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系統識別號 U0026-0701201514060800
論文名稱(中文) 無線射頻辨識技術(RFID)應用於建材管理策略之研究
論文名稱(英文) A Study on the Radio Frequency Identification Technology Applied in Building Materials Management Strategy
校院名稱 成功大學
系所名稱(中) 建築學系
系所名稱(英) Department of Architecture
學年度 103
學期 1
出版年 104
研究生(中文) 江逸章
研究生(英文) Yi-Chang Chaing
學號 N78961141
學位類別 博士
語文別 中文
論文頁數 160頁
口試委員 指導教授-曾俊達
口試委員-賴啟銘
口試委員-林子平
口試委員-邵文政
召集委員-林芳銘
中文關鍵字 無線射頻辨識技術  智慧建築  建築生命週期  建材管理 
英文關鍵字 Radio Frequency Identification Technology  RFID  Building material  Construction management 
學科別分類
中文摘要 無線射頻辨識技術(Radio Frequency Identification, RFID)名列21世紀十大重要技術之一,此項技術之核心概念,即為一種RF無線電波辨識物件的自動辨識技術,主要原理係利用讀取器(Reader)發射RF能量訊號讀取植入貼附在物件上之電子標籤(Tag),進行無線資料辨識及擷取之工作。而「建築」是門綜合性的應用科學,包含了藝術、美學、歷史、技術、工法、構法、環境控制等,最終的產品以建築體的方式呈現。「管理」的基本意涵,泛指「管理人員經由他人的勞心或勞力,以完成目標的一系列活動。」伴隨著科技發展,全球建築產業亦可以慢慢感受科技浪潮襲來。以建築生命週期觀點,從規劃、設計、施工、使用乃至拆除各階段,都開始運用大量的電腦科技,無論是電腦輔助設計、BIM、成本分析、電腦模擬、智慧建築維運管理…等。在建築生命週期中的各階段都可見到這些技術的反覆應用。而在台灣,建築相關產業亦在此波科技的洪流中,也正逐步向電腦化、資訊化靠攏。
以建築生命週期而言,所謂「智慧化」或許包含前期的規劃、設計,例如電腦輔助設計、BIM等相關應用;以及建造完成後使用管理階段,例如中央監控管理系統,能源管理系統、智慧化室內空氣品質管理系統等。但,真正與施工過程的智慧化管理相關論述或研究卻著墨甚少,表示,在施工階段大多數的管理技術仍停留於傳統的工地管理模式,依各大建設公司或營造廠既有的管理方法進行管理。因此,為使「智慧化」能夠貫穿建築物生命週期全程,本研究嘗試將針對建築材料管理應用智慧化技術,即無線射頻辨識技術在建築生產過程中之管理策略進行探討,希望藉由本研究,提供建築生產及施工過程中對於建材管理,能夠有一更具效率及簡便之管理方式,減少人力及物力的消耗,提高材料管理的精準程度。
在全球共同面對氣候變遷及地球暖化的趨勢下,為減緩暖化及降低氣候變遷影響程度,建築業也不缺席地開始興起低碳建築、綠建築思潮;另,拜資訊科技的大躍進,建築業也開始希望藉由導入IT、ICT等相關技術,俾使建築達到智慧化的程度,於是綠建築與智慧建築儼然成為21世紀新建築顯學,其最終目的,直指低碳與永續。
其中,在智慧建築的部份,為營造更人性化的空間,使得建築物的使用者生、心理獲得滿足感,是建築專業長久以來追求的理想。我國內政部建築研究所長期推動「智慧建築」,即是以達成「人性化空間」目的為出發點,善用台灣資通訊科技產業優勢,期盼透過建築與資通訊技術的整合,進一步發展出具有前瞻性、時代性的優質建築技術,同時也能夠促進台灣科技產業的發展。「智慧建築」是融合建築設計與資通訊主動感知與主動控制技術,希望達到安全、健康、便利、舒適、節能,營造人性化的生活空間為其訴求之目標。
營建產業產出多半屬於高成本、高耗能的型態,有必要導入新型技術來降低資源耗費。以一般建築特性而言,需求之材料大多都是樣式繁雜且數量繁多,於現場點收材料、監控、使用、庫存查核皆須耗費人力物力及時間。目前RFID技術應用在建築產業上,大多在2000年以後開始,主要運用在「營建施工品質及進度管理」、「施工安全管理」及「物料管理」等三部分。若用建築生命週期之觀點,則主要運用在「施工」階段,但較缺乏材料管理之相關論述。一般建築現場,材料樣式繁雜,加上施工機具設備價值不菲,若能夠在其中的任何部分導入RFID技術,應對於效率提升有正面助益。基於RFID未來的發展潛力,本研究認為若能將其導入建材管理,對於「管理」及提昇「效率」將會有相當大的助益。
在本研究所設定之實驗設備條件下,實驗結果發現,RFID技術實際空間之反應與理論值明顯有差異,Tag的辨識能力由組成系統的眾多因素決定,表示電波在傳遞之過程中,確定會受到環境因素所影響;包含材料、相距距離、Reader天線與Tag天線運動方向及角度、RF傳輸功率、金屬材料對於電波之吸附導致讀取失敗、環境中的雜訊對於辨識正確性的影響、空間形式對RF訊號能量反射影響、多個Tag所產生之訊號碰撞等。
經實結果分析,RFID系統在實體空間應用,在本研究所選用之設備及空間之條件下,當距離為12 cm~175 cm時,Tag與Reader間相對角度影響情況最小;而當相對角度控制在90°時,可讀取的距離最長,辨識距離將隨偏移角度的增加而減少。最佳辨識之範圍可歸納為讀取距離為150 cm、Reader與Tag相對角度為30°~150°之扇型區域。因此,未來RFID系統應用於材料管理時,應以移動式Reader為主,採移動讀取。經由實體空間實驗結果證明,移動式Reader可讀取距離與角度對於未來實際應用於未來建築材料之管理已可滿足實際需求。
未來於建材管理上之運用,可考慮利用建材本身之計量單位進行系統規劃,例如較常見之「盒」、「箱」、「捲」都是非常適合應用RFID系統進行智慧化管理之計數單位。雖說以RFID系統之編碼方式,足以提供現場材料「逐一」編號,但就管理層面而言,此舉並不具有效用,且與工地現場實際狀況不符。當Tag數量過多時,依TDMA(分時多工)的方式,將可能使讀取時間增加,及可能導致RF訊號碰撞問題。
英文摘要 SUMMARY
In recent years, Radio Frequency Identification (RFID) has been considered an important technology affecting the development of industries around the world and is valued in many fields. In the construction industry, RFID benefits construction engineering and management by improving efficiency and control. This study describes the influence of combination manners of RFID and building materials on RFID system recognition by identifying appropriate combination manners and tag space layouts. The main study results include (1) building materials' influence on effects of RFID, (2) readable distance between tags and readers, and (3) electronic wave penetration of passive tags. Limitations of the RFID applications on material management were also identified.
論文目次 目錄 I
表目錄 III
圖目錄 V
第一章 緒論 1
1-1 前言 1
1-2 研究目的 2
1-3 研究方法與流程 3
1-3-1 研究方法 4
1-3-2 研究流程 5
第二章 文獻回顧 7
2-1 無線射頻辨識(Radio Frequency Identification,RFID)技術原理 8
2-1-1 無線射頻辨識技術介紹 8
2-1-2 無線射頻辨識系統組成及型式 9
2-1-3 無線射頻辨識系統與條碼系統 15
2-2 無線射頻(Radio Frequency Identification,RFID)系統特性及應用範圍 19
2-3 國內相關研究及文獻 23
2-3-1 營建供應鏈管理 23
2-3-2 設備節能系統管理控制 24
2-3-3 居住空間品質提升 26
2-3-4 空間追蹤、定位技術 27
2-3-5 電波傳遞模式驗證 30
2-3-6 RFID系統訊號碰撞問題 31
2-4 國外相關研究及文獻 36
2-5 RFID相關規範 39
2-5-1 ISO國際規範 39
2-5-2 我國國家通訊傳播委員會(National Communications Commission (NCC))規範 43
2-6 小結 51
第三章 實驗設計 53
3-1 實驗探討對象分析 57
3-2 實驗規劃設計 61
3-2-1 單一標籤不同材料、距離、角度實驗 61
3-2-2 標籤重疊實驗 61
3-2-3 多標籤識別實驗 62
3-3 實際室內空間實驗規劃 63
3-3-1 實際空間基礎實驗 65
3-3-2 第一階段實際空間實驗 66
3-3-3 第二階段實際空間實驗 67
3-3-4 第三階段實際空間實驗 68
3-4 小結 68
第四章 實驗結果分析討論 69
4-1 實驗結果討論 69
4-1-1 單一Tag不同材料、距離、角度實驗結果 69
4-1-2 Tag重疊實驗結果 81
4-1-3 多Tag識別實驗結果 83
4-2 實際室內空間實驗結果 93
4-2-1 基礎實驗結果與討論 93
4-2-2 第一階段實驗結果與討論 99
4-2-3 第二階段實驗結果與討論 102
4-2-4 第三階段實驗結果與討論 105
4-3 小結 107
第五章 結論與建議 109
5-1 結論 109
5-2 後續研究建議 111
參考文獻 113
附錄一 第一階段實驗數據表 119
附錄二 第二階段實驗數據表 145
附錄三 第三階段實驗數據表 149
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