Rendering of the Nereid artificial reef system showing its computational design and porous structure.

打印健康海洋的未来:3D技术如何重建海洋生态系统

Rendering of the Nereid artificial reef system showing its computational design and porous structure.
Rendering of the Nereid artificial reef system showing its computational design and porous structure. Image credit: Zaha Hadid Architects

扎哈·哈迪德建筑事务所、香港科技枢纽与意大利创新者部署数字制造礁石,恢复受威胁沿海水域的生物多样性

在香港熙熙攘攘的沿海水域,无休止的城市扩张、大规模的填海造地以及繁忙的航运交通,使海洋栖息地满目疮痍、资源枯竭。如今,一项富有远见的合作正利用尖端的三维打印技术,为这些挣扎求存的生态系统注入新的生命力。以突破性设计著称的扎哈·哈迪德建筑事务所(Zaha Hadid Architects)与香港科技园公司(HKSTP)以及意大利三维打印先驱D Shape携手合作,共同打造了创新的人工鱼礁系统“涅瑞伊得斯”(Nereid)。在享有盛誉的2025年伦敦世界设计大会上,涅瑞伊得斯首次亮相,它融合了建筑的独创性、先进的制造技术和深厚的生态洞察力,旨在对抗人类活动和气候压力肆虐下的沿海地区日益严重的生物多样性丧失。

Physical prototype of the Nereid reef system on display.
Physical prototype of the Nereid reef system on display. Image credit: Luke Hayes

重新构想礁石修复

与由沉船或简单混凝土块构成的传统人工鱼礁不同,Nereid应用计算设计来模拟海带森林和底栖系统等自然栖息地的复杂性。精细多孔的结构鼓励海洋生物定居,在原本贫瘠的海床上创造出生机勃勃的结构。

D-Shape的大规模粘合剂喷射技术驱动了制造过程,使用环保的pH中性混凝土。该工艺实现了传统浇筑难以达到的几何精度。”Nereid展示了3D打印如何创造融合创新与自然的栖息地,”D-Shape总监马里奥·努佐莱塞(Mario Nuzzolese)说。”我们的技术为海洋修复提供了可扩展的可持续解决方案。”

针对海洋生命的根基

Nereid与香港理工大学海洋生理学家方教授(Professor James Fang at Hong Kong Polytechnic University)合作开发,聚焦于位于食物网底层的浮游植物和滤食性贝类。这一策略旨在引发积极的生态效应,支持鱼类、珊瑚和其他物种。这些结构还可以作为低矮屏障,阻止破坏性的底拖网捕捞,保护脆弱的海床群落。

2025年初在香港国际机场附近的现场工作报告了虾虎鱼、藤壶、牡蛎、珊瑚和海绵的快速定居。虽然还处于早期阶段,但这些观察支持了生态概念。Nereid的设计和制造旨在通过更好地控制纹理、孔隙大小和表面化学性质来扩大这些成果。

Physical prototype of the Nereid reef system on display.
Physical prototype of the Nereid reef system on display. Image credit: Luke Hayes

香港水域作为试验场

包括濒危中华白海豚在内的当地生态系统面临着航运、渡轮和填海造地的巨大压力。Nereid在机场附近部署,这是该地区压力最大的区域之一,为设计主导的礁石能否恢复栖息地提供了明显的测试。项目团队谨慎区分目标。Nereid针对底栖生物恢复。海豚保护还需要降低噪音、船舶管理和渔业改革。

“这次合作展示了香港的创新生态系统,”香港科技园公司首席营销官陈女士(Hilda Chan)说。”通过结合扎哈·哈迪德建筑事务所的设计和D-Shape的技术,我们在应对环境挑战的同时推进可持续创新。”

设计作为再生力量

在世界设计大会上,Nereid与扎哈·哈迪德建筑事务所的其他项目一同展出,这些项目突显了设计作为环境工具的作用。例如使用木材降低隐含碳的生态公园体育场,以及通过3D打印几何结构减少材料需求的Striatus和Phoenix桥梁。NatPowerH的绿色氢气补给系统和BEEAH集团的可持续总部等相关项目,指向了向再生实践的更广泛转变。

Physical prototype of the Nereid reef system on display.
Physical prototype of the Nereid reef system on display. Image credit: Luke Hayes

扩展创新与面临挑战

D-Shape的Vitareef部门在全球拥有五百多个安装项目,帮助社区在本地生产自然包容性栖息地。香港科技园公司支持超过两千四百家科技公司和一万五千名研究人员,为Nereid提供了试点生产和监测的平台。

仍有一些未解决的问题。在恶劣海洋环境中的长期耐久性需要多年数据。将生产规模扩大到覆盖大片退化区域将考验物流和成本。人工鱼礁只是恢复的一部分。如果在污染控制、捕捞压力和气候适应方面没有进展,影响将受到限制。成功应该通过长期生物多样性、鱼类补充和结构韧性的可测量增益来判断。

如何衡量成功

项目将通过为期两年的系统生态监测来追踪成效。研究人员将每隔六个月将礁石地点的物种丰富度和多样性指数与附近的对照区域进行比较。他们将记录幼鱼种群,包括礁石上及周围的密度和大小分布。固着无脊椎动物的定居情况将通过覆盖率百分比来测量,同时测量表明礁石生长的碳酸盐沉积速率。暴风雨季节后的结构评估将量化物理完整性和表面磨损程度。水质监测将捕捉由滤食性生物和生物膜发展驱动的变化,为礁石在更广泛生态系统中的功能作用提供证据。

Physical prototype of the Nereid reef system on display.
Physical prototype of the Nereid reef system on display. Image credit: Luke Hayes

沿海恢复的模式

Nereid代表了向再生设计迈出的实际一步,技术在此积极重建生态系统,而不仅仅是减轻伤害。随着全球沿海地区面临加速退化,这一合作提供了一个结合建筑创意、科学方法和先进制造的模式。

关于耐久性、规模化和更广泛环境压力的问题仍然存在。即便如此,在香港这片压力重重的水域中部署Nereid,在粉红海豚穿行于繁忙航道的地方,既展现了技术的可能性,也凸显了行动的紧迫性。通过打印可供生物栖息的环境,Nereid正在为更健康的海洋开辟道路,一个礁石接一个礁石。