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1.1 机械优化设计的概念
机械优化设计是指最优化技术在机械设计领域的移植和应用，是以最低成本获得最高效益。其根据机械设计理论、方法与标准规范等建立能够正确反映实际工程设计的数学模型，利用数学手段和计算机计算技术，在众多的方法中快速找出最优方案。机械优化设计通过把机械问题转化为数学问题，加以计算机辅助设计，优选设计参数，在满足众多设计目的和约束条件的情况下，获得最令人满意、经济效益最高的方案。目前，机械优化设计已成为解决机械设计问题的有效方法。
1.2 机械优化设计研究的内容
机械优化设计主要研究的是其建模和求解两部分内容。 如何选择设计变量、列出约束条件、确定目标函数。其中，设计变量是指在设计过程中经过逐步调整，最后达到最优值的独立参数。设计变量的数目确定优化设计的维数，维数越大，优化设计工作越复杂，但效益越高，所以选取适当的设计变量显得尤为重要。约束条件即是对约束变量的限制条件，起着降低设计变量自由度的作用。目标函数即是指各个设计变量的函数表达式，工程中的优化过程即是指找出目标函数的最小值（最大值）的过程。一般而言，目标函数的确定相对容易，但约束条件的选取显得比较困难。
2 机械优化设计的一般思路与常见方法
2.1 机械优化设计的一般思路
2.1.1 分析问题，建立优化设计数学模型
在机械优化设计的过程中，首先需要通过对实际问题的分析，选取适当的设计变量，确定优化问题的目标函数和约束条件，从而建立优化设计的数学模型。
2.1.2 选择优化设计方法，编写程序
在设计变量、约束条件和目标函数三大要素已经确定，构建好数学模型的情况下，编写计算机语言程序。
2.1.3 分析结果，找到最优方案
准备必须的初始化数据，通过计算机数值计算，对比计算结果，在众多的设计方案中选择最完善或者最适宜的设计方案，使其期望的经济指标达到最高。
2.2 机械优化设计中的常见方法
2.2.1 传统优化设计理论方法
传统机械优化设计方法的种类有很多，按求解方法的特点可分为准则优化法、线性规划法和非线性规划法。准则优化法是指不应用数学极值原理而是采用力学、物理中的一些手段来谋求最优解的方法。常见的准则优化法有迭代法中的满应力准则法等，其主要特点是直接简单效率高，缺点是只能处理简单的工程问题。线性规划法是指应用数学极值原理，选取适当的设计变量和约束条件，求解目标函数的一种方法。常见的有单纯形法、序列线性规划法。其优点是通过把实际工程问题转化为数学极值问题的求解，使其直接、有效、精度系数高，缺点是工作量大。非线性规划法同样根据数学极值原理求最优问题，可分为无约束直接法、无约束间接法。有约束直接法和有约束间接法。其优点是应用范围广，可应用于大、中、小型工程问题，且都相对简单方便、可靠性高、稳定性强、精度高。
2.2.2 现代优化设计理论方法
现代优化设计方法不同于传统优化方法，其无需通过选取设计变量、约束条件、目标函数等因素，便可获得全局最优解，大大地减少了传统优化设计方法花费的人力与财力，在日今复杂的工程问题中，提出了全新的思路与方法。常见的现代优化设计方法有遗传方法、神经网络法、模拟退火法、粒子群算法等。
3 机械优化设计的现状与前景
机械优化设计是最优化理论、电子计算机技术和机械工程相结合的一门学科，包括机械优化设计、机械零部件优化设计、机械结构参数和形状优化设计等。二十世纪五十年代以前，用于解决最优问题的数学方法仅限于古典的微分法与变分法，在处理现实问题时，计算量非常大。直到四十年代前后，大型线性规划技术的提出，数学方法首次被运用到结构最优化，使得计算过程不再复杂，有效的解决了数值最优化计算。近年来，随着数学规划理论与计算机技术的飞速发展及广泛应用，许多新兴优化算法，如遗传算法、神经网络法等相继被提出，机械优化设计广泛地被应用到建筑结构、化工、航天航空等诸多领域并取得飞速发展。机械优化设计具有广阔的发展前景。
机械优化设计给机械工程界带来的巨大经济效益是显而易见的，但其工程效应比起预期远远小得多。归结其原因，主要有以下两点：（1）建模难度大。（2）最优方法的选取难度大。
虽然有以上不足之处，但是机械优化设计的发现前景仍是非常广大的，且各领域也在积极做出相关的研究探索，并已取得一定的成就。
4 结语
机械优化设计即是指从众多设计方案中需找最优方案的过程，一般包括建立数学模型、选择优化方法、分析计算结果选择出最优方案三个过程。根据不同的分类方式，机械优化设计的方法有很多，从传统角度，最常用到的有线性规则法中的序列线性规则法等等，由于现在各技术领域的发展以及工程问题对优化设计的需求，衍生了很多与传统方法原理完全不同的新兴方法，最常见到的有遗传算法、神经网络法等。纵观几十年来机械优化设计的发展历程，其发展是非常迅速且令人可喜的，虽然仍存在建模困难、优化方法选取等等方面的一些挑战，但是其前景仍旧是非常广阔的。研究机械优化设计的理论与方法无论是学术领域还是实际经济效益方面都具有研究意义。
参考文献：
[1]刘惟信.机械最优化设计[M].北京：清华大学出版社，1993.
[2]陈立周.机械优化设计技术的发展现状及其新问题.2000年中国机械科学部份研究的征文，1984.
[3]秦东晨，陈江义，胡滨生等.机械结构优化设计的综述与展望[J].中国科技信息，2005（9）.
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目前，随着社会经济水平的不断提高，土地价格也在不断上涨。同时，人民对住房条件的需求也在不断上升，因此，对开发商带来的压力也在不断加大。为了实现房屋建筑经济效益的最大化，就需要采用结构优化技术，在有限的空间内实现资源的最大利用。房屋结构优化设计是指，采取科学合理的设计理念和技术方法来设计房屋结构，以最小的工程报价来最大化整体的建筑收益，提高房屋的质量水平，使得企业也获得较高的利润等。
一、我国目前房屋结构设计现状以及实施优化设计的原因
随着我国经济的飞速发展，人民生活水平的不断提高，对住房建设要求也越来越高。同时，根据我国目前的基本国情，人口数量日益增长，住房面积需求量不断加大。因此，我国现阶段住房建设主要以高层为主。房屋的结构设计优化不仅能够满足当今大众的需求，更能为投资者减少建筑成本。
房屋建设结构优化必须以建筑的安全性为首要原则，然后再进一步分析建筑方案，配合科学合理的设计理念，从而有效控制建筑工程造价，实现经济效益的最大化。根据近些年的数据资料显示，优化建筑结构设计可以为整项建筑工程节省30%-50%的费用。但是，在实际的设计过程中，方案设计受自然因素的影响很大，很难发挥出其本身的优越性。例如，工程设计阶段，施工方过多的缩短建筑设计时间，从而使设计效果达不到理想的要求，在缩短工程工期的同时也降低了工程设计质量；建筑设计时，设计人员的经验不足，专业知识不完备，对一些设计软件掌握的不够精通；一些设计者在设计建筑时过度的关注部分结构而忽视了整体方案等等，这些因素都会导致建筑结构设计的不够优化。因此，房屋建筑设计者必须科学合理的分析整体建筑方案，并设计出最优的结构，才能实现经济利益的最大化。
二、房屋结构设计优化主要体现在哪些方面
房屋结构设计优化主要是采取合适的方法以及科学的设计理念来最大化的达到房屋设计标准，如：房屋结构的合理布局、构件大小、结构框架等。钢筋混凝土结构的优化设计的基本理念是将建筑的具体部件以及整体布局进行分析，而顶柱、体形、层高以及拉力构件等等都会影响建筑物的整体布局。建筑构件的布局、强度等级以及配筋构造都是建筑物具体构件的体现。综合以上因素，建筑方案结构需要专业知识丰富且熟知设计规范的工程技术人员设计，而且在设计时必须充分考虑各构件直接的受力特性，从而选取最优的设计方案。
三、房屋结构优化设计技术
（一）优化技术的基本原则
在工程设计优化过程中，必须以工程设计和工程价值为基本原则。优化结构设计的最终目标是充分利用建筑材料，实现建筑构件利用的最大化。优化结构设计不仅遵守建筑设计规范，更实现了当今建筑的审美学和价值学。通过深化改善房屋结构设计，从而实现建筑功能更加协调完善，降低建筑成本，提高经济效益。
房屋结构的优化必须从实际工程施工出发，结合房屋结构的具体情况，实现房屋建筑的结构的最优化设计。在进行结构优化时，必须依据设计意图，采用平面设计布局，降低构件质量和刚度之间的差异，减小水平负载造成的房屋扭曲，在竖直方向上采用转换层技术，有效地降低构件的集中用力。
（二）优化设计的基本的要点
1.依据设计规范
工程师在设计建筑结构时必须具备丰富的建筑设计经验以及熟知设计规范。即依据科学的设计理念，将自身的优化方案融于整个工程项目设计中去。建筑结构设计规范更多是对于工程较大的项目，因而会造成某些规定过于保守。另外，在工程设计比较特殊或复杂时，依据某些规定将会造成建筑物的不安全。因此，这就要求设计师在建筑设计过程中必须具备良好的专业素质以及清醒的思路、正确的判断力，争取将建筑结构设计做到最优。
优化房屋结构设计过程中，应注重建筑构件的细节优化，如：建筑构件的受力钢筋，在满足塑性的条件下尽可能的选择性价比较高的产品，从而实现房屋结构的经济、安全。
2.结构师主动参与建筑设计
在工程施工前期以及施工过程中，建筑结构师的主动参与对整个房屋结构优化起到关键性作用。在实际的工程施工过程中，建筑设计师往往不能够对整个结构体系进行很好的受力分析，即建筑结构师的设计理念以及其自身具备的经验不能完全代替设计师的设计思想，同时，建筑与结构上专业知识的隔阂也无法弥补。建筑结构设计师其丰富的工程设计经验以及专业设计理论，积极主动的为设计师出谋划策，只有两者的顺利合作才能设计出更加优秀的方案。
目前，我国的房屋建筑设计总是先从建筑的结构布局开始，根据结构承载负荷的不同分析所需的材料、参数等，往往这种分析方法是计算机所不能计算出的，它需要建筑结构设计师充分论证整个建筑设计方案之后做出的判断。而这些判断需依据实际工程实践经验以及结构设计所遵循的一般规律进行。
3.加强设计团队之间的合作
优化房屋结构是一项整体而系统的工作，它需要团队之间的协调合作。现代建筑主要由结构、设备、建筑三大要素组成。因此，在工程施工过程中要明细团队内部分工，并做好团队合作，只有这样才能有机的结合各个构件创造出更加完美的作品。在建筑工程设计阶段，房屋的结构设计和建筑设计是不可分割的，只有协调好两者之间的关系，才能设计出更加美观大方的建筑方案，同时，又降低了建筑成本，简化施工过程，达到既美观又实用的建筑效果。通常建筑设计师在设计建筑时，只是一味的要求设计方案的新奇，而忽略了建筑学中基本的力学关系，这样设计出的方案往往在结构设计上造成困难。因此，团队之间的协调合作是房屋结构优化的重要保障。
4.优化房屋建筑结构，解决房屋抗震问题
房屋结构的优化不仅仅能降低建筑成本、增加建筑美观、简化施工过程，更能加强房屋的抗震作用。通过房屋结构优化技术，可以增加房屋抵抗外部作用的破坏，有效地降低房屋破坏程度。因此，在房屋结构优化设计过程中，抵抗外界各种不良因素的影响成为结构优化设计工作的主要内容。在日常的外界不良因素中，地震是最难以预测且对房屋建筑物破坏最强的，所以在房屋计算及构造上必须加强抗震措施。如：房屋构件刚度的对称性以及均匀性都可以有效的缓解地震对建筑物的破坏；多道防设设计理念可以有效缓冲特大地震对房屋主构件的破坏。以上这些设计思想都是房屋结构设计的重要内容。
四、总结
工程造价对整个工程项目的经济效益起着关键性作用，因此优化房屋结构设计，不仅可以降低整个工程的造价成本，更能提升整体房屋的安全级别。结构设计与建筑设计的协调配合，充分发挥其自身的优势，设计出最优的房屋结构。在平面设计过程中，应遵循对称、均匀的原则，缩小房屋构建质量与刚度之间的差异。在竖直布置上，保证上下承重件负载的上下贯通。建筑是艺术的表现，在保证房屋安全的前提下，结构师应敢于创新，将房屋的实用性与艺术性完美的结合在一起。
参考文献：
[1]侯贯泽，刘树堂.工程结构优化设计理论与方法[J].钢结构，2009，2（8）：148-150.
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对于一个项目，工程结构总体的优化设计主要是针对围护结构、屋盖系统、结构体系、基础形式以及结构细部等进行相应的设计方案的优化设计。在设计的时候还必须考虑到相应的布置、选型、造价以及受力等方面的问题，然后根据工程的实际情况并结合建筑物的经济性要求，对建筑结构进行相应的优化设计。 为了适应时展的要求，建筑的结构形式必须不断的进行创新。对于结构设计师来说，要在确保建筑结构具有一定的安全保证的基础上设计更合理、更经济、更能体现创新的结构形式。
1 结构设计优化技术的现实意义
对建筑结构的设计进行必要的优化，在对于房屋结构相关的设计中的应用意义重大，不仅能够满足了建筑的实用与美观，而且还可以有效地对工程造价进行控制。对于建筑商来说，其当然希望用最少的投资，而获得最大的收益，然而又必须对建筑结构的科学性、可靠性以及安全性做出保证，这必然要求对建筑结构进行优化设计。
结构设计优化和传统房屋结构设计进行比较我们可以发现：运用设计优化的技术能够降低整个建筑工程造价10%～40％。结构设计优化技术能够使得建筑结构内部的每个单元都得到最佳的协调，并可以对材料的性能进行最合理的利用。这样不仅能够保证相关规定的安全系数，还能够实现建筑结构设计的经济性与实用性。
2 结构设计优化技术在建筑结构设计中的步骤
2.1 建立结构优化的模型
在我们对房屋结构整体进行必要的优化设计时候，可以分成三步进行建筑结构的优化设计。下面将对每一步骤进行详细的介绍：
2.1.1 要对设计变量进行合理的选择
通常在对设计变量进行选择时，我们把对建筑结构影响的主要参数作为设计变量。如目标控制的相关参数（损失的期望C2 和结构的造价C1）和约束控制相关参数（结构的可靠度PS）等；然而还有一些影响不是太大，其变化范围也不是很大或者由局部性以及结构的相关要求就能够满足相应的设计要求的一些参数，我们可以用预定参数来表示，这样能够使得我们的设计量、计算量以及编制程序的工作量均大大减小。
2.1.2 对目标函数进行确定
在进行结构设计优化的时候，我们还必须寻找一组能够满足相关的预定条件的截面相应的几何尺寸、钢筋面积以及相应的失效概率的函数，使得工程造价最少。 针对目标函数进行的优化设计都有条件和相对的，即为“最满意解”而不是最优解。
2.1.3 对约束条件进行确定
对于房屋的结构的设计优化来说，必须在确保结构整体可靠的基础上，对优化设计相关的约束条件进行相应的确定，设计优化的约束条件主要包括裂缝宽度约束、结构强度约束、尺寸约束、构件单元约束、应力约束、结构体系约束、从可靠指标约束到确定性约束条件以及从正常使用极限状态下的弹性约束到最终极限状态的弹塑性约束等约束条件。在进行结构设计的时候，我们必须对目标约束条件与实际的约束条件进行相应的比较与分析，确保每个约束条件都必须满足相应的要求，化繁为简，抓大放小，以实现最佳的设计。
2.2 对优化设计的计算方案进行设定
根据可靠度进行的房屋结构的优化设计具有多约束且非线性的优化问题以及复杂的多变量，在进行相应的分析计算中，一般把有约束的优化问题转换成无约束优化问题的求解。常用的优化设计的计算方法有拉格朗日乘子法、复合形法、准则法以及Powell（鲍威尔） 法等基于不同理论准侧的计算方法。
2.3 进行程序的相关设计
针对具体的工程设计，我们可以根据不同的设计要求选择有限元分析软件或者设计配筋软件，可以选择针对具体构件进行有限元分析或者是针对整体结构实际工程计算分析。针对复杂的超高超限的工程可以进行专门的不同目标函数的优化设计，具体可选用结构优化设计系统MCADS。
2.3 结果分析
我们必须对相应的计算结果进行必要的分析比较，选择出最佳的设计方案。在这个过程中，我们对出现的问题必须全方位、多角度的考虑。例如，钢结构满应力设计中病态杆的出现等。这一步骤在建筑结构设计优化中尤其重要，合理的选择设计方案，不仅能够确保结构的美观、安全性、合理性以及实用性，还能够对施工中的资金的投入有着重大的影响。在结构设计优化中只强调经济性要求，而忽略技术要求，是不正确的；同样只考虑技术要求，忽略经济性要求，也是不合理的。我们必须在满足现行规范的前提下，区分“应”和“宜”，对两者进行合理的配置，才能达到相关要求。
3 结构设计优化技术的实践应用
当下，限额设计已经成为常态，建设商经常附加各种各样的设计条件，对于这样的项目我们可以从前期设计、整体设计、旧房改造以及抗震设计等方面采用结构设计优化设计的方法来节约造价。下面对实践应用中的问题进行简单的说明：
3.1 结构设计优化应注意前期参与
前期方案直接会影响到工程的造价，然而很多建筑物的设计往往忽略了这一点。项目立项后，结构师应该及时跟进，对建筑方案提出合理的指导意见，避免出现超限、超规范的情况，前期参与能够让我选择合理的结构形式以及合理的设计方案，节约造价占50%以上。
3.2 概念设计结合细部结构设计优化
在没有具体数值量化的情况下，我们可以使用概念设计。例如，对地震的烈度进行设防时，由于它存在这不确定的因素，所以我们无法找到与实际相符合的计算式，所以在进行设计优化的时候我们可以使用概念设计的方法，把相应的数值作为参考与辅助相关的依据。同时在设计过程中，相关结构设计人员必须合理并灵活的使用结构设计优化的方法，从而达到最佳的效果。
在设计过程中必须对细部的结构进行相应的设计优化，物尽其材。例如，竖向柱构件采用高强度混凝土能够有效减少柱子截面，而对于水平构件来说就可以降低混凝土标号，这样既可以达到受力要求，又可以节约成本。后期的优化设计和细部结构精细化设计能节约一定的经济成本。此阶段通过优化设计能节约造价10%以上。
3.3 下部地基基础结构的设计优化
基础的设计尤为重要，基础造价能占到结构成本的30%左右，在地基基础的结构设计优化中，我们必须选取合适的基础方案，确定合理的持力层，尽量选择天然地基，桩基能不用则不用，可以有效降低成本、节约工期。如果不可避免的采用桩基，需根据桩端持力层的厚度选择合理的桩长，并根据土层情况确定是否采用后压浆灌注桩；而对于管桩，同样直径可以考虑选用方桩，能够提高20%的摩擦力。通过对多种设计方案进行必要的分析比较，然后选取最佳的设计方案。
4 结语
对于住宅建筑，目前限额设计已经成为常态，传统的结构设计理论与方法已经无法满足建设商的要求，在目前的设计中采用优化设计已经成为无法回避的问题。通过选择合理的结构体系以及基础方案，充分利用材料强度，降低自重，活学活用规范做到精细化设计能够节约可观的工程造价，适应建设绿色可持续发展社会的要求。
参考文献
[1]张炳华.土建结构优化设计[M].上海：同济大学出版社，2008：34-36.
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应变天平是通过天平元件的形变来对模型受到力的大小、方向、作用点等进行测量，是基于物理原理的以一种设计天平。杆式应变天平在测量领悟发挥着十分重要的作用，对灵敏度要求较高，需要能够在力的改变较小的情况下有明显的输出信号。而灵敏度提高的同时，天平的刚度和强度也需要有所保证才能保证数据的准确测量。为了解决这两者的矛盾，本文采用序列二次规划优化算法，重新优化设计杆式六分量应变天平。
1、 天平元件结构形式
一般来说，为了减少阻力元件受到的干扰，量程小、容易扰的阻力（X）元件置于天平的中心对称面处，升力Y、测力Z、俯仰力矩M、偏航力矩My以及滚转力矩Mx这五个测量模型五分量复合元件布置于阻力元件的两侧。“I”型梁的阻力元件加工方便、抗干扰能力强，五分量复合元件的结构形式有三两式、四梁式以及矩形梁等等。
2、 优化设计方法以及数学模型
序列二次规划法利用数学软件进行处理，能够对天平元件参数优化中的非线性限定条件极小化问题提供解决方便。通过MATLAB软件，利用二次逼近算法，将非线性规划问题转化为标准二次规划问题，便可以得到相关问题的解。利用序列二次规划法的优势在于其在构造二次规划问题时有较好的收敛性。
下面，以杆式六分量天平的阻力元件和四梁式五分量复合元件，建立优化数学模型。
（1）杆式六分量天平阻力元件
“I”型梁和支撑梁如图1所示。
在阻力元件加工时，图中的l1和l2通常取相同长度，b1和b2一般也取相同值。n1（主测梁数）=2，n2（支撑梁数）=12。定义设计载荷为X、Y、Z、Mx、My、Mz，定义许用应变为、、、、、，定义许用应力为，弹性模量用E表示，剪切模量用G表示，则可得到一下表达式。
通过将本次优化结果与传统试凑法的设计结果进行比较可以发现，在保证天平尺寸基本不变，输出应变一致的情况下，天平元件的横截惯性矩得到了显著提升，约在4%～13%。
3、 结语
从以上的模型中我们可以看出，通过序列二次规划法进行杆式应变天平的优化设计，可以有效改善各分量之间的干扰。
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一、结构设计优化方法的理论基础
在进行工程项目和结构设计的过程中，需要考虑的因素很多，最终目的是要在保证设计对象基本适用功能和安全可靠性的情况下，把设计对象设计到最好的程度。这就涉及到工程和结构最优化的问题。用科学的语言来描述就是：利用确定的数学方法，在所有可能的设计方案的集合中，搜索到能够满足预定目标的、最令人满意的方案[2]。
从建筑理论上分析结构设计优化方法可以得知，结构设计优化方法主要体现在两个方面，其一是房屋工程部分结构的优化设计，其二是房屋工程结构总体的优化设计。后者的优化设计包括：屋盖系统方案的优化设计、围护结构方案的优化设计和结构细部设计的优化设计。穿插其中的，还包含选型、布置、受力分析、造价分析等项目，在实施过程中，应遵循一定的原则，结合具体工程的实际情况，从实际出发，围绕房屋建筑的综合经济效益目标进行结构优化设计。
在设计安全被保证的情况下，建筑师应开拓创新，挑战新的结构形式。在建筑结构设计的过程中，建筑师的设计意图应能够得到基本满足，应设置尽量符合规则的平面布局，使其对称；同时减少质量中心和刚度中心的差异，使建筑物在水平荷载作用下不致于产生太大的扭转效应。在竖直方向的布置上，应确保在满足功能要求的情况下，尽最大可能贯通竖向的承重构件；为使结构分析和设计上的难度不致于太大，减少不必要的经济浪费，使应力分散，转化层应尽可能少地使用；竖直方向的刚度要渐变，而不要突变，如若不然，在水平荷载作用下，突变处会产生严重的应力集中现象，这是非常不利于结构抵抗水平动力荷载的[3]。
二、结构设计优化技术的意义所在
在房屋结构设计中运用建筑结构设计可以起到非常好的效果，这不仅可以使房屋看起来更加美观，用起来更加实在，而且也能够节省大量的造价，起到良好的效果。采用设计优化的方法与采用传统房屋结构设计方法相比优点是十分明显的，它可以使建筑工程造价得到大幅度降低，降幅可达30%左右。要实现优化方法的技术性问题，材料的性能要合理利用起来，争取协调好建筑结构内部的各单元，达到建筑规范所规定的安全水平。同时，优化方法的技术性实现还可以合理决策建筑整体性方案设计，它可以有效实现建筑设计的经济化、实用性和适用性的良好目标。
三、结构设计优化技术在建筑结构设计中的步骤
（一）结构优化模型
房屋结构整体优化设计方法分以按3 个步骤进行。首先，选择设计变量。一般把对设计要求起主要影响作用的参数作为设计变量，如目标控制参数（结构造价C1 和损失期望C2）和约束控制参数（结构的可靠度PS）；而将那些对设计要求来讲，变化范围不大或是根据结构要求或局部性的设计考虑就能满足设计要求的参数等作为预定参数，这可以大大减少设计、计算和编制程序的工作量；其次，确定目标函数。寻求一组满足预定条件的截面几何尺寸和钢筋截面积以及失效概率，从而使总费用最小；第三，确定约束条件。房屋结构基于可靠度优化设计的约束条件，则包括尺寸约束、结构强度约束、应力约束、变形约束、裂缝宽度约束、构件单元约束、结构体系约束、从正常使用极限状态下的弹性约束到最终极限状态的弹塑性约束、从可靠指标约束到确定性约束条件等。在设计中，要使结构优化设计应用于实际房屋结构工程，则是路房屋结构设计中实际的约束条件与目标约束条件相比较，保证各约束条件都符合现行规范的要求，以实现最优设计。
（二）设定优化设计计算方案
房屋结构基于可靠度的优化设计问题属于比较复杂的多变量、多约束非线性优化问题，一般情况下，在计算过程中，应转化问题求解，即将有约束优化问题转化为无约束问题。可以利用起来的优化设计计算方法有复合形法、拉氏乘子法、Powell 法等。
（三）进行程序设计
根据基于可靠度的结构优化模型和选择的优化设计计算方法，编制功能齐全、运算速度快的综合程序。
（四）结果分析
对计算结果进行分析，确定最优设计方案。在上述步骤的执行过程中，涉及的问题包括多个方面，所以要全方位、多角度地考虑。这主要是因为建设投资这项工程的耗资非常大，涉及到的情况非常多，在设计中片面强调经济节约是不正确的。应满足技术上的相应要求，使项目达到相应的功能要求，与此同时，要反对重视技术，轻经济、设计保守浪费的现象。
四、结构设计优化技术在建筑结构设计中的应用
（一）直觉优化（概念设计优化）技术与建筑结构设计
对于同一建筑方案，可以有许多不同的结构布置设计；确定了结构布置的建筑物，即使在同种荷载情况下也存在不同的分析方法：分析过程中设计参数、材料、荷载的取值也不是惟一的：建筑物细部的处理更是不尽相同，这些问题是计算机无法完全解决的，都需要设计人员自己作出判断[4]。而判断只能在结构设计的一般规律指导下，根据工程实践经验进行，这便是前面所说的概念设计。因此，概念设计存在于设计师对多种备选方案进行选择的过程中。
（二）概念设计处理的实际建筑设计问题
概念设计所要处理的问题多种多样。但可以肯定的是希望通过概念设计，建筑结构能在各种不期而遇的外部作用下不受破坏，或将破坏程度降至最低。因此，分析如何应付建筑物可能遭遇的各种不确定因素成为概念设计的重要内容。其中，地震作用最为难以琢磨，破坏性也最大。故而，建筑设计过程中就应该未雨绸缪，从计算及构造等各个方面都要采取一些有助于提高抗震能力的措施，不利于抗震的作法则应尽量避免。刚度均匀、对称是减小地震在结构中产生不利影响的重要手段；延性设计则能有效地防止结构在地震作用下发生脆性破坏；多道设防思想能使建筑在特大地震作用下次要的构件先破坏，消耗一部分地震能量。这些抗震设防思想在整个设计过程中都应该作为概念设计的重要指导思想。
总而言之，建筑结构优化设计方法的研究涉及面广泛，具有十分复杂的特点，是一项综合决策问题。适用、经济、安全、便于施工和美观是建筑工程设计优化追求的五种效果，而这五个方面的侧重点各不相同，相互之间又存在一些矛盾的地方，一个优秀设计的出现往往
是这五个方面的最佳结合。所以，在进行建筑设计的实践过程中，应加强实践探索，降低经济成本，以达到经济效益的最大化，从而在保证经节约经济成本和达到美观要求的情况下合理进行结构设计。
参考文献
[1]王智锋，孙之如. 建筑结构概念设计的优化[J]. 河南水利与南水北调. 2010（09）
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一、开展建筑设计方案优化工作的意义
在建筑设计方案的招标的过程中，中标的设计方案会在一定程度上优于其他方案，但并不是说中标的方案是完美的，因为在建筑方案的设计过程中不允许设计单位与建设单位之间有过多的交流，这就使得设计人员在进行建筑方案的设计过程中，不能完全的与建设单位进行设计思想的交流，在这样的情况下设计出来的方案是很难完全符合建设单位的设计要求的，另一方面，为了加快招标的进度，通常在招标的过程中都要求设计单位进行概念设计方案，对于建筑中的具体的细节在设计方案中并没有反映，确定中标方案之后再进行设计方案优化是非常有必要的。
现代的建筑项目在建设的过程中，要考虑的影响因素非常的多，法规、景观、环保、交通等各种内外部的制约条件都需要全面的考虑，在招标的初期，没有设计方案的初期模型或效果图，建设单位很难就此提出详细的要求，对于建筑风格、功能需求等的描述往往是一个模糊的概念，在确定中标方案之后，还需要对建筑设计中的各项技术要求进行进一步的细化，确定出详细的建筑设计方案。
在建筑设计方案的招标过程中，参与竞标的设计方案是各种各样的，招标的过程同样是一个集思广益的过程，在招标的过程中，能够发现各种设计方案中的亮点，以及有使用价值的设计思路，在招标工作结束之后，中标的单位，能够通过与其他设计单位进行比较，找出自身的设计方案中的不足，对自己的中标方案进行改进与优化，由此可见，进行建筑设计方案的优化是有重大的意义的。在一些大型的复杂的建设项目中，设计方案的优化已经成为必不可少的环节，在建筑设计方案的招标工作结束之后，建设单位不能忙于开始建设工作，要对设计方案进行深入充分的优化，对于设计中的各项工作予以明确，这样才能为后续的工作打好基础，有利于后续工作的顺利开展。
二、建筑设计方案优化的原则及方法
建筑设计方案的优化是建筑设计工作中的重要的组成部分，开展建筑设计方案的优化是非常有必要的，但是有的建设单位在开展建筑设计方案的优化的过程中，采取了错误的方法，导致对招标方案的改动不仅没有起到设计方案优化的作用，反而使原有的设计方案遭到了丑化，因此，在进行建筑设计方案的优化的过程中，要遵循一定的原则，采用正确的优化方式来开展优化工作。
1、自顶向下的开展优化工作
中标的设计方案大多采用的是概念设计，在设计方案的优化阶段要开展具体的、深入的方案设计，这时要首先进行宏观上的优化设计，对于本阶段需要完成的重要事项予以重点的关注，对于具体的局部的细节可以在工程的设计阶段进行详细的设计，在后续的设计工作中有可能会对一些早早确定的设计细节进行废弃，以达到优化的目的。
2、坚持中标设计方案中的核心内容，杜绝颠覆性的方案修改
大型的项目建设中的中标方案是受到建设单位的高层的领导的认可的，并且在法律中是具有明确的规定的，在建筑设计方案的优化工作中，不能对设计方案进行颠覆性的修改，只能充分的挖掘原有方案中的亮点。
3、方案优化的过程中应该选用专业的设计人员
在建筑设计方案的优化工作中，很容易出现对中标方案的丑化现象，造成这样现象的因素有很多，但是其中的主要的影响因素是非专业因素的影响，很多建设单位的领导强行的将自己的主观意识应用于建筑设计的方案优化中，对建筑设计师的设计空间有了一定的抑制作用，建筑设计方案的优化工作要能够保证优化之后的方案具有合理性与科学性，这是一项具有很强的专业性的工作，建筑师在方案的优化工作中要能够运用专业的技术手段与方法，在优化工作中起到主导的作用，建设单位要给予建筑设计师充分的优化权力，促进优化工作的顺利进行。
三、建筑设计方案优化工作中应该注意的要素
1、建筑设计方案优化工作中的成本要素
在建筑的设计中对成本指标必须严加控制，在建筑方案的设计阶段，设计单位关注的是建筑成本的估算，但在建筑设计方案的优化阶段，需要结合中标方案中的各项设计内容，对成本要素进行分析，并开展基于成本的各项技术指标的协调工作。
2、建筑设计方案优化工作中的功能要素
在方案的优化阶段，建筑设计方案的初步形态已经显现，这时需要对中标方案中的功能要素进行分析，并对相应的功能要素进行验证，在对功能的梳理、分析的过程中，往往会激发出新的创意及想法，使得建筑设计方案中的功能要素更加的完善。
3、建筑设计方案优化工作中的文化要素
建筑设计中的文化要素通常难以用具体的语言来进行描述，但是其涉及的范围十分的广泛，涉及到建筑单位的组织文化、风格定位、地域风情、民族、文脉、历史等各方面的内容，建筑设计中的难点之一就是对建筑物的文化要素进行正确的把握、合理的表达，要想在招标工作中，设计方案得到认可，对文化要素进行独特的诠释是非常重要的，在设计方案的优化阶段，同样需要对建筑设计中的文化要素进行反复的推敲、论证，对建筑物进行准确的文化定位。
结束语
为了保证建筑工程设计的质量，很多大型的建筑项目在进行设计方案的选择的过程中，都会以招标的形式来进行，而建筑设计方案的优化逐渐成为建筑项目的设计过程中必不可少的程序，对建筑设计方案进行科学合理的优化，能够有效的提升建筑项目中的设计方案的质量，这就需要建设单位重视建筑设计方案的优化工作，在优化工作中遵循优化原则，选择正确的方法进行设计方案的优化。
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【 key words 】 architectural design; Scheme optimization; Strategies; methods
中图分类号：TU2 文献标识码：A文章编号：
引言
建筑设计的理念是着眼于持久的长期价值，它通过良好的功能与适用性的产品，在很长一段时间里，能够给消费者带来很高的价值。因此在目标要求、市场要求、销售要求、材料要求、结构及其要素的合理选用与商品生命周期间的配合下。形成了最佳配比和系统优化的组合，避免了资源的浪费及增加无效的投入。
一、建筑设计方案优化的必要性
建筑设计方案优化是在建筑设计招标工作结束后 建设单位 与中标设计单位需要立刻展开的一项重要工作，其必要性在于：
1、中标设计方案有待成熟与完善
方案中标并不意味着方案的完善。通常情况下，自招标文件公布至提交方案．留给设计单位的有效设计周期不会超过40天。同时，依据招投标法规，招标期间建设单位与设计单位之间，除“答疑 之外不能进行其他方式的沟通，因此，在有限时间与有限交流的前提下，要求设计单位拿出能够充分领悟建设单位意 图、完全满足建设需求的方案是不现实的。此外为了加快进度，目前建设单位一般都采用”概念设计方案 招标。在功能布局及 技术标准等方面，中标设计方案的深度难以直接衔接后续的相关设计活动，需要在设计方案优化阶段加以深化与细化。
2、建设单位的技术要求有待明确与落实
目前的建设项目 尤其是大型复杂建设项目，面临功能、交 通、环保、景观、法规等越来越复杂的内外部环境条件和设计约 束，在缺乏建筑设计方案雏形的情况下，建设单位很难提出明确 详细的设计要求，其在设计招标文件中对功能需求建筑风格的描述往往是模糊的或是框架的。因此，在明确中标方案后，应该 基于中标方案的建筑布局，对各项技术要求、功能需求及设计约 束进行逐一细化、优化和协调 并最终落实和确认。
3、集思广益，博采众长
中标方案仅为一家单位的设计成果，其设计思路的局限性在所 难免。而设计招标过程中，少则三家，多则十几家单位参与设计，各投标方案的设计手法、设计亮点对开拓建设单位和中标设计单位的思路是有价值的，可以在设计方案优化阶段集思广益、博采众长，充分借鉴其他投标方案的优点，对中标方案进行优化完善。
鉴于这些情况 对于工程建设项目，尤其是大型复杂建设项目，方案优化工作已成为工程建设过程中不可或缺的工作程序和环节。建设单位要摒弃建筑设计方案优化可有可无的思想误区，在设计招标结束后不要急于展开后续设计，而要发挥各方优势，对中 标方案进行充分的优化和深化，使各项功能指标及技术措施更为合理，建筑风格定位更为准确，造价与运营成本更为经济，并为后续工程设计、工程施工等环节提供科学、系统的工作依据。
二、建筑设计方案优化的风险与原则
建筑设计方案优化的初衷往往都是好的，但是否所有的优化工作都能够实现目标呢？一些建设单位和设计单位虽然投入了大量精力、时间进行方案优化，但由于工作方法不当，往往出现调改了一个地方，却引发更多相关问题的现象。 因此，为了实现优化目标，达到理想的优化效果，在建筑设 计方案优化过程中，如下几条原则是应该严格遵循的：
1、坚持并充分发挥专业人员的主导作用
优化不成反遭劣化的原因可能来自多方面，但非专业因素过多地干预甚至主导优化过程是其中一项主要原因，一方面是建设单位的参与热情或领导的主观意愿不知不觉中影响或压制了建筑师的创作空间：另一方面，中标单位也常常存在任务完成式的被动工作心态“既然已经中标了 业主单位说怎么改就怎么改吧! ”结果是系统思考不足引发更多的问题，造成方案的劣化。虽然建筑设计方案优化是一项需要多方参与、博采众长的 活动，但同时也是一项专业性极强的工作。为确保优化方案的科学性与合理性，来自各方面的的意见与建议必须要经过建筑师 的整理、甄别与过滤后，通过专业的设计手段与技术举措加以落实。建筑师要摒弃任务完成式的消极态度。积极承担起方案优化的主导责任。同时，建设单位要给予建筑师以充分的信任与授权，并在工作程序、机制上给予保证。
2、识别并坚持中标设计方案的精髓，避免颠覆性的修改
设计招投标制度对中标方案的法律地位是有明确规定的，且大型重要项目的中标方案一般都经过了建设单位高层领导的认可，所以不能敞开来优化，而是应该充分挖掘、识别、提炼出原有中标方案的亮点，在保持原有方案精髓的基础上开展设计优化。
三、建筑工程设计方案优化的途径。
1、主管部门应加强对优化设计工作的监控
作为《建设工程质量管理条例》配套文件之一的《建筑工程施工图设计文件审查暂行办法》已由建设部颁布施行，它的实施将对控制设计质量提供重要保证，但《办法》中规定的审查主要针对设计单位的资质、设计收费、建设手续、规范的执行情况、新材料新工艺的推广应用等方面的内容，缺乏对方案的经济性及功能的合理性内容的审查要求。因此，为保证设计方案优化工作的顺利开展，建设主管部门在执行《办法》的同时，还要制定设计方案优化的评定标准和具体实施细则，并增加专业技术人员配备和审查力度，对各阶段设计成果进行全面审查。既要审查技术可行性，又要审查经济合理性。
2、推广标准化设计
标准化设计又称定型设计、通用设计，是工程建设标准化的组成部分。各类工程建设的构件、配件、零部件、通用的建筑物、构筑物、公用设施等，只要有条件的，都应该实施标准化设计。采用标准化设计的优点有：设计质量比一般工程设计质量高；可以提高劳动生产率，加快工程建设进度；可以节约建筑材料，降低工程造价。
3、建立必要的设计竞争机制
为保证设计市场的公平竞争，设计经营也应采用招标投标。
（1）作为业主，应明确设计招标虽需多支付设计费和增加前期准备时间，但设计方案优化可节省更多的投资。为此，各地首先应成立合法的设计招标机构。
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随着我国房地产行业的快速发展，房屋建筑的结构设计也在不断响应时代的要求。在房屋紧缺的年代，房屋的实用性是房屋结构设计考虑的最主要因素。如今，时代在变化，对房屋建筑的结构设计的要求从实用性转变成为了实用性与美观性并存。同时对房屋建筑的结构设计还要考虑到房屋施工的时间与材料等一系列因素。房屋建筑的设计理念是房屋施工建设的重要内容，因此房屋建筑的结构设计优化，对我国房屋建筑行业具有重大的现实意义。
1.房屋的结构优化设计模型和设计方案
房屋结构优化设计主要在：基础结构方案的优化设计、屋盖系统方案的优化设计、围护结构方案的优化设计和结构细部设计的优化设计。除此之外，在优化的过程中还要考虑到布置、受力分析、造价分析等方面，对于整体结构优化，最终达到预想的优化目的。在设计的过程中，一定要严格的遵照设计的理念，对于平面的设计一定要规则对称是刚性度有质量中心最大限度的重合，这样对于整体的质量框架能够更加的坚固。结构的优化，可以使工程更加的有保证，对于整体设计理念更加的符合工程的要求。
1.1结构优化设计的函数模型
结构设计优化就是在各种影响变量中选择主要参数，并建立函数模型，运用科学合理的方法得出最优解。结构总体的优化建立模型的大致步骤是：设计变量的合理选择。通常的设计变量选择对设计要求影响较大的参数，将所涉及的参数按照各自的重要性区分，将对变化影响不大的参数定为预定参数，通过这种方法可减少很多计算编程的工作量。目标函数的确定。使用函数找出满足既定条件的最优解。最后，约束条件的确定。
1.2房屋建筑结构设计的方法
（1）当结构平面图在绘制结构平面布置图时，需要输入结构软件进行建模。建筑物根据设防类别、烈度、结构类型和房屋高度进行相应的计算和构造措施要求。
（2）屋顶（面）结构图当建筑是坡屋面时，结构处理方式有梁板与及折板式两种。梁板式适用于建筑平面不规整，板跨度较大，屋面坡度及屋脊线转折复杂的坡屋面，折板式适用于相反的条件。两种形式的板均为偏心受拉构件。板配筋时应有部分或全部的板负筋拉通以抵抗拉力。
1.3房屋建筑的结构优化设计方案
结构优化设计多个变量、多个约束条件，属于一个非线性的优化问题，设定计算方案时，常将有约束条件转变为无约束条件来计算。常用的方法有拉氏乘子法、符合型法等。完成计算方案的设定后只需编制相应适用的运算程序即可得到我们的最终优化结果。
2.结构设计优化在应用中注意事项
结构设计优化主要应用在对于房屋建设的整体规划、地基建设、抗震设计、水电管道设计中都发挥着重要的作用。房屋结构优化可以使房屋的实用性与美观性达到完美的融合，还可以降低工程的运行成本，提高建设效率。但是结构设计优化在应用中还需要注意一下几个方面：
2.1前期方案
前期方案是整个工程运作开始的阶段，也是非常重要的阶段，因为它直接决定了工程建筑的成本预算。如果房屋结构的设计没有与前期方案的制定进行协调，就会造成各司其职，不能完成最后的和谐统一。因此未来的房屋结构设计应该参与到建筑师对房屋建筑的设计中去，互相听取双方的意见，达到利益的最大化。良好的开始是成功的一半，因此前期方案要充分考虑到对结构设计中可能产生的问题，双方深入的讨论，直至达成一致的意见，互惠互利，降低建筑投资总成本。
2.2细节结构设计优化
概念设计应用于没有具体数值量化的情况，设计过程中需要设计人员灵活的运用结构设计优化的方法，达到最佳的效果。与宏观把握相对应的，设计的过程同时要注意对于细部的结构设计优化，比如现浇板中的异形板拐角处易出现裂缝，可划分为矩形板。注意钢筋的选择，I级钢和冷轧带肋钢市场价格差不多，但是他们的极限抗拉力却相差很大，所以在塑性满足要求的情况下，现浇板的受力钢筋就可选择冷轧带肋钢筋。
3.结构设计优化的意义
3.1节约建筑成本
对于企业来说，获得利益是最终的目标。获得收益是企业发展的目的，尤其是建筑行业。随着人们对房屋结构要求的提高，以前的工程设计图与施工方案很难满足人们的要求，而且旧的结构设计方式，也会增加企业的成本，使企业获得的收益降低。因此各个建筑行业都要寻求一个两全其美的办法，既能够节约建筑成本，又可以提高企业的经济效益，同时还可以满足人们的需求。这就需要对房屋结构设计进行优化改革。
3.2提高房屋建筑结构实用性
如今土地资源紧缺，经过政府的合理的城市规划，提出了改善房屋结构设计的办法。近年来我国高层建筑鳞次栉比，已经逐渐形成了建筑设计的特色。为了应对高层楼房的现实因素，也需要对房屋建设的总体进行优化设计，提高建筑结构的实用性。房屋的设计要考虑到安全的因素，房屋的层级不同，对施工的要求也会不断增加，相关材料的使用标准也是不同的。房屋结构设计的优化要考虑到流水管道的排列问题，电线在墙体的走向问题、媒体管道的安置问题、还有地热供暖管道的排列问题等等。同时房屋结构设计者还要考虑不同楼层的采光条件，还有室内格局。好的格局也是人们选择房屋的关键。各种实际问题都构成了房屋建筑的实用性问题。因此对房屋结构设计的优化，可以很好的解决上述问题带给人们的困扰，提供给人们一个安心、舒心的住宅环境。近年来，人们对住宅的美观性也在不断提升，这跟房屋的格局，和整栋楼房的整体形态有关，为了不断适应市场经济的发展要求，满足人们的各种需求，要求我们要对房屋建筑结构进行优化与应用。
4.结语
对于房屋建设来说，房屋的结构设计尤为重要，优化结构设计可以节约房屋建设的成本，提高房屋建设的效率，不仅可以提高专业技术的指标，而且还能符合广大受众的需求。本文通过对房屋结构设计优化的模型和设计方案，提出了一些好的措施，针对现行的房屋结构设计在实际应用中存在的问题，提出相应的解决方案。房屋结构设计优化可以设计出更合理的房屋建造模式。满足人们对房屋结构的要求，设计出高质量、安全、舒适、健康的生存环境。推进我国建筑行业向更广阔的方向发展。 [科]
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1.1、安全性
在房屋建筑结构优化的过程中的过程中首先要考虑的就是稳定性与房屋建筑结构的安全性，并且在优化时要尽量节约房屋建筑结构的优化成本，在进行优化方案设计的过程中要紧跟当今社会所倡导的绿色健康无公害的步伐，积极将健康绿色的理念引入到房屋建筑设计的方案中。另一方面房屋建筑优化结构设计也应积极响应国家所倡导的节能理念，要充分利用自然能，设计时应充分考虑怎么设计才能让自然能发挥其最佳的效果。
1.2、环保性
房屋基础结构直接关系到房屋结构的整体功能和稳定，因此在基础结构设计环节中要全面应用建筑结构设计优化方法，对地基地质、桩基类型、基础结构等方面的设计进行全面地控制，合理确定桩基工程的形式，把握桩身长度和直径，优化基础结构的方案，确定基础结构、施工技术和资金投入的平衡点，在全面进行建筑结构设计优化的基础上，提升和保证房屋整体结构强度、结构稳定性。
1.3、经济性
考虑开发商的经济效益设计师们在优化结构时，也要考虑建筑项目资源分配的最优化，尽力的为开发商节约资源和成本。
1.4、创新性
实验一些新的结构和思路建筑设计师在对建筑结构设计进行综合考虑时，需要充分结合之前的经验和教训，大胆的进行创新，实验一些新的结构和思路，不断引进新的技术。总之，要注重使得其设计的建筑作品在优化的同时也要具有实用价值。
2、房屋建筑的结构设计优化方法
2.1、建立结构优化模型
结构优化设计通常情况下分为两部分，一部分是结构优化设计模型，另一部分就是结构优化计算方案。所谓的结构设计优化就是变量中选择出主要的参数，然后根据数据分析建立起函数模型，运用函数模型借助较为科学的方法计算出最优解。建立模型的步骤一般有以下几步：一、选择合理的设计变量。设计变量的选择对于模型的构建具有重要的意义，设计变量的选择将会影响到对设计要求影响较大的参数的选择，进一步涉及到参数重要性的区分问题。选择出了合理的设计变量在很大的程度上能够减少计算编程的工作量；二、确定目标函数。首先找出满足函数条件的最优解，然后确定约束条件。在房屋的优化设计中存在着很多的约束条件，其中有：应力约束、裂缝宽度约束、结构强度约束、尺寸约束、从弹塑性约束等，在进行优化设计时要确保所有的约束条件都在规定的范围内，能够满足设计规范，即在规范条件内满足约束条件。
2.2、设计计算方案和程序
在进行结构优化中，设计人员应保证计算方案合理优化。在这个过程中，涉及很多约束条件和变量，所以在设计人员在进行计算中，要了解这些约束条件，然后进行合理的分析，最后考虑工程的变量，运用数学计算方式，进行优化设计。在模型建立和设计方案确定后，设计人员要根据设计方案制定相应的程序，然后将这些变量录入到计算机中，然后有设计变动，就要在基础结构上进行改写，将新的程序录入到计算机中。计算机在计算中只需要相关编程数据，然后计算出对应的结果。
2.3、认真分析统计结论
设计师在进行大量复杂的计算之后，要认真对统计结果进行分析，并找出各个设计方案所得结果的异同，综合考虑设计情况与进展确定最优设计方案。在进行结论分析时，设计师还有对一些细节问题多加留意。房屋的建设是一个漫长的过程，需要消耗大量的人力、物力，建设成本对于建设单位的利益和房屋使用者的利益都有很大的影响。因此，设计师需要在把握细节的基础上，从宏观上把握当事人的利用，有效节约建设成本，进一步优化建设方案。在进行建筑结构优化设计时，设计师要杜绝脱离建筑实际，盲目追求创新的现象。同时，设计师应当具有全局意识，一切从企业、人民的利益出发。
2.4、灵活运用建筑结构设计规范
设计人员需要全面理解规范条文，正确灵活的运用建筑结构设计规范。例如在规范中对剪力墙设计的要求是剪力墙需要上下贯通，剪力墙的布置位置最好是在结构的，因为这样可以增强结构的抗扭作用，从而让建筑结构的刚度有连贯性且变化情况稳定，但是作为一个优秀的工程结构设计师，应该灵活运用这个要求，不仅要考虑规范的要求，还需要考虑温度对楼层的影响，从而控制剪力墙的间距，防止剪力墙裂缝增大而增加建筑结构的不安因素。
2.5、具体设计要点把控
2.5.1、主体优化
房屋建筑的上部结构设计应当建立相应的模型并进行系统的优化。整个过程最先一步就应当合理地设置剪力墙，保证剪力墙整体的质量是均匀的，这样能将楼层中平面刚度的中心点重合于楼层整体的结构重心，从而减少地震或者风力等对其的破坏性。在房屋建设时，如果条件允许，要尽可能地对剪力墙进行大开间的构造，加长剪力墙的墙肢长度，这样就能减少墙肢的数量，还能在符合标准的基础上减少混凝土的使用。
2.5.2、结构细部优化
对于房屋建筑结构来说，一定要重视房屋建筑的分部结构优化工作。首先，在建筑物进行前期设计时，就应该深入考虑方案的合理性，为后期结构设计做好铺垫，才能完成合理完整的建筑物。与此同时，中国有句老话叫“千里之堤毁于蚁穴”，说的就是重视细节的道理，主体结构构建好了，但是如果局部位置出现问题，将危及整座建筑物，结构细部的优化工作包括了结构细部的设计工作，如平时我们工作中给常见的矩形现浇板做设计时，需要对其先做分析，避免在拐角处有裂缝，这都是细节，但如果不注意，引起的后果将不堪设想。
2.6、注重利用计算机技术
通过建筑结构优化设计和计算机技术的结合，设计师利用计算机仿真的设计优化方法对建筑结构优化设计带来了很多新的思路。建筑设计师能够利用计算机软件建立各种便于分析的模型并通过计算机的优化计算为设计师提供精确的数据最后达到建筑设计的优化。计算机技术的运用可以说把建筑结构优化设计这样一个工程的问题转变成一个数学的问题。特别对于大型的复杂的建筑结构设计中，计算其技术拥有人脑不可替代的优势。对于一些超高建筑的抗震、抗风等等设计问题计算机技术的合理运用能够分析得到很多精确的数据为建筑设计师在具体的设计中提供可靠的参考数据，可以大大提高建筑设计师的工作效率。
总言之，现今随着我国建筑工程项目的逐渐展开，有关建筑结构优化设计的问题将更加的突出，为了有效的适应城市的整体美观规划，相关人员要不断强化对建筑结构的优化设计在房屋结构设计中的应用，在保证建筑基础功能的基础上进行设计，提高建筑主体的质量，已最终满足人们对房屋建筑的现实需求。
参考文献
[1]何冬霞.建筑结构设计优化方法在房屋结构设计中的实际应用[J].中华民居（下旬刊），2013，10：18-19.
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0 引 言
蒸发冷却器是一种将水冷与空冷、传热与传质过程融为一体且兼有两者之长的高效节能冷却设备，具有结构紧凑、传热效率高、投资省、操作费用低，以及安装和维护方便等优点，被广泛应用于化工、冶金、建筑等领域.该设备的工作原理是向不饱和气体喷洒液态水，通过水与气体的接触换热以及水的蒸发吸热迅速降低气体温度.
蒸发冷却理论的形成可上溯到18世纪道尔顿提出的蒸发理论.1952年，CHUKLIN提出一种关于蒸发式冷却器管内制冷剂冷凝设计的普遍化方法，并将蒸发冷却技术应用于工业制冷，蒸发冷却器从此正式走向工艺化应用阶段.此后，众多专家学者通过多种组合实验总结出一系列传热膜系数的经验公式，初步完善蒸发冷却器的工程应用参考.[1-2]20世纪80年代以来，对蒸发冷却器的强烈需求和计算机应用技术的飞速发展，使得蒸发冷却理论和模拟研究达到新的高度.WEBB[3]较早推出统一的蒸发冷却理论模型，采用不同的相关系数区分水膜的传热系数和通过水膜传递给空气流的传质系数.随后，包括PASCAL等[4]很多人都提出自己理论模型，但到目前为止，尚没有一种获得公认的蒸发冷却换热机理的准确模型.除运用传热传质理论来分析蒸发冷却过程外，BORIS[5]和QURESHI等[6]从热力学角度研究蒸发换热模型，在系统性能评价上获得良好的效果，但并没有从根本上改变目前理论模型难以准确表述传热传质过程的窘境.
尽管蒸发换热的精确模型还有待更进一步研究，但采用现有模型的相关模拟已被大量应用，如FOUDA等[7]、QURESHI等[8]和WU等[9]都对蒸发冷却器进行数值仿真研究.然而，目前的研究大部分都集中在空调制冷方向，对于大型的工业高温气体冷却研究较少.本文针对目前钢铁冶金领域广泛应用的转炉煤气干法除尘系统中的蒸发冷却器进行仿真分析，并对该系统特有的流场结构下的喷淋布置方案进行优化.
1 数值方法
转炉煤气干法除尘系统是指在转炉钢水吹炼过程中，烟气由活动烟罩捕集并经余热锅炉冷却至1 273 K左右的转炉煤气，首先进入蒸发冷却器降温、调质和粗除尘，温度降至473 K左右后，进入静电除尘器进行精除尘；经过精除尘后的煤气，根据其品质及生产状况回收或放散.[10]在该系统的蒸发冷却器中，高压液态水经设备入口附近的喷枪喷洒到高温气体中，高压作用下的液态水在喷口形成雾化液滴.此过程中液态水滴所占体积很小，故可仅考虑气相对液滴的作用，忽略由于液滴体积和运动对气相造成的能量和动量影响.因此，本文采用离散相模型（Discrete Phase Model，DPM）模拟气-液两相流动，并在分散相液滴上应用蒸发换热模型，在DPM中选择雾化器模型.
1.1 连续相控制方程
1.2 离散相控制方程
1.2.1 离散相运动方程
1.2.2 离散相的传热和传质模型
当液滴温度低于蒸发温度时，采用热平衡方程关联液滴温度Tp与其表面的对流传热[11]，即
1.2.3 两相间的耦合
在计算液滴运动轨迹的同时，跟踪计算液滴沿轨道运动的热量、质量和动量的得失，并将这些量作用于随后的连续相计算中.交替求解离散相与连续相的控制方程，直到二者均收敛为止，实现双向耦合计算.
2 应用算例
2.1 计算模型
以某钢厂200 t级转炉蒸发冷却器为研究对象，其入口直径为3.825 m；U型段在水平方向上投影长度为7 m，直径与入口直径相同；喷枪位于U型段末端，本体直筒高为21 m，直径为5.224 m.蒸发冷却器三维模型及网格划分示意见图1.
按照传统设计方法，18个喷枪在圆周方向上均匀布置，喷枪之间的角度间隔θ=20°，见图2，其中：1，2，17和18号喷枪的插入深度为945 mm， 其他喷枪插入深度为600 mm.
喷枪喷管直径为315 mm，喷嘴直径为420 mm.喷管工作压力为0.3 MPa.假设喷嘴在0.3 MPa压力条件下冷却水完全雾化且液滴呈30°实心圆锥体状喷出，以此作为DPM模型的入口边界条件.
计算网格采用完全结构化网格，对喷嘴附近区域局部加密，网格数约为120万个，最小网格尺寸约10 mm，远小于喷嘴直径.
由于系统庞大，蒸发冷却器被布置在一个180°的管道弯头后，进入蒸发冷却器的气流受此弯头影响会明显向弯管外侧偏斜，传统喷枪均匀布置方案必然无法达到理想的冷却效果，因此必须优化设计蒸发冷却器上18个喷枪的雾化喷口方案，保证蒸发冷却器出口温度均衡为473±20 K，否则会影响下一步静电除尘器工作；另外，还要尽量减少蒸发冷却器上端壁面的高温（>573 K）区域，以减少该区域耐高温材料的使用量，降低成本.
2.2 计算工况及边界条件
入口条件：煤气流量为105 N・m3/h，温度为1 273 K，密度为1.362 kg/m3，定压比热容为1.518 kJ/（m3・K），导热系数为0.022 2 W/（m・K），动力黏度为1.61×10-5 Pa・s.出口为压力出口边界条件，表压为-150 Pa.壁面为无滑移边界条件.
DPM喷射条件为：（1）水流质量入口12.795 18 kg/s，18个喷枪均分该水量；（2）根据设备厂家提供的参数，蒸发冷却器中的喷枪喷洒出的平均喷射粒径为60 μm；（3）液滴温度为306 K.
2.3 计算结果及分析
对不喷洒液滴情况下的蒸发冷却器流场进行仿真，结果见图3.由此可知：蒸发冷却器入口前的U型弯管对煤气的速度分布产生很大影响，导致煤气流量在蒸发冷却器入口截面上分布不均匀，流动在弯管外侧明显较强而在内侧很弱，这就要求在流动较强一侧设置更大的喷淋量.
通过反复调整喷枪布置并对比仿真结果，得到一种优化方案，见图4.图中编号对应的线条代表喷枪的位置和插入深度（具体数值见表1）.该优化方案的模拟结果见图5，喷枪在蒸发冷却器右侧密集，使得右侧高温得到一定缓解，入口下方7 m处壁面最高温度为562 K，入口下方6 m处壁面最高温度为595 K，高温区域集中在蒸发冷却器入口下方7 m的范围内.
优化前后截面y=-9 m和出口的温度场比较见图6和7.优化前后截面的温度及偏差范围（定义为（（最高温-最低温）/最低温）×100%）见表2.
由图6和7及表2可以看出：通过仿真优化，截面温度不均匀性得到明显改善，出口处温度由优化前的473±40 K，缩小至473±9 K范围以内，满足473±20 K的设计要求；出口截面左侧温度高于右侧，说明如果进一步增强右侧的喷淋强度，虽然可以减少蒸发冷却器壁面高温区域，但出口右侧的温度可能会过低，甚至有可能导致机械水的产生，不满足设计要求.优化后其他截面的温度分布见图8和9，各截面的最低温度均超过373 K，因此可以判断流场不存在机械水.
蒸发冷却器中按照温度渲染的喷淋液滴的流动迹线见图10.由此可知，喷淋液滴全部蒸发，没有碰到内壁，不易引起湿壁和积灰结垢.
3 结 论
采用DPM对转炉干法除尘系统中蒸发冷却器的工作过程进行模拟，成功将蒸发换热模型施加在离散液滴上.通过该数值方法对某干法除尘系统中蒸发冷却器的喷淋布置方案进行优化，蒸发冷却器出口温度偏差范围由原设计方案的18.6%降低至3.4%，满足473±20 K设计要求；同时，蒸发冷却器壁面的高温区域减小，从而降低制造成本，提高系统的运行性能.
需要指出的是，由于工程尚未投产，缺乏实际生产运行数据，本文采用的数值计算方法有待进一步确认.待条件成熟，可结合测试数据对该方法进行验证与优化，为未来蒸发冷却器的持续改进与方案创新提供支撑.
参考文献：
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1．导学案问题设计习题化。有些教师将导学案“知识问题化”误解为“知识习题化”，于是导学案被异化为习题的堆砌，完全丧失了导学案的价值和功能。例如，高三年级政治导学案摘录。问题1：财政和货币政策的运用(C)2013．山东卷2012年，我国综合运用各种手段对国民经济进行调控，实现了预期调控目标。下列调控目标、调控政策、具体措施三者对应最恰当的是()A．控物价——稳健的货币政策——严控对高能耗、高污染行业的贷款。B．稳增长——积极的财政政策——减轻服务业和小微型企业税收负担。C．调结构——积极的财政政策——下调金融机构一年期存贷款基准利率。D．惠民生——稳健的货币政策——加大对战略性新兴产业的财政支持力度。
导学案不排斥习题，但导学案绝不是习题的堆砌。所以设计学案要有提炼问题的意识和能力。
2．导学案问题设计简单化。导学案问题设计简单化主要表现在：问题设计思维含量低，例如，宏观调控的手段有哪些？市场调节缺陷有哪些？这样的问题，纯碎为了知识记忆而设计，学生只需要在书本上找找答案，就能回答，问题设计思维含量低，不能引导学生去自主思考和探究，体现不出学生的思维。如果改为：“材料中政府运用了哪些宏观调控的手段？材料中体现了市场调节的哪些缺陷？”这样把问题融入到材料中，结合材料考察学生运用知识的能力，学生只凭死记硬背无法完成，必须要进行思考才能解决。
3．导学案问题设计模糊化。导学案上的问题设计形式古板单一，缺少导学应有的层次化，学生的思维受到导学案问题的影响，被束缚在十分狭小的空间，思维水平的提升受到制约。教师在设置探究问题时要围绕学习目标，设计出能激发学生主动思考的问题，使问题具有层次性。如在学习政治生活《政府的责任：对人民负责》一课时，政府对人民负责的原则是本课的重点问题。设计问题时应从是什么、为什么、怎么做这三个层面进行。这样的设问，层次清楚，步步深入，容易激发学生探究的欲望。这样的安排虽然打破框题限制，但适合学生的知识基础，并与已有的知识技能相联系，既符合学生的认知规律，也符合知识的内在逻辑联系。
二、高中政治学案优化设计的方法
1．问题设计要层次化。自主学习的问题是导学案的主要内容。探究问题要分层设置。问题的层次性，是指学案的学习内容安排要符合学生的认知规律，知识的生成规律，做到先易后难，循序渐进。课堂探究的问题要有思维的梯度，体现由易到难，能引导学生由浅入深、层层深入地认识知识、理解知识，掌握知识。如“我国的政党制度如何？”很明显，这个问题范围过大、太笼统，学生遇到这样的问题很难完成。这时，教师可将这个问题在学案上尽一步细化为：问题一、我国政党制度的内容有哪些？问题二、我国政党制度的优越性如何？问题3：公有制的主体地位如何体现？问题4：国有经济的主导作用如何体现？
2．问题设计要情境化。好的情境材料不仅有利于激发学生的学习兴趣，更有利于学生去积极思维，快速地提取相关信息，从而得出正确的结论。如在讲授价值判断和价值选择的主体性时，教师可提供诗句：“桑条无叶土生烟，箫管迎龙水庙前。朱门几处看歌舞，犹恐春阴咽管弦。”让学生去自主学习。生思考：在同时同地农民和地主的价值选择为什么会不同？学生很自然想到他们的阶级不同，需要不同，所以会做出不同的价值选择。在学案设计中，如果我们只是直接地去向学生提供探究的问题，学生会感到茫然而无从下手。
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中图分类号：TP393
文献标识码：A文章编号：16727800（2016）010017604
0引言
由于社会发展的需要，传统有线网络无法满足用户更多类型的应用需求，公众对无线通信领域的应用标准不断提高，面向无线通信网络的应用加剧了提升通信效率方面的开发幅度和性能要求，受限的无线媒介与实际应用的需求矛盾逐渐凸显[12]。路由协议是运行于网络层的信息转发策略，性能优越的路由协议能够使消息的传递过程更加顺畅，使通信客户端可以通过最优的路径将信息传递给其它客户端，有效提升了网络的整体性能。无线通信协议的路径选择示意如图1所示，目前针对路由协议的开发仅仅局限在网络层本身，并没有将其与实际的数据应用相结合，通过信息手段将当前网络状况与实际协议开发相结合是目前行业发展的新趋势[34]。
目前，很多专家学者针对无线环境下的路由协议进行了研究。为了解决分布式编码感知路由协议中可能出现的吞吐量降低的问题，王春雨等[5]设计了一个能够进行网络编码的无线通信路由协议，达到了提升系统吞吐量的目的。IP数据包广泛应用于分布式通信网络，迫切需要网络具有自组织能力。由于单通道单一接口模型不满足复杂系统的需求，Jin等[6]建立了一个面向军事应用的分布式网络拓扑结构，并实现了基于ZRP 的多渠道M-ZRP路由协议。仿真结果表明，M-ZRP具有更好的性能。
蚁群算法（Ant Colony Optimization，ACO）是根据蚂蚁群落采集食物的原理被提出和模拟而来，已被应用于诸多领域。与基于梯度的性能优化算法原理不同，蚁群算法通过概率搜索算法来完成[78]。虽然概率搜索算法一般需要采用价函数，但是与传统的梯度演化算法相比，其有诸多比较显著的性能，集中表现在以下方面[911]：①无集中控制约束，不会因个别个体的故障影响整个系统问题的求解，确保了系统更强更稳定的鲁棒性；②以非直接通信形式保证系统的可扩展性；③采用并行分布算法模型和多处理器运行模式；④定义问题的连续性没有限制；⑤算法实现相对比较简单。
OPNET Modeler中的WLAN 、MANET等无线通信节点模型提供了多种成熟的路由协议，包括按需距离向量路由（Ad hoc On Demand Distance Vector，AODV）、动态源路由（Dynamic Source Routing，DSR）、地理路由（Geographic Routing Protocol，GRP）等[1213]。
针对无线网络中存在的问题，本文提出了基于TSP蚁群算法的无线通信路由协议优化设计方法，此优化设计将TSP基本蚁群算法的基本原理和通信路由选择相结合，通过建立系统模型，依靠蚂蚁信息素含量及距离竞争机制为节点选择最优通信路径。同时，本文通过在OPNET Modeler通信仿真软件中建立仿真场景及完成模型构建，对基于TSP蚁群算法的无线通信路由协议进行测试验证，并与其它典型无线路由协议进行对比分析，主要分析指标是传输延时及吞吐量。
1基于TSP蚁群算法的路由协议优化设计
1.1TSP蚁群算法模型
式中，Q为常数，表示蚂蚁寻找路径过程中所释放信息素总量，它在一定程度上影响算法的收敛速度，本文中的Q值通过仿真获得。本文采用的AntCycle模型，其利用的是系统全局信息，此信息更新策略能够使较短路径上对应的信息素逐步增大，保证了算法中整体范围下较短路径的生存能力，提升了信息正反馈性能，加快了系统搜索路径的效率。同时，AntCycle模型的更新规则能够保证残留信息不造成无限积累，如果某条路径没有被选中，则对应节点的信息素含量会随着时间的推移渐渐消失，使节点具备逐步淘汰劣质路径的能力，即使某条路径经常被访问也不至于因为τij（t）的积累，而出现τij≥ηij的情况，使得期望值的作用无法体现。因而，本文的蚁群算法采用AntCycle模型。
1.4路由协议设计与实现
针对求解TSP问题的蚁群算法模型，对此模型进行修改，同时结合无线自组织网络信息传输的特点，完成基于蚁群算法的路由协议设计，简称ACAB（ Ant Colony Algorithm Based）路由协议，具体实现步骤如下：Step1：初始化各通信节点间的距离。此操作通过节点广播信息完成，每个节点被分配不同的ID，作为其在此过程中的唯一标识，广播的数据帧格式如图2所示，包括节点ID属性，当前位置坐标（x，y），是否为源节点或目的节点，如果有数据发送需求，源节点属性值赋值为1，同时将目的节点的ID进行赋值，并对发送序列进行编号，如果没有数据发送需求，则置为0。
Step2：将若干蚂蚁放在不同的通信节点中，每个通信节点维护自身的信息素列表，表中描述了当前节点的信息素含量和此刻与其它节点间的距离。信息列表的具体信息如图4所示。当节点位置移动后，此表中的数据也进行更新。Step3：每只蚂蚁根据各节点至目的节点的距离d和信息素水平τij（t），选择下一通信节点，同时修改禁忌表。Step4：所有蚂蚁完成周游后，更新信息列表中的信息素水平和节点位置信息。Step5：返回Step2，迭代次数d=d+1，直至寻找到源节点与目的节点间的最优路径或者满足结束条件，最优路径的判定标准是路程最短min（Road），摒弃不必要的路径信息。
2仿真实现及分析
通过在OPNET Modeler中建立仿真对比场景，对提出的基于TSP蚁群算法的无线通信路由协议与典型的AODV、DSR路由协议进行对比验证，分析其在传输延时及吞吐量方面的性能表现。
2.1仿真场景建立及模型实现
OPNET Modeler采用离散事件驱动的模拟机理，通过事件驱动器以先进先出的机制对事件列表和事件时间列表进行维护管理[15]。本文设计的仿真场景中包含的通信节点由WLAN节点组成，可以通过设置其属性对其进行控制。仿真范围为1 000m2，仿真时间为30min。仿真过程中通信节点可以随机移动，物理层与数据链路层均采用基本IEEE 802.11协议，通信节点总数初步设为100，数据发送间隔为100ms，基本数据帧大小为100字节，仿真场景如图3所示。
同时，WLAN节点包含完整的OSI协议模型，本文的路由协议设计在IP层自定义完成。通信信息从WLAN收信机进入，依次经过MAC层、数据链路层、IP层、UDP层、路由层、应用层，完成整个消息的通信流程[16]。对消息的处理过程由traf_src进程模型完成，负责应用层相关事务。
2.2基于TSP蚁群算法的路由协议测试验证
为了验证优化后路由协议的通信性能，本文将基于TSP蚁群算法的路由协议优化设计方法与传统的AODV及DSR路由协议进行了对比仿真。在仿真的20分钟内，节点的信息素逐步累积，不同的数据请求序列针对不同的信息素标识，完成数据传输后，对应此路径的信息素被清除，以节省系统容量。由于节点均为随机移动，各节点的平均信息素水平基本相同，体现了本协议优化方法的公平性。
为了更直观地体现通信性能的变化，本文通过传输延时和吞吐量对网络性能进行描述分析。
为了体现系统整体性能，本文统计平均传输延时，假设成功发送N组数据，则计算如下：
=1N・∑Ni=1D（i）（10）
式（10）中，D（i）表示第i个分组的传输延时。网络的吞吐量TH是指在正常情况下系统在单位时间内所有节点正确接收的信息量，单位是bit/s或是M/s。吞吐量描述了网络可以完成通信任务的程度，是衡量自组织网络通信质量的重要指标。
Th（i）m=ΔRp（i，m）ΔT（i，m） （11）
ΔRp（i，m）是指数据分组i到数据分组m被目的节点接收时系统已传输的信息总量，ΔT（i，m）是数据分组i到数据分组m被接收时两者的时间差。若i>m，表示计算从第m个分组到第i个分组的吞吐量，若m=1，则结果是平均吞吐量。
图4的仿真结果表明，在传输延时方面，提出的优化路由协议较AODV协议、DSR协议分别减少了7.5%和9.8%；在吞吐量方面，提出的优化路由协议较AODV协议、DSR协议分别提高了8.4%和7.8%。信息素含量如图5所示，仿真过程中信息素含量基本维持在110单位左右，较稳定。这表明本文设计的基于TSP蚁群算法的无线通信路由协议较经典的协议效果有所改进。优化协议性能突出的原因是通过蚂蚁信息素对路径进行规划和最优化选择，使得劣质路径在选择的过程中被淘汰，但是需要指出的是，前期为了蚂蚁寻找路径而广播的信息也加大了系统负担，隐含在一部分吞吐量数据中，对仿真结果也产生了一定的影响。但总体而言，本文设计的ACAB路由协议效果较为突出。
3结语
通过分析无线网络传输的基本原理及蚁群算法的运算过程，本文提出了基于TSP蚁群算法的无线通信路由协议优化设计方法。此优化设计将TSP基本蚁群算法的基本原理和通信路由选择相结合，通过建立系统模型，依靠蚂蚁信息素含量及距离竞争机制为通信节点选择最优的通信路径。同时，本文在OPNET Modeler通信仿真软件中建立仿真场景并完成模型构建，对基于TSP蚁群算法的无线通信路由协议进行测试验证，并与其它典型无线路由协议进行对比分析。仿真结果表明，在传输延时方面，提出的优化路由协议较AODV协议、DSR协议分别减少了7.5%和9.8%；在吞吐量方面，提出的优化路由协议较AODV协议、DSR协议分别提高了8.4%和7.8%。总之，本文设计的基于TSP蚁群算法的无线通信路由协议优化设计方法效果突出。
同时，本文也存在一定的弊端，例如，蚁群算法必然会增加诸如信息素之类信息维护的额外成本，并且关于模型实现会影响底层协议的运行。笔者将在今后的工作中着重对以上不足之处进行研究改进。
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本世纪以来，我国社会面临着新的发展挑战，建筑工程行业也遇到了新发展难题，为了解决这些难题，人们必须考虑出以最少资源建造出较好建筑工程的方法，桥梁设计中的仿生法便由此而诞生。自然界中的生物能够在发展过程当中逐渐形成一个自我发展的系统，这就是所谓的生态系统。在这么一个系统当中的各部分都有着自我存在、自我发展的方式和规律。这些规律和方式所具有的稳定性和协调性，就是人类在发展过程当中应当予以借鉴的内容。
因此，仿生学的理念可以被桥梁设计所借鉴，成为后者的指导思想和原则。生物学告诉我们，生物圈在具备着各种需求的同时，也满足着各种需求。但是，人类只是生物圈当中的一个很小的子集，自然界的竞争观念和竞争缓解规则都能够被我们借鉴起来。生物圈里有着许多合理系统和存在结构，具有小巧性、灵活性和高效性等特点，将它们仿生法运用到桥梁设计、桥梁优化当中，将会对建筑业有莫大好处。仿生法的基础应用理念是仿生理念，它能够使桥梁设计师的思维得以拓宽。仿生概念应当从以下方面来理解，一是宏观仿生，它以生物或物体的外部构造、纹理、造型、运动规律、材料性能作为模仿的对象；二是微观仿生，其模仿对象是生物体的内部，比如神经、循环和免疫等系统功能，通过模仿上述系统，确保桥梁设计的合理性。
二、桥梁设计和优化过程中对仿生法的应用
桥梁设计当中不少形式是受启发于生物界或者大自然，不少能够找到其原型。由于仿生法有宏观与微观之分，桥梁优化设计的应用中也有宏观与微观之分。然而，在细节上，宏观与微观两者都会有各种的效仿细节，这些效仿细节能够于新载体上形成全新整体。
1桥梁形态上的仿生
一个西班牙籍的设计师卡拉特拉瓦在对桥梁进行设计时，最初会现在形态上开始仿生，这种灵感来源始于效仿骨骼形态和植物形态，富含自然主义。他的设计也会对另一位西班牙籍的设计师高迪的思想进行借鉴，效仿牛头结构和人体脊柱的骨骼结构等等。人们对其评价各异，有的人给予怪异、荒诞和施工难的评价。然而设计师自己则认为自身的仿生缺少较高的技术含量，只是单纯地效仿自然系统，所需建筑材料就是钢筋混凝土，这是最常见的材料之一。
然而应用仿生法可不能随意进行，它必须结合桥梁的需求，对需要仿效的结构进行合理仿效。许多生物结构形态的仿效性较强，然而施工过程中可能会出现一系列问题，比如结构太复杂、自重过大或者沉降以致开裂等等。因此，设计过程中要做好合理性和可建造性的研究和规划才能够对仿生法进行运用。
2桥梁建筑材料的仿生
自然界是一个宝藏库，不仅有各种矿石资源和自然资源，供人们生活和发展使用，人们还可以从自然界里获取灵感和启发。现代建筑行业也从大自然当中获取了不少的启发和灵感，日益强调绿色建筑，以及建筑资源的充分利用和可持续利用。因此，桥梁设计师应当把桥梁建筑材料的利用发挥到最大化。当今科技发展飞快，国内桥梁建筑业也获得了较多的技术支持，出现不少新型的仿生材料，对当前现有的建筑材料有所改善和提高。比如水泥与贝壳相比其抗拉性要更弱，这是因为贝壳有高达九成以上的石灰石，启发着人们要仿造贝壳的化学组成，以提高建筑物抗拉性。此外，桥梁还需要有防腐蚀性和防水性，吉林大学的一个仿生实验对蝴蝶翅膀鳞片的防水性和自洁性有所发现，这也是可以被运用到桥梁的设计当中的。
3桥梁结构上的仿生
桥梁设计可以大量借鉴和应用生物界当中的骨骼组成结构形态，比如人类的骨骼结构，主要由髋、足、胫、股等组成，人体自重量是由足骨来分解的，需要承受体重的骨骼，其骨质都因此而比较密实，这样的生物形态可以被运用到桥梁设计当中，对于设计师思考桥梁承载力分散方式的问题有很大的启示，也是能够保证桥梁持续性和使用功能的一个重要原因。卡拉特拉瓦的设计作品科兹桥，就是对人体骨骼进行效仿较为成功的一个桥梁工程作品，该桥建造于耶路撒冷，在2010年开始投入使用。
4桥梁功能机理的仿生
仿生学的研究对象主要为自然界动植物的机理和功能，比如行为、能力转化以及力学等等。这些方面人类已很早开展了仿生应用，例如飞机模仿了鸟类翅膀原理和技能。然而，最初的机翼在运用过程中又出现的新的问题，比如震颤问题，于是人们由从大自然和生物界当中去寻找新的解决方案和启发，最终从蜻蜓身上找到了启发--模仿了蜻蜓翅膀的翅痣，以获得平衡性，很好地使震颤问题得以解决。桥梁寿命会受到自然气象与灾害的影响，比如地址、狂风和洪水等。桥梁的跨度也越建越大，其自身的重量越来越大，桥梁的结构必须要达到合理性才能够保障自身的平衡性和稳定性。为了保障桥梁的稳定性和安全性，需要对自然界中的动植物保持稳定性原理进行借鉴。德国某大学研究室长期研究稻目类和楔叶类的植物，最终发现巴西一种巨型的木贼草和木贼的细胞能够自行调节刚度，使得自身能够对外界压力有所适应。这种结构和机理可以被借鉴于跨桥的桥塔和桥墩的设计当中，使得该种桥梁能够具备与生命体质相似的特征，以保持自身的稳定性与安全性。
5对生物神经系统的仿生
生物所生活的环境是千变万化的，各生物为了保持自身对环境的较强适用性，都有各自神奇的办法，有生命的生物具备神经系统，因此可以依据外部环境变化对自身进行调整，以适应变化和发展。然而桥梁并没有生命，不能够运用神经系统来自我调节，对于外界的压力也只能被动地接受。因此，为了减少建筑资源浪费的现象，提高桥梁对环境的适应能力，阻尼器等等的仿生发明也开始运用到桥梁建筑工程当中，为桥梁建造出"神经系统"。电子信息时代使得效仿动植物建造神经系统的难度大大降低了，信息技术能够使人们更轻易地为桥梁建造出自己的神经系统。工作人员能够利用计算机，感知、记录桥梁所受的外部环境，并分析数据，得出调整的方案和计划。这不仅能够确保河道能够正常通行，还能提升桥梁的寿命和安全性，使其在遭受自然灾害、外部风险时也能像生物那样自我调节、适应环境。
三、结束语
