►本文引用格式：仉文岗, 何祥嵘, 刘汉龙, 孙伟鑫, 韩馥柽, Raul Fuentes, Gustavo Paneiro. 仿生土木工程研究进展与展望[J]. 土木与环境工程学报(中英文), 2024, 46(5): 1-15. DOI：10.11835/j.issn.2096-6717.2023.038.
从仿生材料、仿生结构和仿生机械与构筑物三个方面阐述了仿生学在土木工程中的典型应用案例，并提出了对有效开展仿生土木工程科研或设计的思考。
1 仿生材料
仿生材料在土木工程中的应用，包括仿生黏合剂、自愈混凝土和仿生愈合剂等。仿生材料具有生物优良特性和功能，能够根据自然界中生物对特定环境做出的特定的行为或释放的特定物质进行研究，深入剖析其行为或物质的内在机制和原理，并基于该原理设计出类似生物能对外界环境刺激迅速作出反应的新型功能材料。仿生材料已被应用于土木工程领域，包括水下预制构件的拼装和组合、自愈混凝土的研发以及修复混凝土裂缝等。论文探讨了仿生材料的应用前景，包括动荷载作用下的自愈混凝土修复技术、新型自修复水泥基材料的研发以及羟基磷灰石在水泥基裂缝中生成的热力学动力学条件等。
2 仿生结构
介绍了荷叶、龙虾壳、珍珠母、蜻蜓和蛇皮等生物结构在自然界中的优势，探讨了这些结构在土木工程领域的应用，重点介绍了蛇皮仿生桩的概念及其承载性能，分析了这些仿生结构的力学性能，包括仿生结构与土体等介质相互作用的特点和优化方案。自然界中生物具备的各种优越性为土木工程提供了研究的对象和方向，即基于这些生物的特殊结构进行模拟分析并组合，从而得到具有较大发展空间的结构。总结了这些仿生结构的应用，为土木工程提供了新的思路和方法。
3 仿生机械与构筑物
分析了蛏子、船蛆、龟壳、竹子和蚁巢等生物的结构性能，以及这些性能如何被应用于土木工程建设中，发明出高效的仿生机械，使得建筑物和构筑物朝“轻质高强”和“绿色环保”的方向发展。讨论了以下内容：蛏子在泥沙中的钻孔掘进行为，其流化作用和Roboclam水下挖掘机的研发；船蛆穴居在帆船木板中钻洞的行为，法国工程师基于船蛆的钻洞行为提出盾构结构的机械系统设计；龟壳的多尺度天然生物复合结构、薄壁和张力大等特点，以及龟壳仿生材料的发展趋势；竹子的分级结构、力学性能和竹子弯矩和截面模量沿轴向的变化趋势，以及竹子仿生建筑的应用；白蚁建造的巢穴功能复杂且非常牢固，通风系统的优化问题可利用蚁群算法解决，以及蚁巢对于温度的调节能力引发的仿生建筑设计构想。
4 研究步骤
5 结论
1）为了适应环境，贻贝、沙堡蠕虫、细菌和人类股骨等生物体经历亿万年的演变和进化形成了结构和功能近乎完美的天然生物材料，研究人员将这种材料运用于土木工程中，分别研制出了生物启发多级钢、自愈混凝土材料、仿生愈合剂等，从而实现了土木工程材料的优化。
2）荷叶、龙虾壳、珍珠母、蜻蜓和蛇皮等生物具有独特的优势结构，仿生结构正是基于这种自然界中生物所具备的各种优越性，并以此作为研究对象进行合理地分析与模拟，从而得到具有较大发展空间的结构，如超疏水混凝土、复合层压板、水泥基复合材料、蛇皮桩等等。
3）蛏子、船蛆、龟壳、竹子和蚁巢等生物具有优良的结构性能，学者们不仅模仿这些生物的外在特征，还会模仿非生命体的很多物质，如数学曲线和物质的内在规律等，最终发明了高效的仿生机械并且使得建筑物和构筑物朝“轻质高强”和“绿色环保”的方向发展，如：仿生钻孔机器人、盾构机、台北101大楼、津巴布韦的东门中心和中国国家大剧院的设计。
6 展望
1）仿生土木工程是一门新兴交叉学科，用于提升土木工程的低碳环保、绿色化、智能化。
2）仿生技术将趋向创新化、综合化、复杂化和智能化发展。
3）目前主要集中在结构仿生、功能仿生、材料仿生和形态仿生四个方面，对微观仿生的研究与应用较少，应加强研究并将其运用于土木工程。
4）土木工程仿生可独立对生物某一方面或某一个因素进行单元仿生，也可同时模拟多个方面或多个要素进行多元耦合仿生，耦合仿生更接近生物实际，有望解决传统单元仿生难以有效解决的问题。
5）仿生土木工程需要多领域多学科交叉共同推动发展，如生物、材料、机械、控制等领域的交叉。
仉文岗 教授
仉文岗，男，工学博士，教授/博士生导师，重庆大学土木工程学院副院长，国家青年人才计划入选者。研究方向包括城市地下工程、滑坡与工程边坡、岩土大数据、可靠度与机器学习和仿生岩土工程等。担任中国科技期刊卓越行动“重点期刊”Geoscience Frontiers副主编、英国ICE Machine Learning and Data Science in Geotechnics创刊副主编以及JRMGE、Georisk、BOEG、Natural Hazards Research、《防灾减灾工程学报》编委。共发表ESI高被引第一或通讯作者文章24篇（其中热点文章3篇）、中国百篇最具影响国际学术论文及领跑者5000中国精品科技期刊顶尖学术论文各1篇和科爱出版社十年百篇优秀论文1篇，SCI引用次数逾9400，H index为51（基于Scopus），入选2021年、2022年、2023年爱思唯尔中国高被引学者，2023年科睿唯安全球高被引科学家。出版全英文学术专著5部，其中2部受国家科学技术学术出版基金资助。
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