淺析仿生學在橋梁設計中的應用

1、<p>　　淺析仿生學在橋梁設計中的應用</p><p>　　摘要：將仿生學的分類與應用作為目標,為了解決現(xiàn)代橋梁設計中的一些問題,引入了仿生學的這個理念,建立起橋梁"活體"的概念和生態(tài)觀在工程設計中的應用,為新型的橋梁設計開創(chuàng)了新的思路,仿生理念的運用定會推動現(xiàn)代橋梁設計進入一個新的階段,從而為人類建造出更多安全節(jié)能、可持續(xù)、與自然和諧的橋梁建筑。 </p><

2、p>　　關鍵詞：仿生學；橋梁設計；應用 </p><p>　　中圖分類號：[Q692] 文獻標識碼：A </p><p>　　1 仿生學的理念與實踐 </p><p>　　仿生學屬于一門技術性的學科，目的在于研究生物系統(tǒng)特有的結構與性質(zhì)，國內(nèi)外很多學者都將仿生建筑作為研究課題，尋求科學的自然規(guī)律，以促進現(xiàn)代建筑形體結構與功能布局更具科學性、合理性。通過對建筑仿

3、生學的研究，實現(xiàn)經(jīng)濟效益、生態(tài)環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展，實現(xiàn)能源的節(jié)約，減少環(huán)境污染，促進城市的可持續(xù)發(fā)展。 </p><p>　　經(jīng)過時間推移，各個生命體結構比較清晰，保持在合理的狀態(tài)中。該學科具有靈敏、小巧以及高效的特色，逐漸被推廣使用。實踐證明應用了仿生學之后，工程設計取得了良好成效。仿生學研究可以從兩個角度入手，其一宏觀角度，其二微觀角度。宏觀研究主要包含動物、植物、人類以及微生物等，另外，還包含力學結構類型、生物界

4、運行方式、行為規(guī)律等等。微觀研究主要包含：生物體內(nèi)部結構和能量轉化。人們進行工程研究時，主要研究生命系統(tǒng)組成部分，經(jīng)過資料分析，使用數(shù)據(jù)說明，然后進行結構分析，最終形成橋梁。 </p><p>　　2 宏觀仿生與橋梁設計 </p><p>　　2.1 需要明確形態(tài)仿生與橋梁設計 </p><p>　　眾所周知，橋梁設計的精髓基礎是自然界，只有如此才能保障橋梁設計符合

5、社會發(fā)展需求。橋梁設計靈感很多來自自然界，人們對動物骨骼以及植物形態(tài)研究中，領悟其中的韻味，在經(jīng)過專業(yè)知識聯(lián)組后呈現(xiàn)出設計靈感。進行設計時，應該深入研究仿生學，把握設計原則，以設計出可行性高、科學合理的設計方案為目標，從而保障橋梁設計具有實用價值。 </p><p>　　2.2 明確結構仿生與創(chuàng)新設計 </p><p>　　人類生活在自然界，對自然界的動物、植物機體研究角度比較廣。進行橋梁

6、設計時，也應該需要引入自然界外形結構，設計出具有生命力的橋梁。橋梁設計具有延續(xù)性，在不斷發(fā)展中，應該將淘汰的部分剔除，保留科學、合理的部分。在原有基礎上優(yōu)化設計方案，使得橋梁設計更加合理，實現(xiàn)創(chuàng)新設計。 </p><p>　　2.3 明確意象仿生與橋梁美學間關系 </p><p>　　自然界之美和生命體之美結合在一起，這是人們一直追求的高境界美。進行橋梁設計時，應該融入美學設計理念，追求更

7、高的境界美。這些美通過比例值、形態(tài)美、質(zhì)感體驗以及色彩搭配等等方式進行展現(xiàn)。仿生學設計理念凸顯自然之美，當代橋梁設計中，應該基于造型美觀、功能實用基礎上，激昂美學理念植入設計每個環(huán)節(jié)，保障自然美學意境，使得橋梁設計更具生命力，富含社會性以及文化性，甚至包含時代情感。 </p><p>　　2.4 橋梁設計，注意神經(jīng)系統(tǒng)的應用 </p><p>　　在不斷變化的社會環(huán)境中，想要持續(xù)生存下去，

8、應該要有發(fā)達的神經(jīng)系統(tǒng)，能夠感知外在環(huán)境變化情況，根據(jù)變動來調(diào)整生存方向。例如：德國工程師使用斜拉索主動控制系統(tǒng)的理論，分析了列車在橋梁上行駛造成破壞的影響，此處可見科技力量進步推動了社會不斷發(fā)展。應用神經(jīng)系統(tǒng)，使得橋梁設計更具審美價值，橋梁的生命價值以及外觀在該設計模式下變得更具生命，這也正是設計師不斷追求的設計結果。否則在進行橋梁設計時，增大一些尺度或者是重量，這些做法會消耗資源，造成浪費現(xiàn)象出現(xiàn)，無法起到有效作用。 </p&

9、gt;<p>　　3 微觀仿生與橋梁設計 </p><p>　　3.1 進行設計時，應該明確仿生材料和橋梁新功能之間的關系 </p><p>　　橋梁發(fā)展水平高低受到材料使用范圍限制，這些材料來源于自然界。進行橋梁設計時，應該發(fā)揮出材料特質(zhì)，保障橋梁設計具備持續(xù)性。當設計引入仿生學之后，開啟橋梁設計新面目，這是創(chuàng)新理念之展現(xiàn)。新型材料在其中占據(jù)重要位置，它取代了傳統(tǒng)的材料。自

10、然理念引入保障橋梁社會服務功能，這是一個與時俱進的設計理念，彰顯設計理念的同時，也凸顯時代發(fā)展縮影。 </p><p>　　3.2 設計應該同仿生功能機理相符 </p><p>　　仿生學核心研究問題是動植物功能機理問題，其中包含能量轉化、生物演化、力學演變以及能量轉化等。比如，人們對鳥類翅膀觀察研究發(fā)現(xiàn)，鳥的剖面具有飛行的功能，能夠控制好空氣摩擦力，深入研究之后人們發(fā)現(xiàn)了飛機機翼。另外，

11、對蜻蜓的研究，人們處理了顫振問題。這些實例都是仿生學在現(xiàn)實生活使用實況，而且都是成功案例。進行橋梁設計時，應該認識到影響橋梁發(fā)展因素中，既有自然因素，也有人為因素。因此，進行橋梁設計時，要借鑒生物體外形，提升橋梁適應性以及調(diào)控能力。借助生物性能，將其運用到生命體中，降低自然災害對橋梁影響。 </p><p>　　3.3 橋梁設計和神經(jīng)系統(tǒng)應該緊密聯(lián)系 </p><p>　　生物之所以進化，

12、是因為要適應生存環(huán)境，大腦神經(jīng)系統(tǒng)是人和動物生存的重要功能之一。進行橋梁設計時，應該重視橋梁內(nèi)在因素，詳細分析受力情況?；诂F(xiàn)實需求，認真提出方案。隨著社會不斷發(fā)展，橋梁設計應該融入當代技術，尤其是計算機技術。不斷完善系統(tǒng)，使得系統(tǒng)具備大腦功能，在中樞系統(tǒng)指引下，能夠觀測周遭環(huán)境，掌握外在環(huán)境變動情況，提升適應環(huán)境能力。設計橋梁時，應考慮在外力影響因素下，能基于主動調(diào)節(jié)基礎上，提升橋梁抗震、抗水文以及抗風能力等。 </p>

13、<p>　　3.4 橋梁設計，應該把握生態(tài)觀 </p><p>　　橋梁對社會發(fā)展有重要作用，在城市化進程中占據(jù)重要地位。設計師進行橋梁設計時，要明確橋梁重要意義。在保護自然資源以及節(jié)約資源的基礎上，使得橋梁設計更具生態(tài)意義。實際設計時，應該盡量降低材料使用，減少橋梁拆建、不斷改造已有橋梁的現(xiàn)象，在節(jié)能基礎上優(yōu)化橋梁效益，還應該做好照明設計、排水設計以及通風設計，這些設計應該基于節(jié)能減排的基礎上，保障

14、橋梁具備生命力，以便日后管理時，能夠保障設計具有科學性，提升管理效益，發(fā)揮橋梁實際作用。 </p><p>　　隨著橋梁數(shù)量不斷提升，橋梁跨度逐漸提升，橋梁設計要求逐漸提高，進行設計時，要嚴格仿造生物機體進行設計。既然生物在經(jīng)歷風吹雨打之后，依舊可以生存下去，能夠保障頑強的生命力，說明生物自身具有調(diào)節(jié)能力，在進行橋梁設計時，可以借鑒生物體的適應能力，使得橋梁能夠應對自然災害危害。舉個例子：德國費雷堡大學研究了一些

15、植物，對植物剛性，柔韌性進行研究。發(fā)現(xiàn)楔葉類植物的剛性比較強，在巴西這些植物比較普遍，莖節(jié)間部位會有明顯的裂痕，這些植物組織為加固組織，顏色比較深。經(jīng)過研究組織細胞發(fā)現(xiàn)，這些細胞增壓內(nèi)層比較厚，在表面呈現(xiàn)三角形結構。當這些外形組構成植物體，它的強度比較硬，將這些發(fā)現(xiàn)成果應用到橋梁設計中，在橋墩高層結構設計時，設計出具有生命力的方案，提高了橋梁在抗風方面的能力。 </p><p><b>　　4 結束語

16、</b></p><p>　　隨著社會的不斷發(fā)展，科學技術的速度提升，橋梁設計引入仿生理念，具有重要意義，仿生理念為橋梁設計提供不一樣的設計理念及思路，而且還能解決橋梁特殊方面的問題，使得橋梁設計更加美觀、更具生命力。 </p><p><b>　　參考文獻： </b></p><p>　　[1] 陳水生,馬涌泉.基于土-結構相互作

17、用的隔震連續(xù)梁橋的地震響應[J]. 北京交通大學學報. 2012(04) </p><p>　　[2] 尚海濤.嚴寒地區(qū)鐵路客運專線橋梁設計特點[J]. 鐵道標準設計. 2012(12) </p><p>　　[3] 張海榮.中俄鐵路鋼桁梁橋設計活載標準對比研究[J]. 鐵道標準設計. 2012(12) </p><p>　　[4] 徐升橋,彭嵐平,侯建軍,簡方梁,