仿生理念在桥梁设计中的应用

何岚海

摘要：本文从仿生学的分类和应用目标出发，结合仿生学或仿生学的思想，试图解决桥梁设计中存在的问题。同时，也为桥梁的创新设计和未来桥梁设计提供了一些新思路。从宏观上看，生物系统的外观和结构可用于选型或创新桥梁设计。从微观角度来看，生物系统的机理和行为也可用于设计优化或改进。本研究主要对仿生理念在桥梁设计中的应用提出探讨。

关键词：仿生理念；桥梁设计；仿生应用

前言：通过对桥梁仿生学思想的探讨，有可能在桥梁设计中确立“活桥”的概念以及生物思维。从无意识到有意识，仿生学思想的应用将桥梁工程推向未来。如果我们不断向大自然学习，这种理念将有助于我们建立更可持续、节能、环保的桥梁。

1.宏观仿生理念在桥梁设计中的应用

1.1形态仿生对于桥梁形态的影响

仿生学生物方法和系统的应用在自然来研究和设计工程制度与现代技术，形态仿生对于桥梁形态的影响重大。这技术转让仿生技术的支持者认为，在生命形式和人造物体之间进行选择是可取的，因为进化压力通常迫使包括动植物在内的生物高度优化和高效。一个典型的例子是从观察到实际上没有任何东西粘在表面上发展出防污和防水涂料（涂层）莲花植物莲花效应）。当提及化学反应时，术语“仿生”是优选的。在该领域中，仿生化学是指本质上涉及生物的反应大分子（例如酶或核酸），其化学性质可以复制在试管内使用小得多的分子。仿生学在工程上的例子包括模仿海豚厚皮的船体；声纳，雷达和医学超声成像模拟动物回声定位。形态仿生改变桥梁设计的基础结构与建模，使得其稳定性在一定范围内得到提升。

1.2结构仿生对于桥梁结构的影响

结构仿生对桥梁结构也产生相应的影响，在结构设计科学领域，仿生学的研究产生了群体智能系统。进化计算也受到仿生学思想的启发，但它通过模拟进化进一步推动了这一思想的产生，并产生自然界中从未出现过的优化解决方案。根据结构仿生在机械工程系认为，目前只有12%的重叠生物和所用机制方面的技术。仿生学的研究往往强调实现桥梁工程中的功能，而不是模仿生物结构。例如，在计算机科学中，控制论试图对智能行为中固有的反馈和控制机制进行建模，而人工智能尝试对智能功能进行建模，而不考虑其实现方式。从自然有机体和生态系统中有意识地复制实例和机制是一种应用形式案例推理，将自然本身视为已经起作用的解决方案的数据库。支持者认为选择压力放在所有自然生命形式最小化并消除故障。桥梁工程可以说是一种形式仿生，这一领域的现代起源通常归因于一个研究机构。

1.3意象仿生对于桥梁形象的影响

意象仿生主要是一种模仿系统，动物或植物区系中通常有三个生物层次，之后可以对技术进行建模：模仿自然的制造方法、模仿机制发现于自然界、研究组织原则有机体的社会行为。如植绒行为鸟类，优化蚂蚁觅食和蜜蜂觅食，以及基于群体智能的行为。意象仿生改变桥梁设计的整体形象，仿生学作为一个术语，指的是从生物到工程反之亦然。因此，对于意象仿生的含义有两种略有不同的观点，在医学上，仿生学指替换或增强机构、或其它身体部分。仿生植入物不同于单纯的自然生物通过非常接近地模仿甚至超越原始功能。桥梁形象始终坚持更广泛的意义，因为它试图从生物模型开发工程解决方案。这种方法的动机是生物通过进化的结果。

2.微观仿生理念在桥梁设计中的应用

2.1仿生材料在桥梁建造中的应用

虽然使仿生植入成为可能的技术仍处于初级阶段，但一些仿生项目已经存在，生体仿生材料是模仿自然界的模型、系统和要素来解决复杂的问题。一个密切相关的领域是仿生学。生物有进化适应良好地质时期的构造和材料自然选择。仿生学产生了新技术生物的微观纳米尺度的解决方案。桥梁建造在整个存在过程中一直在寻找问题的答案。大自然已经解决了诸如自愈能力、环境暴露耐受性，疏水性、自组装和利用太阳能等问题，仿生材料在桥梁建造中的应用也是一种新型应用。仿生学原理上可以应用于许多领域。由于生物系统的复杂性，可以模仿的特征数量很大。仿生应用正处于不同的发展阶段，从商业上可用于原型的技术。仿生材料在桥梁建造中的应用为桥梁工程带来便利。

2.2生物功能在桥梁设计中的应用

生物功能仿生学是仿生学应用的最新进展。具体而言，它将原则和实践从生物系统应用到桥梁战略、流程、组织设计和思维。它已成功地应用于快速桥梁设计系列行业，在更具体的意义上，它是一个创造力技巧试图使用生物的原型以获得工程解决方案的想法。这种方法的动机是生物有机体及其器官已经通过原有方式得到很好的优化演变。化学仿生合成是化学合成灵感来自生物化学的进程。另外，仿生学生物功能在桥梁设计中是指生物和机器的融合。这种方法产生了结合生物和工程部分的混合系统，其也可以称为控制论有机体，这一点的实际实现体现在植入实验通过神经系统输入带来超声的过程。自然人物本来是有效率的，考虑到桥梁设计美学也是令人满意和合格的。尽管在工程界，一个有效的模式并不意味着一个成功的美学设计。有许多结构是有效的，但没有任何审美价值。将模式与自然图形和规则相结合，可以避免这种不完美，有助于工程师将质量与实际结构要求结合起来，改善生物功能在桥梁设计中的应用。

2.3神经调节在桥梁适应性中的应用

仿生理念中神经调节的应用较为广泛，其在桥梁适应性方面也发挥重要作用。随着纳米技术的进展，如同正电子发射断层扫描，工程师在设计过程期间结合微观方面，这功能和机构在有机体可以有助于桥梁的设计和优化。这微仿生设计意思是混合在纳米系统关于桥梁设计。在这纸张桥梁设计会从三方面讨论关于微仿生与神经系统有关的材料、功能作用和机制，以及还有自然的世界。这适应的和自我调节的稳定性结合桥梁工程的特点是抗震集成电路设计与系统调节设计。这关于植物防风和抗震能力能是为桥梁设计，根据生物群落中的某些功能进行优化。生物模拟的一种神经调节是生物区域，其中符合自然生态区用于桥梁适应性设计。生态选择本身就是一个最小化模型制造复杂性或冲突，以及自由市场既依赖于效率，也依赖于自觉的合作、协议和标准，更类似于雌雄淘汰。神经调节运用于桥梁设计，两者都是平衡的自然选择。尽管桥梁设计是基于神经调节而不是价值的暗示，仿生是恢复基本效率的有效策略。神经调节仿生作为生物测定或创造性生物工程的关键内容，是自然界中存在的生物方法和系统的集合，用于工程和新技术。神经调节仿生是基于生物的系统科学。这一科学最经典的标志之一是通过观察改善桥梁的适应性。一般来说，现代技术可以从三个层次进行建模：一是模仿自然生产方法，二是模仿自然生产方法，三是模仿自然界存在的机制。基于社会行为和有机体的有组织原则的研究。在人类的生命史中，有许多来自自然的造型。但这方面的第一批科学项目是由神经调节完成的。

3.结语

以基础仿生学的分类以及应用目标，它提供一些新的主意变成创新的设计和将来的桥梁。宏观的方面，生物系统能是利用在类型选择或者创新的桥梁设计。显微象机制和行为在生物系统能也被应用在设计上最佳化或者即兴表演元素。随着这讨论仿生学思想就像要建立概念“活桥”作为生物试验思考。对仿生学思想进行分析，设计高效、环保的桥梁，不断地向大自然学习。

参考文献：

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