淺析橋梁設計的創(chuàng)新

淺析橋梁設計的創(chuàng)新

一、創(chuàng)新的思路

創(chuàng)新是橋梁發(fā)展的動力，是橋梁建筑藝術的靈魂，沒有創(chuàng)新的藝術猶如一潭死水，沒有一點活力，日復一日，終究會越來越腐朽。同時，創(chuàng)新也必須以實踐為基礎，也需要用理論來指導。作為設計人員，如何在設計中尋求創(chuàng)新，同時在創(chuàng)新的同時也能實現(xiàn)結(jié)構(gòu)的合理呢?

1、設計人員應具有創(chuàng)新的意識，必須意識到創(chuàng)新的重要性和必要性。同時應具有創(chuàng)新的能力，掌握一定的創(chuàng)新技巧，要勇于突破定勢思維，打破傳統(tǒng)觀念和經(jīng)驗的束縛，充分發(fā)揮主觀能動性和想象力，不迷信權(quán)威，發(fā)展廣泛的興趣。創(chuàng)造力并不是在任何情況下都能自發(fā)地表現(xiàn)出來的，必須通過創(chuàng)新的素質(zhì)教育和訓練才能獲得開發(fā)和提高。

2、設計人員應以本專業(yè)的基礎知識為核心，建立起創(chuàng)造發(fā)明的“游擊區(qū)”。使專業(yè)基礎知識與其他知識相互滲透，共同結(jié)合成一個網(wǎng)絡式整體結(jié)構(gòu)。還應開發(fā)智能因素，包括培養(yǎng)精確的觀察力，提高記憶力，培養(yǎng)注意力、想象力和操作能力。除了創(chuàng)造力之外，創(chuàng)造性人才還應具備創(chuàng)造精神和創(chuàng)造人格。創(chuàng)造精神主要包括有好奇心、探究興趣、求知欲、對新事物的敏感、對真知的執(zhí)著追求，勇于發(fā)現(xiàn)、發(fā)明、革新，有開拓進取、百折不撓的精神，這是一個人創(chuàng)造的靈魂和動力;創(chuàng)造人格主要包括創(chuàng)造責任感、使命感、事業(yè)心、執(zhí)著的愛、頑強的意志和毅力，能經(jīng)受挫折、失敗的良好心態(tài)，以及堅韌頑強的性格，這是創(chuàng)造出成果的根本保證。

3、橋梁設計中的創(chuàng)新必須以結(jié)構(gòu)受力合理為基礎，以滿足功能要求為前提。力是創(chuàng)新應考慮的主導因素。因此，設計人員應掌握好力學知識，橋梁結(jié)構(gòu)必須能明確反應力流，使力的傳遞途徑一目了然。

4、由于美學具有相對性，人類審美觀念是會發(fā)生變化的，橋梁美學設計實踐應與人們不斷變化的美學觀念同步，創(chuàng)新不能脫離人類審美觀念。橋梁設計人員應該對人們美學觀念的變化具有敏銳的洞察力，美學觀念的變化是微妙的，因此應不斷以新的眼光觀察這些微妙的變化，不能墨守成規(guī)，從這些微妙的變化中預測出美學觀念的發(fā)展趨勢，作為未來設計創(chuàng)新的依據(jù)。

5、要努力推進新材料與新工藝的發(fā)展，不斷改進力學分析方法，提高分析技能、分析速度和準確度，在掌握好力學知識和分析手段的前提下，運用各種創(chuàng)新手段，充分發(fā)揮人的想象力和創(chuàng)造力，爭取不斷創(chuàng)造出結(jié)構(gòu)更合理、更先進、更美觀的橋梁形式以適應不斷變化的美學觀念。最后，還要注意總結(jié)前人的設計經(jīng)驗和教訓，“前事不忘，后事之師”，學習前人并不是照抄照搬別人的勞動成果，也不是純粹學習已經(jīng)過時的結(jié)構(gòu)形式，而是學習前輩在當時歷史條件下的創(chuàng)新精神和創(chuàng)新方法。

二、創(chuàng)新的基本技法

1、組合法

組合法，是一種以綜合分析為基礎，并按照一定的原理或規(guī)則對現(xiàn)有事物或系統(tǒng)進行有效的綜合，從而獲得新事物、新系統(tǒng)的創(chuàng)造方法。

組合法的內(nèi)在原理很復雜，形式也多種多樣。組合法在具體應用中可有多種形式，其中形態(tài)分析法、信息交合法、焦點法可廣泛用于橋梁設計中。

（1）形態(tài)分析法

形態(tài)分析法是組合法中的經(jīng)典方法，具體是指通過對各形態(tài)要素的各種組成形態(tài)進行排列組合，就可以獲得各種可能的方案，根據(jù)橋梁功能、安全、經(jīng)濟、美觀四要素，對各種方案進行篩選，選出合理的方案。

這里的形態(tài)要素不僅指事物的形狀或表現(xiàn)，如事物的體積、外觀形狀、顏色、質(zhì)地等，而且包括內(nèi)部構(gòu)造、組成機理等內(nèi)在因素。形態(tài)分析法的本質(zhì)就是排列組合。

（2）信息交合法

信息交合法，也稱為魔球法，是利用不同的信息進行交合而獲得新的設想。例如，鋼架橋與上承式拱橋交合出現(xiàn)鋼架拱橋，梁橋與下承式拱橋交合出現(xiàn)系桿拱等。

（3）焦點法

焦點法，即指定一個事物為中心(焦點)，依次與羅列的各元素一一組合，得到多種組合方案。焦點可以是需要創(chuàng)新的事物，也可以是新技術、新思想等。如在懸索橋設計中，以“便于觀賞周圍景觀”為目標，可將其與橋塔、橋面、錨碳等一一組合，在橋塔上面、人行道、錨旋部分等設觀景合。

2、類比法

類比法，是通過對兩個對象之間某些方面的相同或相似之處進行比較分析，從而推出這兩個對象在某些方面的相同或相似的方法。兩事物相同或相似的屬性可以是形狀、結(jié)構(gòu)、功能或原理。類比法的關鍵是發(fā)現(xiàn)和找出原型，從熟悉的對象類推出陌生的事物，從己知探索未知。

在人類社會的創(chuàng)造活動中，不斷出現(xiàn)和完善了一系列建立在類比基礎上的具體技法。這些技法包括綜攝法、原型啟發(fā)法、移植法、仿生法、等價變換法、中山正和法和中山-高橋法等。

（1）綜攝法

綜攝法是從已知的事物出發(fā)，將毫無聯(lián)系的不同知識要素結(jié)合起來，從不同的角度分析未知的事物，從而使理想中的未知事物成為現(xiàn)實的過程。它是一種適用于集體創(chuàng)造的專業(yè)性技法，能較好地克服個體聯(lián)想的局限性。

綜攝法在橋梁設計中也占有舉足輕重的作用，由于目前大多數(shù)橋梁的設計仍然由結(jié)構(gòu)工程師來承擔，但結(jié)構(gòu)工程師由于所學專業(yè)的限制，在設計時往往將視野集中在較專業(yè)的領域，思路不開闊。如果設計中將多個領域?qū)＜业囊庖娨脒M來，在更廣闊的領域展開問題，解決問題，結(jié)構(gòu)工程師從中得到啟發(fā)然后從更專業(yè)的領域選出合理的設想，這樣設計出來的作品應該是既合理，又獨特新穎的。

（2）原型啟發(fā)法

原型啟發(fā)法是指通過觀察找到原型，在原型的啟發(fā)下，產(chǎn)生新設想的技法。它是根據(jù)人的創(chuàng)造思維和運行方式，將偶然遇到的某些事物，經(jīng)過觀察和分析，突然間啟發(fā)出靈感。它以創(chuàng)造欲望為前提，以類比為基礎。

這種方法帶有偶然性和機遇性。因此，創(chuàng)造發(fā)明人需要具有敏銳的觀察力，不輕易放過在別人看來微不足道的現(xiàn)象，并及時把它與發(fā)明聯(lián)系起來進行創(chuàng)造性思考。如早期的羅馬人在做泥坯墻時，為了提高墻的抗裂強度，在泥土中摻入一定量的稻草。根據(jù)這一發(fā)現(xiàn)，法國園藝家蒙耶在用混凝土做花盆時在混凝土中放些鋼條，這樣鋼筋混凝土便誕生了，這對橋梁建設具有革命性的意義。又如早期人類還沒有造橋之前，利用深溝或河邊被風吹倒的樹干跨越深溝險壑，人們把這一原理運用到造橋技術中便有了最古老的橋——梁橋的出現(xiàn)。

（3）移植法

移植法是將其他領域的原理、方法等應用和滲透到研究領域，用以改造舊事物或創(chuàng)造新事物。將移植法運用到橋梁設計領域，可以對原有形式進行改造或創(chuàng)造出新的形式。

移植法的種類很多，可以是原理、結(jié)構(gòu)、方法或材料的移植。如在修補瀝青路面時，常需將原有瀝青烤軟，但用紅外線加熱或燒烤的方法均只對表面有效，難以使內(nèi)部軟化。在日常的生活中，人們利用微波爐卻可以將食品內(nèi)部迅速加熱。于是，將微波技術移植到筑路機上，就可以達到修補路面時的軟化目的，解決了筑路中的特定問題，通過發(fā)酵蒸制或烤制的面包松軟可口，這種發(fā)酵技術中的關鍵是發(fā)泡方法，日本人鈴木信一博士將這種發(fā)泡方法移植到水泥制品的生產(chǎn)中，發(fā)明了發(fā)泡混凝土預制件，廣泛用作隔音保暖材料。又如有的專家設想將珊瑚生長的原理移植到橋梁施工中。碳纖維材料也被移植到舊橋加固中等。房屋結(jié)構(gòu)中的覃形結(jié)構(gòu)、薄殼結(jié)構(gòu)也常用于橋梁設計中。

（4）仿生法

仿生法是目前在各種領域得到廣泛關注的方法，它是通過模擬生物的結(jié)構(gòu)、功能或原理等進行發(fā)明創(chuàng)造。生物在自然進化中，經(jīng)歷了億萬年的篩選、淘汰和改進，每種存活至今的生物都有獨特的特點和功能，這些特點和功能便為人類向各種生物模仿、學習提供了很多機會。仿生最早是從形式上效法自然，橋梁的基本形式——梁、拱和吊橋都是從自然界現(xiàn)象中得出的。

但是，真正的仿生法并不是照搬形式，而是深入其內(nèi)容，要采用其對于橋梁功能所適合的部分。魯?shù)罓柗颉ぬ貏谒固﹨⒄账卧谥亓ψ饔孟卤砻鎻埩π纬傻脑煨停ㄗh以充氣殼體如倒置的水滴造型做橋梁的浮墩。

從本質(zhì)上模仿自然目前還處于初級階段，模仿自然需要對自然物的形成過程加以研究，從而實現(xiàn)真正意義上的仿生。

3、列舉法

列舉法是將研究對象的特點、缺點、希望點羅列出來，提出改進措施，形成獨創(chuàng)性的設想。根據(jù)列舉對象的不同，列舉法可分為屬性列舉法、缺點列舉法、希望點列舉法、成對列舉法、綜合列舉法等。

（1）屬性列舉法

是通過對研究對象進行分析，逐一列出其屬性并以此為起點探討對研究對象進行改進的方法，因此這種方法適合于舊事物的改造創(chuàng)新。研究對象的屬性一般可分為名詞、形容詞和動詞以及量詞屬性。然后從需要出發(fā)，對以上列出的屬性進行分析、抽象、與其他物品進行對比，通過提問的方式來誘發(fā)創(chuàng)新思想，采用替代的方法對原屬性進行改造。

（2）缺點列舉法

是將事物的缺點具體地一一列舉出來，然后針對發(fā)現(xiàn)的缺點，分析原因并提出具有針對性的改進方案。從而獲得創(chuàng)造發(fā)明的成果。這種方法簡潔高效，適合對產(chǎn)品的改造，但容易受已有事物的某些屬性所束縛。

（3）希望點列舉法

是通過列舉事物被希望具有的特征，從而尋找創(chuàng)造目標和方向的方法，希望點有些是從缺點直接轉(zhuǎn)化而來的，這種方法比缺點列舉法優(yōu)越的地方是它能從正面、積極的因素出發(fā)考慮問題，不受現(xiàn)有事物的約束，易產(chǎn)生較大的突破，能在更大程度上開闊思考問題的空間。

（4）成對列舉法

是通過列舉兩種不同事物的屬性，并在這些屬性間進行強制組合，通過相互啟發(fā)而發(fā)現(xiàn)發(fā)明目標，列出的兩個事物互為焦點和參考物，因此成對列舉法是在屬性列舉法和焦點法的基礎上形成的，該方法利用列舉法務求全面的特征，又吸取了強制組合法易于產(chǎn)生新穎想法的優(yōu)點，更容易產(chǎn)生獨特的創(chuàng)意。

（5）綜合列舉法

是針對所確定的研究對象，從屬性、缺點、希望點或其他任意創(chuàng)造思路出發(fā)列舉出盡可能多的思路方向，對每一思路方向開展充分的發(fā)散思維