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栅动未来为工程结构健康监测构筑安全防线

申报人:褚怡璇 申报日期:2024-06-01

基本情况

2024年批次
栅动未来为工程结构健康监测构筑安全防线 学生申报
创业训练项目
工学
土木类
E竞赛专项
一年期
在建筑工程领域,确保工程结构的安全性对于提升整体工程质量至关重要。先前对于建筑物变形状态的监测,我们主要依赖于传统的加速度、应变和振动传感器等技术,但无法全面覆盖结构体在全过程和全频率下的复合监测需求。市面上的电阻应变片难以稳定持久地监测,而现有的光纤光栅应变片成本高昂。因此我们提出了一种创新的光纤光栅应变片设计,它结合了新型基底材料和封装方法,克服了传统监测方法的不足,并实现了高效且经济的结构体变形监测。

授权专利一项,软著1项。

受理专利一项。

曾获得大创国家级立项1项、校级一项。

互联网+区级金奖1项。

朱万旭:博士生导师,国务院特殊津贴专家,中国国际“互联网+”大学生创新创业大赛国赛评委,二级教授,中国天眼和港珠澳大桥建设者之一,国际结构混凝土协会(FIB)会员、中国土木工程学会混凝土及预应力混凝土分会理事,中国钢结构协会空间结构分会副秘书长,全国建筑物鉴定与加固专业委员会委员。
先后获评首届以及第五届“广西特聘专家”、广西优秀专家,广西新世纪十百千第二层次人才。主编交通部标准1部,出版论文著作2部,授权发明专利30余项,发表SCI、EI、北大核心等高质量论文20余篇。曾获得国家科技进步一等奖、中国钢结构协会科学技术特等奖等奖项、广西技术发明一等奖、北京市科学技术一等奖等科研奖项、自治区教学成果一等奖,研究成果实现销售收入超10亿元。
指导学生参加中国国际“互联网+”大学生创新创业大赛,获全国铜奖3项,广西区金奖5项;指导参加“挑战杯”中国大学生创业计划竞赛,获全国铜奖2项,广西区金奖2项;指导国家级大创项目4项,获优秀结题;指导学生撰写案例《智能拉索,重大工程结构的自感知承重索体系统》荣获“优秀案例”,屡次荣获自治区优秀指导教师。
具体科研:
1.主持广西科学研究与技术开发计划项目:FAST超大型索网系统研制及施 工工法研究,资助经费100万元,工程项目已通过验收。
2.主持广西科学研究与技术开发计划项目:OVM.DW15型超低温结构锚固体系的研究和产业化,资助经费25万元,已完成,2013年10月通过验收。
3.主持广西科学研究与技术开发计划项目:OVM.ZH型高强砂浆锚垫板的研制和产业化,资助经费20万元,已完成,2013年10月通过验收。
4.主持广西科学研究与技术开发计划项目:高速铁路无碴轨道结构的CA型弹性垫层砂浆的开发与产业化,资助经费15万元,已完成,2012年10月通过验收。
5.主持广西科学研究与技术开发计划项目:高强碳纤维板及其预应力锚固体系,资助经费20万元,已完成,2013年10月通过验收。 

李明霞:参与国家自然科学基金项目1项,参与省部级科研项目1项,省部级教改项目1项,主持创新创业教育理论与实践专项重点课题1项,主持辅导员专项1项。指导学生参加中国国际“互联网+”大学生创新创业大赛获广西赛区选拔赛金奖4项,全国铜奖4项;指导参加“挑战杯”中国大学生创业计划竞赛,获全国银奖1项,全国铜奖1项;指导国家级大创项目1项,并获得优秀结题;指导学生撰写案例《智能拉索,重大工程结构的自感知承重索体系统》荣获“优秀案例”。多次荣获自治区优秀创新创业指导教师。发表教改论文4篇,中文核心3篇,三区SCI论文1篇。
具体课题:
1.2022年主持桂林理工大学创新创业教育理论与实践专项研究课题,重点课题,GUT2022CY04,《高校教师创新创业教育教学能力培育研究》,在研,主持。
2.2022年主持桂林理工大学校级本科教改工程课题,一般项目,2022B06,《创新创业教育改革背景下高校教师教学能力提升策略研究与实践》,在研,主持。
3.2021年参与自治区教育厅2021年度广西高等教育本科教学改革工程项目,一般项目A类,2021JGA209,《“互联网+”背景下土木工程专业教学创新与实践》,在研,参与(排名第2)
4.2020年参与国家自然科学基金委员会,地区基金,52068014,《CFRP多筋束拉索的非粘结复合锚固结构及其锚固机制》,35万元,在研,参与 (排名第4)
5.2020年参与广西区科学技术厅,广西科技基地和人才专项,桂科AD20159085,《2000kN电液式高速冲击试验机的研发》,80万元,在研,参与
6.2020年主持桂林理工大学,一般项目,GUT2020CY07,《“互联网+”赛事背景下大学生创新创业能力培养研究》,结题,主持
7.2020年主持桂林理工大学,一般项目,GUT20FC09,《自媒体环境下高校大学生意识形态教育的机制构建研究》,结题,主持 
指导老师深耕拉索和应变领域多年,对应变片的制作以及该行业的情况有较为深入的了解。能够为该项目提供丰富的理论知识技术指导和。在大学生创业创新训练项目中,我们团队得到了指导老师朱老师和李老师的大力支持和帮助,他们对我们的项目提供了很多专业的意见和建议,使我们的项目得以更好地发展。
在项目初期的立项阶段,朱老师就积极参与了我们的项目讨论,给我们讲解了应变片的制作和使用过程以及给我们分析了目前应变片存在的难点和痛点,引导我们积极探索全新的光纤光栅的制作方法去攻克现有应变片的难点。帮助我们确定了项目目标和方向,并提供了有益的思路和建议。在项目策划和实施的过程中,李老师不断关注我们的项目进展,及时给出指导和帮助。特别是在解决一些难点问题时,李老师给出了非常有价值的建议,使我们成功地克服了困难。 

朱万旭教授:技术顾问

朱万旭:博士生导师,国务院特殊津贴专家,中国国际“互联网+”大学生创新创业大赛国赛评委,二级教授,中国天眼和港珠澳大桥建设者之一,国际结构混凝土协会(FIB)会员、中国土木工程学会混凝土及预应力混凝土分会理事,中国钢结构协会空间结构分会副秘书长,全国建筑物鉴定与加固专业委员会委员。
先后获评首届以及第五届“广西特聘专家”、广西优秀专家,广西新世纪十百千第二层次人才。主编交通部标准1部,出版论文著作2部,授权发明专利30余项,发表SCI、EI、北大核心等高质量论文20余篇。曾获得国家科技进步一等奖、中国钢结构协会科学技术特等奖等奖项、广西技术发明一等奖、北京市科学技术一等奖等科研奖项、自治区教学成果一等奖,研究成果实现销售收入超10亿元。
指导学生参加中国国际“互联网+”大学生创新创业大赛,获全国铜奖3项,广西区金奖5项;指导参加“挑战杯”中国大学生创业计划竞赛,获全国铜奖2项,广西区金奖2项;指导国家级大创项目4项,获优秀结题;指导学生撰写案例《智能拉索,重大工程结构的自感知承重索体系统》荣获“优秀案例”,屡次荣获自治区优秀指导教师。
具体科研:
1.主持广西科学研究与技术开发计划项目:FAST超大型索网系统研制及施 工工法研究,资助经费100万元,工程项目已通过验收。
2.主持广西科学研究与技术开发计划项目:OVM.DW15型超低温结构锚固体系的研究和产业化,资助经费25万元,已完成,2013年10月通过验收。
3.主持广西科学研究与技术开发计划项目:OVM.ZH型高强砂浆锚垫板的研制和产业化,资助经费20万元,已完成,2013年10月通过验收。
4.主持广西科学研究与技术开发计划项目:高速铁路无碴轨道结构的CA型弹性垫层砂浆的开发与产业化,资助经费15万元,已完成,2012年10月通过验收。
5.主持广西科学研究与技术开发计划项目:高强碳纤维板及其预应力锚固体系,资助经费20万元,已完成,2013年10月通过验收。 
指导老师深耕拉索和应变领域多年,对应变片的制作以及该行业的情况有较为深入的了解。能够为该项目提供丰富的理论知识技术指导和。在大学生创业创新训练项目中,我们团队得到了指导老师朱老师和李老师的大力支持和帮助,他们对我们的项目提供了很多专业的意见和建议,使我们的项目得以更好地发展。
国家级

项目成员

序号 学生 所属学院 专业 年级 项目中的分工 成员类型
褚怡璇 土木工程学院 智能建造 2022 统筹安排、专利撰写
钟华兴 土木工程学院 土木工程 2022 技术负责人
余沁琰 物理与电子信息工程学院 电子信息工程(应用) 2023 商业负责人
刘佳乐 土木工程学院 土木工程 2023 市场负责人
张献丹 土木工程学院 土木工程 2021 创新点研究

指导教师

序号 教师姓名 所属学院 是否企业导师 教师类型
朱万旭 土木工程学院
李明霞 土木工程学院

立项依据

(行业历史与前景,市场规模及增长趋势,行业竞争对手,未来市场销售预测等。)
2013年,传感器受到全社会的关注,许多国家开始提出“万亿传感器”的口号。“万亿传感器革命”这一说法,最初出现在美国的产学联合会议“万亿传感器峰会(TSensors Summit)”上。会议提出“万亿个传感器覆盖地球(TrillionSensors Universe)”计划,旨在推动社会基础设施和公共服务中每年使用1万亿个传感器。1万亿,这个数字相当于目前全球传感器市场需求的100倍。可以预见,不久的将来,我们身边将到处布满传感器。
据市场研究机构Grand View Research的报告数据显示,全球光纤传感市场规模在2022年已经超过了50亿美元,其中光纤光栅应变片作为光纤传感器的重要元件,市场占有率较高。目前,全球光纤光栅应变片的主要市场在北美和欧洲,随着亚太地区制造业和航空航天等行业的不断发展,亚太地区的市场也在逐渐扩大。从国内角度来看,目前中国制造业处于高速发展阶段,需要借助先进的测量手段来提高产品质量和监测生产过程,因此光纤光栅应变片在国内市场的需求也在逐渐增加。据报告显示,未来几年中国光纤传感市场规模还将在较高速度上增长,预计到2025年末,市场规模将达到80亿元人民币左右。总体而言,光纤光栅应变片在国内外市场都有广泛的应用前景。
经济稳步增长和国家发展计划的实施促进光纤光栅应变片行业的不断发展城镇化是促进光纤光栅应变片行业发展的重要驱动因素,随着城市化水平的稳步提高,城市建设对于建筑物的安全性有了更高的要求,而光纤光栅应变片相较传统的电阻应变片在工程中测量更加精确,这也确定了光纤光栅应变片行业要不断发展,以达到在工程中更为广泛的应用。现有的光纤光栅应变片由于价格昂贵,并未得到广泛的应用,未来的行业产品必然通过降低成本,从而降低产品的售卖价格来提升产品的竞争力。这便有利于促进整个行业的良性竞争,从而使拥有质量和品牌核心竞争力的企业达到更好的经济效益,进一步提高行业的集中度,光纤光栅应变片产业未来也将实现良性的可持续发展。 
纳米银用陈皮提取物(绿色方法)来做还原剂和保护剂一步还原法制备得到纳米银,纳米银无压封装技术用在光纤光栅上 

1.生产和运营方式。
由光纤光栅应变片团队为核心技术支持,与合作厂家共同生产光纤光栅应变片产品。其中,由广西华刚新材料有限公司提供生产光纤光栅应变片的原材料,广西恒辉公司团队在产学研车间单独管理光栅应变片生产,并提供光纤光栅应变片原材料、技术和售后服务,确保产品质量和技术支持。桂林理工大学科技园孵化项目,合同签章由科技园代章。
在初期,由团队与合作厂家共同销售产品,主要把产品推向生物医学、建筑工程、航空制造等领域。目标客户包括医院、大型建筑、飞机制造工厂等。针对的目标客户主要包括:中国移动通信集团公司、中国南方电网有限责任公司;广西各地级交通运输部门、水利部门、城市建设部门等;光纤光栅应变片需求、改造的私企。
随着公司成熟发展,除了与合作厂家共同销售,还会扩大销售渠道,拓展到更多的领域,如地震预警、交通运输、能源等行业。同时更加注重产品质量和技术支持,打造自己独有的品牌。同时面向政府建筑主管部门、基建公司、涉及光纤光栅传感企业及涉及光纤光栅更新改造企业等目标客户拓展业务。对于招标和竞标类项目,将参与对应的投标并积极争取订单。
2.材料、劳动力、设备需求。
广西华刚新材料有限公司提供生产光纤光栅应变片的原材料,广西恒辉公司团队在产学研车间单独管理光栅应变片生产,并提供光纤光栅应变片原材料、技术和售后服务。
3.质量保证。
(1)产品初试。
团队委托广西汉鸣有限公司进行产品样品的生产和检测,检验合格后开始批量生产。
具体指标 产品参数
标准量程 ±2500με
测量精度 1%FS
分辨率 1με
外形尺寸 φ10×120mm(不含安装底座)
温度补偿 内部补偿
标距(底座距离) 100
工作环境 温度-40℃~60℃
零位漂移 1μm/m
(2)产品实测。
团队提供实际应用测试样品,合作客户选取试点进行产品测试,产品合格率达 95%。
标准量程测试 通过
测量精度测试 通过
零漂测试 通过
外形尺寸误差测试 通过
样品共100件,总测试通过 95件
4.生产成本
生产设备252w,厂房建设18w,产品研发120w,产品生产108w,市场推广72w,其他支出30w。产品成本:主营业务成本256万元,产品售价700元/件。
成本费用估算表 单位:万元
项目 2025 2026 2027 2028 2029
营业成本 256 307.20 368.64 442.37 530.84
销售费用 72 75.60 79.38 83.35 87.52
管理费用 56.32 59.14 62.10 65.20 68.31
财务费用 7.68 8.45 9.30 10.23 11.25
研发费用 120 144 172.8 207.36 248.83
总计 512 594.39 692.22 808.51 946.75 
根据企业目前的状况,可供选择的融资方式有银行贷款、股权融资等。项目团队计划融资共576万元,其中通过股权融资560万元,出让10%的公司股权,银行贷款16万元,这样的融资比例有利于化解融资所带来的融资风险。并且股权融资所获得的资金,企业无须还本付息,但新股东将与老股东同样分享企业的赢利与增长。公司注册资本800万。公司成立后,增加或减少注册资本必须召开股东大会并作出决议。
资金来源
资金规模 股权融资 银行贷款 自筹资金
金额(万元) 560 16 224
比例 70% 2% 28% 
1.合作计划
1)与相关高校和科研机构建立合作关系,开展技术研究和开发。
2)与国内外知名客户建立稳定的合作关系,扩大市场渠道。
3)与同行业龙头企业进行合作,共同推动产业的发展。
2.实施方案
1)着重提升技术开发方面的实力,加强人才引进和培养计划。
2)优化生产流程和质量控制,不断提升产品质量和服务水平。
3)加强对研发成果和专利的保护,提高公司核心竞争力。
3.机构设置
1)设立技术研发部门,负责公司技术和产品的研发。
2)设立生产部门,负责产品的制造和质量控制。
3)设立营销部门,负责公司的市场营销和客户服务。
4.人员管理
1)招聘高素质、有经验的人才,确保公司的技术和管理水平。
2)建立科学合理的绩效考核和激励机制,提高员工的积极性和工作效率。
3)加强内部培训和员工发展计划,提高员工的专业技能和管理素质。
5.销售策略
1)扩大市场渠道,增加产品的知名度和曝光率。
2)强化售后服务,提高客户满意度,促进客户忠诚度。
3)不断优化产品和服务,提高综合竞争力,赢得更多市场份额。 
1.技术上
光纤光栅是利用光纤材料的光敏性(外界入射光子和纤芯内锗离子相互作用引起折射率的永久性变化),在纤芯内形成空间相位光栅。公司的主营产品光纤光栅电阻片主要优势有可靠性好、抗干扰能力强,测量精度高,分布式测量、测量点多、测量范围大,传感头结构简单、尺寸小以及抗电磁干扰、抗腐蚀、适于恶劣的化学环境下工作,还有系统安装使用过程中无需定标,使用寿命可达25年以上,适用于长期监测。但随着互联网技术的不断发展,公司面临的技术风险也越来越多。首先,核心技术可能会被其他方盗用、模仿,出现新的竞争对手,抢占我们的市场份额。其次,新进入行业的公司开发出更加完善的技术,在实际生产中处于领先优势。最后,核心技术外泄。如核心研发人员推出公司,将核心技术泄露给竞争对手等情况。
应对措施:企业想要保持自己的竞争力,在市场中获得优势,就需要对潜在的技术风险加强分析和防范。企业可以依靠专利来保护和掌握核心技术,加强知识产权管理,成立研发中心,拓宽对人才的招聘渠道,提高员工职业技能水平,向广大客户征求意见,对产品不断进行改进,增强竞争力。
2.经营上
随着我国社会经济的迅猛发展以及经济全球化进程的不断加快,我国大多数的企业已经做到了与国际化市场接轨,并且从中得到了更大的发展空间。与此同时少数企业受到了社会形势的影响,在激烈的行业竞争中面临危机。为了能够实现自身的稳定发展,企业在专注于生产经营的同时,能够发现潜在的经营风险,做到及时准确地分析与防范,建设系统的企业经营风险分析防范体系尤为重要。[1]通过分析可以得出可能造成公司经营风险的因素可分为财务因素和非财务因素。
①财务因素:供应商库存商品不够,购置价格行情转变强烈,原料市场经销商的变化而发生的供货不够,赊销业务过多,存货流动性差等
②非财务因素:库存量不够所致使的停工待料或销售滞后、没法获得运营所需资产、产生毁灭性危机事件影响生存及经营状况、市场需求以及代替性商品或服务的影响、金融市场波动等。
应对措施:编制完整的内部控制制度,完善风险管理制度,建立内部审计监督制度,内部审计管理办法及操作流程,对公司所属单位或个人的经济活动进行监督.另外根据各项业务的不同特点,制定各自不同的风险控制制度,标准化操作流程,作业标准,各部门责任分离,互相监督,对各自操作中遇到的风险进行预测、评估、控制。
3.市场上
虽然光纤光栅的发展潜力较大,但市场竞争激烈,政策和技术面临不确定性,在发展的过程中仍存在一定风险。市场时刻在变化,商品的供应与需求也随着市场变化而变化。当市场供应大于需求时,这时可能会面临存货积压的风险。光纤光栅应变片在市场中投入使用,在受购买者喜爱的同时也面临着原有竞争对手的压力。
应对措施:为了应对市场风险,可以加强市场调研,制定差异化营销策略,增强产品市场竞争力等措施来应对市场风险。 
本公司深入研究光纤光栅应变片的制作方法,将封装好的光纤与要浇筑的基地材料放置在同一个模具中共同进行浇筑从而保证光纤光栅应变片的一体性,企业当前的主要业务有产品销售、承接项目以及产品维修。光纤光栅应变片的应用场景非常广泛,涉及多个领域,包括但不限于以下几个方面:机械结构监测、油井压力监测、地质勘探、光通信、航天航空、医疗设备以及建筑工程等。
根据市场调研情况和同行业公司的营业收入状况,结合本公司的发展战略和盈利模式,再对公司各个应用场景做出销售增长率的预测,推测出本公司的营业收入预测表如下:
营业收入预测表 单位:万元
业务类别 2025 2026 2027 2028 2029
销售收入 826.50 1239.75 1859.63 2789.44 4649.07
项目承接 299.46 449.19 673.79 1010.68 1516.02
产品维修 71.87 107.81 161.72 242.58 363.87
总计 1197.83 1796.75 2695.14 4042.70 6528.96 

经费预算

开支科目 预算经费(元) 主要用途 阶段下达经费计划(元)
前半阶段 后半阶段
预算经费总额 9000.00 3700.00 5300.00
1. 业务费 5000.00 1700.00 3300.00
(1)能源动力费 800.00 400.00 400.00
(2)会议费 300.00 100.00 200.00
(3)差旅费 1500.00 800.00 700.00
(4)文献检索费 400.00 400.00 0.00
(5)论文出版费 2000.00 0.00 2000.00
2. 仪器设备购置费 2000.00 1000.00 1000.00
3. 材料费 2000.00 1000.00 1000.00
结束