迈阿密大学罗森斯蒂尔海洋、大气与地球科学学院的研究团队及其合作者在国家海洋月期间，于迈阿密海滩近海部署了三套新的3D打印SEAHIVE簇状结构，作为ECoREEF（通过混合珊瑚礁修复增强海岸韧性）项目的第二阶段。这些结构由迈阿密大学的授权许可企业1Print利用专有的混凝土3D打印技术制造，安装在距离海滩约750英尺（约228米）的81街近海区域。
近十年的跨学科协作成果
ECoREEF项目始于迈阿密大学综合知识实验室（U-LINK）的种子资助，代表了工程师、海洋科学家和珊瑚修复从业者近十年的跨学科协作成果。与传统的以渔业增殖为主要目的的人工鱼礁不同，ECoREEF被部署在靠近脆弱海岸线的浅水区，并包括经过特殊培育的石珊瑚物种，这些珊瑚经过驯化能够适应高能波浪环境的严峻条件。
研究团队采用了多种方法来培育抗压珊瑚，包括为珊瑚幼虫提供特殊的热耐受共生体、使用鹿角珊瑚和麋角珊瑚的杂交种（这些杂交种在恶劣条件下表现出色），以及从海堤和其他附近建筑工地"拯救"的强韧珊瑚。这种多方位的珊瑚培育策略确保了新部署的珊瑚礁结构能够尽快形成稳定的生态系统。
惊人的波浪能量衰减效果
在正式部署之前，研究团队在罗森斯蒂尔学院的SUSTAIN实验室进行了大量的波浪水槽实验。2021年的实验发现，在SEAHIVE结构上添加鹿角珊瑚后，波浪能量衰减效果相比纯结构有了显著提升。在最浅条件下测试时，混合珊瑚礁模型可衰减高达98%的入射波浪能量，其中珊瑚本身贡献了高达56%的总衰减量。相关研究结果已发表在《Journal of Marine Science and Engineering》期刊上。
最近发表在《Coastal Engineering Journal》上的后续研究进一步发现，SEAHIVE系统的多孔模块化设计使其在波浪衰减方面优于同等尺寸的实心结构，更大尺寸的配置还能进一步降低波浪传播。迈阿密大学工程学院副教授、气候韧性研究所副所长Landolf Rhode-Barbarigos表示：「结构物理学的每一个方面都经过了工程分析和物理测试的验证。目标不仅是为珊瑚和海洋生物创造栖息地，还要了解混合珊瑚礁系统如何推进减少波浪能量和保护脆弱海岸线的解决方案。」
工程制造与生态修复的深度融合
本次部署的SEAHIVE结构由1Print公司利用先进的混凝土3D打印技术制造。1Print联合创始人Adam Friedman表示：「1Print、迈阿密大学及其合作伙伴花费了多年时间推动SEAHIVE 3DCP技术从研究、工程、环境评估、许可到实地部署的全流程推进。这项工作反映了将3DCP与海岸基础设施技术结合所需的协作努力——从概念到实际应用，支持国家安全、加强沿海社区并促进更健康的海洋。」
科学家们在新结构上附着了205个成年珊瑚群落，涵盖七个本地物种——包括100个大星珊瑚群落、40个铅笔珊瑚群落和33个扩散象牙灌木珊瑚群落，以及四种额外的本地珊瑚礁建造物种。SECORE International的合作者还与罗森斯蒂尔学院的科学家一起，利用专门的围护结构将数千个沟槽脑珊瑚幼虫引入结构，鼓励幼虫在结构上定居并生长为成年珊瑚。
从地方实验到全球解决方案
迈阿密海滩市长Steven Meiner表示：「迈阿密海滩致力于通过智能创新保护我们的经济、旅游和基础设施。通过部署基于自然的海岸基础设施，我们正在加强抗风暴准备，降低风暴破坏的高昂成本，并确保迈阿密海滩在未来几代人中仍然是一个安全、世界级的旅游目的地。」
除了U-LINK外，ECoREEF相关研究还得到了美国国防部的支持。来自DARPA Reefense项目的资金以及1Print的美国陆军小企业创新研究（SBIR）拨款为三个最新ECoREEF部分的3D打印制造提供了支持。罗森斯蒂尔学院院长Ben Kirtman总结道：「ECoREEF项目体现了应对海岸线日益严峻挑战所需的跨学科创新。通过将工程学、珊瑚生物学和气候科学结合起来，这项工作正在推进利用基于自然的解决方案来增强海岸韧性的可扩展策略，同时恢复南佛罗里达乃至更广泛地区的海洋生态系统。」
3D打印混凝土在海工结构中的技术突破
1Print公司采用的混凝土3D打印技术（3DCP）是本次项目成功的关键技术支撑。与传统的预制混凝土工艺相比，3DCP可以实现更加复杂的几何形状和空心结构设计，在保证结构强度的同时减少材料用量。SEAHIVE结构的六角形蜂窝状设计正是3DCP技术优势的体现——这种设计在传统模具工艺中几乎无法实现，而3D打印可以精确逐层构建。此外，混凝土3D打印的材料配方也经过特殊设计，确保在海水中具有长期的耐久性和抗生物附着能力。1Print表示，他们已经建立了从材料研发、打印工艺到现场安装的完整技术链，未来可以将SEAHIVE方案推广到其他沿海城市和岛屿国家。
迈阿密大学研究团队表示，他们计划在2027年进一步扩大ECoREEF项目的部署规模，并监测这些结构在未来几年内的生态环境演变情况，为全球海岸保护提供更多科学数据和实践经验。3D打印混凝土技术的进步正在为这种大规模的海洋工程部署提供技术可行性保障。
来源：迈阿密大学新闻