摘要：当前，人们探索自然奥秘、掌握自然规律的活动范围越来越大，成果愈发突出，仿生学正是人们从自然万物属性研究中所取得的学科成果之一。仿生学的研究应用让更多领域行业有了新的建设发展活力，同样提高了桥梁的设计与优化水平。本文首先阐述仿生学的基本理论概念，从宏观和微观两方面详细探讨了仿生学在桥梁设计过程中的应用，并分析了桥梁设计优化中应有的生态观，可为相关桥梁设计工作提供一定的参考。
关键词：仿生学；桥梁设计；应用优化
桥梁是交通枢纽系统中的重要组成结构，桥梁工程在当前的道路建设中占有重要的地位。桥梁工程在国外的研究兴起时间较早，至今已逾200年，长期的演变发展中，桥梁工程在结构、工艺、材料、技术等诸多方面都做出了改进变革。从古到今，桥梁设计人员都将建成更高水准的桥梁工程作为自己的设计目标，他们力求借助最少的资源消耗来完成最高质量的桥梁设计制造，让桥梁工程成为实用性、可靠性、美观性等多种特性于一体的重要工程。对国内而言，各种大型桥梁等超级工程落地建成通车，标志着国内的桥梁工程已经取得了巨大的进步，然而距离全面实现更高水准的桥梁工程设计建设还存在一定的差距，设计方面还有待提高和优化。随着各种学科知识的交叉融合，桥梁工程的设计开始借鉴吸收仿生学理念进行研究，设计人员广泛观察自然生物的普遍规律与特性，总结得出众多动植物无论是否有思想都拥有相对稳定成熟且完美的构成形式，这样的思想更好可以在桥梁工程的设计中积极应用，而仿生学理论也就成为了更多设计人员寻求设计灵感的重要源泉。
1 仿生学的基本理论概念
仿生学以研究自然万物的规律与奥秘为主，通过不同的研究角度与方面，确定更为细致的研究类别。如按照宏观与微观两大方面来研究仿生学的分类，可以知道前者的分类主要强调以自然界存在的各种生物为研究目标与主体，其中涵盖了动物、植物、微生物等，当然也包括人类自身，仿生学将从宏观的角度研究这些对象的个体表面生物性材料、视觉外部造型、仿生纹理性能、视觉艺术及文化意象、力学构造特点与行为规律、生物运动方式等等。微观的仿生学强调从所有生物的内部微观系统来认真分析、总结、研究，微观仿生学分析的重点就是要对生物体内部存在的各种神经性的反应进行总结，并且观察和验证生物自身不断调整适应环境的能力，同时还会研究生物内部各种能量的转化转换、各种行为的判断与调控。
桥梁的设计与优化过程中，引入仿生学思想就是通过对不同生物的内部构造与整体功能进行研究，增加对各种建筑体的美化改造。整个设计过程，必然会对照桥梁工程与各仿生理论之间的互通性，积极探讨构建相关模型，认真利用计算机网络等信息技术来模拟更加高级的生命活动，从而总结得出最优化的桥梁工程设计结构。
2仿生方法在桥梁设计优化中的应用
人们所研究的各种桥梁工程结构主要有拱桥、梁桥、吊桥三大类。桥梁工程发展到现代社会后，理论与实践的研究又重点强调桥梁的整体与细部两大部分。仿生学可通过宏观和微观两个方面实现分类，因此也需要将桥梁的设计优化控制在宏观与微观两个方面，努力做到微观与宏观的统一，就可以全面地实现桥梁设计的仿生。简单地将，宏观仿生设计倡导对生物结构形态的仿生；微观仿生设计倡导对生物功能机理的仿生。进行的仿生，如此充分融合仿生概念，能够让桥梁焕发出勃勃生机。
2. 1宏观的桥梁仿生设计
自然万物经过长期的演变净化，已经在组织结构方面形成更为可靠稳定的形态，因此桥梁设计也应该加强对结构的演变思考，积极适应不同环境的变化。
（1）形态方面的仿生设计
桥梁设计应该积极参考自然万物中的自然规律与生长进化习性，迸发出更多的设计灵感，桥梁的设计可以直接参考人体骨骼结构、动植物的生长形态等内容，进而能够更好地融入到桥梁工程仿生研究设计中，以可行合理的设计方法增加桥梁的美感与安全感。所有的桥梁设计人员要保持清醒地认识，明确在桥梁设计中，不能一味追求实用价值，而是要加强对形态仿生的研究，积极探讨与桥梁工程相互适应相互匹配的仿生学应用，才能让整个桥梁的设计更具价值。通过参考自然万物中多种生物各具特点的形态，重点解决桥梁工程中的施工问题，结构复杂问题以及负荷超重问题。
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（2）结构方面的仿生设计
设计人员应该通过对自然界的细心观察，充分认识到不同动植物的机体结构特点，尽可能活学活用，在桥梁设计中引入人体及动物的骨骼结构，进一步增强各种力学性能运算，增强桥梁的稳定性与牢固性，让桥梁设计更具延续性，只有积极地研究各种结构，掌握仿生方法，才能更好地淘汰落后结构，消除繁琐结构，进一步改进结构设计，实现结构的科学化与生态化。纵观自然生物，其结构充满了美妙的对称性与实用性，这些特点都可以直接引入到桥梁设计中，势必能够设计出耗能低、质量高、外观美好的新型桥梁。
（3）美学意象方面的仿生设计
大自然是绚烂多姿的，主要是存在各种生命体，正散发着生命之光，无论在色彩、形态、质感等方面，都无比和谐。设计人员应该将这样的美好感觉融入到桥梁工程的美学设计中，同时尽可能提升桥梁的内外意象。通常，桥梁工程的美学仿生设计，在形态美、比例值、色彩搭配以及质感体验等方面都要全盘考虑，仿生学设计理念的影响下，桥梁工程更要注重自然之美，强化对实用功能与美观造型的双重要求，以美学理念来保障美学意境，让桥梁工程的景观和造型方面都自然流露出自然美学，富有情感与文化。
2.2微观的桥梁仿生设计
（1）仿生材料的设计应用
桥梁工程离不开高质量的建筑材料。所有建筑原材料均来自大自然，人们通过观察自然界的植物根部扎土生长的情况，进而得到启发不断研究得到了钢筋混凝土这种建筑材料，从而推动了整个建筑事业迈出划时代的一步。现代桥梁的设计依然十分重视建筑材料的优秀特性，只有积极增强桥梁可持续性，才能确保整个工程的可使用性。桥梁设计应当引入仿生学方法，积极探讨使用仿生材料，取代原有材料造成的污染，降低原有材料的消耗成本，从而让整个桥梁工程更加节能环保。
（2）功能机理的仿生设计应用
桥梁工程的仿生学设计应用中重要的一点就是要加强对自然界中的植动物的功能机理研究，其中所有生物的自然行为习惯、生理力学理论以及各种能量的传递转化等都是重要的研究内容。如观察鸟类翅膀的剖面可对飞机机翼的设计构造产生影响；观察蜻蜓震翅过程能够合理提供机翼颤振的解决方案。桥梁工程长期处于露天环境，容易遭受各种自然灾害与极端天气的影响，这些影响都需要在设计中充分考虑，因此需要通过仿生学对自身调控和适应能力进行借鉴，在桥梁设计中体现更多的生物特性，为桥梁注入生命活力。
3桥梁仿生设计优化中应有的生态观
城市属于一个庞大的生态系统，桥梁工程在其中具有十分重要的地位。加强对桥梁的设计优化，应该重视对桥梁所具有的生态意义的挖掘和探讨，努力让桥梁工程成为既能发挥良好功能，同时又能够最大程度地发挥出节约资源和保护环境的效能。桥梁设计中应当尽可能加强对各种材料的循环利用，通过再生回收环节，主动使用生产环节产生的废角料，直接降低了建筑材料的浪费；同时不主张广泛实施拆建桥梁，可以在原有桥梁基础上进行必要的能改造和优化。桥梁规划时，还应该加强桥梁通风、照明、排水的科学合理设计，注重节能性，使桥梁显现生命活力。而且要持续保持生态观开展桥梁的设计优化，要重视在不断增加的桥梁建设中提高对桥梁跨度等设计要求。设计时应严格按生物机体特性组织模仿设计，提高可调节能力，积极应对外界的各种极端危害。
结束语
桥梁设计过程中，设计人员可以从大自然中寻找灵感，积极掌握更多的生态学、力学理论，通过对形态、结构、美学等方面的仿生研究设计，不断提升我国桥梁设计的整体水平。。坚持仿生方法在桥梁设计与优化中的应用，将有力促进我国桥梁事业的发展。
参考文献：
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论文作者:唐仑
论文发表刊物:《基层建设》2017年第21期
论文发表时间:2017/11/2
标签：桥梁论文; 仿生学论文; 桥梁工程论文; 结构论文; 微观论文; 生物论文; 自然论文; 《基层建设》2017年第21期论文;