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1、探析仿生學(xué)在橋梁設(shè)計(jì)中應(yīng)用摘要：在現(xiàn)實(shí)橋梁的設(shè)計(jì)和建設(shè)工作中，建筑師與設(shè)計(jì)師需要將仿生理念很好的融合到建設(shè)過程中來。當(dāng)然還可以將一些特定型仿生功能材料用于施工、規(guī)劃以及監(jiān)控中，可以起到避免自然災(zāi)害的作用。本文主要對(duì)仿生學(xué)在橋梁設(shè)計(jì)中的應(yīng)用進(jìn)行了分析探討。關(guān)鍵詞：橋梁設(shè)計(jì)；仿生學(xué)理念；可持續(xù)發(fā)展；優(yōu)化設(shè)計(jì)中圖分類號(hào)：K928文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A引言仿生學(xué)理念在橋梁設(shè)計(jì)上的成功運(yùn)用，開啟了橋梁設(shè)計(jì)新的大門。創(chuàng)意是無限的它推動(dòng)了人類走向文明的進(jìn)程。自然是孕育創(chuàng)新的搖籃，我只要不斷的貼近自然、研究自然、利用自然才能實(shí)現(xiàn)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展，才能提高人們的生活質(zhì)量。雖然仿生學(xué)理
2、論在橋梁設(shè)計(jì)的應(yīng)用中還存在著一些問題，其作用發(fā)揮的還不是很明顯，但是隨著設(shè)計(jì)水平和材料技術(shù)的不斷提高仿生理念必然將會(huì)使橋梁設(shè)計(jì)邁入新的階段。一、橋梁設(shè)計(jì)中的仿生理念許多工程建筑本身都是來自于自然，在自然界中都可以找到雛形，同樣橋梁的起源與大自然也有著相當(dāng)密切的關(guān)系，其實(shí)橋梁建筑本身就是在無形之中利用了仿生學(xué)的理念。人類在起初使用的是天然的橋梁，后來隨著人類文明的不斷進(jìn)步，人們又開始從自然界吸取養(yǎng)分建造自己的橋梁。在現(xiàn)代的橋梁結(jié)構(gòu)中，橋梁就是由整體和細(xì)部來構(gòu)成的。仿生學(xué)理念在橋梁設(shè)計(jì)中的運(yùn)用，徹底打破了橋梁工程師固有的設(shè)計(jì)思維，為橋梁設(shè)計(jì)提供了全新的設(shè)計(jì)方法和
3、設(shè)計(jì)思路。仿生學(xué)在不同的角度有著不同的分類，本文主要把仿生理念分為兩類即微觀的仿生與宏觀的仿生。宏觀仿生主要包括力學(xué)仿生、意向仿生和形態(tài)仿生，微觀仿生主要包括功能仿生、材料仿生和神經(jīng)仿生。宏觀與微觀的仿生是統(tǒng)一的主要體現(xiàn)在橋梁設(shè)計(jì)的整體設(shè)計(jì)和局部設(shè)計(jì)兩個(gè)方面。宏觀的仿生設(shè)計(jì)注重形態(tài)，微觀的仿生設(shè)計(jì)注重功能機(jī)理。宏觀仿生設(shè)計(jì)也好，微觀仿生設(shè)計(jì)也好都會(huì)使橋梁由本來的非生命工程體向有生命特征的工程體轉(zhuǎn)變。二、仿生學(xué)理念在橋梁設(shè)計(jì)中的使用現(xiàn)狀誠(chéng)如大家所了解到的，自然生物界經(jīng)過了上億萬年的不斷發(fā)展進(jìn)化，已經(jīng)基本形成了相對(duì)科學(xué)合理的生命和生態(tài)結(jié)構(gòu)，其高效性、敏感性以及小
4、巧型等顯著特征優(yōu)勢(shì)和使用價(jià)值都讓人們驚嘆不已。尤其是在大型建筑工程領(lǐng)域中，很多有明顯影響的設(shè)計(jì)方案和橋梁建造技術(shù)的突破都或多或少地將生物仿生理念反映出來。例如，我們都了解的懸索橋六邊形主纜截面的設(shè)計(jì)方式，就來自于蜂窩這類孔隙率最低的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)；而水立方的建筑靈感則來自于12和14邊緣輕又非常薄的泡泡。目前使用仿生學(xué)的思維理念能夠協(xié)助橋梁建筑和設(shè)計(jì)工程師們有效沖破傳統(tǒng)定式思維的僵局，為他們?cè)丛床粩嗟奶峁┬碌臉蛄涸O(shè)計(jì)思路和方法。1、橋梁建筑、設(shè)計(jì)者的研究方向橋梁設(shè)計(jì)者研究主題分類有兩個(gè)方面，即工程設(shè)計(jì)以及生物體設(shè)計(jì)理念。在研究和設(shè)計(jì)過程中二者是互逆的兩方面，所以建
5、筑設(shè)計(jì)師和建造工程師可以依據(jù)工程技術(shù)的設(shè)計(jì)目標(biāo)，去運(yùn)用生態(tài)系統(tǒng)中與此相類似的功能和生物體結(jié)構(gòu)，亦或是通過生物學(xué)家所提供的相關(guān)基礎(chǔ)研究成果來設(shè)計(jì)和建造橋梁，都給了工程師非常大的靈感和啟發(fā)。2、橋梁建筑、設(shè)計(jì)者的設(shè)計(jì)方法在現(xiàn)實(shí)橋梁工程設(shè)計(jì)和建造過程中，設(shè)計(jì)師、建筑師都需要生態(tài)學(xué)基礎(chǔ)理論進(jìn)行研究和分析，對(duì)于這個(gè)階段取得的生態(tài)學(xué)資料進(jìn)行研究，最后再根據(jù)橋梁使用目的和仿生學(xué)結(jié)構(gòu)功能，確定設(shè)計(jì)方案的可行性。設(shè)計(jì)師與建筑師在研究和分析過程中，應(yīng)該建立相應(yīng)基礎(chǔ)理論模型以及數(shù)學(xué)模型，進(jìn)一步闡述和分析特定范圍的生態(tài)學(xué)規(guī)律和功能特點(diǎn)；再結(jié)合現(xiàn)代計(jì)算機(jī)軟件計(jì)算結(jié)果，進(jìn)行有效地模擬、
6、分析、模仿生命系統(tǒng)，最后一步才能夠設(shè)計(jì)成有效、具有實(shí)用性的工程結(jié)構(gòu)。三、仿生方法在橋梁設(shè)計(jì)與優(yōu)化的應(yīng)用1、橋梁形態(tài)上的仿生西班牙的一個(gè)設(shè)計(jì)師在橋梁設(shè)計(jì)過程中最先從形態(tài)上進(jìn)行仿生，其主要靈感是來自于對(duì)植物和骨骼的形態(tài)進(jìn)行的仿效，在卡拉特拉瓦的設(shè)計(jì)中充分體現(xiàn)了很多自然主義，同時(shí)，其在設(shè)計(jì)中也充分借鑒了西班牙的另一位著名建筑設(shè)計(jì)師高迪的設(shè)計(jì)理念，在他的設(shè)計(jì)中有的是對(duì)牛的頭部結(jié)構(gòu)的仿效，也有的是對(duì)人體脊柱骨骼進(jìn)行的仿效，也正是因?yàn)橛羞@樣的作品存在，所以，人們對(duì)他的設(shè)計(jì)產(chǎn)生了很多不同的聲音，或者認(rèn)為荒誕、形狀怪異，施工難度大。但是對(duì)于該設(shè)計(jì)者自身而言，其認(rèn)為自己的仿生
7、設(shè)計(jì)并沒有技術(shù)含量，而是單純的對(duì)自然形態(tài)的仿效，所需要的施工材料是最常見的鋼筋混凝土。圖1橋梁設(shè)計(jì)中的仿生法應(yīng)用但是對(duì)于仿生法的應(yīng)用來說，并不是隨意進(jìn)行的，其需要對(duì)仿效結(jié)構(gòu)與橋梁的實(shí)際需求進(jìn)行結(jié)合，雖然很多生物形態(tài)結(jié)構(gòu)具有較強(qiáng)的仿效性，但是在實(shí)際施工中很有可能就會(huì)出現(xiàn)自重過大、結(jié)構(gòu)過于復(fù)雜、沉降導(dǎo)致開裂等問題，所以,在實(shí)際設(shè)計(jì)中雖然需要應(yīng)用仿生法，要充分分析其可建造性和合理性。2、橋梁結(jié)構(gòu)上的仿生在自然界和生物界中有很多骨骼和組成結(jié)構(gòu)是橋梁設(shè)計(jì)中可以應(yīng)用到的，生物學(xué)的發(fā)展也讓大眾認(rèn)識(shí)到了在自然界中存在著如此之多的結(jié)構(gòu)形態(tài)，就比如我們最熟悉的人體骨骼結(jié)構(gòu)，其主
8、要是由其中的脊柱；髓、股、脛、足等骨骼構(gòu)成的，其中人
