仿生理念在橋梁設(shè)計中的應(yīng)用

趙釗

摘 要：仿生理念越來越多地被應(yīng)用于各行各業(yè)，不僅在一些機械的設(shè)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?，F(xiàn)在橋梁設(shè)計中也更多地開始應(yīng)用仿生理念，仿生理念讓橋梁設(shè)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(shè)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。

關(guān)鍵詞：仿生理念；橋梁設(shè)計；作用

中圖分類號：U442 文獻標識碼：A

1.仿生理念的概念

仿生學(xué)是一門學(xué)科，從古到今都被不同程度地應(yīng)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(yīng)用到現(xiàn)在的生活生產(chǎn)中，以開發(fā)出新的設(shè)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(xué)習(xí)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(yīng)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(shè)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(xué)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(shè)計中也越來越多地采用了仿生理念，讓橋梁設(shè)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(shè)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(shè)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(shè)計中的重要性

優(yōu)化橋梁工程的結(jié)構(gòu)設(shè)計對于提升橋梁的性能是非常重要的，而且也是橋梁設(shè)計工作中非常重要的問題。首先要有橋梁設(shè)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(shè)計也是一門藝術(shù)，和橋梁建設(shè)時代文化背景有很大的聯(lián)系。一定程度上橋梁設(shè)計代表了那個時代的人文風(fēng)土人情，其次，橋梁設(shè)計還要足夠好地適應(yīng)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(shè)計不僅要美要有藝術(shù)感，更要適應(yīng)，能夠滿足社會對橋梁的需求。橋梁設(shè)計在沿襲前人的優(yōu)秀設(shè)計原理外還要跨時代的創(chuàng)新點，使得橋梁設(shè)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(shè)計的創(chuàng)新點，現(xiàn)在越來越多的橋梁設(shè)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(chǔ)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(xué)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(shè)計人員得出更多的創(chuàng)新點。在對橋梁橋面結(jié)構(gòu)的設(shè)計和橋梁附屬結(jié)構(gòu)的設(shè)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(shè)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(shè)計從結(jié)構(gòu)和藝術(shù)設(shè)計上都上升了一個檔次，并且能夠設(shè)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(shè)計指生物學(xué)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(shè)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(yīng)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(yīng)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(shè)計中的應(yīng)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(shè)計和建造中的重中之重，是最為基礎(chǔ)的工作。傳統(tǒng)上的橋梁設(shè)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(shè)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(shè)計適應(yīng)當(dāng)?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(shè)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(shè)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(yīng)自然環(huán)境的基礎(chǔ)上，更好地表現(xiàn)了美的外形。橋梁外形結(jié)構(gòu)的設(shè)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(shè)計的創(chuàng)新上就優(yōu)于我國橋梁設(shè)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(yīng)用在橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計中，以更好的改善橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計。

3.2 仿生理念在材料選擇上的應(yīng)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(shè)計中的應(yīng)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(shè)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(yīng)橋梁的需求，彈性和疏水性也能夠讓橋梁更好的適應(yīng)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(yīng)用，都很好地改善了橋梁的性能。現(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(shè)計中的應(yīng)用越來越多地受到人們的關(guān)注，并且由于仿生理念的應(yīng)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(yīng)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。

參考文獻

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

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