無線射頻辨識(RFID)置入於營建材料與構件之應用研究-以混凝土工程為例

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(1)無線射頻辨識(RFID)置入於營建材料與構件之應用研究－以混凝土工程為例. 內政部建築研究所協同研究報告中華民國 96 年 12 月.

(2) 無線射頻辨識(RFID)置入於營建材料與構件之應用研究－以混凝土工程為例研究主持人：何明錦所長協同主持人：王隆昌副教授林祐正助理教授研究助理：梁家郡顏漢輝. 內政部建築研究所協同研究報告中華民國 96 年 12 月. i.

(3) 目錄摘要第一章緒論..............................................................................................................1 1.1 研究緣起.........................................................................................................1 1.2 研究目的.........................................................................................................2 1.3 研究範圍與限制.............................................................................................2 1.4 研究方法與流程.............................................................................................3 第二章文獻回顧........................................................................................................5 2.1 RFID 之介紹 ………………………………………………………...……5 2.1.1 RFID 之定義 ……………………………………………………….......…5 2.1.2 RFID 之原理 ……………………………………………………….......…5 2.1.3 RFID 之分類 ……………………………………………………….......…6 2.1.4 RFID 之優勢與特性....................................................................................9 2.1.5 RFID 系統之挑戰與限制..........................................................................11 2.2 RFID 之應用與發展..................................................................................13 2.2.1 RFID 應用範圍之介紹..............................................................................13 2.2.2 國內外 RFID 應用於各產業之現況.........................................................14 2.2.3 國內外 RFID 應用於營建產業之現況.....................................................17 2.3 小結............................................................................................................22 第三章實驗室規劃與設計......................................................................................23 3.1 實驗目的....................................................................................................23 3.2 實驗範圍與限制........................................................................................23 3.2.1 實驗範圍....................................................................................................23 3.2.2 實驗限制....................................................................................................24 3.3 實驗設計....................................................................................................24 3.3.1 配筋設計....................................................................................................24 3.3.2 配比設計....................................................................................................25 3.3.3 編號設計....................................................................................................26 3.3.4 實驗變數設計說明....................................................................................28 3.4 實驗材料與設備........................................................................................29 3.4.1 實體模型製作與材料................................................................................29 3.4.2 RFID 設備..................................................................................................30 3.5 實驗步驟與流程........................................................................................32 3.6 小結............................................................................................................34 3.7 實驗過程紀錄............................................................................................35 3.8 標籤讀取測試與實驗數據分析................................................................40 3.8.1 讀取率........................................................................................................40 ii.

(4) 3.8.2 實驗數據分析............................................................................................41 3.9 小結……………………………………………………………………….51 第四章現地實驗規劃與設計..................................................................................52 4.1 實驗目的………………………………………………………………….52 4.2 實驗範圍與限制………………………………………………………….52 4.2.1 實驗範圍………………………………………………………………….52 4.2.2 實驗限制………………………………………………....……………….52 4.3 實驗設計.....................................................................................................53 4.3.1 實驗工區………………………………………………………………….53 4.3.2 配筋設計……………………………………………....………………….54 4.3.3 編號設計…………………………………………..…..………………….57 4.3.4 變數設計………………………………………..……..………………….58 4.3.5 標籤植入與讀取說明………………………..………..………………….59 4.4 實驗材料與設備……………………………..…………..……………….60 4.4.1 RFID 設備...................................................................................................60 4.5 實驗步驟與流程.........................................................................................65 4.6 實驗過程紀錄.............................................................................................70 4.7 標籤讀取測試與實驗數據分析.................................................................76 4.7.1 讀取率.........................................................................................................76 4.7.2 實驗數據分析.............................................................................................77 第五章綜合分析....................................................................................................156 第六章結論與建議................................................................................................160 6.1 結論..........................................................................................................160 6.2 建議..........................................................................................................161 參考文獻....................................................................................................................162 附錄Ａ實驗數據附錄Ｂ實驗照片過程附錄Ｃ審查意見回覆附錄 D 專家訪談. iii.

(5) 表目錄表 2. 1 RFID 的操作頻帶與特性..................................................................................8 表 2. 2 RFID 與 Bar Code 比較表 …………………………………………………..10 表 2. 3 RFID 應用範圍與案例………………………………………………………13 表 3.1 混凝土配比設計................................................................................................25 表 3.2 編碼說明……………………………………………….……………………...26 表 3.3 低頻實驗紀錄表……………………………………….……………………...27 表 3.4 高頻(超高頻)實驗紀錄表……………………………………………….……27 表 3.5 實驗變數說明………………………………………………………………....28 表 3.6 低頻標籤規格說明……………………………………………………...….…30 表 3.7 高頻標籤規格說明……………………………………………………....……30 表 3.8 超高頻標籤規格說明........................................................................................30 表 3.9 PDA 與超高頻讀取器規格說明……………..……………………………….31 表 3.10 PDA 與高頻讀取器規格說明.........................................................................31 表 3.11 工業級 PDA 與超高頻讀取器規格說明..……………….…………………..32 表 3.12 讀取率 ..…..…………………………………………………………………40 表 3.13 標籤讀取距離說明……………………………………….………………….48 表 3.14 標籤植入 210 kgf/cm2 構件抗剪強度…………………….…………………50 表 3.15 標籤植入 140 kgf/cm2 構件抗剪強度............................................................51 表 3.16 標籤植入 350 kgf/cm2 構件抗剪強度............................................................51 表 4.1 編碼說明....…………………………………………………………………..57 表 4.2 實驗紀錄表......................................................................................................57 表 4.3 變數設計..........................................................................................................58 表 4.4 低頻標籤規格說明..........................................................................................60 表 4.5 高頻標籤規格說明..........................................................................................62 表 4.6 超高頻、主動式標籤規格說明......................................................................63 表 4.7 讀取率..............................................................................................................76 表 4.8 柱之彙整表....................................................................................................147 表 4.9 梁之彙整表....................................................................................................148 表 4.10 牆之彙整表...................................................................................................149 表 4.11 版之彙整表...................................................................................................150 表 4.12 柱之彙整表........………………………………………………………...…151 表 4.13 梁之彙整表…………………………………………………………………152 表 4.14 牆之彙整表…………………………………………………………….…...153 表 4.15 版之彙整表……………………………………………………………....…154 表 5.1 綜合分析結果…………………………………………..………………....…158 表 5.2 植入方式………………………………………………..…………………....158 iv.

(6) 圖目錄圖 1.1 研究流程圖........................................................................................................4 圖 2.1 RFID 系統基本架構圖.......................................................................................5 圖 2.2 被動式標籤（艾群科技）................................................................................6 圖 2.3 主動式標籤（艾群科技）................................................................................7 圖 2.4 FedEx(FedEx)………………...………………………………………………15 圖 2.5 三軍總醫院......................................................................................................16 圖 3.1 鋼筋混凝土彎矩梁設計 ................................................................................24 圖 3.2 鋼筋混凝土剪力梁設計..................................................................................25 圖 3.3 鋼筋混凝土彎矩、斷面梁斷面設計..............................................................25 圖 3.4 試體編碼方式..................................................................................................26 圖 3.5 剪力梁..............................................................................................................29 圖 3.6 彎矩梁..............................................................................................................29 圖 3.7 模板..................................................................................................................29 圖 3.8 低頻標籤..........................................................................................................30 圖 3.9 高頻標籤..........................................................................................................30 圖 3.10 超高頻標籤.....................................................................................................30 圖 3.11 低頻 Reader………………………………………………………………….31 圖 3.12 PDA+高頻 Reader…………….……………………………………………..31 圖 3.13 超高頻 Reader……………………………………………………………….32 圖 3.14 標籤採植入模式之實驗流程..........................................................................33 圖 3.15 標籤採綁紮模式之實驗流程..........................................................................34 圖 3.16 剪力構件組立..................................................................................................35 圖 3.17 彎矩構件組立..................................................................................................35 圖 3.18 實驗前模版上油..............................................................................................35 圖 3.19 實驗工具準備..................................................................................................35 圖 3.20 模版與剪力構件組立......................................................................................36 圖 3.21 模版與彎矩構件組立......................................................................................36 圖 3.22 骨材秤重..........................................................................................................36 圖 3.23 混凝土拌合......................................................................................................36 圖 3.24 混凝土卸料......................................................................................................36 圖 3.25 構件灌漿..........................................................................................................36 圖 3.26 構件搗實..........................................................................................................37 圖 3.27 構件抹平..........................................................................................................37 圖 3.28 低頻標籤擺放方式..........................................................................................37 圖 3.29 低頻標籤植入方式..........................................................................................37 圖 3.30 高頻＆超高頻標籤短邊植入..........................................................................37 v.

(7) 圖 3.31 高頻＆超高頻標籤長邊植入........................................................................37 圖 3.32 低頻標籤植綁紮現況....................................................................................38 圖 3.33 高頻標籤綁紮現況........................................................................................38 圖 3.34 低頻標籤植入圓柱試體前............................................................................38 圖 3.35 低頻標籤植入圓柱試體................................................................................38 圖 3.36 構件堆疊........................................................................................................38 圖 3.37 構件編號........................................................................................................38 圖 3.38 低頻標籤上方讀取現況................................................................................39 圖 3.39 低頻標籤側邊讀取現況................................................................................39 圖 3.40 高頻標籤搜尋標籤現況................................................................................39 圖 3.41 高頻標籤讀取現況…………………………………………………………39 圖 3.42 超高頻標籤事前讀取………………………………………………………39 圖 3.43 超高頻標籤綁紮後灌漿前讀取……………………………………………39 圖 3.44 剪力構件抗剪現況…………………………………………………………40 圖 3.45 彎矩構件抗壓現況…………………………………………………………40 圖 3.46 低頻標籤植入模式示意圖…………………………………………………41 圖 3.47 (超)高頻標籤植入模式示意圖 ……………………………………………..41 圖 3.48 低頻標籤綁紮前後讀取分析……………………………………………….42 圖 3.49 低頻標籤綁紮前後正負一個標準差分析………………………………….42 圖 3.50 低頻標籤植入 210kgf/cm2 構件中間之讀取分析…………………………42 圖 3.51 低頻標籤植入 210kgf/cm2 構件中間以正負一個標準差分析…………….42 圖 3.52 低頻標籤植入 210kgf/cm2 構件側邊之讀取分析…………………………43 圖 3.53 低頻標籤植入 210kgf/cm2 構件側邊以正負一個標準差分析……………43 圖 3.54 低頻標籤植入 140kgf/cm2 構件中間之讀取分析…………………………43 圖 3.55 低頻標籤植入 140kgf/cm2 構件中間以正負一個標準差分析……………43 圖 3.56 低頻標籤植入 140kgf/cm2 構件側邊之讀取分析…………………………44 圖 3.57 低頻標籤植入 140kgf/cm2 構件側邊以正負一個標準差分析……………44 圖 3.58 低頻標籤綁紮於 350kgf/cm2 構件之讀取分析……………………………44 圖 3.59 低頻標籤綁紮 350kgf/cm2 構件以正負一個標準差分析…………………44 圖 3.60 高頻標籤綁紮前後讀取分析……………………………………………….45 圖 3.61 高頻標籤綁紮前後以正負一個標準差分析……………………………….45 圖 3.62 高頻標籤以不同方式植入剪力構件之讀取分析………………………….45 圖 3.63 高頻標籤以不同方式植入剪力構件以正負一個標準差分析…………….45 圖 3.64 高頻標籤以不同方式植入彎矩構件之讀取分析………………………….46 圖 3.65 高頻標籤不同方式植入彎矩構件讀取正負一個標準差分析…………….46 圖 3.66 高頻標籤以短邊植入 140 kgf/cm2 構件之讀取分析………………………46 圖 3.67 高頻標籤以短邊植入 140 kgf/cm2 構件正負一個標準差分析……………46 圖 3.68 高頻標籤以長邊植入 210 kgf/cm2 構件之讀取分析………………………47 vi.

(8) 圖 3.69 高頻標籤以長邊植入 210 kgf/cm2 構件正負一個標準差分析….……….47 圖 3.70 高頻標籤以短邊綁紮於 350 kgf/cm2 不同構件之讀取分析…….……….47 圖 3.71 高頻標籤以短邊綁紮於 350 kgf/cm2 不同構件以正負一個標準差分析..47 圖 3.72 超高頻標籤綁紮前後讀取分析………………………….………………...48 圖 3.73 超高頻標籤綁紮前後以正負一個標準差分析……………………………48 圖 4.1 中正杭州實驗工區........................................................................................53 圖 4.2 遠揚士林實驗工區........................................................................................54 圖 4.3 信義工區.………..……………………………………………………...…..54 圖 4.4 中正杭州實驗工區三到十三樓結構平面圖………….…………….……..55 圖 4.5 遠揚士林實驗工區平面示意圖…………….………………………………..55 圖 4.6 中正杭州實驗工區梁配筋設計…………….………….………...…………..56 圖 4.7 中正杭州實驗工區版配筋設計…………….………….………...…………..56 圖 4.8 遠揚士林實驗工區版、牆示意圖 .……………………….…….…………..56 圖 4.9 遠揚士林實驗工區梁示意圖.…………………………….……...…………..56 圖 4.10 構件編碼方式………………..………………………….……...…………...57 圖 4.11 標籤綁紮梁之方式說明 ...…………………………………………..……..59 圖 4.12 標籤附掛構件之方式說明(1) ...……………………………………...…….59 圖 4.13 標籤附掛構件之方式說明(2).………………………………………...……59 圖 4.14 灌漿時標籤植入之方式說明(1).……………………………………...……59 圖 4.15 灌漿時標籤植入之方式說明(2).……………………………………...……59 圖 4.16 讀取測試位置示意圖..………………………………….……………….…60 圖 4.17 低頻標籤 keyfob A …….…………………………………….…...………60 圖 4.18 keyfob B 低頻標籤………….………………………………………………61 圖 4.19 Token 低頻標籤………..……………………………………………………61 圖 4.20 厚卡 C2 低頻標籤……………..…………………………………………...61 圖 4.21 低頻標籤薄卡 C1…………………...………………………………………61 圖 4.22 卡片型高頻標籤……………………….……………………………………62 圖 4.23 鑰匙圈型高頻標籤………………….………………………………………62 圖 4.24 長卡型高頻防磁標籤………………………………….……………………62 圖 4.25 高頻標籤……….……..……………………………………………………..62 圖 4.26 卡片型高頻標籤………….…………………………………………………63 圖 4.27 卡片型超高頻標籤…………………...……………………………………..63 圖 4.28 厚卡超高頻標籤………….………...………………………………………63 圖 4.29 超高頻防磁標籤…………………………………………………………….63 圖 4.30 超高頻標 PET………………………………….……………………………64 圖 4.31 2C 主動式標籤……………...………………………...…….………………64 圖 4.32 PDA+低頻 Reader…………………………………………………………..64 圖 4.33 PDA+高頻 Reader………………………………………………………......64 vii.

(9) 圖 4.34 平板電腦+超高頻 Reader……………………………….……………..……65 圖 4.35 配合鋼筋組立作業進度時植入 Tag…………….……….……………..…...67 圖 4.36 配合工程鋼筋組立作業完成後植入 Tag……….……….….………………68 圖 4.37 配合工程灌漿作業完成植入 Tag……………….….…….…………………69 圖 4.38 鋼筋尚未綁紮時之現況………………………….……….…………………70 圖 4.39 實驗準備…………………….…………………………….…………………70 圖 4.40 低頻標籤短邊綁紮於梁底側…….……………………….…………………70 圖 4.41 低頻標籤長邊綁紮於梁底側……..……………………………….………...70 圖 4.42 高頻標籤長邊綁紮於梁內側……..…………………………………………71 圖 4.43 高頻標籤短邊綁紮於梁內側……..…………………………………………71 圖 4.44 高頻標籤綁紮於版…………….……….……………………………………71 圖 4.45 高頻標籤綁紮於版…………….……….……………………………………71 圖 4.46 超高頻標籤附掛於版之模板…………..……………….……...……………71 圖 4.47 防磁超高頻標籤附掛於版……….…….……………….……...……………71 圖 4.48 超高頻標籤附掛於梁內側………………………..…………………………71 圖 4.49 超高頻標籤附掛於梁內側………………………..………………………....71 圖 4.50 實驗現場鋼筋綁紮完成時………………………..…………………………72 圖 4.51 實驗準備…………………………………………..…………………………72 圖 4.52 高頻防磁標籤綁紮於梁底側……………………..………………………....72 圖 4.53 高頻防磁標籤綁紮於梁底側……………………..………………………....72 圖 4.54 高頻防磁標籤綁紮於梁內側……………………..………………………....72 圖 4.55 高頻防磁標籤綁紮於版上鋼……………………..…………………………72 圖 4.56 高頻防磁標籤綁紮於梁內側……………………..………………………....73 圖 4.57 高頻防磁標籤綁紮於版上鋼筋…………………..………………………....73 圖 4.58 高頻標籤綁紮於版………………………………..…………………………73 圖 4.59 高頻標籤綁紮於版………………………………..…………………………73 圖 4.60 超高頻標籤附掛於版…………………....………….……………………….73 圖 4.61 高頻標籤附掛於版…………..………………...…………………………….73 圖 4.62 超高頻標籤附掛於梁內側…..…………………...………………………….73 圖 4.63 超高頻標籤附掛於梁內側………………………..…………………………73 圖 4.64 主動式標籤綁紮於版……………………………..…………………………74 圖 4.65 主動式標籤綁紮於梁內側………………………..…………………………74 圖 4.66 主動式標籤綁紮於梁內側………………………..…………………………74 圖 4.67 實驗現場卸料作業………………………………..…………………………74 圖 4.68 實驗現場灌漿作業………………………………..…………………………74 圖 4.69 實驗現場灌漿作業………………………………..…………………………74 圖 4.70 低頻標籤植入……………………………………..…………………………75 圖 4.71 低頻現場植入……………………………………..…………………………75 viii.

(10) 圖 4.72 低頻標籤植入於粱內側…………………………….………………………75 圖 4.73 低頻標籤植入於版………………………………….………………………75 圖 4.74 第 14 天拆模………………………………………….……………………..75 圖 4.75 28 天工地現況………………………………………….……………………75 圖 4.76 標籤讀取………………………………………………..……………………76 圖 4.77 標記記號………………………………………………..……………….…...76 圖 4.78 低頻-厚卡綁紮於版之鋼筋…………………………….……………….…..78 圖 4.79 一倍標準差低頻厚卡綁紮於版之鋼筋………………….….………….…..78 圖 4.80 低頻-Token 綁紮於版之鋼筋…………………………….…………………79 圖 4.81 低頻-Token 一倍標準差綁紮於版之鋼筋…………………………………..79 圖 4.82 高頻-Token 綁紮於版之鋼筋……………………………..………………....80 圖 4.83 一倍標準差高頻-Token 綁紮於版之鋼筋………………..………………....80 圖 4.84 高頻卡片綁紮於版之鋼筋……………………………….…………………81 圖 4.85 一倍標準差高頻卡片型綁紮於版之鋼筋……………….…………………81 圖 4.86 低頻厚卡附掛於版之模板……………………………….…….…………...82 圖 4.87 一倍標準差低頻厚卡附掛於版之模板………………….…………………82 圖 4.88 低頻-Token 附掛於版之模板……………………………..…………………83 圖 4.89 一倍標準差低頻-Token 附掛於版之模板………………..…………………83 圖 4.90 低頻-薄卡附掛於版之模板……………………………….…………….......84 圖 4.91 一倍標準差低頻-薄卡附掛於版之模板………………….………………...84 圖 4.92 高頻卡片型標籤附掛版之模板……………………………………………..85 圖 4.93 一倍標準差高頻標籤附掛版之模板………………………..………………85 圖 4.94 高頻-Token 附掛於版之模板……………………………….……………….86 圖 4.95 一倍標準差高頻-Token 附掛於版之模版………………….………………86 圖 4.96 低頻-Token 綁紮於梁側邊與底部鋼筋…………………….……………...87 圖 4.97 一倍標準差低頻-Token 綁紮於梁側邊與底部鋼筋……….………………87 圖 4.98 低頻厚卡綁紮於梁側邊與底側中間鋼筋………………………………….88 圖 4.99 一倍標準差低頻-厚卡綁紮於梁側邊與底部中間鋼筋…………………...88 圖 4.100 高頻-Token 綁紮梁側邊與底部鋼筋…...…………………………………89 圖 4.101 一倍標準差高頻-Token 綁紮梁側邊與底部鋼筋………………..………89 圖 4.102 卡片高頻綁紮梁側邊與底部中間鋼筋………..………….………………90 圖 4.103 一倍標準差卡片高頻綁紮梁側邊與底部中間鋼筋………...……………90 圖 4.104 鑰匙型 A 綁紮梁底鋼筋……………..……………………………………91 圖 4.105 一倍標準差鑰匙型 A 綁紮梁底部鋼筋…………………………………..91 圖 4.106 高頻 Token 綁紮柱鋼筋……………………………………………………92 圖 4.107 一倍標準差高頻 Token 綁紮柱鋼筋………………………………………92 圖 4.108 低頻 Token 綁紮柱鋼筋…………………………………………………..93 圖 4.109 一倍標準差低頻 Token 綁紮柱鋼筋…………………………...…………93 ix.

(11) 圖 4.110 低頻厚卡綁紮柱鋼筋中間…………………………………………………94 圖 4.111 一倍標準差低頻厚卡綁紮於柱鋼筋中間…………………………………94 圖 4.112 低頻薄卡綁紮於柱鋼筋中間………………………………………………95 圖 4.113 一倍標準差低頻薄卡綁紮柱鋼筋中間……………………………………95 圖 4.114 高頻卡片綁紮於柱鋼筋中間………………………………………………96 圖 4.115 一倍標準差高頻卡片綁紮柱鋼筋中間……………………………………96 圖 4.116 薄卡低頻綁紮柱鋼筋………………………………………………………97 圖 4.117 一倍標準差薄卡低頻綁紮柱鋼筋……………………………………......97 圖 4.118 高頻卡片綁紮柱鋼筋……………………………………………………...98 圖 4.119 一倍標準差高頻卡片綁紮柱鋼筋………………………………………...98 圖 4.120 高頻 Token 附掛柱之模版………………………...………………………99 圖 4.121 一倍標準差高頻 Token 附掛柱之模版………………………………...…99 圖 4.122 低頻 Token 附掛柱之模版……………………………………………….100 圖 4.123 一倍標準差低頻 Token 附掛柱之模版……………………………….…100 圖 4.124 高頻卡片型卡片綁紮於牆鋼筋中間……………………………………101 圖 4.125 一倍標準差高頻卡片綁紮於牆鋼筋中間………………………………101 圖 4.126 高頻卡片綁紮於牆之鋼筋………………………………………………102 圖 4.127 一倍標準差高頻卡片綁紮在牆鋼筋上…………………………….…...102 圖 4.128 薄卡低頻綁紮牆鋼筋 .……………………………….…………………103 圖 4.129 一倍標準差薄卡低頻綁紮牆鋼筋………………………………………103 圖 4.130 厚卡低頻綁紮牆鋼筋中間………………………………………………104 圖 4. 131 一倍標準差厚卡低頻綁紮牆鋼筋中間………………………………...104 圖 4.132 薄卡低頻綁紮牆鋼筋中間………………………………………………105 圖 4.133 一倍標準差薄卡低頻綁紮牆鋼筋中間…………………………………105 圖 4.134 低頻 Token 附掛牆模板……………………………...…………………106 圖 4.135 一倍標準差 Token 低頻附掛牆模板………………...…………………106 圖 4.136 低頻 Token 綁紮牆鋼筋……………………………...…………………107 圖 4.137 一倍標準差低頻 Token 綁紮牆鋼筋………………...…………………107 圖 4.138 高頻 Token 綁紮牆鋼筋……………………………...…………………108 圖 4.139 一倍標準差高頻 Token 綁紮牆鋼筋………………...…………….……108 圖 4.140 低頻-Token 綁紮梁側邊與底部鋼筋……………………………………109 圖 4.141 一倍標準差低頻-Token 綁紮梁側邊與底部鋼筋………………………109 圖 4.142 低頻-Token 附掛梁側邊底部模板………………………………………110 圖 4.143 一倍標準差低頻-Token 附掛梁側邊底部模板…………………………110 圖 4.144 高頻 Token 綁紮梁側邊底部鋼筋……………………………..………..111 圖 4.145 一倍標準差高頻 Token 綁紮梁側邊底部鋼筋…………………………111 圖 4.146 高頻-Token 附掛梁側邊底部模板………………………………………112 圖 4.147 一倍標準差高頻-Token 附掛梁側邊底部模板…………………………112 x.

(12) 圖 4.148 低頻厚卡綁紮於梁底側鋼筋中間………………………….…………….113 圖 4.149 一倍標準差低頻厚卡綁紮於梁底側鋼筋中間…………………….…….113 圖 4.150 低頻薄卡綁紮於梁底側鋼筋中間………………………………….…….114 圖 4.151 一倍標準差低頻-薄卡綁紮於梁底側鋼筋與鋼筋中間……..…….……..114 圖 4.152 卡片高頻綁紮梁底部鋼筋中間……………………………….…….……115 圖 4.153 一倍標準差高頻卡片綁紮梁底部鋼筋中間…………………..…………115 圖 4.154 低頻-Token 綁紮於板鋼筋.....…………………………………...………..116 圖 4.155 一倍標準差低頻-Token 附掛梁側邊模板………………………...……...116 圖 4.156 低頻 Token 附掛於版之模板………………………………………….…..117 圖 4.157 一倍標準差低頻-Token 附掛於版之模板…………………………...…...117 圖 4.158 低頻-厚卡綁紮於板鋼筋………………………………………………….118 圖 4.159 一倍標準差低頻-厚卡綁紮於版鋼筋…………………….………….…...118 圖 4.160 低頻-厚卡附掛於版之模版……………………………...…………….….119 圖 4.161 一倍標準差低頻-厚卡附掛於版之模版…………………..………….…..119 圖 4.162 低頻薄卡綁紮於版鋼筋……………………………………...…………...120 圖 4.163 一倍標準差低頻薄卡綁紮於版鋼筋…………………………..…………120 圖 4.164 低頻-薄卡附掛版之模版………………………………………...………..121 圖 4.165 一倍標準差低頻-薄卡附掛版之模版…………..………………………...121 圖 4.166 高頻-Token 附掛版之模版………………………..……………………....122 圖 4.167 一倍標準差高頻-Token 附掛版之模版………….……………………….122 圖 4.168 高頻-Token 綁紮於版鋼筋………………………..……………………....123 圖 4.169 一倍標準差高頻-Token 綁紮於版鋼筋………….……………………....123 圖 4.170 高頻卡片附掛版之模板…………………………..………………………124 圖 4.171 一倍標準差高頻-卡片附掛於版之模版………….………………………124 圖 4.172 高頻卡片綁紮於版鋼筋………………………….………………………125 圖 4.173 一倍標準差高卡片綁紮於版鋼筋..……………….……………………..125 圖 4.174 低頻-Token 綁紮於柱鋼筋………………………….……………………126 圖 4.175 一倍標準差低頻-Token 綁紮於柱鋼筋………………………………….126 圖 4.176 低頻-Token 附掛於柱模板…………………………..…………………...127 圖 4.177 一倍標準差低頻-Token 附掛於柱模版………………..…………………127 圖 4.178 低頻-薄卡綁紮於柱鋼筋………………………………..………………...128 圖 4.179 一倍標準差低頻-薄卡附掛梁側邊模板……………….………………...128 圖 4.180 低頻-薄卡綁紮於柱鋼筋中間………………………….…………………129 圖 4.181 一倍標準差低頻-薄卡綁紮於柱鋼筋中間…………….………………...129 圖 4.182 低頻-厚卡綁紮於柱鋼筋中間………………………….………………...130 圖 4.183 一倍標準差低頻-厚卡綁紮於柱鋼筋中間…………….………………...130 圖 4.184 低頻-厚卡綁紮於柱鋼筋……………………………….…………………131 圖 4.185 一倍標準差低頻-厚卡綁紮於柱鋼筋…..……………….……………….131 xi.

(13) 圖 4.186 高頻-Token 綁紮於柱鋼筋…………………………..…………………...132 圖 4.187 一倍標準差高頻-Token 綁紮於柱鋼筋.…………………………………132 圖 4.188 高頻-Token 附掛於柱模板……………………………………..………...133 圖 4.189 一倍標準差高頻-Token 附掛於柱模板………………………….……....133 圖 4.190 高頻-卡片綁紮於柱鋼筋中間……………………………….……………134 圖 4.191 一倍標準差高頻-卡片綁紮於柱鋼筋中間……………………….….......134 圖 4.192 高頻-卡片綁紮於柱鋼筋………………………………………………….135 圖 4.193 一倍標準差高頻-卡片綁紮於柱鋼筋……………….……………….......135 圖 4.194 低頻-Token 綁紮於牆鋼筋…………………………….………………….136 圖 4.195 低頻-Token 一倍標準差綁紮於牆鋼筋………………..…………………136 圖 4.196 低頻-Token 附掛於牆之模板..…………………………..………………..137 圖 4.197 一倍標準差低頻-Token 附掛於牆之模板………………..………………137 圖 4.198 低頻-薄卡綁紮牆鋼筋中間……………………………….………………138 圖 4.199 一倍標準差低頻-薄卡綁紮牆鋼筋中間………………….……………...138 圖 4.200 低頻-薄卡綁紮牆鋼筋……………………………………………………139 圖 4.201 一倍標準差低頻-綁紮牆鋼筋…………………………….……………...139 圖 4.202 低頻厚卡綁紮牆鋼筋中間…………………………………..…………....140 圖 4.203 一倍標準差低頻-厚卡綁紮於牆鋼筋中間…………………..…………..140 圖 4.204 高頻-Token 綁紮於牆鋼筋……………………………………..………....141 圖 4.205 高頻-Token 一倍標準差綁紮於牆鋼筋………………………..…………141 圖 4.206 高頻-Token 附掛模板於牆…………………………………..……………142 圖 4.207 高頻-Token 一倍標準差附掛模板於牆…………………………………..142 圖 4.208 高頻厚卡綁紮牆鋼筋中間 ..…………………………………..…………143 圖 4.209 一倍標準差高頻-厚卡綁紮於牆鋼筋中間…………………….………...143 圖 4.210 高頻厚卡綁紮牆鋼筋 ..…………………………………………..………144 圖 4.211 一倍標準差高頻-厚卡綁紮於牆鋼筋……………………………..……...144 圖 4.212 超高頻-防磁短 B 綁紮於梁側邊與底部鋼筋……………………..……..145 圖 4.213 一倍標準差超高頻-防磁短 B 綁紮於梁側邊與底部鋼筋……….……...145 圖 4.214 超高頻-防磁短 B 綁紮於版鋼筋…………………………………..……...146 圖 4.215 一倍標準差超高頻-防磁短 B 綁紮於版鋼筋……………….…….……..146 圖 5.1 建議植入流程示意圖 .………..………………...…………………………..159 圖 6.1 標籤以其他方式植入.……..……….……………...………………….……..161. xii.

(14) xiii.

(15) 摘. 要. 關鍵詞：RFID、RC 試體梁、RC 構件. 無線射頻辨識(Radio Frequency Identification ,RFID)技術近年已被先進國家廣泛應用於營建產業，包含營建材料、混凝土試體、預鑄構件吊裝、預拌混凝土車管理、混凝土最加強度與拆模時機、工地安全及供應鏈管理等並為之創造高度效益與價值；各國遂逐漸擬定 RFID 的相關政策與發展計畫，同時積極投入 RFID 的產業應用與研發，因此 RFID 的科技產業應用已為當今全球所競逐的重要議題。 RC 構造為目前土木建築用量最大且主要的構件主體，因此營建產業目前多以 RC 建築構造；鑒此，本研究以實驗分析 RFID 標籤植入 RC 構件進行相關之技術讀取與可行性的探討，係運用 RFID 標籤具穿透性、耐環境性與可讀寫資料等特性，將 RFID 標籤置入 RC 梁試體與 RC 實體構件(梁、版、牆、柱)，經實驗研究驗證技術之可行性，並依材料特性、需求及環境特性等條件與 RFID 技術 (頻段、標籤樣式、讀取器等) 作一交叉評估與測試，提供各試體(梁試體)與構件皆具身份識別功能及日後的混凝土構件更新再利用、混凝土溫度監測及追蹤分析等功用，並期能達到 E 化管理效益、給予相關單位後續於 RFID 整合型實驗研究之參考並達到工程生命週期中各階段資料後續維護管理、資料保存之用途與效益。. xiv.

(16) xv.

(17) 第一章緒論 1.1 研究緣起無線射頻辨識(Radio Frequency Identification, RFID)技術近年已被先進國家廣泛應用於營建產業，包含營建材料、混凝土試體、預鑄構件吊裝、供應鏈管理等，也為各領域創造高度之效益，因此先進國家們紛紛擬定 RFID 的發展計畫與政策，積極投入 RFID 的應用與研發，由此可知 RFID 技術的應用與發展為當今全球所競逐的重要議題。有鑑於 RC 構造為目前土木建築用量最大且主要的結構主體，因此營建產業目前多以 RC 建築構造為主；又依據 RFID 標籤安置或貼附在金屬材質上時，會受金屬影響而造成訊號上之干擾與衰減而縮短讀取距離，並限制讀取方向性之特性；近年潤泰集團運用 RFID 技術應用在預鑄吊裝，將標籤貼附在構件外部，以快速辨識吊裝位置，但如此可能影響現場施作便利性，故本研究擬將 RFID 標籤植入 RC 實體構件(梁、版、牆、柱)中，以不同標籤頻率(低頻、高頻、超高頻) 系統與種類測試植入 RC 構件之通信狀況及探討施工便利性，因此大多研究著重於建築之其他構件上。故本研究將以實驗分析 RFID 植入 RC 構件施作之可行性，期未來 RFID 結合土木、建築構件，運用標籤具穿透性、耐環境性、可讀寫資料等特性與優勢，提昇工程於生命週期整體資料保存與生命週期後續維護管理之用途與效益。綜上所述，本研究著眼於無線射頻辨識系統之標籤(RFID)置入 RC 梁試體與 RC 實體構件(梁、柱、版、牆)，經由實驗研究驗證技術之可行性，並依其材料特性、需求及環境等條件與 RFID 技術(頻段、標籤樣式、讀取器等)作一交叉評估與測試；其目的在於促使各 RC 梁試體與 RC 實體構件皆具身份識別之功能，並使整體澆灌預拌混凝土作業達到日後追蹤分析之功用，將可更有效管控混凝土之品質；最後實證結果如為可行，期能達到整體生命週期資料保存與後續維護管 1.

(18) 理之 E 化管理效益，並且給予後續整合型研究之參考。. 1.2 研究目的由於 RFID 標籤易受到水與金屬影響，為了解標籤植入 RC 實體構件中受鋼筋之影響程度，及標籤資料讀取之技術可行性，故本研究將 RFID 標籤植入於 RC 試體梁與 RC 實體構件中，以不同被動式標籤頻率(低頻、高頻、超高頻)與主動式標籤系統於 RC 實體構件之通信狀況，以驗證其資料讀取情況與施工可行性。期能提供工程主管單位未來應用之參考依據。茲將本研究目的分述如下： 1. 本研究為先導型之整合應用研究，故主要著重於測試 RFID 標籤嵌入或附掛於構件內等方法於 RC 試體梁與 RC 實體構件之技術可行性評估。 2. 探討 RFID 標籤置入方式是否影響混凝土強度與 RFID 之讀取能力。 3. 透過 RC 試體梁與 RC 實體構件的測試結果，研擬 RFID 標籤的適當植入位置，以建構建築結構 E 化管理之目標。 4. 以混凝土工程為個案分析，作為先期技術可行性探討以俾有利 RFID 技術之應用與推動策略之研擬。. 1.3 研究範圍與限制一、研究範圍 1. 本研究為先導型之整合應用研究，主要著重於技術可行性之評估。 2. 本研究主要針對 RC 之建築構造為探討分析對象。 3. 實驗現場所實驗之 RC 實體構件強度以工程實際設計強度為主，而實驗室所實驗之 RC 試體梁強度則選用 140、210、350 kgf/cm2。 4. 本研究所提之 RC 試體梁，其大小為長 150cm*寬 15cm*高 20cm 的 RC 試體梁，目的為驗證 RFID 標籤植入 RC 試體梁之適當置入方法與位置，以及是否影響本身 RC 梁試體之強度。 5. 實體構件部份係指 RC 之梁、版、柱與牆部分，目的為驗證 RFID 技術導 2.

(19) 入 RC 構件之技術可行性。 6. RFID 設備採用被動式與主動式二種系統進行相關之技術分析。二、研究限制 1. RFID 硬體設備之種類繁多且規格與功能皆有所不同，本研究將選用多種標籤類型與不同頻段(低頻、高頻、超高頻)之代表性設備進行實測分析。 2. 目前相同頻率之 RFID 標籤品質仍有所差異，故本實驗數據並非為絕對值，因此研究結論將建議晶片放置之適切範圍而非最佳位置。. 1.4 研究方法與流程本研究首先確立研究之問題，進而蒐集相關之文獻並彙整後，再藉由專家訪談瞭解 RC 實體構件較為適切之施作方式，以利於針對 RFID 植入 RC 構件作施工性之實驗設計與規劃；爾後經實驗結果分析，提出 RFID 應用於 RC 構件之施作流程，最後提出本研究所得之結論，並提供相關單位未來研究與應用之參考依據。茲將本研究方法與流程分述如下流程及下圖 1.1 所示： 1. 專家訪談研究期間訪問相關單位（政府機關、學術單位等、工程單位）、專家學者等，以瞭解 RC 構件構築之現況與作業流程，並於訪談後彙整相關資料與結果，以提供本研究作為重要參考。 2. 實驗研究本研究將 RFID 晶片植入試體與實體構件中，透過試體之實驗，以確立實體構件之植入方式與通信讀取之可行性測試，並據以了解是否影響實體構件之強度。其實驗分別將不同形式晶片以不同植入方式、不同深度、不同頻段植入試體與構件中，探求試體與實體構件中 RFID 讀取之可行性，據以研擬植入之適切方式及位置。 3. 實驗分析將 RFID 讀取測試後，依據實驗結果以獲得較佳的標籤頻段及正確的施作方 3.

(20) 式，最後以研究結論提出 RFID 植入 RC 構件之適切方式及位置，並初步研擬 RFID 植入 RC 構件之建議施作流程，期能提供後續相關應用研究的參考。. 圖 1.1 研究流程圖 4.

(21) 第二章. 文獻回顧. 2.1 RFID 之介紹 2.1.1 RFID 之定義無線射頻辨識系統（Radio Frequency Identification, RFID）依據全球電子化商品編碼聯盟（EPCglobal, 2003）之定義：「RFID係利用無線射頻電波自動辨識資料之系統。其系統架構為利用附著於人或物之ID標籤（由IC晶片、天線所構成）、讀取器之間進行通訊。在晶片中記錄一系列資訊，即能在有效通訊範圍內的讀取器溝通，進而達到資料交換、辨識之目的。. 2.1.2 RFID 之原理 RFID 即射頻識別技術，又稱電子標籤、無線射頻識別，是一種通信技術，可透過無線電波識別目標並讀寫相關資料，而無需識別系統與特定目標之間建立機械或光學接觸。RFID 主要操作原理是利用讀取器(Reader)發送無線電波於植入或貼在物件上的電子標籤(Tag)，以進行無線資料辨識及擷取之工作，再送至電腦進行有關資料處理基本架構如下圖 2.1。. RF 能量藍芽. 智慧標籤. 讀寫資料 Reader 2. 1系統基本架構圖 RFID 系統基本架構圖圖 2.1 圖 RFID. 5. 電腦+資料庫.

(22) 2.1.3 RFID 之分類由於 RFID 標籤製造技術日益進步，應用範圍亦逐漸廣泛，依據不同的工作環境適用不同種類的晶片與頻段，可達到最佳效果，其 RFID 的操作頻帶與特性如下表 2.1 所示。本研究將 RFID 系統依標籤形式、使用頻率、存取方式之差異分述如下：ㄧ、標籤的供電型式依據電子標籤是否附加電池可分成主動式、半主動式及被動式三類，三者差異分述如下： 1.. 被動式(Passive)：被動式標籤之電源供應是經由讀取器發射電波感應後啟動，所以標籤本身不需附加電池，故體積較小，使用期限較長，但讀取距離短，如下圖 2.2 所示。. 圖 2.2 被動式標籤（艾群科技） 2.. 半主動式(Semi-passive)：半主動式 RFID 系統也稱電池支援式反向散射調制系統。半主動式標籤有電池，但標籤本身不使用自身能量主動發送資料，只有被讀取器的能量場啟動時才會傳送資料。【謝建新等人，2006】 6.

(23) 3.. 主動式(Active)：主動式標籤內部含有電池供電，不需要讀取器提供能量啟動即可主動回傳訊號，且通信距離可達十公尺甚至上百公尺，由於標籤含有電池，故體積比較大且有更換及成本較高的缺點，如圖 2.3 所示。. 圖 2.3 主動式標籤（艾群科技）二、使用頻率依據 RFID 標籤的使用頻率可區分為低頻(LF, Low Frequency)、高頻(HF, High Frequency)、超高頻(UHF, Ultra High Frequency)、微波(Microwave)等頻段，目前以 LF、HF 及 UHF 三種應用為主。如下表 2.1 所示： 1.. 低頻低頻主要使用在近距離讀取且無法同時讀取多個標籤，其主要常見規格頻率. 在 125KHz～135KHz 之間，一般此頻段都是被動式，其低頻最大優勢在於標籤靠近金屬或液體仍然能有效回傳訊號，不像高頻率容易受金屬與液體干擾而無法穿透。 2.. 高頻高頻相較於低頻其傳輸速度較快且可同時進行多個標籤讀取辨識，其主要常. 見規格頻率為 13.56MHz，一般此頻段仍屬被動式，常應用在圖書館管理、票證應用等。 3.. 超高頻超高頻主要常見規格頻率為 868～950MHz，其天線可用蝕刻或印刷方式製. 造，可降低製造成本，其應用於金屬及液體相較於低頻及高頻而言較不理想，但相對讀取距離較遠、資料傳輸速率快，且可同時進行大量標籤讀取辨識，常應用 7.