仿生理念在桥梁设计中的应用

赵钊

摘 要：仿生理念越来越多地被应用于各行各业，不仅在一些机械的设计和制造中巧妙地利用了生物的一些优良特性，在一些工程事业中也很好地利用了仿生理念。现在桥梁设计中也更多地开始应用仿生理念，仿生理念让桥梁设计不断突破创新，并且能够更好地优于传统的桥梁设计结构，让桥梁使用寿命更长，修护成本更低，并且外形结构也更加优美，制造更加的经济，让桥梁工程工作效率大幅度提升。

关键词：仿生理念；桥梁设计；作用

中图分类号：U442 文献标识码：A

1.仿生理念的概念

仿生学是一门学科，从古到今都被不同程度地应用到生产生活实践中，通过研究生物体的结构和生理功能，对其原理进行研究，然后将其原理应用到现在的生活生产中，以开发出新的设备和工具。其主要方法就是利用特殊的仿生技术来生产出适合学习生活的工作的新型产品，其原理和功能离不开生物的结构和生理功能。因为生物所具有的功能是在适应自然的过程中逐渐演变而来的，具有很大的优越性，并且比机械要好得多。如果将生物的一些功能巧妙地运用在工程建设中，则可以很好地提升工程的性能，并且让工程更加安全使用期限更长。仿生学理念可以很好地启发工程师的思维，引发新的创新点。现在在桥梁设计中也越来越多地采用了仿生理念，让桥梁设计结构更完整，并且耐受力和安全程度大幅度提升。在现代工程中很多突破性的设计灵感都和仿生理念有一定的关联，这使得现代工程更加优秀，设计更加人性化，和自然的和谐程度也更好。

2.仿生理念在桥梁设计中的重要性

优化桥梁工程的结构设计对于提升桥梁的性能是非常重要的，而且也是桥梁设计工作中非常重要的问题。首先要有桥梁设计，之后才能进行桥梁的施工监控修护等一系列工作。桥梁在人们的正常生活中扮演着非常重要的角色，不仅仅只作为一个连通工具，更多地时候桥梁设计也是一门艺术，和桥梁建设时代文化背景有很大的联系。一定程度上桥梁设计代表了那个时代的人文风土人情，其次，桥梁设计还要足够好地适应自然，不然在恶劣的自然环境下桥梁很容易崩塌损坏。桥梁设计不仅要美要有艺术感，更要适应，能够满足社会对桥梁的需求。桥梁设计在沿袭前人的优秀设计原理外还要跨时代的创新点，使得桥梁设计能够更好地满足现代社会的需求。为了更好的寻找桥梁设计的创新点，现在越来越多的桥梁设计中开始采用仿生理念。在桥梁运用仿生理念方面，主要包括宏观方面的仿生理念和微观上的仿生理念。宏观方面的仿生理念主要是通过对生物整体或单独的器官组织基础上的研究和模仿，比较常见的是对生物的皮表纹理，外部构造，运动和力学原理进行模仿，从生物的整体上或者局部结构上进行模仿，采取其闪光点，对这些的研究有利于桥梁设计人员得出更多的创新点。在对桥梁桥面结构的设计和桥梁附属结构的设计中，很多都不同程度地采用了仿生理念。比如在对桥梁框架的设置和钢材等支撑材料的选择上，可以选择生物骨架的结构作为创意点的参考，这样让桥梁设计从结构和艺术设计上都上升了一个档次，并且能够设计出更为新型的桥梁结构。在微观方面的桥梁结构设计指生物学上的细胞层面和分子层面的仿生理念。还有对生物体内内部的一些系统的模仿，如能量产生和利用，信息传递和接受等，这些对于改善桥梁结构设计是非常重要的，可以很好地优化桥梁结构。利用这些生物对自然环境的适应能力的内部调节系统，可以很好地改善桥梁对自然环境的适应能力，进而提高桥梁的使用寿命。从宏观和微观方面进行仿生理念的采用，能够提升桥梁的性能，增强其稳定性，增强桥梁对恶劣环境的承受力。

3.仿生理念在桥梁设计中的应用

3.1 仿生理念有助于改善桥梁结构

桥梁结构是桥梁设计和建造中的重中之重，是最为基础的工作。传统上的桥梁设计更多的是依赖于自然选择或者沿袭前人的经验，往往没有太大的改变。但是桥梁设计不能只照搬前人经验，还要自己的创新点和独特实处，这样才能更好地让桥梁设计适应当地环境和社会需求。而利用仿生理念，则很好地规避了这些问题，让桥梁的功能逐渐趋于完善，并能够长久地不被淘汰，也更为社会所需要。桥梁结构的设计还和人文环境有关，现在更多的创新还是从仿生理念出发，但是也和人文历史是紧密相关的。现在在结构外形设计的改变上主要有斜拉桥索向斜拉和悬索结合的发展，在更适应自然环境的基础上，更好地表现了美的外形。桥梁外形结构的设计的创新还和民族文化和经济发展程度自由民族化等有关，不仅仅只是能力问题。比如思想开放的欧美国家在桥梁结构设计的创新上就优于我国桥梁设计，以建筑艺术美术为文化背景的欧洲则有很大的优势，因为自由开放的民族更能够发现仿生理念，并且将其应用在桥梁结构设计中，以更好的改善桥梁结构设计。

3.2 仿生理念在材料选择上的应用

在自然界中存在着很多优秀的天然材料供人们选择，巧妙合理地选用合适的材料进行桥梁的建造，能够很好地改善桥梁的性能。仿生理念在桥梁设计中的应用能够很好地改善桥梁性能，选择更好的材料作为桥梁建设的材料。生物材料具有很多特性，要比人造的材料优秀的多。比如刚度强度更能够适应桥梁的需求，弹性和疏水性也能够让桥梁更好的适应自然环境的变化。在对仿生材料的研发上越来越完善，通过对生物胶原物质的采用，生物骨骼材料的选用和生物纤维的应用，都很好地改善了桥梁的性能。现在在对混凝土材料选择上更多地利用了生物材料，通过生物纤维制成的原料不仅改善了桥梁性能，还能够更好地节约能源，节约经济。

结语

仿生理念在桥梁设计中的应用越来越多地受到人们的关注，并且由于仿生理念的应用，桥梁结构和性能变得更加优秀，使用寿命更长，也更能适应社会的需求，使得桥梁的实用性和艺术性都得到很大的改善。

参考文献

[1]高聚福.空间结构仿生工程学的研究[D].天津：天津大学，2015.

[2]（英）马修韦尔斯.张慧，黎楠，译.世界著名桥梁设计[M].北京：中国建筑工业出版社，2015：412-415.