astАрхитектура, строительство, транспортArchitecture, Construction, Transport2782-232X2713-0770Industrial University of Tyumen10.31660/2782-232X-2024-4-98-106ast-182Research ArticleВЕКТОР НАУКИVECTOR OF SCIENCEСимбиоз аддитивных технологий, бионики и фрактального подхода в мостостроенииSynergy of additive technologies, bionics and fractal approach in bridge engineeringhttps://orcid.org/0000-0003-0617-3132ОвчинниковИ. Г.OvchinnikovI. G.

Овчинников Игорь Георгиевич, д-р техн. наук, профессор, профессор базовой кафедры АО «Мостострой-11»

Тюмень

Igor G. Ovchinnikov, Dr. Sci. (Engineering), Professor, Professor in the Basic Department of JSC "Mostostroy-11"

Tyumen

bridgesar@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-4829-7080РазовИ. О.RazovI. O.

Разов Игорь Олегович, канд. техн. наук, доцент, доцент базовой кафедры АО «Мостострой-11»

Тюмень

Igor O. Razov, Cand. Sci. (Engineering), Associate Professor, Associate Professor in the Basic Department of JSC "Mostostroy-11"

Tyumen

КудайбергеновН. Б.KudaibergenovN. B.

Кудайбергенов Нурлан Баязитович, д-р техн. наук, профессор, профессор кафедры строительства

Астана

Nurlan B. Kudaibergenov, Dr. Sci. (Engineering), Professor, Professor in the Department of Construction

Astana

knb_1955@mail.ruТюменский индустриальный университетРоссияIndustrial University of TyumenRussian FederationЕвразийский национальный университет им. Л. Н. ГумилеваКазахстанL. N. Gumilev Eurasian National UniversityKazakhstan2024281220240498106Copyright © Овчинников И.Г., Разов И.О., Кудайбергенов Н.Б., 20242024Овчинников И.Г., Разов И.О., Кудайбергенов Н.Б.Ovchinnikov I.G., Razov I.O., Kudaibergenov N.B.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://ast.tyuiu.ru/jour/article/view/182

Применение эффективных конструкций, технологий и материалов является одним из требований, предъявляемых к современным мостовым сооружениям. Традиционные технологии ориентированы на создание конструкций достаточно простых форм, в то время как современные решения позволяют расширить класс получаемых конструкций и спектр архитектурных форм. В настоящем исследовании на примере реальных объектов рассматривается положительный опыт применения в мостостроении таких современных технологий, как 3D-печать, бионический и фрактальный подходы. Анализируется возможность использования симбиоза данных технологий для создания современных мостовых сооружений, что представляется наиболее эффективным.

Modern bridge construction demands efficient designs, technologies, and materials. Traditional methods tend towards simpler designs, whereas modern approaches enable a wider variety of structures and architectural forms. This research explores successful examples of 3D printing, bionics and fractal approaches in bridge engineering, and analyzes the potential of combining these technologies for optimal results in modern bridge construction.

аддитивные технологиибионикафракталымостостроениеэффективные конструкциифрактальные структурыкомпьютерный инжинирингadditive technologiesbionicsfractalsbridge constructionefficient structuresfractal structurescomputer engineeringСтатья подготовлена в рамках реализации государственного задания в сфере науки на выполнение научных проектов, реализуемых коллективами научных лабораторий образовательных организаций высшего образования, подведомственных Минобрнауки России по проекту «Новые материалы и технологии возведения зданий, сооружений и их элементов с применением роботизированных аддитивных систем» (№ FEWN-2003-0004).The work was prepared as part of the state assignment for the implementation of scientific projects by teams of laboratories of higher education institutions under the Ministry of Science and Higher Education of Russia; project No. FEWN-2003-0004 "New materials and technologies for the construction of buildings, structures and their elements using robotic additive systems".ReferencesТемнов В. Г. Конструктивные системы в природе и строительной технике. Ленинград: Стройиздат; 1987. 256 с. Режим доступа: https://m.eruditor.one/file/1323456/.Temnov V. G. Structural systems in nature and construction technology. Leningrad: Stroyizdat; 1987. (In Russ.) Available at: https://m.eruditor.one/file/1323456/.Ковырягин М. А., Овчинников И. Г. Управляемые конструкции (в мостостроении). Саратов: Саратовский государственный технический университет; 2003. 95 с.Kovyryagin M. A., Ovchinnikov I. G. Controlled structures (in bridge construction). Saratov: Saratov State Technical University; 2003. (In Russ.)Овчинников И. Г., Караханян А. Б. Применение бионического подхода к проектированию пешеходных мостов. В сб.: Модернизация и научные исследования в транспортном комплексе: Международная научно-практическая конференция, Пермь, 23-24 апреля 2015 г. Пермь: Пермский национальный исследовательский политехнический университет; 2015. С. 430–436. Режим доступа: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=23646394.Ovchinnikov I. G., Karakhanyan A. B. Applying a bionic approach to the design of pedestrian bridges. In: Modernization and Scientific Research in the Transport Complex: International Scientific and Practical Conference, Perm, April 23-24, 2015. Perm: Perm National Research Polytechnic University; 2015. P. 430–436. (In Russ.) Available at: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=23646394.Овчинников И. Г., Овчинников И. И., Караханян А. Б. Пешеходные мосты современности: тенденции проектирования. Часть 1. Использование бионического подхода. Науковедение. 2015;7(2):81TVN215. Режим доступа: http://naukovedenie.ru/PDF/81TVN215.pdf.Ovchinnikov I. G., Ovchinnikov I. I., Karakhanyan A. B. Pedestrian Bridges: modern trends design. Part 1. Using the bionic approach. Naukovedenie. 2015;7(2):81TVN215. (In Russ.) Available at: http://naukovedenie.ru/PDF/81TVN215.pdf.Овчинников И. И., Караханян А. Б., Овчинников И. Г., Скачков Ю. П. Современные пешеходные и велосипедные мосты (основные концепции проектирования и примеры). Пенза: Пензенский государственный университет архитектуры и строительства; 2018. 140 с.Ovchinnikov I. I., Karakhanyan A. B., Ovchinnikov I. G., Skachkov Yu. P. Modern pedestrian and bicycle bridges (basic design concepts and examples). Penza: Penza State University of Architecture and Construction; 2018. (In Russ.)Aldersey-Williams H. Towards biomimetic architecture. Nature Materials. 2004;3:277–279. https://doi.org/10.1038/nmat1119Aldersey-Williams H. Towards biomimetic architecture. Nature Materials. 2004;3:277–279. https://doi.org/10.1038/nmat1119Bonser R.H.C. Patented Biologically-inspired technological innovations: A twenty year view. Journal of Bionic Engineering. 2006;3(1):39–41. https://doi.org/10.1016/S1672-6529(06)60005-XBonser R. H. C. Patented Biologically-inspired technological innovations: A twenty year view. Journal of Bionic Engineering. 2006;3(1):39–41. https://doi.org/10.1016/S1672-6529(06)60005-XVincent J. F. V., Bogatyreva O. A., Bogatyrev N. R., Bowyer A., Pahl A.-K. Biomimetics: its practice and theory. Journal of The Royal Society Interface. 2006;3(9):471–482. https://doi.org/10.1098/rsif.2006.0127Vincent J. F. V., Bogatyreva O. A., Bogatyrev N. R., Bowyer A., Pahl A.-K. Biomimetics: its practice and theory. Journal of The Royal Society Interface. 2006;3(9):471–482. https://doi.org/10.1098/rsif.2006.0127Mak T. W., Shu L. H. Using descriptions of biological phenomena for idea generation. Research in Engineering Design. 2008;19:21–28. https://doi.org/10.1007/s00163-007-0041-yMak T.W., Shu L.H. Using descriptions of biological phenomena for idea generation. Research in Engineering Design. 2008;19:21–28. https://doi.org/10.1007/s00163-007-0041-yBhushan B. Biomimetics: lessons from nature-an overview. Philosophical Transactions of the Royal Society A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences. 2009;367(1893):1445–1486. https://doi.org/10.1098/rsta.2009.0011Bhushan B. Biomimetics: lessons from nature-an overview. Philosophical Transactions of the Royal Society A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences. 2009;367(1893):1445–1486. https://doi.org/10.1098/rsta.2009.0011Helms M., Vattam S. S., Goel A. K. Biologically inspired design: process and products. Design Studies. 2009;30(5):606– 622. https://doi.org/10.1016/J.DESTUD.2009.04.003Helms M., Vattam S. S., Goel A. K. Biologically inspired design: process and products. Design Studies. 2009;30(5):606– 622. https://doi.org/10.1016/J.DESTUD.2009.04.003Liu K, Jiang L. Bio-inspired design of multiscale structures for function integration. Nano Today. 2011;6(2):155–175. https://doi.org/10.1016/j.nantod.2011.02.002Liu K, Jiang L. Bio-inspired design of multiscale structures for function integration. Nano Today. 2011;6(2):155–175. https://doi.org/10.1016/j.nantod.2011.02.002Santulli C., Langella C. Introducing students to bio-inspiration and biomimetic design: a workshop experience. International Journal of Technology and Design Education. 2011;21:471–485. https://doi.org/10.1007/s10798-010-9132-6Santulli C., Langella C. Introducing students to bio-inspiration and biomimetic design: a workshop experience. International Journal of Technology and Design Education. 2011;21:471–485. https://doi.org/10.1007/s10798-010-9132-6Shu L. H., Ueda K., Chiu I., Cheong H. Biologically inspired design. CIRP Annals - Manufacturing Technology. 2011;60(2):673–693. https://doi.org/10.1016/j.cirp.2011.06.001Shu L. H., Ueda K., Chiu I., Cheong H. Biologically inspired design. CIRP Annals - Manufacturing Technology. 2011;60(2):673–693. https://doi.org/10.1016/j.cirp.2011.06.001Chen P.-Y., McKittrick J., Meyers M. A. Biological materials: Functional adaptations and bioinspired designs. Progress in Materials Science. 2012;57(8):1492–1704. https://doi:10.1016/j.pmatsci.2012.03.00Chen P.-Y., McKittrick J., Meyers M. A. Biological materials: Functional adaptations and bioinspired designs. Progress in Materials Science. 2012;57(8):1492–1704. https://doi.org/10.1016/j.pmatsci.2012.03.00Knippers J., Speck T. Design and construction principles in nature and architecture. Bioinspiration & Biomimetics. 2012;7(1):015002. https://doi.org/10.1088/1748-3182/7/1/015002Knippers J., Speck T. Design and construction principles in nature and architecture. Bioinspiration & Biomimetics. 2012;7(1):015002. https://doi.org/10.1088/1748-3182/7/1/015002Bar-Cohen Y. Nature as a model for mimicking and inspiration of new technologies. International Journal of Aeronautical and Space Sciences. 2012;13(1):1–13.Bar-Cohen Y. Nature as a model for mimicking and inspiration of new technologies. International Journal of Aeronautical and Space Sciences. 2012;13(1):1–13. https://doi.org/10.5139/IJASS.2012.13.1.1Maglic Michael J. Biomimicry: Using Nature as a Model for Design. Masters Theses. 2012. P. 871. https://doi.org/10.7275/2820720Maglic Michael J. Biomimicry: Using Nature as a Model for Design. Masters Theses. 2012. P. 871. https://doi.org/10.7275/2820720Murugan R., Wang X., Chen G., Guoping Ch., Peter M., Fu-Zhai C. (eds.) Biomimetics: Advancing nanobiomaterials and tissue engineering. Salem: Scrivener Publishing; 2013. 384 p. Available at: http://ndl.ethernet.edu.et/bitstream/123456789/4133/1/21.pdf.Murugan R., Wang X., Chen G., Guoping Ch., Peter M., Fu-Zhai C. (eds.) Biomimetics: Advancing nanobiomaterials and tissue engineering. Salem: Scrivener Publishing; 2013. Available at: http://ndl.ethernet.edu.et/bitstream/123456789/4133/1/21.pdf.Benyus J. Biomimicry: Innovation inspired by nature. New York: William Morrow & Co.; 1997. 308 p. https://doi.org/10.1002/inst.12116Benyus J. Biomimicry: Innovation inspired by nature. New York: William Morrow & Co.; 1997. https://doi.org/10.1002/inst.12116Ovchinnikov I. G., Ovchinnikov I. I. Sustainable bridge design in Russia. In: Railway Transport and Technologies (RTT2021), Ekaterinburg, November 24–25 2021. USA: Aip Publishing; 2023. P. 030021. https://doi.org/10.1063/5.0133764Ovchinnikov I. G., Ovchinnikov I. I. Sustainable bridge design in Russia. In: Railway Transport and Technologies (RTT2021), Ekaterinburg, November 24–25 2021. USA: Aip Publishing; 2023. P. 030021. https://doi.org/10.1063/5.0133764Freitas Salgueiredo C. Modeling biological inspiration for innovative design. i3 Conference 2013, October 15 2013. P. 1–17. Available at: https://i3.cnrs.fr/wp-content/uploads/2016/05/Freitas__conferenceI32013.pdf.Freitas Salgueiredo C. Modeling biological inspiration for innovative design. i3 Conference 2013, October 15 2013. P. 1–17. Available at: https://i3.cnrs.fr/wp-content/uploads/2016/05/Freitas__conferenceI32013.pdf.Olason A., Tidman D. Methodology for topology and shape optimisation in the design process. Master’s Thesis in the Master’s programme Solid and Fluid Mechanics. Goteborg: Chalmers University of Technology; 2011. Available at: https://publications.lib.chalmers.se/records/fulltext/130136.pdf.Olason A., Tidman, D. Methodology for topology and shape optimisation in the design process. Masters Thesis in the Master’s programme Solid and Fluid Mechanics. Goteborg: Chalmers University of Technology; 2011. Available at: https://publications.lib.chalmers.se/records/fulltext/130136.pdf.Мальцева Т. В., Трефилина Е. Р. Моделирование двухфазного тела с учетом несущей способности жидкой фазы. Математическое моделирование. 2004;16(11):845–852. Режим доступа: https://www.mathnet.ru/php/archive.phtml?wshow=paper&jrnid=mm&paperid=222&option_lang=rus.Maltseva T. V., Trefilina E. R. Modeling of the two-phase body with account of carrying abilities of the fuild phase. Mathematical Models and Computer Simulations. 2004;16(11):845–852. (In Russ.) Available at: https://www.mathnet.ru/php/archive.phtml?wshow=paper&jrnid=mm&paperid=222&option_lang=rus.Боровков А. И., Бурдаков С. Ф., Клявин О. И., Мельникова М. П., Михайлова А. А., Немов А. С. и др. Компьютерный инжиниринг. Санкт-Петербург: Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого; 2012. 93 с.Borovkov A. I., Burdakov S. F., Klyavin O. I., Melnikova M. P., Mikhailova A. A., Nemov A. S. et al. Computer Engineering. St. Petersburg: St. Petersburg and Peter the Great St. Petersburg Polytechnic University; 2012. (In Russ.)Melnikov R., Zazulya Ju., Stepanov M., Ashikhmin O., Maltseva T. OCR and POP parameters in Plaxis-based numerical analysis of loaded over consolidated soils. Procedia Engineering. 2016;165:845–852. https://doi.org/10.1016/j.proeng.2016.11.783Melnikov R., Zazulya Ju., Stepanov M., Ashikhmin O., Maltseva T. OCR and POP parameters in Plaxis-based numerical analysis of loaded over consolidated soils. Procedia Engineering. 2016;165:845–852. https://doi.org/10.1016/j.proeng.2016.11.783Rayneau-Kirkhope D, Maoa Y., Farr R., Segal J. Hierarchical space frames for high mechanical efficiency: Fabrication and mechanical testing. Mechanics Research Communications. 2012;46:41–46. http://dx.doi.org/10.1016/j.mechrescom.2012.06.011Rayneau-Kirkhope D, Maoa Y., Farr R., Segal J. Hierarchical space frames for high mechanical efficiency: Fabrication and mechanical testing. Mechanics Research Communications. 2012;46:41–46. http://dx.doi.org/10.1016/j.mechrescom.2012.06.011

The authors declare that there are no conflicts of interest present.