赖斌

北京建达道桥咨询有限公司 北京 100000

梁设计是确保我国交通事业有效发展的一项重要工作。现阶段，社会各个领域都对桥梁设计给予了高度的重视，地方政府对桥梁设计以及工程施工投入了非常多的资金，其中桥梁设计不仅需要确保桥梁安全性以及实用性，同时需要确保桥梁美观性以及科学性。传统桥梁具体设计理念只可以确保桥梁正常使用，在创新方面有很大的难度。仿生方法科学性非常强，在设计过程中采用这种方法可以有效解决传统桥梁设计中的各种问题，有效提升桥梁设计所具有的科学性。

1 仿生法概述

在进入到21世纪中，我国社会发展遇到了新的挑战，在这样的挑战条件下，建筑工程行业的发展也遇到了新的难题，也正是因此，人们不得不考虑如何利用最少的资源创造出更好的建筑工程，进而就推动了仿生法在桥梁设计中的应用[1]。之所以要在桥梁设计和优化中应用仿生法，是因为在生物界中存在着很合理的存在结构和系统，其具有较强的灵活、小巧、高效等特征，这些都是我们人类应该学习的内容，也正是因此，我国建筑工程中尤其是桥梁工程的设计中在很多地方都应用了仿生法，但是，相对于当前工程发展状况而言，仿生法在桥梁设计中的应用还不够充分。仿生法应用的基础理念就是仿生理念，这种仿生理念对于桥梁设计工程师而言，具有重要的意义，其能够推动工程师扩宽设计思维、与设计方法。而仿生概念则可以从两个角度来理解，一方面是宏观仿生，该仿生主要针对的模仿对象是生物等物质的外部造型、纹理、构造。生物物体的材料性能、运动规律等；另一方面是微观仿生，这一仿生的重点内容就是生物体内部的内容，即对各种系统功能的仿效，比如循环、免疫、神经，通过对这些系统的模仿能够保证桥梁的功能性和使用性。

2 仿生法在桥梁设计与优化中的应用研究

2.1 仿生法在桥梁外观的应用

通过对桥梁的起源进行分析可以发现，桥梁本身就是通过对自然界的仿生而形成的。梁的基本结构的形成是自然界的树由于某种原因掉落到河面上，当其浮动到较窄的河面时就会横跨河两岸，成为最早的“桥”，人和动物在树干上行走就可以过河。经过后代的不断改进，发展成为现在的梁体结构。桥梁拱桥结构的形成是由于在自然界的地貌中和生物有着广泛的拱形状态存在，比如一些藤蔓植物在树与树之间或悬崖上悬挂，由于藤蔓植物的韧性比较高，为人类的攀爬提供了可能，人们根据悬挂的藤蔓创造出悬索桥结构。此外，自然界的许多现象也为桥梁的结构提供了仿生的可能。在这些桥梁结构中，有的是局部利用了仿生理念，有的是整体利用了仿生结构。

2.2 桥梁结构上的仿生

在自然界和生物界中有很多骨骼和组成结构是桥梁设计中可以应用到的，生物学的发展也让大众认识到了在自然界中存在着如此之多的结构形态，就比如我们最熟悉的人体骨骼结构，其主要是由其中的脊柱；髋、股、胫、足等骨骼构成的，其中人体自重量是通过足骨来进行分解的，而需要承重的骨骼的骨质都是比较密实的。这样的生物结构形态在桥梁设计中就可以充分得到应用，任何一个桥梁结构的产生都不是设计师的凭空想象结果，而是设计师以合理的设计理念从自然界中获得的灵感体验。在桥梁结构中也需要具有完整的承载力分散方式，这是保证桥梁使用功能和持续性的重要因素，如果所设计的结构并不能很好的进行力量的分散，那么，这就证明了该桥梁结构不能进行建造，是不合理的。对于人体骨骼仿效效果相对较好的桥梁工程要属卡拉特拉瓦所设计的科兹桥，因为该桥乔高119m，在桥塔上辐射出了66个拉索，其在2010年正是投入使用，到现在为止其也是耶路撒冷的一座城市风景线。

2.3 桥梁功能机理方面进行的仿生

仿生学里面，具体研究对象是自然界里面动植物所具有的功能机理，一般主要有行为学、力学以及能量转化等。对于这一方面进行的仿生应用，很早以前就开始了。自然界里面的狂风、地震以及洪水等因素会直接影响到桥梁寿命，并且在现阶段桥梁建筑跨度越来越大的条件下，桥梁所承受的风险也逐渐增大，想要确保桥梁所具有的安全使用性，就应该在设计中努力寻找办法，有效规避自然界风险因素造成的危害。而自然界里面的生物在经历了大量狂风、地震以及洪水等过程后均可以自然地存在，这其中所蕴含的功能机理就是进行桥梁设计时应该借鉴的。德国一所大学经过研究发现，巨型木贼和木贼草植物里面的细胞就可以通过自我调整来有效改变植物体系所具有的刚度，从而和外界造成的压力相适应。该生物功能性机理就能够在大跨度桥梁结构中的桥墩以及桥塔上得到应用，使该桥梁具备和生命体质比较接近的特征[2]。

2.4 意象仿生

从本质的角度上讲，桥梁归属于人造结构的范畴，它是人与自然的交互。意象是心理学的概念，桥梁的意象仿生是形态与结构仿生的综合。色彩除了是一种视觉现象之外，还能传递信息，帮助人们记忆，在提升桥梁景观功能方面具有不可替代的作用，色彩在桥梁设计中的运用，实质上就是意象仿生。以金门大桥为例，红色的涂装使该桥梁带给人们强烈的视觉冲击，红色彰显出了热情与力量，由此可让人联想到美国的精神，如果该桥的涂装色彩选择绿色，虽然也能体现出自然的情怀，但肯定无法达到红色的效果。又如，南京大胜关桥选用的蓝色涂装，带给人们的是一种正义与和平，不仅如此，蓝色还与天空进行了互动，桥梁的活力由此得以展现。鉴于此，设计者在桥梁设计中，应合理运用意象仿生，借此凸显桥梁的视觉效果。

综上所述，在桥梁设计过程中应用仿生法进行设计可以显著提升桥梁性能，保证桥梁工程的美观性和施工质量达到要求。在采用仿生法进行桥梁设计时，需要从材料、功能、结构等方面进行仿生设计，实现桥梁建设的持续化发展。