仿生理念在橋梁設計中的應用

趙　釗

（中油遼河工程有限公司，遼寧 盤錦 124000）

仿生理念在橋梁設計中的應用

趙釗

（中油遼河工程有限公司，遼寧 盤錦 124000）

仿生理念越來越多地被應用于各行各業(yè)，不僅在一些機械的設計和制造中巧妙地利用了生物的一些優(yōu)良特性，在一些工程事業(yè)中也很好地利用了仿生理念。現(xiàn)在橋梁設計中也更多地開始應用仿生理念，仿生理念讓橋梁設計不斷突破創(chuàng)新，并且能夠更好地優(yōu)于傳統(tǒng)的橋梁設計結(jié)構(gòu)，讓橋梁使用壽命更長，修護成本更低，并且外形結(jié)構(gòu)也更加優(yōu)美，制造更加的經(jīng)濟，讓橋梁工程工作效率大幅度提升。

仿生理念；橋梁設計；作用

1.仿生理念的概念

仿生學是一門學科，從古到今都被不同程度地應用到生產(chǎn)生活實踐中，通過研究生物體的結(jié)構(gòu)和生理功能，對其原理進行研究，然后將其原理應用到現(xiàn)在的生活生產(chǎn)中，以開發(fā)出新的設備和工具。其主要方法就是利用特殊的仿生技術(shù)來生產(chǎn)出適合學習生活的工作的新型產(chǎn)品，其原理和功能離不開生物的結(jié)構(gòu)和生理功能。因為生物所具有的功能是在適應自然的過程中逐漸演變而來的，具有很大的優(yōu)越性，并且比機械要好得多。如果將生物的一些功能巧妙地運用在工程建設中，則可以很好地提升工程的性能，并且讓工程更加安全使用期限更長。仿生學理念可以很好地啟發(fā)工程師的思維，引發(fā)新的創(chuàng)新點?，F(xiàn)在在橋梁設計中也越來越多地采用了仿生理念，讓橋梁設計結(jié)構(gòu)更完整，并且耐受力和安全程度大幅度提升。在現(xiàn)代工程中很多突破性的設計靈感都和仿生理念有一定的關(guān)聯(lián)，這使得現(xiàn)代工程更加優(yōu)秀，設計更加人性化，和自然的和諧程度也更好。

2.仿生理念在橋梁設計中的重要性

優(yōu)化橋梁工程的結(jié)構(gòu)設計對于提升橋梁的性能是非常重要的，而且也是橋梁設計工作中非常重要的問題。首先要有橋梁設計，之后才能進行橋梁的施工監(jiān)控修護等一系列工作。橋梁在人們的正常生活中扮演著非常重要的角色，不僅僅只作為一個連通工具，更多地時候橋梁設計也是一門藝術(shù)，和橋梁建設時代文化背景有很大的聯(lián)系。一定程度上橋梁設計代表了那個時代的人文風土人情，其次，橋梁設計還要足夠好地適應自然，不然在惡劣的自然環(huán)境下橋梁很容易崩塌損壞。橋梁設計不僅要美要有藝術(shù)感，更要適應，能夠滿足社會對橋梁的需求。橋梁設計在沿襲前人的優(yōu)秀設計原理外還要跨時代的創(chuàng)新點，使得橋梁設計能夠更好地滿足現(xiàn)代社會的需求。為了更好的尋找橋梁設計的創(chuàng)新點，現(xiàn)在越來越多的橋梁設計中開始采用仿生理念。在橋梁運用仿生理念方面，主要包括宏觀方面的仿生理念和微觀上的仿生理念。宏觀方面的仿生理念主要是通過對生物整體或單獨的器官組織基礎上的研究和模仿，比較常見的是對生物的皮表紋理，外部構(gòu)造，運動和力學原理進行模仿，從生物的整體上或者局部結(jié)構(gòu)上進行模仿，采取其閃光點，對這些的研究有利于橋梁設計人員得出更多的創(chuàng)新點。在對橋梁橋面結(jié)構(gòu)的設計和橋梁附屬結(jié)構(gòu)的設計中，很多都不同程度地采用了仿生理念。比如在對橋梁框架的設置和鋼材等支撐材料的選擇上，可以選擇生物骨架的結(jié)構(gòu)作為創(chuàng)意點的參考，這樣讓橋梁設計從結(jié)構(gòu)和藝術(shù)設計上都上升了一個檔次，并且能夠設計出更為新型的橋梁結(jié)構(gòu)。在微觀方面的橋梁結(jié)構(gòu)設計指生物學上的細胞層面和分子層面的仿生理念。還有對生物體內(nèi)內(nèi)部的一些系統(tǒng)的模仿，如能量產(chǎn)生和利用，信息傳遞和接受等，這些對于改善橋梁結(jié)構(gòu)設計是非常重要的，可以很好地優(yōu)化橋梁結(jié)構(gòu)。利用這些生物對自然環(huán)境的適應能力的內(nèi)部調(diào)節(jié)系統(tǒng)，可以很好地改善橋梁對自然環(huán)境的適應能力，進而提高橋梁的使用壽命。從宏觀和微觀方面進行仿生理念的采用，能夠提升橋梁的性能，增強其穩(wěn)定性，增強橋梁對惡劣環(huán)境的承受力。

3.仿生理念在橋梁設計中的應用

3.1仿生理念有助于改善橋梁結(jié)構(gòu)

橋梁結(jié)構(gòu)是橋梁設計和建造中的重中之重，是最為基礎的工作。傳統(tǒng)上的橋梁設計更多的是依賴于自然選擇或者沿襲前人的經(jīng)驗，往往沒有太大的改變。但是橋梁設計不能只照搬前人經(jīng)驗，還要自己的創(chuàng)新點和獨特實處，這樣才能更好地讓橋梁設計適應當?shù)丨h(huán)境和社會需求。而利用仿生理念，則很好地規(guī)避了這些問題，讓橋梁的功能逐漸趨于完善，并能夠長久地不被淘汰，也更為社會所需要。橋梁結(jié)構(gòu)的設計還和人文環(huán)境有關(guān)，現(xiàn)在更多的創(chuàng)新還是從仿生理念出發(fā)，但是也和人文歷史是緊密相關(guān)的?，F(xiàn)在在結(jié)構(gòu)外形設計的改變上主要有斜拉橋索向斜拉和懸索結(jié)合的發(fā)展，在更適應自然環(huán)境的基礎上，更好地表現(xiàn)了美的外形。橋梁外形結(jié)構(gòu)的設計的創(chuàng)新還和民族文化和經(jīng)濟發(fā)展程度自由民族化等有關(guān)，不僅僅只是能力問題。比如思想開放的歐美國家在橋梁結(jié)構(gòu)設計的創(chuàng)新上就優(yōu)于我國橋梁設計，以建筑藝術(shù)美術(shù)為文化背景的歐洲則有很大的優(yōu)勢，因為自由開放的民族更能夠發(fā)現(xiàn)仿生理念，并且將其應用在橋梁結(jié)構(gòu)設計中，以更好的改善橋梁結(jié)構(gòu)設計。

3.2仿生理念在材料選擇上的應用

在自然界中存在著很多優(yōu)秀的天然材料供人們選擇，巧妙合理地選用合適的材料進行橋梁的建造，能夠很好地改善橋梁的性能。仿生理念在橋梁設計中的應用能夠很好地改善橋梁性能，選擇更好的材料作為橋梁建設的材料。生物材料具有很多特性，要比人造的材料優(yōu)秀的多。比如剛度強度更能夠適應橋梁的需求，彈性和疏水性也能夠讓橋梁更好的適應自然環(huán)境的變化。在對仿生材料的研發(fā)上越來越完善，通過對生物膠原物質(zhì)的采用，生物骨骼材料的選用和生物纖維的應用，都很好地改善了橋梁的性能?，F(xiàn)在在對混凝土材料選擇上更多地利用了生物材料，通過生物纖維制成的原料不僅改善了橋梁性能，還能夠更好地節(jié)約能源，節(jié)約經(jīng)濟。

結(jié)語

仿生理念在橋梁設計中的應用越來越多地受到人們的關(guān)注，并且由于仿生理念的應用，橋梁結(jié)構(gòu)和性能變得更加優(yōu)秀，使用壽命更長，也更能適應社會的需求，使得橋梁的實用性和藝術(shù)性都得到很大的改善。

[1]高聚福．空間結(jié)構(gòu)仿生工程學的研究[D]．天津：天津大學，2015．

[2]（英）馬修韋爾斯．張慧，黎楠，譯．世界著名橋梁設計[M]．北京：中國建筑工業(yè)出版社，2015：412-415．

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