仿生理念在桥梁设计中的应用分析.pdf

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1、2013年5月■阿目冀高交通建设【文章编号】1673—0038(2013Jl3-0275_02仿生理念在桥梁设计中的应用分析黄霖(中铁四院集团南宁勘察设计院有限公司广西南宁530003)摘要：我国是世界上的桥梁建设大国，如何将桥梁建设与自然环境和谐共处已经成为我国现阶段桥梁建设方面所关注的。而仿生理念的应用则较好的实现了这一目的，因此本文就仿生理念的概念、仿生理念在桥梁设计中应用现状进行了深入浅出的分析，并针对仿生理念在桥粱设计未来应用前景进行阐述。关键词：仿生理念；桥梁设计；创新设计1前言我国自古以来多山川、大河，因此桥梁设计在我国的建筑体系里面占有十分重要

2、的地位。作为桥梁大国，我国对于桥梁的结构设计、造型构造等问题上已经拥有丰富的理论和积累了大量的实践经验。随着桥梁设计理念和手段的不断发展，仿生理念已经逐渐应用到桥梁设计中，这对于将景观功能融入到桥梁设计、桥梁结构优化和造型的多样化都有十分重大的影响。2仿生理念概述仿生是通过模仿自然界生物的系统、功能、行为、机理等，构造出一套融合的、全新的技术理念，并在该理念指导下设计出与生物相似的系统、功能、行为和特征的技术、机械、仪器等，常见有飞机、雷达、声纳系统、通信窝蜂、人工脏器等，研究仿生领域的综合学科就可以称作仿生学。仿生理念最早应用于建筑领域时，主要为了帮助建筑设

3、计师打破定式思维，提供一种全新的角度来认识世界，基于仿生理念的角度来看建筑设计。从对于建筑设计影响深远的仿生理念来看，大致可以分为两个大类：①外观仿生，即通过对于生物体的表征，包括形态特征、力学特征、生物意象特征等进行的仿生：②功能仿生，重点关注在相关动植物、微生物等内部系统功能等进行的仿生。3仿生理念在桥梁设计中的应用分析将仿生理念引入桥梁设计后，对于桥梁设计的思路、设计方法都有了较为重大的开拓，尤其在桥梁景观设计方面。在将仿生理念应用到我国桥梁设计领域后，桥梁设计对应于的桥梁建筑施工要求、桥梁建筑技术要求也得到了一定的发展，不再仅仅局限于关注桥梁本身的施工

4、和技术，桥梁的功能性和美观性都得到一定程度的提升，仿生理念的应用对于我国桥梁设计的发展更是功不可没。从仿生理念在桥梁设计应用的情况来看，主要是应用在桥梁建设环境设计、桥梁功能设计、桥梁外形设计、桥梁结构设计等方面。从应用的仿生理念分类来看，主要包括外形仿生与设计、结构仿生与创新、功能仿生与优化、材料仿生与改进。3．1外形仿生与设计所谓桥梁的外形仿生与设计，是指基于自然界生物外观形态基础上，通过设计手段进行加工和创造进行桥梁设计，这是仿生理念在桥梁设计中应用最为常见的模式。我国桥梁设计发展了这么多年，在桥梁外形设计方面存在着创造力不足的问题，因此对于探索新型桥梁

5、外形方面桥梁设计师不遗余力的尝试着不同的角度，仿生理念的应用就弥补了设计师自身经验的不足，帮助桥梁设计师能从全新的角度看待桥梁外形设计。在仿生理念影响下，桥梁设计师能选择并设计出，最符合实地情况、可操作性较强、外形新颖的桥梁。仿生设计在这一领域应用最典型的案例是来自西班牙的——西班牙“鲁西塔尼亚桥”，这座桥的外形设计就是应用了仿生理念，最初设计师在进行外形设计时，重点是参考了牛的头部来进行设计的，详见图l鲁西塔尼亚桥外形设计图与实际外形对比图。‘◇立．Ⅳ^"-t．二，图l鲁西塔尼亚桥外观设计圈与实际外观对比圈3．2结构仿生与创新桥梁设计中应用的结构仿生也可以称

6、作力学仿生，其主要是针对生物体或自然界物质的大致结构或内部构造进行研究，应用到桥梁构件设计方面。结构仿生能较好的帮助桥梁设计师在桥梁桥型设计方面实现创新，体现出区域文化特色，以“无锡运河桥方案设计为例”，详见图2。江苏无锡运河桥的桥型方案设计就采用了结构仿生的理念，主要取材于柳叶叶形，借鉴了柳叶叶脉的结构来进行仿生桥型的设计。无锡地处江南地区，而垂柳是江南地区最为常见和代表意义的植物，正如《咏柳》中所描绘的“万条垂下绿丝绦”，柳叶这·275·交通建设■■翻囊窿2013年5月图2无镊运河桥桥型设计围种自然垂顺的形态及极富张力的曲线，一方面展示出了江南古城特有的意

7、蕴和美感，另一方面柳叶叶脉结构对于该桥梁桥型设计而言，兼具了美观和实用性的要求。3．3功能仿生与优化功能仿生对于桥梁设计中桥梁功能优化有着不可替代的作用，也是仿生理念应用到桥梁设计中最体现价值的环节和核心。目前从功能仿生应用水平来看还相对比较薄弱。功能仿生是指人类研究自然界生物体的成长机理、新陈代谢等生态相关规律，从而将这类型的功能推广到桥梁设计中，使桥梁成为“具有生命体特征的”智能桥梁。功能仿生在我国桥梁设计实践中，主要应用的方面包括智能材料仿生、生物体结构集成仿生(桥梁长期健康监测便是应用之一)等。3．4材料仿生与改进近年来我国材料科学的不断进步，也推动了

8、建筑、化工、装备等各大领域的快速发展。