蔡理武

（廣西五鴻建設(shè)集團(tuán)有限公司 廣西宜州 546300）

結(jié)構(gòu)仿生屬于建筑仿生學(xué)中的重點(diǎn)研究?jī)?nèi)容之一，特別是在大跨度建筑設(shè)計(jì)中，通過(guò)合理應(yīng)用結(jié)構(gòu)仿生，能夠保證大跨度建筑工程施工質(zhì)量得到更好的提升，減少建筑結(jié)構(gòu)失穩(wěn)現(xiàn)象的產(chǎn)生。對(duì)于大跨度建筑設(shè)計(jì)人員來(lái)講，在實(shí)際工作當(dāng)中，要結(jié)合以往的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)行合理的評(píng)判，保證結(jié)構(gòu)仿生在大跨度建筑設(shè)計(jì)中得到有效應(yīng)用。鑒于此，本文主要分析結(jié)構(gòu)仿生在大跨度結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用要點(diǎn)，從而推動(dòng)我國(guó)大跨度建筑工程能夠更好的發(fā)展。

1 大跨度建筑設(shè)計(jì)中應(yīng)用結(jié)構(gòu)仿生原理的重要性

近些年來(lái)，由于我國(guó)建筑行業(yè)的高速發(fā)展，建筑仿生設(shè)計(jì)已經(jīng)引起人們的關(guān)注，所謂建筑仿生設(shè)計(jì)，主要指的是將仿生學(xué)與建筑學(xué)進(jìn)行有效結(jié)合，建筑仿生學(xué)涉及的領(lǐng)域比較廣，將結(jié)構(gòu)仿生應(yīng)用到大跨度建筑設(shè)計(jì)中，不僅能夠提升大跨度建筑的美觀性，而且真正實(shí)現(xiàn)節(jié)能環(huán)保的目標(biāo)。大跨度建筑設(shè)計(jì)人員通過(guò)運(yùn)用結(jié)構(gòu)仿生理念，能夠保證大跨度建筑結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定，減少工程施工資源的浪費(fèi)[1]。

除此之外，在大跨度建筑設(shè)計(jì)中，應(yīng)用結(jié)構(gòu)仿生理念，能夠?yàn)樵O(shè)計(jì)人員提供更多的設(shè)計(jì)思路，保證大跨度建筑內(nèi)部結(jié)構(gòu)更加合理，進(jìn)一步提升大跨度建筑工程的總體效益。大跨度建筑設(shè)計(jì)人員要不斷學(xué)習(xí)先進(jìn)的結(jié)構(gòu)仿生設(shè)計(jì)方法，改進(jìn)原有的大跨度建筑設(shè)計(jì)方案，提高設(shè)計(jì)方案的實(shí)施效率。

2 結(jié)構(gòu)仿生方法的應(yīng)用現(xiàn)狀

2.1 仿生材料研發(fā)

仿生材料是結(jié)構(gòu)仿生的重要組成，從微觀角度來(lái)講，設(shè)計(jì)人員結(jié)合生物材料的外形特點(diǎn)，能夠研發(fā)出比較類似的原生物材料，與傳統(tǒng)的建筑施工材料相比，仿生材料的化學(xué)性質(zhì)更加穩(wěn)定。由于建筑工程施工對(duì)各項(xiàng)材料的密度與強(qiáng)度要求比較高，通過(guò)合理應(yīng)用仿生材料，能夠保證建筑工程結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定。例如，在某建筑工程當(dāng)中，通過(guò)應(yīng)用先進(jìn)的加氣混凝土與泡沫混凝土等施工材料，能夠提升建筑的美觀性與實(shí)用性，與傳統(tǒng)的混凝土材料相比，加氣混凝土與泡沫混凝土更加環(huán)保，對(duì)生態(tài)環(huán)境的污染較小，并且具有較好的保溫效果，使得其應(yīng)用范圍越來(lái)越廣[2]。

2.2 仿生結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

所謂仿生結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，主要指的是設(shè)計(jì)人員根據(jù)生物的外形特點(diǎn)，提取相應(yīng)的結(jié)構(gòu)體系，并結(jié)合建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)，將生物結(jié)構(gòu)體系與建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行有效結(jié)合，優(yōu)化原有的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，保證建筑機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)方案得到更好的實(shí)施。由于建筑結(jié)構(gòu)要求比較高，如強(qiáng)度要求與跨度要求等，設(shè)計(jì)人員在實(shí)際工作當(dāng)中，要結(jié)合生物結(jié)構(gòu)受力特點(diǎn)，制定多個(gè)建筑工程設(shè)計(jì)方案，經(jīng)過(guò)綜合對(duì)比分析后，選擇最終的設(shè)計(jì)方案。例如，在大跨度建筑工程中，通過(guò)采用拱結(jié)構(gòu)與充氣結(jié)構(gòu)，均能夠提升建筑工程的安全性。

2.3 仿生系統(tǒng)開(kāi)發(fā)

仿生系統(tǒng)開(kāi)發(fā)主要根據(jù)生物系統(tǒng)特點(diǎn)，將生物系統(tǒng)中的各個(gè)因素進(jìn)行有效的組合，并運(yùn)用先進(jìn)的系統(tǒng)理論，適當(dāng)加大人造系統(tǒng)開(kāi)發(fā)力度。與仿生材料與仿生研發(fā)與仿生結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不同，仿生系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的關(guān)鍵在于怎樣正確處理各個(gè)子系統(tǒng)間的關(guān)系，將各個(gè)子系統(tǒng)進(jìn)行有效結(jié)合，充分發(fā)揮各個(gè)子系統(tǒng)的功能。由于建筑工程系統(tǒng)具有一定的集成性，建筑工程系統(tǒng)中的子系統(tǒng)數(shù)量不斷增多，在一定程度上增加了各個(gè)子系統(tǒng)的集成難度，通過(guò)開(kāi)發(fā)仿生系統(tǒng)，能夠幫助建筑工程設(shè)計(jì)人員將各個(gè)子系統(tǒng)進(jìn)行有效集合，保證結(jié)構(gòu)仿生在建筑設(shè)計(jì)中得到更好的應(yīng)用[3]。

3 大跨度建筑設(shè)計(jì)中結(jié)構(gòu)仿生的應(yīng)用要點(diǎn)

3.1 工程概況

某大跨度建筑工程的橫向跨度為65m，屬于大型公共建筑工程，該大跨度建筑工程內(nèi)部結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，施工難度較大，主要采用網(wǎng)架結(jié)構(gòu)。由于該大跨度建筑工程的跨度比較大，功能比較復(fù)雜，具有良好的實(shí)用性。為了保證該大跨度工程得到更好的應(yīng)用，設(shè)計(jì)人員要結(jié)合該地區(qū)的地形地貌特點(diǎn)，運(yùn)用結(jié)構(gòu)仿生設(shè)計(jì)理念，不斷完善大跨度建筑工程設(shè)計(jì)方案。

3.2 制定合理的設(shè)計(jì)方案

大跨度建筑工程設(shè)計(jì)人員在實(shí)際工作當(dāng)中，結(jié)合結(jié)構(gòu)仿生理念，能夠制定合理的設(shè)計(jì)方案。在制定設(shè)計(jì)方案之前，設(shè)計(jì)人員需要繪制相關(guān)草圖，并根據(jù)以往的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，將大跨度建筑工程系統(tǒng)進(jìn)行抽象化處理，結(jié)合相關(guān)法律法規(guī)，改進(jìn)原有的大跨度建筑設(shè)計(jì)方案，從根本上提高該大跨度建筑形體的靈活性[4]。

另外，為了保證大跨度建筑設(shè)計(jì)效果得到更好的體現(xiàn)，設(shè)計(jì)人員要不斷提升自身的創(chuàng)新意識(shí)，采用透視圖方法，將大跨度建筑中的各個(gè)實(shí)體進(jìn)行有效連接，保證建筑空間布局更加科學(xué)合理，不斷減少資源的浪費(fèi)。通過(guò)制定合理的設(shè)計(jì)方案，能夠幫助大跨度建筑設(shè)計(jì)人員更好的了解建筑工程結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，提升大跨度建筑工程設(shè)計(jì)方案的實(shí)施效果。

3.3 構(gòu)建相應(yīng)的建筑模型

在構(gòu)建大跨度建筑結(jié)構(gòu)時(shí)，設(shè)計(jì)人員需要做好相應(yīng)的模擬設(shè)計(jì)工作，將大跨度建筑工程更加直觀的表達(dá)出來(lái)，有效彌補(bǔ)三維表達(dá)圖語(yǔ)言的不足。在模型研究階段，設(shè)計(jì)人員要結(jié)合大跨度建筑工程內(nèi)部的各個(gè)細(xì)節(jié)，進(jìn)行相應(yīng)的優(yōu)化處理，讓人們能夠更加直觀的了解大跨度建筑工程，設(shè)計(jì)人員可以結(jié)合相關(guān)工作人員提出的意見(jiàn)，進(jìn)行合理的改進(jìn)[5]。

除此之外，大跨度建筑工程設(shè)計(jì)人員要具備良好的評(píng)估能力，針對(duì)設(shè)計(jì)過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題，進(jìn)行準(zhǔn)確評(píng)估，制定有效的施工解決對(duì)策，保證大跨度建筑模型結(jié)構(gòu)更加完整。通過(guò)構(gòu)建大跨度建筑模型，能夠幫助設(shè)計(jì)人員更好的控制建筑能量，與生物類似，建筑工程也需要與環(huán)境相適應(yīng)，設(shè)計(jì)人員結(jié)合生態(tài)系統(tǒng)運(yùn)行特點(diǎn)，優(yōu)化大跨度建筑設(shè)計(jì)方案，高效利用自然資源，真正實(shí)現(xiàn)節(jié)能環(huán)保的目標(biāo)。由于大跨度建筑工程的施工規(guī)模比較大，在一定程度上增加了設(shè)計(jì)難度，設(shè)計(jì)人員在構(gòu)建模型之前，需要做好評(píng)估工作，從而保證大跨度建筑模型能夠更加穩(wěn)定的運(yùn)行。

3.4 科學(xué)應(yīng)用計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)

現(xiàn)階段，伴隨計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷進(jìn)步，計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域越來(lái)越廣泛，在大跨度建筑設(shè)計(jì)過(guò)程中，設(shè)計(jì)人員通過(guò)科學(xué)應(yīng)用計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)，構(gòu)建更加完善的建筑模型，并針對(duì)建筑模型運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題，提前制定相應(yīng)的解決對(duì)策，保證大跨度建筑工程的總體施工質(zhì)量得到有效提升。通過(guò)應(yīng)用計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)，能夠讓人們從不同的角度去感受大跨度建筑設(shè)計(jì)空間與形態(tài)，有效提升設(shè)計(jì)方案的科學(xué)性[6]。

由于結(jié)構(gòu)仿生具有多樣性與高效性等特點(diǎn)，能夠有效滿足大跨度建筑形態(tài)設(shè)計(jì)需求，設(shè)計(jì)人員可以根據(jù)大跨度建筑構(gòu)件的分布情況，合理選擇生物原型，并利用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)，構(gòu)件建筑模型，為人們提供良好的視覺(jué)感受。在結(jié)構(gòu)仿生學(xué)理念下，生物具有良好的自我調(diào)節(jié)能力，為了保證建筑具備同樣的生命體感知，設(shè)計(jì)人員可以將各項(xiàng)建筑信息進(jìn)行有效匯總，并做好相應(yīng)的識(shí)別工作，不斷提升建筑的自我調(diào)節(jié)能力，讓建筑能夠更好的“適應(yīng)”周圍環(huán)境，不斷減少能源的損耗。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上，通過(guò)制定合理的設(shè)計(jì)方案、構(gòu)建相應(yīng)的建筑模型、科學(xué)應(yīng)用計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)，能夠保證大跨度建筑設(shè)計(jì)方案得到更好的實(shí)施，不斷降低建筑能源的損耗率。設(shè)計(jì)人員在實(shí)際工作當(dāng)中，要妥善應(yīng)用結(jié)構(gòu)仿生理念，并不斷改進(jìn)原有的設(shè)計(jì)方法，從而保證結(jié)構(gòu)仿生在大跨度建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中得到更加高效的應(yīng)用。

[1]楊雨桐.淺議結(jié)構(gòu)仿生在大跨度建筑設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].黑龍江科技信息，2016（07）：265.

[2]魏曉華，田長(zhǎng)河.結(jié)構(gòu)仿生在大跨度建筑設(shè)計(jì)中的應(yīng)用分析[J].建材與裝飾，2015（48）：73～74.

[3]邱榮文，饒建鋒，韋經(jīng)杰，饒 瑋.仿生學(xué)在建筑設(shè)計(jì)中的應(yīng)用探究[J].山西建筑，2013，39（33）：4～5.

[4]李建華，張龍，黃錦源.淺談結(jié)構(gòu)仿生在大跨度建筑中的應(yīng)用分析[J].科技信息，2013（23）：220+274.

[5]曾凡林，譚德盼.瞻望仿生學(xué)在橋梁設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].交通科技，2012，（03）：44～47.

[6]劉記軍，尹華鋼，姜初偉，陳路，賀虎成.2008北京奧運(yùn)會(huì)開(kāi)幕式夢(mèng)幻地球的結(jié)構(gòu)仿生設(shè)計(jì)研究[J].建筑結(jié)構(gòu)，2009，39（S2）：103～105.