淺析仿生學(xué)在橋梁設(shè)計中的應(yīng)用

1、<p>　　淺析仿生學(xué)在橋梁設(shè)計中的應(yīng)用</p><p>　　摘要：將仿生學(xué)的分類與應(yīng)用作為目標(biāo),為了解決現(xiàn)代橋梁設(shè)計中的一些問題,引入了仿生學(xué)的這個理念,建立起橋梁"活體"的概念和生態(tài)觀在工程設(shè)計中的應(yīng)用,為新型的橋梁設(shè)計開創(chuàng)了新的思路,仿生理念的運(yùn)用定會推動現(xiàn)代橋梁設(shè)計進(jìn)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(guān)鍵詞：仿生學(xué)；橋梁設(shè)計；應(yīng)用 </p><p>　　中圖分類號：[Q692] 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A </p><p>　　1 仿生學(xué)的理念與實(shí)踐 </p><p>　　仿生學(xué)屬于一門技術(shù)性的學(xué)科，目的在于研究生物系統(tǒng)特有的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)，國內(nèi)外很多學(xué)者都將仿生建筑作為研究課題，尋求科學(xué)的自然規(guī)律，以促進(jìn)現(xiàn)代建筑形體結(jié)構(gòu)與功能布局更具科學(xué)性、合理性。通過對建筑仿

3、生學(xué)的研究，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益、生態(tài)環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展，實(shí)現(xiàn)能源的節(jié)約，減少環(huán)境污染，促進(jìn)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(jié)構(gòu)比較清晰，保持在合理的狀態(tài)中。該學(xué)科具有靈敏、小巧以及高效的特色，逐漸被推廣使用。實(shí)踐證明應(yīng)用了仿生學(xué)之后，工程設(shè)計取得了良好成效。仿生學(xué)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(xué)結(jié)構(gòu)類型、生物界

4、運(yùn)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(jié)構(gòu)和能量轉(zhuǎn)化。人們進(jìn)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(jìn)行結(jié)構(gòu)分析，最終形成橋梁。 </p><p>　　2 宏觀仿生與橋梁設(shè)計 </p><p>　　2.1 需要明確形態(tài)仿生與橋梁設(shè)計 </p><p>　　眾所周知，橋梁設(shè)計的精髓基礎(chǔ)是自然界，只有如此才能保障橋梁設(shè)計符合

5、社會發(fā)展需求。橋梁設(shè)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(lǐng)悟其中的韻味，在經(jīng)過專業(yè)知識聯(lián)組后呈現(xiàn)出設(shè)計靈感。進(jìn)行設(shè)計時，應(yīng)該深入研究仿生學(xué)，把握設(shè)計原則，以設(shè)計出可行性高、科學(xué)合理的設(shè)計方案為目標(biāo)，從而保障橋梁設(shè)計具有實(shí)用價值。 </p><p>　　2.2 明確結(jié)構(gòu)仿生與創(chuàng)新設(shè)計 </p><p>　　人類生活在自然界，對自然界的動物、植物機(jī)體研究角度比較廣。進(jìn)行橋梁

6、設(shè)計時，也應(yīng)該需要引入自然界外形結(jié)構(gòu)，設(shè)計出具有生命力的橋梁。橋梁設(shè)計具有延續(xù)性，在不斷發(fā)展中，應(yīng)該將淘汰的部分剔除，保留科學(xué)、合理的部分。在原有基礎(chǔ)上優(yōu)化設(shè)計方案，使得橋梁設(shè)計更加合理，實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新設(shè)計。 </p><p>　　2.3 明確意象仿生與橋梁美學(xué)間關(guān)系 </p><p>　　自然界之美和生命體之美結(jié)合在一起，這是人們一直追求的高境界美。進(jìn)行橋梁設(shè)計時，應(yīng)該融入美學(xué)設(shè)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(jìn)行展現(xiàn)。仿生學(xué)設(shè)計理念凸顯自然之美，當(dāng)代橋梁設(shè)計中，應(yīng)該基于造型美觀、功能實(shí)用基礎(chǔ)上，激昂美學(xué)理念植入設(shè)計每個環(huán)節(jié)，保障自然美學(xué)意境，使得橋梁設(shè)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(shè)計，注意神經(jīng)系統(tǒng)的應(yīng)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(yīng)該要有發(fā)達(dá)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(jìn)步推動了社會不斷發(fā)展。應(yīng)用神經(jīng)系統(tǒng)，使得橋梁設(shè)計更具審美價值，橋梁的生命價值以及外觀在該設(shè)計模式下變得更具生命，這也正是設(shè)計師不斷追求的設(shè)計結(jié)果。否則在進(jìn)行橋梁設(shè)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(fèi)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(shè)計 </p><p>　　3.1 進(jìn)行設(shè)計時，應(yīng)該明確仿生材料和橋梁新功能之間的關(guān)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(jìn)行橋梁設(shè)計時，應(yīng)該發(fā)揮出材料特質(zhì)，保障橋梁設(shè)計具備持續(xù)性。當(dāng)設(shè)計引入仿生學(xué)之后，開啟橋梁設(shè)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(wù)功能，這是一個與時俱進(jìn)的設(shè)計理念，彰顯設(shè)計理念的同時，也凸顯時代發(fā)展縮影。 </p><p>　　3.2 設(shè)計應(yīng)該同仿生功能機(jī)理相符 </p><p>　　仿生學(xué)核心研究問題是動植物功能機(jī)理問題，其中包含能量轉(zhuǎn)化、生物演化、力學(xué)演變以及能量轉(zhuǎn)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(jī)機(jī)翼。另外，

11、對蜻蜓的研究，人們處理了顫振問題。這些實(shí)例都是仿生學(xué)在現(xiàn)實(shí)生活使用實(shí)況，而且都是成功案例。進(jìn)行橋梁設(shè)計時，應(yīng)該認(rèn)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(jìn)行橋梁設(shè)計時，要借鑒生物體外形，提升橋梁適應(yīng)性以及調(diào)控能力。借助生物性能，將其運(yùn)用到生命體中，降低自然災(zāi)害對橋梁影響。 </p><p>　　3.3 橋梁設(shè)計和神經(jīng)系統(tǒng)應(yīng)該緊密聯(lián)系 </p><p>　　生物之所以進(jìn)化，

12、是因為要適應(yīng)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(jìn)行橋梁設(shè)計時，應(yīng)該重視橋梁內(nèi)在因素，詳細(xì)分析受力情況?；诂F(xiàn)實(shí)需求，認(rèn)真提出方案。隨著社會不斷發(fā)展，橋梁設(shè)計應(yīng)該融入當(dāng)代技術(shù)，尤其是計算機(jī)技術(shù)。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(yīng)環(huán)境能力。設(shè)計橋梁時，應(yīng)考慮在外力影響因素下，能基于主動調(diào)節(jié)基礎(chǔ)上，提升橋梁抗震、抗水文以及抗風(fēng)能力等。 </p>

13、<p>　　3.4 橋梁設(shè)計，應(yīng)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(jìn)程中占據(jù)重要地位。設(shè)計師進(jìn)行橋梁設(shè)計時，要明確橋梁重要意義。在保護(hù)自然資源以及節(jié)約資源的基礎(chǔ)上，使得橋梁設(shè)計更具生態(tài)意義。實(shí)際設(shè)計時，應(yīng)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(chǔ)上優(yōu)化橋梁效益，還應(yīng)該做好照明設(shè)計、排水設(shè)計以及通風(fēng)設(shè)計，這些設(shè)計應(yīng)該基于節(jié)能減排的基礎(chǔ)上，保障

14、橋梁具備生命力，以便日后管理時，能夠保障設(shè)計具有科學(xué)性，提升管理效益，發(fā)揮橋梁實(shí)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(shè)計要求逐漸提高，進(jìn)行設(shè)計時，要嚴(yán)格仿造生物機(jī)體進(jìn)行設(shè)計。既然生物在經(jīng)歷風(fēng)吹雨打之后，依舊可以生存下去，能夠保障頑強(qiáng)的生命力，說明生物自身具有調(diào)節(jié)能力，在進(jìn)行橋梁設(shè)計時，可以借鑒生物體的適應(yīng)能力，使得橋梁能夠應(yīng)對自然災(zāi)害危害。舉個例子：德國費(fèi)雷堡大學(xué)研究了一些

15、植物，對植物剛性，柔韌性進(jìn)行研究。發(fā)現(xiàn)楔葉類植物的剛性比較強(qiáng)，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(xì)胞發(fā)現(xiàn)，這些細(xì)胞增壓內(nèi)層比較厚，在表面呈現(xiàn)三角形結(jié)構(gòu)。當(dāng)這些外形組構(gòu)成植物體，它的強(qiáng)度比較硬，將這些發(fā)現(xiàn)成果應(yīng)用到橋梁設(shè)計中，在橋墩高層結(jié)構(gòu)設(shè)計時，設(shè)計出具有生命力的方案，提高了橋梁在抗風(fēng)方面的能力。 </p><p><b>　　4 結(jié)束語

16、</b></p><p>　　隨著社會的不斷發(fā)展，科學(xué)技術(shù)的速度提升，橋梁設(shè)計引入仿生理念，具有重要意義，仿生理念為橋梁設(shè)計提供不一樣的設(shè)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(shè)計更加美觀、更具生命力。 </p><p><b>　　參考文獻(xiàn)： </b></p><p>　　[1] 陳水生,馬涌泉.基于土-結(jié)構(gòu)相互作

17、用的隔震連續(xù)梁橋的地震響應(yīng)[J]. 北京交通大學(xué)學(xué)報. 2012(04) </p><p>　　[2] 尚海濤.嚴(yán)寒地區(qū)鐵路客運(yùn)專線橋梁設(shè)計特點(diǎn)[J]. 鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計. 2012(12) </p><p>　　[3] 張海榮.中俄鐵路鋼桁梁橋設(shè)計活載標(biāo)準(zhǔn)對比研究[J]. 鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計. 2012(12) </p><p>　　[4] 徐升橋,彭嵐平,侯建軍,簡方梁,