摘要：在我国社会和经济不断发展的条件下，人们生活观念以及居住概念也产生了非常大的变化，特别是现代化科学环保理念，使我国工程建设事业得到了进一步发展。工程基础结构设计以及工程实际施工均产生了很大的变化。想要促进我国工程行业的有效发展，在桥梁工程设计以及优化过程中，应用仿生方法以及仿生理念是非常必要的，该方法可以解决桥梁工程设计以及优化中的比较常见的问题，给桥梁发展提供新思路以及新方向。本文主要对桥梁工程设计以及优化中仿生方法的具体应用进行分析探讨，提出笔者的思考和建议，仅供参考。
关键词：桥梁设计；优化；仿生方法
中图分类号：U442.5文献标志码：A文章编号：1672－4011(2016)01－0180－02
0前言
桥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仿生法的具体涵义
所谓仿生法，就是模仿自然界里面的生物形式或者是运动状态，通过相似性来进行创造。现阶段，自然科学界应用仿生法的学科非常多，其中有工程学、生物学以及化学等，同时在这些领域发挥了非常重要的作用［1］。自然界的所有生物都起源于自然，自然界里面的生物组成结构一般要比科学发明更加先进。仿生法就是有效结合自然界智慧以及各学科知识，促进了科学进一步的发展。对于桥梁设计领域，设计师将自然智慧变成了能够度量的具体理性数据，并通过总结以及分析形成具有系统性的一门桥梁学科，对设计者的设计工作进行指导。
2桥梁设计及优化过程中应用仿生法的意义
桥梁设计是确保工程质量的基础，会对后期施工以及人们的安全使用产生直接的影响。设计师属于桥梁设计主体，是确保桥梁设计质量和安全的关键，设计师具体设计理念直接决定了桥梁外观以及结构。仿生法是一门比较先进的学科，在各行各业得到了广泛的应用，同时获得了比较好的反响，所以，掌握仿生法理念的设计师可以对桥梁功能以及造型进行不断的创新，从而有效促进我国桥梁事业的进一步发展。
3仿生方法的应用
对桥梁进行设计的时候，很多形式均源于生物界以及大自然，有的甚至可以找到原型［2］。仿生法可以分成两种，分别是宏观和微观。桥梁设计以及优化中，仿生法的应用也可以分成宏观以及微观，从细节角度上看，宏观和微观均要分成很多种仿效细节，该细节通过新载体能够形成新的整体。
3.1桥梁形态方面进行的仿生
西班牙某设计师在进行桥梁设计的时候，最先从形态方面进行仿生，该设计师的设计灵感主要是从植物以及骨骼形态上获得的，然后以此进行仿效，很多人对它的设计有不同的看法，有的甚至觉得非常荒诞，施工难度非常大。可是对于该设计者来说，其认为自己所进行的仿生设计技术含量不是很高，仅仅是对自然形态进行仿效，施工所需的材料也只不过是最普通的钢筋混凝土材料［3］。而仿生法的应用并不是随意的，而是需要有效结合仿效结构以及桥梁工程具体需求，尽管自然界大部分生物形态结构仿效性非常强，可在实际施工过程中很有可能产生沉降引发开裂、自重过大以及结构太复杂等问题，因此，进行桥梁设计的时候，仿生法的应用应该充分考虑其可建造性以及合理性。
3.2桥梁结构方面进行的仿生
自然界以及生物界存在的很多骨骼和组成结构均能在桥梁设计中应用，如人体骨骼结构，组成部分主要有足、脊柱、髋以及股和胫等，并通过足骨来分解人体自重量，其中必须承重的骨骼，其骨质一般都非常密实。在进行桥梁设计的时候，可以充分利用该生物结构形态。桥梁结构同样需要完整性比较高的承载力分散模式，其可以确保桥梁使用功能以及所具有的持续性，若设计结构很难分散力量，则表示该桥梁结构不可以进行实际建造，属于不合理设计。人体骨骼仿效产生的效果比较好的桥梁是以色列的卡拉特拉瓦设计出来的科兹桥，由于该桥高度为119m，所以桥塔上总共辐射有66根拉索，该桥梁在2010年真正投入使用，一直到今天，该桥梁也是耶路撒冷的美丽风景线。
3.3桥梁建筑材料方面进行的仿生
对人类来说，自然界就是一个非常大的藏宝箱，其不仅蕴藏钢铁资源、石油资源以及煤炭资源等自然物进行的显性应用，同时还有由大自然界获得的各种材料应用灵感，从而进行隐性应用。现代建筑主要强调的是绿色环保功能、工程可持续性和资源有效利用性，因此，桥梁设计人员应该充分考虑该怎样把建筑材料所具有的最大功能完全发挥出来。随着科学技术的快速发展，新型仿生材料可以对建筑材料功能进行有效的改善，有些发展非常好的仿生材料甚至能够取代现有材料，比如，和贝壳进行比较，水泥抗拉性相对较小，由于贝壳里面含有大约95%的石灰石，剩下的都是蛋白质，提示人们该化学组成方式可以有效提升工程所具有的抗拉性，并且还可以减少其他化学材料给自然环境造成的污染。此外，桥梁应该具有防水性以及防腐蚀性等功能，从而确保桥梁使用寿命，对于防水性，吉林大学进行仿生实验的时候发现蝴蝶翅膀鳞片结构可以有效防水，并且其自洁功能也非常强。再如，现阶段在路标中得到广泛应用的发光材料，在白天能够吸收同时储存太阳能，晚上其可以确保持续发光，该材料的应用既可以提升夜间交通安全性，也与节能环保理念相一致。
3.4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，如通过效仿鸟类翅膀上的功能机理，设计了飞机机翼，然而最初机翼存在震颤问题，人们又到生物界里面去探寻解决方式，然后在研究蜻蜓翅膀翅痣的过程中，有效解决了这一问题。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［4］。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。
3.5生物神经系统方面进行的仿生
有生命的生物最大的特征为拥有神经系统，可以根据外界环境发生的变化合理进行自我调整［5］。然而桥梁工程只可以被动接受外界施加的压力，其不具备自动调节能力。想要提升桥梁工程所具有的反应能力，比如通过一些仿生方法实现实时监控。其中仿生发明，比如，阻尼器等，在现阶段桥梁设计过程中得到了创新应用，这些仿生方法以及仿生发明的应用就属于桥梁神经系统。以前仿效生物构建神经系统具有非常大的难度，然而在电子信息技术高速发展的今天，对桥梁构建神经系统是比较容易的。对神经系统进行仿生应用的桥有很多，如千禧桥，其可以在河道上提供交通服务，可以保证河道正常通行，同时，其仿生性能够显著增加该桥梁所具有的观赏价值以及生命价值，当遭遇外界风险的时候，又可以自动调节自身安全性。
4结论
自然界里面，各种事物都存在一定的联系，其中生物学以及建筑学的联系尤其明显，所以，随着创新理念的持续发展，人们已经意识到通过仿生法设计以及优化桥梁工程，可以有效提升其所具有的各种性能。在桥梁设计过程中应用仿生法的时候，主要可以从五个方面进行仿生，分别是：桥梁形态方面进行的仿生;结构方面进行的仿生;建筑材料方面进行的仿生;功能机理方面进行的仿生;生物神经系统方面进行的仿生。
参考文献：
［1］胡楠．仿生方法在桥梁设计与优化中的应用研究［D］．长沙：中南大学，2010．
［2］李继军．仿生方法在桥梁设计与优化中的运用［J］．城市建筑，2015，12(24)：249－249．
［3］郗轶博．仿生方法在桥梁设计与优化的应用研究［J］．黑龙江交通科技，2013，36(9)：91－92．
［4］曾凡林，谭德盼．瞻望仿生学在桥梁设计中的应用［J］．交通科技，2012，38(3)：44－47．
［5］胡楠，戴公连．仿生理念在桥梁设计中的应用［J］．世界桥梁，2009，37(3)：65－69
作者：吕金泉 单位：沈阳市市政工程设计研究院
