管理。并大幅提高工作效率，节省了材料、人力和时间。
关键词RFID；嵌入式系统；大型建筑；施工管理
随着科技的进步和社会的发展，建筑业朝着大型化和智能化的方向迈进。体积大、工种多、技术高、施工难度大的项目越来越多，因此对管理模式提出了更高的要求。基于ARM微处理器和射频识别(RFID)技术的嵌入式系统广泛应用于生产、交通、物流、运输、跟踪、资产管理等各种场合，将此技术应用于大型建筑施工现场管理，可实现电子化、网络化、科技化的精细管理。
1 施工现场智能化管理系统整体结构
射频识别技术(Radio Frequency Identification，RFID)，是20世纪90年代兴起的一种非接触式自动识别技术。其利用射频信号进行非接触双向通信，以此来自动识别目标对象并获取相关数据。无线射频识别技术具有精度高、环境适应性与抗干扰能力强、操作便捷等优点。
嵌入式系统即嵌入式计算机系统，其应用范围可大致分为两大类：一类是电子系统的智能化，如工业控制、现代农业、家用电器、汽车电子、测控系统等；另一类是计算机应用的延伸，如MP4、手机、通信等。
该大型施工现场智能化管理系统，是将32位ARM嵌入式处理器与射频识别技术相结合的应用。系统主要由电子标签以及读卡系统、ARM开发板、计算机服务系统等组成。RFID技术用以实现针对每个个体的信息获取。RFID系统由读卡器、电子标签和上层应用软件组成。嵌入式系统利用ARM芯片的片上资源，实现读卡、显示、报警、监控及通信等功能。ARM控制器可采用意法半导体的STM32系列、飞思卡尔的MCF5223x系列进行开发。射频识别系统较多公司均有配套产品，例如国内的深圳永道公司、德力森公司，以及国外的盖博瑞尔公司等。
电子标签有纸片型、卡片型等，形状可根据要求设计。当贴有电子标签的物体靠近读卡器时，经射频识别系统读出信息码，由ARM控制器进行信息处理并作出相应的控制。通过网络通信将信息传至上位机，由上层管理软件对数据进行存储和管理。若连接互联网还可追溯材料来源信息。智能化管理系统整体结构如图1所示。
2 采用RFID智能安全管理系统
2．1 提升安全措施，加快建设速度
建筑工程通常分包项目较多，牵涉土建、机电安装、装修工程和钢结构等。每项进出的相关人员较多，各类车辆运输频繁。RFID技术具有识别高速运动物体的能力。向施工人员和车辆分发RFID卡或钥匙标签供进出施工场地使用，人员和车辆出入无需停留，当其即将到达工地门口时，固定在门口处的读卡器将立刻获得信息并传送给ARM控制中心，由上位机进行比对，确认无误即自动放行。利用不停车出入管理，减轻了门卫的工作量，并大幅缩短了运输车辆的进出速度，加快了建设进程。由于RFID的智能安全系统可同时读卡，且具有防撞能力，故不易出现差错，只需配备一名门卫统筹负责即可。同时使用RFID追踪系统来记录卡车到达和离开工地的情况。用户可迅速地了解项目的进展及其效率。
基于ARM和RFID的智能安全系统，在要求较高的场合，可采用“射频识别+指纹识别”、“射频识别+摄像”、“射频+指纹+摄像”等监控模式。当问题人员经过时，即触发报警。
2．2 RFID技术进行材料追踪和单件管理
RFID技术可实现无磨损非接触式阅读，电子标签的使用寿命可长达约10年，读写次数约达10万次。射频电子标签可根据用户需求扩充到几十kbit。且标签内数据可更新，而条形码是只读的，一经打印生成便不可更改，因此RFID系统的电子标签适合存储大量数据或物品上所储存的数据需经常改变的情况下使用。对于工地上的材料，可将整批同时通过阅读器区域，对相关信息进行采集时，无需采用条形码技术一样进行拆分整理，再逐件录入。同时也可在单个材料上贴入电子标签，例如某根钢筋上贴入电子标签，经读卡器即可显示此钢筋的生产厂家、生产批次、质检情况，节省了人力资源。信息进入后台服务器内，可在信息库中输入该根钢筋去向。
大型建筑工程涉及工程种类多，材料类型，材料批次均较多且资产管理、档案管理繁琐的特点。采用RFID技术对材料管理，可标记和监测贵重物品，检测篡改或未经批准的行动，从而控制管理并降低成本。确保准确和及时地供货，避免了不必要麻烦或额外工作量。同时加强
供应与项目规划保持一致，从而在整个项目过程中减少劳动力的成本并避免违规受处罚。减少工厂和施工现场的缓冲库存量，及时处理货物缺损和各项索赔款项。
2．3 RFID技术进行施工现场流程管理
建筑质量的优劣关系到人身和财产安全。从物资采购再到工程建设到最终的质量检查，整个过程都需要大量的信息管理，故数据存储量大，而RFID技术符合该种需求。通过射频识别进行海量数据采集，再由后台计算机进行管理。
RFID技术还可实现不成形材料的信息管理。如混凝土材料，其不仅对每批混合比例的具体数值有所记录，建设者还可在混凝土中嵌入有源RFID标签与温度传感器，以便轻松准确地监测固化过程。凝固后，检测人员通过手持读卡器读出信息码，由后台服务器获得针对该信息码的混凝土固化数据，其中包括：生产厂家、资质证书、安全证书、生产日期和生产质量等信息。与传统的管理模式相比，该方法节约时间，并以每个RFID标签编号的唯一性来识别，以创建报告和进行统计分析。
在建筑市场竞争日益激烈的环境下，由RFID技术支撑的管理系统，可通过数据说明建筑质量，淘汰不顾质量压低造价的企业。同时采用该技术进行施工现场流程管理，能够加强并提高建设项目参与者对供应链的可视性和透明度，以此获得更准确的信息流。
2．4 采用RFID技术快速鉴定事故原因
采用RFID技术，在前期采购，中期建设，后期管理条理清晰，细化到位。庞大的数据资料都存储在后台服务器中，随时可以调用。建筑物交付使用后，一旦发生坍塌或是渗漏现象，通过查找资料便可迅速判断原因。对于电子标签保留的建筑，由于电子标签使用寿命长，通过手持带有通讯功能和显示屏的读卡器，在现场即可获得数据信息。
此外，RFID可实行资产跟踪，确保贵重资产的安全性及其最大利用率，减少建筑商和承包商的风险。RFID还可实现调度服务，RFID标签储存的维修信息自动与相应的机器和设备匹配，从而保证每台机器或设备均可得到相应的维护。
3 结束语
采用ARM的射频设别系统具有器件少、功能强、可靠性高等特点。利用RFID技术管理大型工地，能最大限度地提高现场施工人员的工作效率和建筑资源的利用率，并对材料运输过程中所需采集的基础数据进行分析、分类和统计，大幅提高了工作效率，节省了人力和时间，是未来建筑业的发展方向。
关键词RFID；嵌入式系统；大型建筑；施工管理
随着科技的进步和社会的发展，建筑业朝着大型化和智能化的方向迈进。体积大、工种多、技术高、施工难度大的项目越来越多，因此对管理模式提出了更高的要求。基于ARM微处理器和射频识别(RFID)技术的嵌入式系统广泛应用于生产、交通、物流、运输、跟踪、资产管理等各种场合，将此技术应用于大型建筑施工现场管理，可实现电子化、网络化、科技化的精细管理。
1 施工现场智能化管理系统整体结构
射频识别技术(Radio Frequency Identification，RFID)，是20世纪90年代兴起的一种非接触式自动识别技术。其利用射频信号进行非接触双向通信，以此来自动识别目标对象并获取相关数据。无线射频识别技术具有精度高、环境适应性与抗干扰能力强、操作便捷等优点。
嵌入式系统即嵌入式计算机系统，其应用范围可大致分为两大类：一类是电子系统的智能化，如工业控制、现代农业、家用电器、汽车电子、测控系统等；另一类是计算机应用的延伸，如MP4、手机、通信等。
该大型施工现场智能化管理系统，是将32位ARM嵌入式处理器与射频识别技术相结合的应用。系统主要由电子标签以及读卡系统、ARM开发板、计算机服务系统等组成。RFID技术用以实现针对每个个体的信息获取。RFID系统由读卡器、电子标签和上层应用软件组成。嵌入式系统利用ARM芯片的片上资源，实现读卡、显示、报警、监控及通信等功能。ARM控制器可采用意法半导体的STM32系列、飞思卡尔的MCF5223x系列进行开发。射频识别系统较多公司均有配套产品，例如国内的深圳永道公司、德力森公司，以及国外的盖博瑞尔公司等。
电子标签有纸片型、卡片型等，形状可根据要求设计。当贴有电子标签的物体靠近读卡器时，经射频识别系统读出信息码，由ARM控制器进行信息处理并作出相应的控制。通过网络通信将信息传至上位机，由上层管理软件对数据进行存储和管理。若连接互联网还可追溯材料来源信息。智能化管理系统整体结构如图1所示。
2 采用RFID智能安全管理系统
2．1 提升安全措施，加快建设速度
建筑工程通常分包项目较多，牵涉土建、机电安装、装修工程和钢结构等。每项进出的相关人员较多，各类车辆运输频繁。RFID技术具有识别高速运动物体的能力。向施工人员和车辆分发RFID卡或钥匙标签供进出施工场地使用，人员和车辆出入无需停留，当其即将到达工地门口时，固定在门口处的读卡器将立刻获得信息并传送给ARM控制中心，由上位机进行比对，确认无误即自动放行。利用不停车出入管理，减轻了门卫的工作量，并大幅缩短了运输车辆的进出速度，加快了建设进程。由于RFID的智能安全系统可同时读卡，且具有防撞能力，故不易出现差错，只需配备一名门卫统筹负责即可。同时使用RFID追踪系统来记录卡车到达和离开工地的情况。用户可迅速地了解项目的进展及其效率。
基于ARM和RFID的智能安全系统，在要求较高的场合，可采用“射频识别+指纹识别”、“射频识别+摄像”、“射频+指纹+摄像”等监控模式。当问题人员经过时，即触发报警。
2．2 RFID技术进行材料追踪和单件管理
RFID技术可实现无磨损非接触式阅读，电子标签的使用寿命可长达约10年，读写次数约达10万次。射频电子标签可根据用户需求扩充到几十kbit。且标签内数据可更新，而条形码是只读的，一经打印生成便不可更改，因此RFID系统的电子标签适合存储大量数据或物品上所储存的数据需经常改变的情况下使用。对于工地上的材料，可将整批同时通过阅读器区域，对相关信息进行采集时，无需采用条形码技术一样进行拆分整理，再逐件录入。同时也可在单个材料上贴入电子标签，例如某根钢筋上贴入电子标签，经读卡器即可显示此钢筋的生产厂家、生产批次、质检情况，节省了人力资源。信息进入后台服务器内，可在信息库中输入该根钢筋去向。
大型建筑工程涉及工程种类多，材料类型，材料批次均较多且资产管理、档案管理繁琐的特点。采用RFID技术对材料管理，可标记和监测贵重物品，检测篡改或未经批准的行动，从而控制管理并降低成本。确保准确和及时地供货，避免了不必要麻烦或额外工作量。同时加强
供应与项目规划保持一致，从而在整个项目过程中减少劳动力的成本并避免违规受处罚。减少工厂和施工现场的缓冲库存量，及时处理货物缺损和各项索赔款项。
2．3 RFID技术进行施工现场流程管理
建筑质量的优劣关系到人身和财产安全。从物资采购再到工程建设到最终的质量检查，整个过程都需要大量的信息管理，故数据存储量大，而RFID技术符合该种需求。通过射频识别进行海量数据采集，再由后台计算机进行管理。
RFID技术还可实现不成形材料的信息管理。如混凝土材料，其不仅对每批混合比例的具体数值有所记录，建设者还可在混凝土中嵌入有源RFID标签与温度传感器，以便轻松准确地监测固化过程。凝固后，检测人员通过手持读卡器读出信息码，由后台服务器获得针对该信息码的混凝土固化数据，其中包括：生产厂家、资质证书、安全证书、生产日期和生产质量等信息。与传统的管理模式相比，该方法节约时间，并以每个RFID标签编号的唯一性来识别，以创建报告和进行统计分析。
在建筑市场竞争日益激烈的环境下，由RFID技术支撑的管理系统，可通过数据说明建筑质量，淘汰不顾质量压低造价的企业。同时采用该技术进行施工现场流程管理，能够加强并提高建设项目参与者对供应链的可视性和透明度，以此获得更准确的信息流。
2．4 采用RFID技术快速鉴定事故原因
采用RFID技术，在前期采购，中期建设，后期管理条理清晰，细化到位。庞大的数据资料都存储在后台服务器中，随时可以调用。建筑物交付使用后，一旦发生坍塌或是渗漏现象，通过查找资料便可迅速判断原因。对于电子标签保留的建筑，由于电子标签使用寿命长，通过手持带有通讯功能和显示屏的读卡器，在现场即可获得数据信息。
此外，RFID可实行资产跟踪，确保贵重资产的安全性及其最大利用率，减少建筑商和承包商的风险。RFID还可实现调度服务，RFID标签储存的维修信息自动与相应的机器和设备匹配，从而保证每台机器或设备均可得到相应的维护。
3 结束语
采用ARM的射频设别系统具有器件少、功能强、可靠性高等特点。利用RFID技术管理大型工地，能最大限度地提高现场施工人员的工作效率和建筑资源的利用率，并对材料运输过程中所需采集的基础数据进行分析、分类和统计，大幅提高了工作效率，节省了人力和时间，是未来建筑业的发展方向。