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摘要：美观性是桥梁的重要设计要点，近年来随着我国经济快速发展而越来越被重视。基于此，文章主要围绕仿生理念在桥梁设计中的应用方面进行了全面的分析，希望能够给相关人士提供重要的参考价值。
关键词：仿生理念；桥梁设计
引言：仿生学是一门学科，从古到今都被不同程度地应用到生产生活实践中，通过研究生物体的结构和生理功能，对其原理进行研究，然后将其原理应用到现在的生活生产中，以开发出新的设备和工具。仿生学理念可以很好地启发工程师的思维，引发新的创新点。现在在桥梁设计中也越来越多地采用了仿生理念，让桥梁设计结构更完整，并且耐受力和安全程度大幅度提升。可以说仿生设计理念的应用，大大增加了现代桥梁设计的人性化程度，并最大限度的促进了自然和人类社会的和谐发展。
一、仿生学理念及其与桥梁的结合简析
（一）仿生理念的概念
仿生学是一门学科，从古到今都被不同程度地应用到生产生活实践中，通过研究生物体的结构和生理功能，对其原理进行研究，然后将其原理应用到现在的生活生产中，以开发出新的设备和工具。其主要方法就是利用特殊的仿生技术来生产出适合学习生活和工作的新型产品，其原理和功能离不开生物的结构和生理功能。因为生物所具有的功能是在适应自然的过程中逐渐演变而来的，具有很大的优越性，并且比机械要好得多。如果将生物的一些功能巧妙地运用在工程建设中，则可以很好地提升工程的性能，并且让工程更加安全使用期限更长。仿生学理念可以很好地启发工程师的思维，引发新的创新点。现在在桥梁设计中也越来越多地采用了仿生理念，让桥梁设计结构更完整，并且耐受力和安全程度大幅度提升。
（二）仿生学与桥梁设计结合
桥梁的起源本身就是来源于大自然，梁桥、拱桥和吊桥都可以从大自然中找到原型，在现代桥梁设计的驱动下，可以更加科学地利用仿生学理论进行桥梁整体与局部的结构设计，这其中也主要是根据仿生学的宏观和微观设计理念进行桥梁的宏观和微观设计，两者密不可分地共同形成综合仿生设计。宏观仿生设计就是从整体层次进行结构形态的仿生，根据自然界生物外部形状特点进行桥梁的设计优化。微观仿生设计就是从结构构造和细部纹理层次进行仿照设计。无论是宏观和微观仿生设计，都是将桥梁从非生命体向类生命体的转化，通过应用仿生构造及设计理念，赋予桥梁灵动及生命特征[1]。
二、桥梁仿真设计现状
（一）设计方向
工程设计和生物体设计是现今桥梁设计的两大主题，这两大主题之间存在着可逆的关系。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆基于此，在进行桥梁设计时，设计者可以依据桥梁设计目标，从生态系统中找寻灵感，生态系统中与设计目标相似的机理和结构都可以被借鉴到桥梁设计中，如此一来，在提高桥梁设计水平的同时，也开拓了设计者的设计思路，提供了更为优秀的设计创意。
（二）设计方法
在对桥梁进行实际设计时，生态学的基本理论需要被引入到桥梁设计当中，不管是设计者还是建设者，都需要对引入的生态学理论进行分析，并获得相关的结论。之后要结合桥梁设计的具体目标与生态学理论，最终得出最为科学合理的桥梁设计方法。在具体分析生态学理论时，最为重要的是建立一个与理论相对应的数学模型，这样便于对生态学基本规律进行更为深入的分析和阐述，之后要借助于先进的科技分析手段，实施模拟、研究与仿真，最终保证设计方案的良好的实用性。
三、仿生理念在桥梁设计中的应用分析
（一）宏观仿生桥梁设计
宏观仿生包含了形态仿生、结构仿生和意象仿生三个层次，分别可以用于桥梁概念设计、结构设计及美学设计三个层面。首先，形态仿生与桥梁概念设计。形态仿生就是仿照生物的形态结构进行设计，这对于新型结构设计具有重要的创新意义。由于传统桥梁设计往往采用借鉴已有设计成果的方式，这使得桥梁结构形态无法进行创新，导致设计的桥梁结构型式千篇一律、缺乏美感。生物界各种千奇百怪的构造形态可以为桥梁设计提供美感，根据生物界的外在形态进行防生设计显然可以加快桥梁设计的创新力度。生物界的诸多构造是经过大自然进化形成的成果，因此往往具有以最小的材料和最合理的型式形成结构构造的特点，而这正是吻合现代化结构设计的理念。在桥梁形态仿生设计中，西班牙著名设计师卡拉特拉瓦就是很好的先行者，他的诸多设计灵感都来源于自然界动植物形态及人体骨骼构造，其中桥面设计就是源自于对牛头合理构造的研究形成的，设计的桥面结构型式不仅具有很好的受力性能，还具有较好的气动特性。其次，结构仿生与桥梁结构设计。除了模拟生物界的形态进行仿生设计，还可以根据生物界的结构构造进行仿生研究，自然界诸多生物具有奇怪的构造特点，但是都是结构自然界选择的结果，因此有足够理由相信存在就是必然的。目前美学思想中的形态、比例、色泽和纹理等思路也在不断地应用于桥梁的美观设计中，例如斜拉桥和悬索桥的索塔就是考虑纹理问题采用清水混凝土或者其他美观性外部粉饰形成景观效果，桥梁的景观照明就是根据色泽配合形成整体设计[2]。
（二）宏观仿生的应用分析
宏观仿生的应用分析主要包括两方面的内容。第一，结构仿生与创新设计。大自然中蕴含的力量是无穷无尽的，合理的运用这些力量对桥梁设计是大为有益的。而桥梁结构中的宏观仿生主要指的就是桥梁结构的仿生，换句话说也就是力学仿生。大自然中的很多生物体结构都具备很强的研究性，这些结构新颖稳定，强度、耐久性都达标，如果能将这些研究在桥梁设计中大力应用，那么桥梁的设计质量将得到极大的提高。当前提倡桥梁设计的创新，但是创新并不意味着盲目的猜想，而是要综合考虑生物体和桥梁设计的实际情况，然后采用各种先进的技术优化桥梁结构设计。在漫长的时间中，桥梁经历着不断发展演变的过程，桥梁的功能也在这个过程中不断得到更新和完善，这与自然是分不开的。设计师注意到了竹子的结构，空心结构，但是其抗弯性和抗折性都是非常强的。认识到这一点，桥梁设计中就应用了空心原理，箱梁结构中大量应用了空心板，这使得桥梁结构的强度大大增强了。第二，形态仿生与概念设计。要设计一座成功的桥梁，设计师的付出无疑是巨大的。在整个设计过程中，设计师要克服各种各样的困难，总结起来主要是两方面的问题:一是理论与实践的差异问题，有些非常优秀的理论设计成果但是却无法在实践中取得成功;二是设计师的经验问题。设计师要不断的进行理论知识的学习，也要在实践中增强自己发现自然、利用自然的能力。在大自然中，不乏那些简单科学的形式、方便易得的材料，但是这些形式和材料的应用却能够使得桥梁设计得到意想不到的效果。在桥梁设计史上，许许多多成功的设计都是来源于自然界中的事物，例如著名的坎波兰廷步行桥和卢西塔尼亚拱桥，坎波兰廷步行桥的跨度达到75m，而这个设计灵感却源于人体脊柱结构，桥梁结构的科学合理性大大增强;卢西塔尼亚拱桥主跨达到190m，而扭头成为了这座桥梁的设计源泉。由此可以看出，从自然界中汲取精华的确能够设计出很多不可思议的作品。
结论：
在桥梁建筑设计和建设的阶段，都对仿生设计提出了十分严格的要求，仿生设计具有其特殊性，因此使用的建筑材料也是特定的，材料的选择还要从规划、施工等方面去考虑，使得材料得到最大程度的利用，最有效发挥其利用价值。
参考文献：
[1]潘健,陈飞.仿生建筑学在景观桥梁设计中的应用与展望[J].交通科技,2013（S1）：8-10.
[2]张伟,李荣新.仿生学在桥梁设计中的应用探讨[J].科技风,2016（9）:70.
论文作者:张青飞
论文发表刊物:《防护工程》2018年第17期
论文发表时间:2018/10/30
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