2411-3336 2541-9404 Записки Горного института Journal of Mining Institute Санкт-Петербургский горный университет императрицы Екатерины ΙΙ Empress Catherine II Saint Petersburg Mining University 10.25515/pmi.2017.4.480 pmi-11332 https://pmi.spmi.ru/pmi/article/view/11332 Геоэкология и безопасность жизнедеятельности Geoecology and occupational health and safety Topological interlocking as a principle of engineering design in consruction of marine and coastal structures Топологическое самозаклинивание как принцип инженерного дизайна при строительстве морских и прибрежных сооружений Piirainen V. Yu. Пиирайнен В. Ю. Piirainen V. Yu. piraynen@gmail.com Санкт-Петербургский горный университет (Санкт-Петербург, Россия) Saint-Petersburg Mining University (Saint-Petersburg, Russia) Estrin Yu. Z. Эстрин Ю. З. Estrin Yu. Z. yuri.estrin@monash.edu Университет Монаш, Клейтон, Австралия; Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС» (Москва, Россия) Monash University, Clayton, Australia; National University of Science and Technology «MISiS» (Moscow, Russia) 24 08 2017 2017 226 480 486 04 03 2017 20 05 2017 24 08 2017 © 2017 В. Ю. Пиирайнен, Ю. З. Эстрин © 2017 V. Yu. Piirainen, Yu. Z. Estrin 2017 В. Ю. Пиирайнен, Ю. З. Эстрин V. Yu. Piirainen, Yu. Z. Estrin Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International (CC BY 4.0) This article is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License (CC BY 4.0) https://pmi.spmi.ru/pmi/article/view/11332

В порядке обсуждения представлена новая концепция решения проблем берегоукрепительного строительства на основе топологического самозаклинивания, которая открывает путь к получению новых сегментированных, или модульных, структур строительных элементов и конструкций. Обоснована актуальность модульного принципа проектирования, основанного на использовании природных законов гармонизации искусственно создаваемых форм. В этой концепции идея Платоновых тел получает дальнейшее развитие в поиске новых видов гармонии и практических приложений на макроуровне в конструкторско-технологической практике и инженерном дизайне. Возрастающие возможности современных строительных материалов и технологий позволяют создавать новые конструктивные системы на основе модульного принципа, одной из наиболее интересных форм которого является топологическое самозаклинивание. Этот инновационный принцип инженерного дизайна и его многочисленные преимущества рассматриваются применительно к прибрежным защитным сооружениям. Представлены варианты новых перспективных конструкций на основе топологического самозаклинивания.

As a discussion contribution, a new concept for solving problems of bank protection structures based on topological interlocking is presented, which opens up a way to obtaining new segmented or modular designs of building elements and structures. The relevance of the modular design principle based on the use of natural laws of harmonization of artificially created forms is justified. In this concept, the idea of Platonic solids is further developed in a quest for new types of harmony and practical technological and engineering design applications at macro scale. The ever growing capabilities of modern building materials and technologies make it possible to create new construction systems on the basis of the modular principle, one of the most interesting forms of which is topological interlocking. This innovative principle of engineering design and its many advantages are considered in relation to bank protection structures. Variants of new promising designs based on topological interlocking are presented.

 Ключевые слова берегозащитные сооружения топологическое самозаклинивание гибридные материалы Keywords bank protection structures topological interlocking hybrid materials Авторы выражают благодарность за поддержку исследования в рамках Программы повышения конкурентоспособности НИТУ «МИСиС», грант No К2-2016-062. Аuthors would like to acknowledge funding support through the Increased Competitiveness Program of NUST «MISiS», grant N K2-2016-062 Добрицына И.А. Новые проблемы архитектуры в эпоху цифровой культуры // Academia. Архитектура и строитель-ство. 2013. № 4. С. 42-53. Dobricyna I.A. New problems of architecture in the era of digital culture. Academia. Arhitektura i stroitel'stvo. 2013. N 4, p. 42-53 (in Russian). Зимина Т. Архиматы, они же гибриды / Т.Зимина, Д.Зыков // Наука и жизнь. 2014. № 1. С. 43-44. Zimina T., Zykov D. Archimats, aka hybrids. Nauka i zhizn'. 2014. N 1, p. 43-44 (in Russian). Исаев В.В. Фрактальность природных и архитектурных форм / В.В.Исаев, Н.В.Касьянов // Вестник ДВО РАН. 2006. № 5. С. 120-122 Isaev V.V., Kas'janov N.V. Fractality of natural and architectural forms. Vestnik DVO RAN. 2006. N 5, p. 120-122 (in Russian). Киба М.П. Модульный принцип проектирования в учебном процессе // Современный дизайн и проблемы высшей шко-лы дизайна: Материалы Международной научно-практической конференции / Московский институт дизайна. М., 2015. С. 68-70. Kiba M.P. Modular design principle in the educational process. Sovremennyj dizajn i problemy vysshej shkoly dizajna: Materialy Mezhdunarodnoj nauchno-prakticheskoj konferenci. Moskovskij institut dizajna. Moscow, 2015, p. 68-70 (in Russian). Пиирайнен В.Ю. Новые материалы и технологии в строительстве морских прибрежных сооружений / В.Ю.Пиирайнен, Ю.З.Эстрин // Материалы международной научно-практической конференции / Сочинский государственный университет. Сочи. 2015. С. 294-301. ISBN 978-5-88702-541-4. Piirainen V.Ju., Estrin Y.Z. New materials and technologies in the construction of marine coastal structures. Materialy mezhdunarodnoj nauchno-prakticheskoj konferencii. Sochinskij gosudarstvennyj universitet. Sochi. 2015, p. 294-301. ISBN 978-5-88702-541-4 (in Russian). Поморов С.Б.Терминология нелинейной архитектуры и аспекты еe применения / С.Б.Поморов, Д.А.Исмаилов // Вестник Томского государственного архитектурно-строительного университета. 2014. № 3. С. 79-80. Pomorov S.B., Ismailov D.A. Terminology of nonlinear architecture and aspects of its application. Vestnik Tomskogo gosudarstvennogo arhitekturno-stroitel'nogo universiteta. 2014. N 3, p. 79-80 (in Russian). A new concept in design of materials and structures: assemblies of interlocked tetrahedron-shaped elements / A.Dyskin, Y.Estrin, A.J.Kanel-Belov, E.Pasternak // Scripta Materialia. 2001. Vol. 44. P. 2689-2694. Dyskin A., Estrin Y., Kanel-Belov A.J., Pasternak E. A new concept in design of materials and structures: assemblies of interlocked tetrahedron-shaped elements. Scripta Materialia. 2001. Vol. 44, p. 2689-2694. Coastal protection using topological interlocking blocks / E.Pasternak, A.Dyskin, C.Pattiaratchi, E.Pelinovky // EGU General Assembly. Vienna, Austria, 2013. P. 8048. Pasternak E., Dyskin A., Pattiaratchi C., Pelinovky E. Coastal protection using topological interlocking blocks. EGU General Assembly. Vienna, Austria, 2013, p. 8048. Estrin Y. Topological interlocking as a design concept / Y.Estrin, A.Dyskin, E.Pasternak // Materials Science and Enginering. 2011. № 31. Р. 1189-1194. Estrin Y., Dyskin A., Pasternak E. Topological interlocking as a design concept. Materials Science and Enginering. 2011. N 31, p. 1189-1194. Enhanced Mechanical Performance of Bio-Inspired Hybrid Structures Utilising Topological Interlocking Geometry / Lee Djumas, Andrey Molotnikov, George P.Simon, Yuri Estrin // Scientific Reports 6. 2016. Article number 26706. Djumas Lee, Molotnikov Andrey, George P.Simon, Estrin Yuri. Enhanced Mechanical Performance of Bio-Inspired Hybrid Structures Utilising Topological Interlocking Geometry. Scientific Reports 6. 2016. Article number 26706. Fallacara G. About Building Stereotomy: Theory and Practice / G.Fallacara, C.Calabria // Visual Computing and Emerging Geometrical Design Tools. Milan, IGI GLOBAL. 2016. P.575-607. ISBN 9781522500292. Fallacara G., Calabria C. About Building Stereotomy: Theory and Practice. Visual Computing and Emerging Geometrical Design Tools. Milan, IGI GLOBAL. 2016, p.575-607. ISBN 9781522500292. Interlocking of convex polyhedra: towards a geometric theory of fragmented solids / A.J.Kanel-Belov, A.V.Dyskin, Y.Estrin, E.Pasternak, I.A.Ivanov-Pogodaev // Moscow Mathematical Journal. 2010. № 2. Р. 337-342. Kanel-Belov A.J., Dyskin A.V., Estrin Y., Pasternak E., Ivanov-Pogodaev I.A. Interlocking of convex polyhedra: towards a geometric theory of fragmented solids. Moscow Mathematical Journal. 2010. N 2, p. 337-342. Sandwich Paneles wich a Core Segmented into Topologically Interlocked Elements / A.Molotnikov, R.Gerbrand, O.Bouaziz, Y.Estrin // Advanced Engineering Materials. 2013. № 8. P. 728-731. Molotnikov A., Gerbrand R., Bouaziz O., Estrin Y. Sandwich Panels with a Core Segmented into Topologically Interlocked Elements. Advanced Engineering Materials. 2013. N 8, p. 728-731. Patent US 6884486. Structure composed of elements and method for its production / Y.Estrin, N.Muller, D.Trenke, A.Dyskin, E.Pasternak. Publ. 26.04.2005. Estrin Y., Muller N., Trenke D., Dyskin A., Pasternak E. Patent US 6884486. Structure composed of elements and method for its production. Publ. 26.04.2005. Topological interlocking of platonic solids: a way to new materials and structures / A.Dyskin, Y.Estrin, A.J.Kanel-Belov, E.Pasternak // Philosophical Magazine Letters. 2003. Vol. 83. № 3. P. 197-203. Dyskin A., Estrin Y., Kanel-Belov A.J., Pasternak E. Topological interlocking of platonic solids: a way to new materials and structures. Philosophical Magazine Letters. 2003. Vol. 83. N 3, p. 197-203. Tessmann O. Extremely heavy and incredibly light / O.Tessmann, M.Becker // Proceeding of 18th International Conference on Computer-Aided Architectural Design Research in Asia. 2013. P. 469-478. Tessmann O., Becker M. Extremely heavy and incredibly light. Proceeding of 18th International Conference on Computer-Aided Architectural Design Research in Asia. 2013, p. 469-478. Weizmann M. Topological interlocking in architectural design / M.Weizmann, O.Amir, Y.J.Grobman // Emerging Experience in Past. Present and Future of Digital Architecture; Proceedings of the 20th International Conference of the Association for Computer-Aided Architectural Design Research in Asia. Hong Kong, 2015. Weizmann M., Amir O., Grobman Y.J. Topological interlocking in architectural design. Emerging Experience in Past. Present and Future of Digital Architecture; Proceedings of the 20th International Conference of the Association for Computer-Aided Architectural Design Research in Asia. Hong Kong, 2015.