大跨度建筑設計中結構仿生的應用

蔡理武

（廣西五鴻建設集團有限公司 廣西宜州 546300）

結構仿生屬于建筑仿生學中的重點研究內容之一，特別是在大跨度建筑設計中，通過合理應用結構仿生，能夠保證大跨度建筑工程施工質量得到更好的提升，減少建筑結構失穩現象的產生。對于大跨度建筑設計人員來講，在實際工作當中，要結合以往的設計經驗，進行合理的評判，保證結構仿生在大跨度建筑設計中得到有效應用。鑒于此，本文主要分析結構仿生在大跨度結構設計中的應用要點，從而推動我國大跨度建筑工程能夠更好的發展。

1 大跨度建筑設計中應用結構仿生原理的重要性

近些年來，由于我國建筑行業的高速發展，建筑仿生設計已經引起人們的關注，所謂建筑仿生設計，主要指的是將仿生學與建筑學進行有效結合，建筑仿生學涉及的領域比較廣，將結構仿生應用到大跨度建筑設計中，不僅能夠提升大跨度建筑的美觀性，而且真正實現節能環保的目標。大跨度建筑設計人員通過運用結構仿生理念，能夠保證大跨度建筑結構更加穩定，減少工程施工資源的浪費[1]。

除此之外，在大跨度建筑設計中，應用結構仿生理念，能夠為設計人員提供更多的設計思路，保證大跨度建筑內部結構更加合理，進一步提升大跨度建筑工程的總體效益。大跨度建筑設計人員要不斷學習先進的結構仿生設計方法，改進原有的大跨度建筑設計方案，提高設計方案的實施效率。

2 結構仿生方法的應用現狀

2.1 仿生材料研發

仿生材料是結構仿生的重要組成，從微觀角度來講，設計人員結合生物材料的外形特點，能夠研發出比較類似的原生物材料，與傳統的建筑施工材料相比，仿生材料的化學性質更加穩定。由于建筑工程施工對各項材料的密度與強度要求比較高，通過合理應用仿生材料，能夠保證建筑工程結構更加穩定。例如，在某建筑工程當中，通過應用先進的加氣混凝土與泡沫混凝土等施工材料，能夠提升建筑的美觀性與實用性，與傳統的混凝土材料相比，加氣混凝土與泡沫混凝土更加環保，對生態環境的污染較小，并且具有較好的保溫效果，使得其應用范圍越來越廣[2]。

2.2 仿生結構設計

所謂仿生結構設計，主要指的是設計人員根據生物的外形特點，提取相應的結構體系，并結合建筑結構設計要點，將生物結構體系與建筑結構設計方案進行有效結合，優化原有的建筑結構設計方案，保證建筑機構設計方案得到更好的實施。由于建筑結構要求比較高，如強度要求與跨度要求等，設計人員在實際工作當中，要結合生物結構受力特點，制定多個建筑工程設計方案，經過綜合對比分析后，選擇最終的設計方案。例如，在大跨度建筑工程中，通過采用拱結構與充氣結構，均能夠提升建筑工程的安全性。

2.3 仿生系統開發

仿生系統開發主要根據生物系統特點，將生物系統中的各個因素進行有效的組合，并運用先進的系統理論，適當加大人造系統開發力度。與仿生材料與仿生研發與仿生結構設計不同，仿生系統開發的關鍵在于怎樣正確處理各個子系統間的關系，將各個子系統進行有效結合，充分發揮各個子系統的功能。由于建筑工程系統具有一定的集成性，建筑工程系統中的子系統數量不斷增多，在一定程度上增加了各個子系統的集成難度，通過開發仿生系統，能夠幫助建筑工程設計人員將各個子系統進行有效集合，保證結構仿生在建筑設計中得到更好的應用[3]。

3 大跨度建筑設計中結構仿生的應用要點

3.1 工程概況

某大跨度建筑工程的橫向跨度為65m，屬于大型公共建筑工程，該大跨度建筑工程內部結構比較復雜，施工難度較大，主要采用網架結構。由于該大跨度建筑工程的跨度比較大，功能比較復雜，具有良好的實用性。為了保證該大跨度工程得到更好的應用，設計人員要結合該地區的地形地貌特點，運用結構仿生設計理念，不斷完善大跨度建筑工程設計方案。

3.2 制定合理的設計方案

大跨度建筑工程設計人員在實際工作當中，結合結構仿生理念，能夠制定合理的設計方案。在制定設計方案之前，設計人員需要繪制相關草圖，并根據以往的設計經驗，將大跨度建筑工程系統進行抽象化處理，結合相關法律法規，改進原有的大跨度建筑設計方案，從根本上提高該大跨度建筑形體的靈活性[4]。

另外，為了保證大跨度建筑設計效果得到更好的體現，設計人員要不斷提升自身的創新意識，采用透視圖方法，將大跨度建筑中的各個實體進行有效連接，保證建筑空間布局更加科學合理，不斷減少資源的浪費。通過制定合理的設計方案，能夠幫助大跨度建筑設計人員更好的了解建筑工程結構特點，提升大跨度建筑工程設計方案的實施效果。

3.3 構建相應的建筑模型

在構建大跨度建筑結構時，設計人員需要做好相應的模擬設計工作，將大跨度建筑工程更加直觀的表達出來，有效彌補三維表達圖語言的不足。在模型研究階段，設計人員要結合大跨度建筑工程內部的各個細節，進行相應的優化處理，讓人們能夠更加直觀的了解大跨度建筑工程，設計人員可以結合相關工作人員提出的意見，進行合理的改進[5]。

除此之外，大跨度建筑工程設計人員要具備良好的評估能力，針對設計過程中出現的問題，進行準確評估，制定有效的施工解決對策，保證大跨度建筑模型結構更加完整。通過構建大跨度建筑模型，能夠幫助設計人員更好的控制建筑能量，與生物類似，建筑工程也需要與環境相適應，設計人員結合生態系統運行特點，優化大跨度建筑設計方案，高效利用自然資源，真正實現節能環保的目標。由于大跨度建筑工程的施工規模比較大，在一定程度上增加了設計難度，設計人員在構建模型之前，需要做好評估工作，從而保證大跨度建筑模型能夠更加穩定的運行。

3.4 科學應用計算機模擬技術

現階段，伴隨計算機技術的不斷進步，計算機技術的應用領域越來越廣泛，在大跨度建筑設計過程中，設計人員通過科學應用計算機模擬技術，構建更加完善的建筑模型，并針對建筑模型運行過程中出現的問題，提前制定相應的解決對策，保證大跨度建筑工程的總體施工質量得到有效提升。通過應用計算機模擬技術，能夠讓人們從不同的角度去感受大跨度建筑設計空間與形態，有效提升設計方案的科學性[6]。

由于結構仿生具有多樣性與高效性等特點，能夠有效滿足大跨度建筑形態設計需求，設計人員可以根據大跨度建筑構件的分布情況，合理選擇生物原型，并利用先進的計算機技術，構件建筑模型，為人們提供良好的視覺感受。在結構仿生學理念下，生物具有良好的自我調節能力，為了保證建筑具備同樣的生命體感知，設計人員可以將各項建筑信息進行有效匯總，并做好相應的識別工作，不斷提升建筑的自我調節能力，讓建筑能夠更好的“適應”周圍環境，不斷減少能源的損耗。

4 結束語

綜上，通過制定合理的設計方案、構建相應的建筑模型、科學應用計算機模擬技術，能夠保證大跨度建筑設計方案得到更好的實施，不斷降低建筑能源的損耗率。設計人員在實際工作當中，要妥善應用結構仿生理念，并不斷改進原有的設計方法，從而保證結構仿生在大跨度建筑結構設計中得到更加高效的應用。

[1]楊雨桐.淺議結構仿生在大跨度建筑設計中的應用[J].黑龍江科技信息，2016（07）：265.

[2]魏曉華，田長河.結構仿生在大跨度建筑設計中的應用分析[J].建材與裝飾，2015（48）：73～74.

[3]邱榮文，饒建鋒，韋經杰，饒 瑋.仿生學在建筑設計中的應用探究[J].山西建筑，2013，39（33）：4～5.

[4]李建華，張龍，黃錦源.淺談結構仿生在大跨度建筑中的應用分析[J].科技信息，2013（23）：220+274.

[5]曾凡林，譚德盼.瞻望仿生學在橋梁設計中的應用[J].交通科技，2012，（03）：44～47.

[6]劉記軍，尹華鋼，姜初偉，陳路，賀虎成.2008北京奧運會開幕式夢幻地球的結構仿生設計研究[J].建筑結構，2009，39（S2）：103～105.