仿生理念在桥梁设计中的应用探讨

仿生理念在桥梁设计中的应用探讨
摘要：结合实际，以仿生理念为研究背景，对仿生理念在桥梁设计中的应用情
况进行分析。

首先对仿生理念的基本内容进行探讨，其次在分析桥梁概念设计以
及形态仿生理念之间关系的同时，对仿生理念在桥梁设计过程中的应用要点进行
深入的研究，希望论述之后可以给相关工作人员提供一些参考，从而促进我国桥
梁事业不断发展。

关键词：桥梁设计；仿生理念；应用分析
引言
在现代桥梁发展的过程中，桥梁除了满足日常的交通之外，还具有景观标志
的作用。

因此越来越多的桥梁建设在考虑基本质量安全的同时，也会将精力集中
在美学设计中。

作为美学设计的核心内容，仿生理念在最近几年得到了全面的发展。

生命体为了适应自然条件的变化，会让自身的身体构造出现改变。

这些改变
往往具有现实的美学价值，所以经常会被运用在桥梁设计中，即所谓的仿生设计。

1仿生学理念
所谓的仿生学，就是将生物体的自然形态构造进行仿照设计而服务于人类社
会的一门学问。

就仿生理念而言，他能够协助设计师打破原有设计的束缚，以全
新的理念为工程设计注入活力。

从仿生设计的分类来看，通常可以从宏观和微观
两个角度开始划分。

从宏观仿生来看，其能够对生物的具体形状面貌进行全面的
研究设计，并且有效地掌握生物的基本行为规律和运作方式，涵盖了形态、力学、意象等方面的内容。

至于微观仿生，则是从生物内部的各大系统出发来进行研究的。

主要关注的是生物体内部的各大系统在发生化学反应时所产生的具体表现效果，并能够全面的掌握基本的信息传递形式。

在设计研究中，会将仿生和功能、
材料、神经等方面的内容相联系。

作为一个体系庞大的系统，结构设计涵盖了整
体的框架和局部的构件。

从整体和局部的各个层次出发对生物体进行详细地研究，从而获取更加可靠的生物数据，服务于仿生研究工作。

2桥梁设计环节中的仿生理念
2.1宏观层面的仿生设计
从宏观层面的仿生设计来看，通常包括了意象、形态、结构三个方面的内容，它们依次服务与桥梁施工过程中的美学、概念、结构等方面的设计。

2.1.1桥梁概念设计和形态仿生之间的关系
所谓的形态仿生，就是参考生物的基本形态结构而进行设计的一种理念，这
对于桥梁的结构设计来说具有重要的现实价值。

从传统的桥梁设计来看，大多数
会采纳原有的设计成果，不会从桥梁结构的实际情况出发进行全方位的创新，使
得所有的桥梁结构过于相似。

从不同生物的形态构造出发获取设计灵感，可以确
保桥梁设计具有较高的审美高度。

生物体的构造是自然不断选择的结果，是通过
亿万年的生物创新形成的。

既然能够存在于自然界中，那么它的存在必定有现实
价值。

所以要在现代化桥梁结构设计中充分地吸收自然界生物的形态构造，提升
桥梁的美观度。

在桥梁形态仿生设计的领域内，西方国家已经走在了世界的前列。

比如西班牙的设计师卡拉特拉瓦，他就是形态仿生设计的鼻祖。

他能够从自然界
中获取设计灵感，并且将这些生物体构造运用到墙面设计中。

不仅可以提升桥梁
的整体受力效果，还可以保证良好的气动特性。

西班牙的一座著名的大桥就是由
他本人设计的，作为一种全新的人形桥，主要的灵感源自人体的脊柱构造。

他彻
底打破了传统的拱桥设计思路，在仿生理念中寻求更好的形态表达方式，提升了
桥梁的力学美感。

2.1.2桥梁结构设计和结构仿生的关系
生物界的基本形态是仿生设计的主要灵感，但也可以从生物界的结构构造出
发做好仿生设计工作。

自然界存在的一些特殊构造都是自然经过几千万年不断选
择的结果，所以这种存在具有较高的合理性。

在现代技术和生物学发展的前提下，利用显微技术能够对生物体内部的构造进行全面研究分析，直接助推了反身设计
的整体进程。

比如说，通过对人体解剖，我们可以发现骨骼的密度和人体的内在
关系。

周围的骨骼密度相对来说较高，而内脏周围的骨骼密度较低。

这种人体构
造可以为现代桥梁的设计提供全新的思路，服务于钢混管柱的设计和建造。

学者
卡拉特拉瓦就结构仿生相关的内容进行了大胆的设计，在耶路撒冷设计出了一座
具有生物美学特性的桥梁结构，现在已经成为该地区的主要地标。

通过该理念的
应用，它能够在一定的程度上将桥梁结构的设计仿生性能提高，对提高桥梁结构
的设计质量还有效果，产生的作用也非常有效。

2.1.3桥梁美学设计和意向仿生的关系
结合生物界不同生物的形态特点，这就是意象仿生的主要内容。

在丰富的美
学思路刺激下，桥梁的设计也开始朝着更加精细化的方向发展。

目前，意象仿生
已经被很多国家的设计师采用。

在桥梁的美观设计中，通常会结合基本的美学思
想原则对桥梁的形态比例进行控制。

比如说，在一些悬索桥的索塔上，会对其基
本的纹理构造进行布置处理，选择清水混凝土来保证整体的美观度。

至于桥梁上
的景观照明，会从整体的建筑结构出发来匹配不同色泽的灯光。

2.2微观仿生桥梁设计
2.2.1新功能桥梁原料和材料仿生
很多结构设计的思想都是来源于自然界的生物构造，比如说像石材和木材等，它们都是自然界中最为普遍的材料类型。

在对钢筋混凝土进行设计时，会结合植
物根部的基本形态进行思路的新意。

不同材料的特征在自然界中表现出不同的特色，所以越来越多的研究者和设计师会从生物体态特征出发来寻求设计灵感，并
能够对一些建筑材料进行改造升级。

充分利用自然界的各种优势，合理组合材料
的基本受力结构，研发出适应现代桥梁建设的先进材料和工艺。

由此可知，如果
我们能够对自然界进行充分的了解认知，那么会有更多的建设方式服务与日常的
桥梁建设。

2.2.2优化桥梁结构和功能机理仿生
从典型的功能机理仿生来看，飞机的机翼设计就是运用了这种方法。

设计的
主要灵感来自于鸟类的翅膀，通过空气动力学等方面的知识进行分析，设计出了
飞机机翼的基本模型。

除此之外，桥梁设计中的不同构造也是从自然生物界的一
些内容出发获得基本的灵感效果，从而提升桥梁结构的稳定性。

2.2.3类生命桥梁设计理念和神经系统仿生
自然界中的高等动植物都具有自己的神经系统，可以有效地应对来自自然界
的不同刺激，从而做出适当的生物反应，达到保护自我的目的，现代的结构控制
理论也是从这种生物特性出发得以建立的。

借助敏感的传感器，可以及时洞察外
部环境的变化，通过一定的信息指令来实现机能的调控；在美学设计中，也会通
过人类的基本感知平台来保证整体的美学观感，使得设计效果符合周边的景观效果。

从目前的发展趋势来看，桥梁美学设计已经朝着这个方向不断地向前努力。

2.3仿生理念在桥梁形态上的应用
在传统的仿生学桥梁设计的过程中，一些设计师对仿生桥梁的设计采用的都
是模仿的方式，这样设计出来的桥梁形象非常怪异与实际不符合，使得在建设的
过程中难度很大，不能够满足实际的要求。

而随着技术的发展，仿生理念的应用
逐渐得到了更新，桥梁设计师在应用的过程中可以根据仿生理念，对桥梁的形态
进行设计，通过仿生理念在桥梁形态设计的应用，能够将结构复杂的问题目解决，同时还能够将桥梁负债问题解决，对提高整体桥梁的设计效果有着积极的作用。

3国内仿生设计的基本状况和应用前景
最近几年，国内越来越关注桥梁的景观设计内容，所以给仿生设计理念提供
了广阔的发展空间。

在天津海河的奉化桥设计上，就是借助这种微观仿生设计理
念来实现基本的设计目标。

在桥梁设计的过程中，会借助引力路径来提升桥梁结
构的生命动感。

值得注意的是，目前国内的桥梁仿生设计依旧处于起步阶段，没
有系统化的理论基础作为强有力的支撑。

随着我国科学技术不断地向前发展，相
信仿生设计理念将会全面地运用到桥梁设计中。

4结语
在桥梁设计的过程中，应当将美观性作为整体的设计重点。

本文从桥梁设计
的内容出发，对仿生理念进行了全面的分析。

从宏观和微观两个角度阐明了仿生
设计理念对桥梁设计的重要性，并提出了桥梁设计的美好愿景。

参考文献：
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