仿生方法在桥梁设计与优化中的应用思考（论文）.pdf

I工程建设与设计 I Con struction&Des ~rProject 仿 生 方 法 在 桥 梁 设 计 与 优 化 中 的 应 用 思 考 Thought on the Application of Bionic M ethod in Bridge Design and Optimization 郭高 洁 (中国市政工程西南设计研究总院有限公司，成都 610000) GUO Gao-jie (SouthwestMunicipalEngineeringDesign&ResearchInstituteofChina，Chengdu 610000，China) 【摘 要】桥梁设计事关我国道路交通事业的发展。仿生方法在桥梁设计与优化方面的应用，为我国桥梁工程的设计与发展提供了 新的发展方向。论文主要从仿生方法应用于桥梁设计与优化的意义入手，结合实际案例对仿生方法在桥粱设计与优化领域的应用 问题进行了分析。 fAbstract]BridgedesignisconcernedwiththedevelopmentofChina’sroadtransportation．Theapplicationofbionicmethodinbridgedesign andoptimizationprovidesanewdirectionforthedesignanddevelopmentofbridgeengineeringinChina．Inthispaper,theapplicationmeaning ofbionic method in bridge design and optimization is analyzed，and combining with project example，the application ofbionic method in bridge designandoptimizationisanalyzed． 【关键词】仿生方法；桥梁设计；优化 【Keywords]bionicmethod；bridgedesign；optimization 【中图分类号1U442．5 【文献标志码】A 【文章编号】1007．9467 Q018)04．0140．03 [DOI]10．13616~．cnki．gcjsysj．2018．04．264 1 引 言 桥梁工程是基础设施建设中的重要内容。知识技术的合 理调配 ，不同学科之间的有效兼容和区域融合的优化，已成为 桥梁工程发展过程中所遇到的新问题。在桥梁工程设计领域 ， 生态系统各个部分的自我存在方式的协调性和稳定性成为人 们关注的内容。在生物学理论的影响下，仿生学所涉及的各种 理念已成为桥梁设计的指导思想。 2 仿 生 方 法 应 用 于 桥 梁 设 计 与 优 化 的 意 义 新技术和新发明在整个领域中的所 占比例相对较低。桥 梁设计过程可以被看作是对固有理念进行突破的过程 ，针 对人们在新时期所面对的可持续发展需求和提升生活质量 的要求对造型新颖 、结构合理的生物结构进行应用，是对桥 梁艺术设计进行创新的有效方式。仿生方法建立在自然界 【作者简介】郭高洁(1977～)，男，山西长治人，高级工程师，从事道 路桥梁工程设计与研究。 140 智慧与不同学科知识理论基础之上，仿生方法研究工作的开 展对科学技术的发展进步有着较为重要的影响。桥梁设计 事关我国道路交通事业的发展。仿生方法在桥梁设计与优 化方面的应用，可以在解决桥梁设计和优化阶段存在的一些 常见问题的同时 ，为我国桥梁工程的设计与发展提供新的发 展方向。 3 仿 生 方 法 在 桥 梁 设 计 优 化 领 域 的 应 用 措 施 3．1桥 梁形 态方 面的 仿生 在对桥梁工程中现存的问题进行处理的基础上，完成新 型桥梁结构的开发 ，是仿生方法应用于桥梁设计优化领域的 主要目标_IJ。表 1为仿生理念在桥梁工程中的应用分类。 从桥梁形态方面的仿生应用来看，一些桥梁设计师的设 计灵感主要来源于植物和动物骨骼的形态。现阶段人们对这 种仿效植物与骨骼形态的设计方式持有不同的看法，如一些 人认为这种设计方式具有新颖性的特点，一些人认为这种设 计理念较为荒诞 ，从桥梁工程实际施工情况来看 ，部分从形态 表 1 仿生理念在桥梁工程中的应用分类 对生物分子和细胞层面的研究，包括微循环系 材料仿生 微观仿生 萋 系统仿生 适应环境的能力等进行研究 机理仿生 方面进行仿生设计的桥梁建筑的施工方案存在施工难度大的 特点。桥梁设计在形态方面所进行的仿生是对自然形态的仿 效过程。在设计阶段，设计人员需要对仿效结构与桥梁工程的 具体需求进行综合考虑，避免施工过程中可能出现的沉降开 裂 、自重过大或结构过于复杂的问题。 3．2 桥梁结 构 方面 的仿生 根据仿生学的相关理论 ，自然界及生物界的骨髂架构或 组成结构也可以在桥梁设计中得到应用 ，例如，人体骨骼结构 的生物结构形态就可以在桥梁设计与优化领域得到应用。桥 梁结构对承载力分散模式的完整性的要求相对较高。针对桥 梁结构承载力分散模式对桥梁的使用功能和其所具有的持续 性的保障作用，相关人员可以借助人体骨骼架构所具有的功 能 ，对桥梁结构进行优化 ，例如，以色列耶路撒冷克兹桥就是 模拟人体骨骼架构的产物。 3．3桥 梁建 筑材料 方 面的 仿生 针对桥梁工程的实际情况，桥梁的防水功能和防腐蚀功 能也是影响桥梁使用寿命的主要因素。从桥梁防水性能的研 究现状来看 ，一些学者在对蝴蝶翅膀鳞片结构的防水性能进 行分析的上，实现了对桥梁防水性能的优化，一些建立在太阳 能技术上的发光材料的应用，也为