桥梁设计中仿生理念的应用探究

陈彬

【摘要】近些年来，我国的经济水平得到了极大的提高和改善，而且人们的生活观念和居住感念也不断发生着变化，尤其是近些年来我国所倡导的环保节约的观念，更是为我国建筑行业的发展带来了新的机遇，无论是从建筑企业的基础结构之上还是到具体的工程施工，无一不发生着较大的变化。为了有效推动我国建筑行业的长远和健康发展，在桥梁的优化和设计工作中就大量的用到了仿生理念，其利用仿生观念的主要目的就是为了有效对桥梁使用过程中存在的一些问题加以有效的解决，更好的为我国桥梁的发展提供科学的指导工作。

【关键词】桥梁设计；仿生理念；应用探究

引言

对于桥梁工程设计师而言，如何有效利用有限的资源，设计出更好的、更科学的、更合理的桥梁是设计师不断的追求和梦想，因此，工程设计师仅仅局限于课本是远远不都的，必须立足于实践，吸收借鉴大自然中的一些典型的现象无疑具有十分重要的意义和作用。经过漫长岁月的演化和发展，大自然本身已经具备了一定的稳定性和自身调节性，这对于有效弥补和解决生活中的一些设计的不足和缺陷无疑具有重要作用，这些知识的有效利用对于生态环境的保护十分重要，仿生学就是在此基础之上应运而生的一种新学科。

一、对仿生理念的认识

仿生学是对自身界中的某些生物进行模仿并利用其中的相关性进行设计的的一种综合性学科，就目前来看，仿生学已经广泛应用于化学、生物学以及遗传工程等诸多科学领域，发挥着日益重要的作用。自然界是人类智慧的发端和灵感的源泉，仿生理念将自然界中的所内含的一些伟大智慧加以利用，并逐步引用于人民群众的日常生活中来，更好的为人类的文明发展和社会进步提供保障。对于仿生學的研究大致起源于二十世纪中后期，并且开始受到越来越多的专家和学者的关注。仿生学在对生物系和自然界中原有的规律和原理的研究基础之上，进一步对其进行探索和延伸，并将类似于自然界中某些规律的灵感应用于诸多的建筑设计之上，进而对一些生物的某些功能、形态等方面进行一定的模仿，使其更好的服务于广大人民群众的生活需求中。

桥梁的设计工作是我国工程建筑中极为重要的一个分支，建筑事业的长远发展一定程度上依赖于设计师的新的创意和灵感，因此，仿生学在桥梁设计中的应用势必会更好的推动桥梁功能与造型的不但创新，这对于更好的保障我国桥梁建筑事业的发展可以说具有十分重要的意义和作用。

二、仿生理念在桥梁设计中的应用分析

在桥梁的设计工作中，很多的设计灵感都源于自然界，甚至于大自然中所存在的一些客观物质具有明显的一致性，这是应为仿生法主要包括宏观仿生和微观仿生两个大的分类，在桥梁的设计工作中也是如此，但是从一些细节上来看，无论是微观仿生还是宏观仿生，大多都会分为多种的仿效细节，这些细节在全新的载体中重新组成一个完整的整体，如下图所示。

（一）仿生在桥梁形态上的应用分析

最早将仿生学应用在桥梁设计中的设计师是西班牙设计师卡拉特拉瓦，他受到植物的形态和动物的骨骼等方面的启发，率先从形态对桥梁进行设计和规划，在他的作品中不难看出自然主义的特色，但是他的一系列作品却引发了诸多的讨论，有人认为这是一种纯粹的模仿，形状怪异，施工难度相对较大，但是对于设计本身来说，并没有很好的诠释仿生学的仿生理念，只是单纯的进行模仿，而且在施工过程中常见的施工材料主要是钢筋混凝土。对于仿生学的应用来说，其并不是随意可以施行的，仿生学在桥梁建筑中的应用，需要有效综合仿效结构与对桥梁实际需求等，立足于实际情况进行设计。尽管自然界中会有很多的生物形态具有较强的仿效性，但是在实际的施工过程中，则可能会出现负重过大，结构复杂，脱离实际等诸多情况的出现，因此在实际的桥梁设计施工中，需要根据需要合理利用仿生理论，充分分析其施行的合理性以及科学性。

（二）仿生理念在桥梁结构中的应用分析

在自然界和生物界中，有很多动植物的骨骼和外观形态在桥梁设计中可以被采用，而且随着生物学的不断发展，人们逐渐认识到了自然界中越来越多的结构形态，而这些结构形态的出现无疑为桥梁的结构设计提供了一个新的思路，倘若可以充分对这些结构进行应用，诸如人体的骨骼结构等等，则桥梁建筑行业势必会有更加广阔的发展空间。在进行桥梁结构的设计工作时，需要具备完整的承载力分散方式，完整的承载力分散方式在有效保证桥梁的使用过程中具有十分重要的意义和作用，因此，在将仿生理念运用到桥梁结构的设计中时，要注意桥梁结构对力量的有效分散，合理的对桥梁结构加以设计。

（三）仿生理念在桥梁功能机理中的应用分析

在仿生学中，最为常见的研究对象就是自然界和生物界中的动植物的功能机理，其主要的研究侧重点主要包括力学、动植物行为以及能量的转换等方面，此类的仿生应用人类很早之前就已经掌握，比如仿照鸟类飞翔时候翅膀的功能机理而研发的飞机的两翼等，但是仿生学的完善必须经历一个相对较长的时间，逐步对仿造过程中的一系列问题加以有效的处理和解决，不断完善，诸如，最初的机翼存在着震颤的问题，于是人们针对这一问题开始了新的探究，并最终在蜻蜓的翅膀上找到了新的解决方法，有效对最初的飞机设计中机翼的不足之处进行了处理。

桥梁的使用寿命与周围的自然界有着密切的联系，倘若受到自然界中地震、洪水以及狂风等自然灾害的影响，其桥梁的使用所面临的风险也会加大，此外，桥梁在使用过程中车辆的负载和桥梁使用的年限对于桥梁自身的稳固性也有着重要的影响，因此为了有效保证桥梁使用过程中的安全性，那么在进行桥梁的设计工作时必须高度重视这些不利因素，并逐渐寻找新的方法对其进行有效的解决。较为成功的一个案例是德国一所大学的生物研究人员通过对植物的刚度进行研究发现，一种巨型木贼以及木贼草两种植物可以通过自身的调节来更好的适应外界的压力，因此这种生物的功能性的原理就可以应用于大跨度桥梁中的桥墩和桥塔上，有效协调桥梁所受到的不同方向的压力，从而使得桥梁拥有诸如生命的体质特征。

结语

桥梁设计中仿生理念的应用具有十分重要的意义和作用，而随着仿生理念在桥梁设计中的应用，我国的桥梁事业拥有了更加广阔的发展空间。笔者衷心希望，以上关于对我国桥梁设计中仿生理念的应用能够被相关负责人合理的吸收和采纳，进而更好的指导我国的桥梁设计工作。

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