橋梁設計中仿生理念的應用探究

陳彬

【摘要】近些年來，我國的經濟水平得到了極大的提高和改善，而且人們的生活觀念和居住感念也不斷發生著變化，尤其是近些年來我國所倡導的環保節約的觀念，更是為我國建筑行業的發展帶來了新的機遇，無論是從建筑企業的基礎結構之上還是到具體的工程施工，無一不發生著較大的變化。為了有效推動我國建筑行業的長遠和健康發展，在橋梁的優化和設計工作中就大量的用到了仿生理念，其利用仿生觀念的主要目的就是為了有效對橋梁使用過程中存在的一些問題加以有效的解決，更好的為我國橋梁的發展提供科學的指導工作。

【關鍵詞】橋梁設計；仿生理念；應用探究

引言

對于橋梁工程設計師而言，如何有效利用有限的資源，設計出更好的、更科學的、更合理的橋梁是設計師不斷的追求和夢想，因此，工程設計師僅僅局限于課本是遠遠不都的，必須立足于實踐，吸收借鑒大自然中的一些典型的現象無疑具有十分重要的意義和作用。經過漫長歲月的演化和發展，大自然本身已經具備了一定的穩定性和自身調節性，這對于有效彌補和解決生活中的一些設計的不足和缺陷無疑具有重要作用，這些知識的有效利用對于生態環境的保護十分重要，仿生學就是在此基礎之上應運而生的一種新學科。

一、對仿生理念的認識

仿生學是對自身界中的某些生物進行模仿并利用其中的相關性進行設計的的一種綜合性學科，就目前來看，仿生學已經廣泛應用于化學、生物學以及遺傳工程等諸多科學領域，發揮著日益重要的作用。自然界是人類智慧的發端和靈感的源泉，仿生理念將自然界中的所內含的一些偉大智慧加以利用，并逐步引用于人民群眾的日常生活中來，更好的為人類的文明發展和社會進步提供保障。對于仿生學的研究大致起源于二十世紀中后期，并且開始受到越來越多的專家和學者的關注。仿生學在對生物系和自然界中原有的規律和原理的研究基礎之上，進一步對其進行探索和延伸，并將類似于自然界中某些規律的靈感應用于諸多的建筑設計之上，進而對一些生物的某些功能、形態等方面進行一定的模仿，使其更好的服務于廣大人民群眾的生活需求中。

橋梁的設計工作是我國工程建筑中極為重要的一個分支，建筑事業的長遠發展一定程度上依賴于設計師的新的創意和靈感，因此，仿生學在橋梁設計中的應用勢必會更好的推動橋梁功能與造型的不但創新，這對于更好的保障我國橋梁建筑事業的發展可以說具有十分重要的意義和作用。

二、仿生理念在橋梁設計中的應用分析

在橋梁的設計工作中，很多的設計靈感都源于自然界，甚至于大自然中所存在的一些客觀物質具有明顯的一致性，這是應為仿生法主要包括宏觀仿生和微觀仿生兩個大的分類，在橋梁的設計工作中也是如此，但是從一些細節上來看，無論是微觀仿生還是宏觀仿生，大多都會分為多種的仿效細節，這些細節在全新的載體中重新組成一個完整的整體，如下圖所示。

（一）仿生在橋梁形態上的應用分析

最早將仿生學應用在橋梁設計中的設計師是西班牙設計師卡拉特拉瓦，他受到植物的形態和動物的骨骼等方面的啟發，率先從形態對橋梁進行設計和規劃，在他的作品中不難看出自然主義的特色，但是他的一系列作品卻引發了諸多的討論，有人認為這是一種純粹的模仿，形狀怪異，施工難度相對較大，但是對于設計本身來說，并沒有很好的詮釋仿生學的仿生理念，只是單純的進行模仿，而且在施工過程中常見的施工材料主要是鋼筋混凝土。對于仿生學的應用來說，其并不是隨意可以施行的，仿生學在橋梁建筑中的應用，需要有效綜合仿效結構與對橋梁實際需求等，立足于實際情況進行設計。盡管自然界中會有很多的生物形態具有較強的仿效性，但是在實際的施工過程中，則可能會出現負重過大，結構復雜，脫離實際等諸多情況的出現，因此在實際的橋梁設計施工中，需要根據需要合理利用仿生理論，充分分析其施行的合理性以及科學性。

（二）仿生理念在橋梁結構中的應用分析

在自然界和生物界中，有很多動植物的骨骼和外觀形態在橋梁設計中可以被采用，而且隨著生物學的不斷發展，人們逐漸認識到了自然界中越來越多的結構形態，而這些結構形態的出現無疑為橋梁的結構設計提供了一個新的思路，倘若可以充分對這些結構進行應用，諸如人體的骨骼結構等等，則橋梁建筑行業勢必會有更加廣闊的發展空間。在進行橋梁結構的設計工作時，需要具備完整的承載力分散方式，完整的承載力分散方式在有效保證橋梁的使用過程中具有十分重要的意義和作用，因此，在將仿生理念運用到橋梁結構的設計中時，要注意橋梁結構對力量的有效分散，合理的對橋梁結構加以設計。

（三）仿生理念在橋梁功能機理中的應用分析

在仿生學中，最為常見的研究對象就是自然界和生物界中的動植物的功能機理，其主要的研究側重點主要包括力學、動植物行為以及能量的轉換等方面，此類的仿生應用人類很早之前就已經掌握，比如仿照鳥類飛翔時候翅膀的功能機理而研發的飛機的兩翼等，但是仿生學的完善必須經歷一個相對較長的時間，逐步對仿造過程中的一系列問題加以有效的處理和解決，不斷完善，諸如，最初的機翼存在著震顫的問題，于是人們針對這一問題開始了新的探究，并最終在蜻蜓的翅膀上找到了新的解決方法，有效對最初的飛機設計中機翼的不足之處進行了處理。

橋梁的使用壽命與周圍的自然界有著密切的聯系，倘若受到自然界中地震、洪水以及狂風等自然災害的影響，其橋梁的使用所面臨的風險也會加大，此外，橋梁在使用過程中車輛的負載和橋梁使用的年限對于橋梁自身的穩固性也有著重要的影響，因此為了有效保證橋梁使用過程中的安全性，那么在進行橋梁的設計工作時必須高度重視這些不利因素，并逐漸尋找新的方法對其進行有效的解決。較為成功的一個案例是德國一所大學的生物研究人員通過對植物的剛度進行研究發現，一種巨型木賊以及木賊草兩種植物可以通過自身的調節來更好的適應外界的壓力，因此這種生物的功能性的原理就可以應用于大跨度橋梁中的橋墩和橋塔上，有效協調橋梁所受到的不同方向的壓力，從而使得橋梁擁有諸如生命的體質特征。

結語

橋梁設計中仿生理念的應用具有十分重要的意義和作用，而隨著仿生理念在橋梁設計中的應用，我國的橋梁事業擁有了更加廣闊的發展空間。筆者衷心希望，以上關于對我國橋梁設計中仿生理念的應用能夠被相關負責人合理的吸收和采納，進而更好的指導我國的橋梁設計工作。

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