橋梁設(shè)計(jì)中仿生理念的應(yīng)用探究

陳彬

【摘要】近些年來(lái)，我國(guó)的經(jīng)濟(jì)水平得到了極大的提高和改善，而且人們的生活觀(guān)念和居住感念也不斷發(fā)生著變化，尤其是近些年來(lái)我國(guó)所倡導(dǎo)的環(huán)保節(jié)約的觀(guān)念，更是為我國(guó)建筑行業(yè)的發(fā)展帶來(lái)了新的機(jī)遇，無(wú)論是從建筑企業(yè)的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)之上還是到具體的工程施工，無(wú)一不發(fā)生著較大的變化。為了有效推動(dòng)我國(guó)建筑行業(yè)的長(zhǎng)遠(yuǎn)和健康發(fā)展，在橋梁的優(yōu)化和設(shè)計(jì)工作中就大量的用到了仿生理念，其利用仿生觀(guān)念的主要目的就是為了有效對(duì)橋梁使用過(guò)程中存在的一些問(wèn)題加以有效的解決，更好的為我國(guó)橋梁的發(fā)展提供科學(xué)的指導(dǎo)工作。

【關(guān)鍵詞】橋梁設(shè)計(jì)；仿生理念；應(yīng)用探究

引言

對(duì)于橋梁工程設(shè)計(jì)師而言，如何有效利用有限的資源，設(shè)計(jì)出更好的、更科學(xué)的、更合理的橋梁是設(shè)計(jì)師不斷的追求和夢(mèng)想，因此，工程設(shè)計(jì)師僅僅局限于課本是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不都的，必須立足于實(shí)踐，吸收借鑒大自然中的一些典型的現(xiàn)象無(wú)疑具有十分重要的意義和作用。經(jīng)過(guò)漫長(zhǎng)歲月的演化和發(fā)展，大自然本身已經(jīng)具備了一定的穩(wěn)定性和自身調(diào)節(jié)性，這對(duì)于有效彌補(bǔ)和解決生活中的一些設(shè)計(jì)的不足和缺陷無(wú)疑具有重要作用，這些知識(shí)的有效利用對(duì)于生態(tài)環(huán)境的保護(hù)十分重要，仿生學(xué)就是在此基礎(chǔ)之上應(yīng)運(yùn)而生的一種新學(xué)科。

一、對(duì)仿生理念的認(rèn)識(shí)

仿生學(xué)是對(duì)自身界中的某些生物進(jìn)行模仿并利用其中的相關(guān)性進(jìn)行設(shè)計(jì)的的一種綜合性學(xué)科，就目前來(lái)看，仿生學(xué)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于化學(xué)、生物學(xué)以及遺傳工程等諸多科學(xué)領(lǐng)域，發(fā)揮著日益重要的作用。自然界是人類(lèi)智慧的發(fā)端和靈感的源泉，仿生理念將自然界中的所內(nèi)含的一些偉大智慧加以利用，并逐步引用于人民群眾的日常生活中來(lái)，更好的為人類(lèi)的文明發(fā)展和社會(huì)進(jìn)步提供保障。對(duì)于仿生學(xué)的研究大致起源于二十世紀(jì)中后期，并且開(kāi)始受到越來(lái)越多的專(zhuān)家和學(xué)者的關(guān)注。仿生學(xué)在對(duì)生物系和自然界中原有的規(guī)律和原理的研究基礎(chǔ)之上，進(jìn)一步對(duì)其進(jìn)行探索和延伸，并將類(lèi)似于自然界中某些規(guī)律的靈感應(yīng)用于諸多的建筑設(shè)計(jì)之上，進(jìn)而對(duì)一些生物的某些功能、形態(tài)等方面進(jìn)行一定的模仿，使其更好的服務(wù)于廣大人民群眾的生活需求中。

橋梁的設(shè)計(jì)工作是我國(guó)工程建筑中極為重要的一個(gè)分支，建筑事業(yè)的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展一定程度上依賴(lài)于設(shè)計(jì)師的新的創(chuàng)意和靈感，因此，仿生學(xué)在橋梁設(shè)計(jì)中的應(yīng)用勢(shì)必會(huì)更好的推動(dòng)橋梁功能與造型的不但創(chuàng)新，這對(duì)于更好的保障我國(guó)橋梁建筑事業(yè)的發(fā)展可以說(shuō)具有十分重要的意義和作用。

二、仿生理念在橋梁設(shè)計(jì)中的應(yīng)用分析

在橋梁的設(shè)計(jì)工作中，很多的設(shè)計(jì)靈感都源于自然界，甚至于大自然中所存在的一些客觀(guān)物質(zhì)具有明顯的一致性，這是應(yīng)為仿生法主要包括宏觀(guān)仿生和微觀(guān)仿生兩個(gè)大的分類(lèi)，在橋梁的設(shè)計(jì)工作中也是如此，但是從一些細(xì)節(jié)上來(lái)看，無(wú)論是微觀(guān)仿生還是宏觀(guān)仿生，大多都會(huì)分為多種的仿效細(xì)節(jié)，這些細(xì)節(jié)在全新的載體中重新組成一個(gè)完整的整體，如下圖所示。

（一）仿生在橋梁形態(tài)上的應(yīng)用分析

最早將仿生學(xué)應(yīng)用在橋梁設(shè)計(jì)中的設(shè)計(jì)師是西班牙設(shè)計(jì)師卡拉特拉瓦，他受到植物的形態(tài)和動(dòng)物的骨骼等方面的啟發(fā)，率先從形態(tài)對(duì)橋梁進(jìn)行設(shè)計(jì)和規(guī)劃，在他的作品中不難看出自然主義的特色，但是他的一系列作品卻引發(fā)了諸多的討論，有人認(rèn)為這是一種純粹的模仿，形狀怪異，施工難度相對(duì)較大，但是對(duì)于設(shè)計(jì)本身來(lái)說(shuō)，并沒(méi)有很好的詮釋仿生學(xué)的仿生理念，只是單純的進(jìn)行模仿，而且在施工過(guò)程中常見(jiàn)的施工材料主要是鋼筋混凝土。對(duì)于仿生學(xué)的應(yīng)用來(lái)說(shuō)，其并不是隨意可以施行的，仿生學(xué)在橋梁建筑中的應(yīng)用，需要有效綜合仿效結(jié)構(gòu)與對(duì)橋梁實(shí)際需求等，立足于實(shí)際情況進(jìn)行設(shè)計(jì)。盡管自然界中會(huì)有很多的生物形態(tài)具有較強(qiáng)的仿效性，但是在實(shí)際的施工過(guò)程中，則可能會(huì)出現(xiàn)負(fù)重過(guò)大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，脫離實(shí)際等諸多情況的出現(xiàn)，因此在實(shí)際的橋梁設(shè)計(jì)施工中，需要根據(jù)需要合理利用仿生理論，充分分析其施行的合理性以及科學(xué)性。

（二）仿生理念在橋梁結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用分析

在自然界和生物界中，有很多動(dòng)植物的骨骼和外觀(guān)形態(tài)在橋梁設(shè)計(jì)中可以被采用，而且隨著生物學(xué)的不斷發(fā)展，人們逐漸認(rèn)識(shí)到了自然界中越來(lái)越多的結(jié)構(gòu)形態(tài)，而這些結(jié)構(gòu)形態(tài)的出現(xiàn)無(wú)疑為橋梁的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供了一個(gè)新的思路，倘若可以充分對(duì)這些結(jié)構(gòu)進(jìn)行應(yīng)用，諸如人體的骨骼結(jié)構(gòu)等等，則橋梁建筑行業(yè)勢(shì)必會(huì)有更加廣闊的發(fā)展空間。在進(jìn)行橋梁結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)工作時(shí)，需要具備完整的承載力分散方式，完整的承載力分散方式在有效保證橋梁的使用過(guò)程中具有十分重要的意義和作用，因此，在將仿生理念運(yùn)用到橋梁結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中時(shí)，要注意橋梁結(jié)構(gòu)對(duì)力量的有效分散，合理的對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)加以設(shè)計(jì)。

（三）仿生理念在橋梁功能機(jī)理中的應(yīng)用分析

在仿生學(xué)中，最為常見(jiàn)的研究對(duì)象就是自然界和生物界中的動(dòng)植物的功能機(jī)理，其主要的研究側(cè)重點(diǎn)主要包括力學(xué)、動(dòng)植物行為以及能量的轉(zhuǎn)換等方面，此類(lèi)的仿生應(yīng)用人類(lèi)很早之前就已經(jīng)掌握，比如仿照鳥(niǎo)類(lèi)飛翔時(shí)候翅膀的功能機(jī)理而研發(fā)的飛機(jī)的兩翼等，但是仿生學(xué)的完善必須經(jīng)歷一個(gè)相對(duì)較長(zhǎng)的時(shí)間，逐步對(duì)仿造過(guò)程中的一系列問(wèn)題加以有效的處理和解決，不斷完善，諸如，最初的機(jī)翼存在著震顫的問(wèn)題，于是人們針對(duì)這一問(wèn)題開(kāi)始了新的探究，并最終在蜻蜓的翅膀上找到了新的解決方法，有效對(duì)最初的飛機(jī)設(shè)計(jì)中機(jī)翼的不足之處進(jìn)行了處理。

橋梁的使用壽命與周?chē)淖匀唤缬兄芮械穆?lián)系，倘若受到自然界中地震、洪水以及狂風(fēng)等自然災(zāi)害的影響，其橋梁的使用所面臨的風(fēng)險(xiǎn)也會(huì)加大，此外，橋梁在使用過(guò)程中車(chē)輛的負(fù)載和橋梁使用的年限對(duì)于橋梁自身的穩(wěn)固性也有著重要的影響，因此為了有效保證橋梁使用過(guò)程中的安全性，那么在進(jìn)行橋梁的設(shè)計(jì)工作時(shí)必須高度重視這些不利因素，并逐漸尋找新的方法對(duì)其進(jìn)行有效的解決。較為成功的一個(gè)案例是德國(guó)一所大學(xué)的生物研究人員通過(guò)對(duì)植物的剛度進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，一種巨型木賊以及木賊草兩種植物可以通過(guò)自身的調(diào)節(jié)來(lái)更好的適應(yīng)外界的壓力，因此這種生物的功能性的原理就可以應(yīng)用于大跨度橋梁中的橋墩和橋塔上，有效協(xié)調(diào)橋梁所受到的不同方向的壓力，從而使得橋梁擁有諸如生命的體質(zhì)特征。

結(jié)語(yǔ)

橋梁設(shè)計(jì)中仿生理念的應(yīng)用具有十分重要的意義和作用，而隨著仿生理念在橋梁設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，我國(guó)的橋梁事業(yè)擁有了更加廣闊的發(fā)展空間。筆者衷心希望，以上關(guān)于對(duì)我國(guó)橋梁設(shè)計(jì)中仿生理念的應(yīng)用能夠被相關(guān)負(fù)責(zé)人合理的吸收和采納，進(jìn)而更好的指導(dǎo)我國(guó)的橋梁設(shè)計(jì)工作。

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