马渊
中国市政工程华北设计研究总院有限公司
摘要：随着社会经济的发展，中国桥梁在建设方面取得了很大的进步，但也遇到了很多急需解决的新难题，人们将目光放到生物学中，试图在自然界中寻找灵感，通过引入仿生理念来破解这些难题。文章对仿生理念在桥梁中设计中的应用做了简单的分析，试图促进这一理念在桥梁设计中的更好发展。
关键词：桥梁设计；仿生理念；应用方式
桥梁建筑工程对国民经济的发展和社会的进步起着至关重要的作用，因此，探讨如何确保桥梁建筑工程的顺利施工，就显得很有必要。仿生理念的引入，是桥梁设计发展的一个关键环节，不仅将生物学和工程建筑学结合到了一起，而且还将桥梁设计目标优化，让设计的特性更加突出。
1、仿生理念的概念
仿生学是一种交叉学科，该学科涉及遗传工程，化学，机械建筑等不同的科学领域。仿生学是一门既历史悠久又取得新的突破和进展的学科，人们研究生物体的结构与功能工作的原理，并根据这些原理发明出新的设备、工具和科技，创造出适用于生产，学习和生活的先进技术。这种仿生理念可以将自然里藏着的智慧运用到人类的日常碎事中，让人们不但锻炼了智力，还为今后发展提供便利。仿生理念给桥梁建筑的工程师很多灵感，从而使他们提出了一些创新型的设计。目前，很多桥梁设计都用了仿生理念，这使得桥梁的结构被设计的越来越完整，安全和耐力方面也得到了很大提升。现代工程中有许多设计原有的局限性都有了重大突破，这些无一例外都与仿生理念有关系。仿生理念使现代桥梁工程变得越来越好，自然化的设计不突兀的融入到了建筑中，因此给建筑也赋予了一种与自然和谐共融的色彩。
2、仿生理念应用于桥梁设计的意义
人们在现代的桥梁设计中遇到问题的时候，总是会把目光放到自然界中，试图从自然界中寻找到答案，用于解决桥梁设计中的问题。经过探索，人们发现，某些生物体的形象构成和功能组织具有其独特的属性和规律，对人们在桥梁设计中解决问题的方式提供了另一种可能：将生物体的特性模拟后应用到桥梁设计中，赋予桥梁建筑某些生物的特性，以便更好的适应各种环境。人们一致认可这种研究，觉得这是一种健康生活的方式，体现了人和社会的和谐发展。
仿生设计可以使综合性的，也可以是多方面的，对仿生理念的合理应用，可以创造出既能适应环境生态又新奇有趣的建筑新形式。同时，仿生建筑学让人类遵循和注重自然界的规律，不仅应该注重环境生态，经济效益还应该注重与形式新奇的有机结合。仿生的创新要学习和发挥新科技的特点，而要做到这一点，建筑师可以应用类推的方法，从自然中吸收有用的因素作为创新灵感，为建筑创新服务。在桥梁设计中仿生是新时代的潮流，也是今后桥梁设计创新的源泉和保证生态环境平衡的重要手段。
3、仿生理念在桥梁设计中的应用分析
仿生理论在工程建筑的领域取得很多成功，在现阶段里多方面考虑与设计，根据目标去进行。
3.1仿生理念在桥梁设计上的应用分析
桥梁设计是桥梁建造中最重要也是最基础的步骤，作为桥梁建筑得以顺利实施的前提，桥梁设计一般都是依靠前人的经验而发展的，这样做毫无创新意识，
倘若所有的设计师都依据前人的经验去设计一款毫无新意的桥梁，那么就无法适应日益激烈的市场竞争环境，也体现不出一个设计师的才华。而通过仿生理念，就能很好的去规避这些问题，不仅能让桥梁的各种功能变得完善。还能不被时代的发展而淘汰，更能被社会所接受。桥梁设计的结构与人文环境有着很大关系，越来越多的桥梁的创新设计都应该从仿生理念入手。人文的历史更与仿生理念有着不可分割的关系。例如，桥梁设计的外观改变有悬索和斜拉桥索，这两种融合在一起，就是仿生在桥梁设计中的典型应用，使得桥梁能更适应自然环境，还能衬托桥身的美丽。利用生物的某些特性适当的改变桥梁的外形，创新设计，就能延长桥梁建筑的使用受用。
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3.2仿生理念在新型材料上的应用分析
科学在进步，时代也在发展，就出现了很多新型材料。这些新型材料在桥梁的设计和结构中起着很重要的作用。研究生物体内化学成分和结构基础，然后将这些特点在建筑材料中在线，就是仿生理念在新型材料上的应用。自然界中的某些生物自身就具有强度大、韧性高和实用性的特点,人们可以对其性能进行分析，进行合理化的应用到材料属性中。例如混凝土就是这样的情况下被发现的新型材料，随着时代的进步，不同特性不同类型的材料将会越来越多。材料性能不同，抗强拉度也会不同，于是在设计的这一项过程中，施工企业应该合理利用材料，使其性能得到大幅度提升。
3.3仿生理念在桥梁功能机构上的应用分析
仿生学是研究自然界中各种动植物的功能机理，比如说力学，行为和能量转化等。关于仿生在这方面的应用，早在很早之前就已经开始。直升飞机的机翼，它就是根据鸟类的翅膀功能机理来仿效出来的。一开始人类根据鸟类的翅膀创造出来的机翼会产生强烈的震颤，而后来人类在创新和模仿中不断尝试，最终解决了这个问题，从此有了我们现在所看到的飞机。
现在的很多桥梁会遇到像地震，狂风，冰雹和洪水等自然灾害，让桥梁的使用寿命在减少。桥梁建筑的跨度越来越大，而桥梁自身要承担的风险也在不断加大，因此要想有一个安全的桥梁来保证其性能不会给人类带来危险，就要在设计中考虑到这些因素。德国一所大学的工作人员在研究巴西生长的巨型木贼和木贼草两种植物体内的细胞存在一种功能，它们的细胞通过自我调整改变体内的刚度去适应外界带来的压力。这种生物的生物功能性的机理就可以拿来应用在如今大跨度的桥梁上，让桥梁形成一种对外界压力有抗力的一种生命特征。
3.4仿生理念桥梁功能机理上的应用分析
仿生学研究领域主要是自然界，不同动植物具有不同的独特功能机理，一般是能量转化、力学等方面。人们很早就将这种理念应用到生活中了。常见的是飞机的机翼，它是仿生中典型的例子。效仿了鸟类翅膀的一些特性，之后在投入使用中，为了解决随之出现的机翼震颤的问题，人们又借鉴了蜻蜓翅膀独特的功能属性，完美解决了这个问题。由此可见，从生物界中寻找答案对人们的生产生活具有很大的促进作用。
仿生理念在桥梁功能机理方面的应用也受到人们的重视。各种自然灾害，如洪水、地震、狂风等，都会对桥梁的寿命产生影响，除此之外，当桥梁的跨度增加时，桥梁本身需要承受的风险也在增加。人们开始思考，遇到同样自然灾害考验的自然界中的各种生物，是如何生存下来的呢？在深入研究之后，人们从两种植物的身上找到了答案，当遭遇外界压力时，这两种生物的细胞会自我调节刚度，以此与自然界相适应。人们将这一功能机理应用到桥梁中，从而解决了大跨度的桥梁遇到的风险危机，赋予了桥梁类似生物体的体质特征。
结束语：
人们在发现事物之间的普遍联系后，用这一方法创新性的应用到了很多领域中，促进了行业的发展。在桥梁设计这一领域也是同样如此，我们可以有机的将生物学的相关特性结合到建筑学中，例如在桥梁的设计中引入仿生法，以此优化桥梁的各种性能。文章通过四个方面对桥梁设计中仿生理念及应用进行了介绍：仿生理念用于桥梁设计；仿生理念用于新型材料应用；仿生理念用于桥梁功能机构；仿生理念用于桥梁功能机理。
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论文作者:马渊
论文发表刊物:《防护工程》2018年第11期
论文发表时间:2018/10/10
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