UNSW悉尼大学的计算设计团队利用3D打印技术，设计并制造了名为“BioShelters”的生物庇护所，旨在恢复悉尼港及周边地区牡蛎种群。这些庇护所由回收塑料模具和掺有牡蛎壳的混凝土制成，能够提供人工栖息地，帮助牡蛎、海藻、鱼类等海洋生物重建栖息环境。BioShelters采用先进的计算方法与机器人制造技术，结合海洋生物数据，设计出支持多样海洋生态的结构。项目的成功推进为全球海岸保护提供了创新解决方案，未来有望推广至其他地区，改善水质、减少侵蚀，支持多种海洋生物的生态恢复。
悉尼新南威尔士大学（UNSW）建筑与环境学院的计算设计团队正在创建一种名为BioShelters的3D打印珊瑚礁结构，旨在支持黑瓦尔湾及悉尼港周边地区牡蛎种群的恢复。该项目由政府-owned Landcom公司和新南威尔士州政府资助，运用了来自建筑学的先进计算方法，设计并制造了环保的海岸基础设施。
设计与生态影响
每个BioShelter由一个3D打印的回收塑料模具组成，填充了掺有碎牡蛎壳的混凝土混合物。每个结构长约6米，宽2米，高90厘米，分为25个面板。最近，这些BioShelters被安装在位于格里布的悉尼鱼市场场地，这是一个由于城市开发导致自然栖息地大幅减少的区域。
“就像悉尼面临着人类住房危机一样，海洋生物也面临着栖息地危机，”UNSW的下一代建筑制造中心主任M. Hank Haeusler教授表示，他领导了BioShelters项目。“这个项目的目标是创造出尽可能接近自然的人工栖息地。”
牡蛎对海洋生态系统至关重要，每天能过滤多达100升水，为鱼类提供食物，并为无脊椎动物提供栖息地。由于牡蛎通过在其他牡蛎壳上生长来进行繁殖，BioShelters的混凝土中使用了回收的牡蛎壳，以促进自然的殖民。
与传统的平坦海堤不同，后者覆盖了悉尼港超过50%的海岸线，且缺乏自然的裂缝，BioShelters是特定地点定制的3D打印结构，旨在支持多样化的海洋生物。通过使用算法和机器人制造技术，团队将海洋生物学数据转化为可以恢复牡蛎栖息地，同时也能造福鱼类、海藻、海带等物种的形式。
从原型到未来应用
BioShelters项目始于2016年，由建筑师、计算设计师、海洋生物学家和工程师合作完成。先前的研究识别了悉尼岩牡蛎、毛足贻贝和某些海带物种的生态需求。
利用这些数据，团队创建了数字模型和3D打印原型。2020年，安装在安扎克大桥下方的全尺寸原型在六个月内成功吸引了牡蛎、海藻、海带和小型鱼类，证明了该概念的可行性。“概念验证的成功促成了悉尼鱼市场委托安装和设计永久性设施的合同，”Haeusler教授表示。
未来的计划包括改进打印过程，直接使用混凝土进行打印，并使海洋生物学家能够提交特定位置的设计进行自动化生产。这些模块化结构可以适应全球的海港，并有可能扩展到为陆地物种创建人工栖息地。
“我们已经开始讨论一个更大规模的安装，重振悉尼港的海堤，”Haeusler教授表示。“这个原则有潜力被用于设计并为其他陆地物种，如哺乳动物、鸟类、蝙蝠和啮齿动物等提供栖息地。”
保护海洋生态系统的努力
全球范围内，研究人员正在利用3D打印技术恢复和保护海洋生态系统，创造能够支持生物多样性、减少侵蚀和改善水质的结构。
今年5月，佛罗里达国际大学（FIU）开发了一种模块化混凝土瓷砖系统，用于测试3D打印表面如何增强海洋生物多样性、减少海岸侵蚀并改善城市水质。该系统被命名为BIOCAP（海岸适应与性能优化生物多样性提升），计划于2025年在迈阿密的莫宁赛德公园进行首次试安装。
该项目由FIU建筑学院的博士生Sara Pezeshk领导，并为CREST CAChE（大学水域化学与环境中心）成员。她的同行评审论文概述了结合增材制造、生态设计和响应性材料系统的混合基础设施策略。该项目的资金由美国国家科学基金会和美国环保署提供。
早在2020年，香港大学（HKU）的一组建筑师和科学家开发了修复珊瑚礁的新方法，重点放在了附近的海下公园（Hoi Ha Wan Marine Park）。研究人员设计并3D打印了128个六边形粘土瓷砖，这些瓷砖有复杂的结构，专门用于促进珊瑚附着，并将它们部署在海湾的三个站点。HKU的人工礁将在接下来的18个月内进行监测，以确保其生存，但团队希望这能够成为防止该地区珊瑚礁恶化的有效方法。
