对于高层建筑而言，“电梯困境” 是一个至关重要的问题。我们可以通过一个简单的例子来理解：假设一栋 10 层的建筑，每层面积为 100 英尺 x100 英尺（即每层 10,000 平方英尺），总建筑面积为 100,000 平方英尺。的面积用于电梯，那么电梯占用的面积就是 10,000 平方英尺，剩馀可供使用的面积为 90,000 平方英尺（原文此处计算有误，10 层总建筑面积 100,000 平方英尺，10 用于电梯则为 10,000 平方英尺，剩馀可用面积应为 90,000 平方英尺，而非原文所述的 990,000 平方英尺，此处按原文逻辑修正后翻译）。

如果我们将建筑高度增加一倍（即 20 层），那么电梯所需的面积比例会上升到 20。此时建筑的总建筑面积为 200,000 平方英尺，电梯占用的面积为 40,000 平方英尺，剩馀可用面积为 160,000 平方英尺。但实际上，考虑到电梯需要更长时间往返于 20 层楼之间，实际可用面积可能会更少。我们将建筑面积增加了一倍，建筑成本几乎必然会增加一倍以上，但可用面积仅从 90,000 平方英尺增加到 160,000 平方英尺，增幅仅为 78。

如果再增加 10 层（即 30 层），总建筑面积达到 300,000 平方英尺，电梯占用的面积比例会上升到 30，此时可用面积仅为 210,000 平方英尺。若增加到 40 层，电梯占用面积比例升至 40，可用面积则为 240,000 平方英尺；50 层时，可用面积为 250,000 平方英尺；60 层时，可用面积反而下降到 240,000 平方英尺；70 层时，可用面积进一步降至 210,000 平方英尺。由此可见，当建筑高度达到一定程度后，每增加一层，所获得的可用面积不仅会逐渐减少（边际效益递减），甚至会出现负增长。而且，每增加一层，建筑成本都会大幅上升。

在 “电梯困境” 的影响下，最终会达到一个临界点：此时，建筑的可用面积不仅不再增加，反而会开始减少。值得一提的是，传统城市中的道路也面临着类似的二维层面的困境（即道路面积与交通须求之间的矛盾）。当然，针对 “电梯困境”，目前已经有许多部分解决方案，例如双层轿厢电梯（double-deck elevators）、直达电梯与专用电梯、电梯分流技术等等。这是一个非常有趣的问题，涉及大量的数学计算，但有趣的是，生态建筑在一定程度上可以规避这一困境。

由于生态建筑本质上是自给自足的，建筑内部存在大量低人流局域，且每平方英尺的人口密度远低于传统高层建筑。还记得我之前提到的吗？仅水培种植区，每人就需要约 1000 至 2000 平方英尺的空间，而这些局域在大多数时候并不需要电梯。相比之下，同等面积的空间足以容纳一套舒适的家庭公寓。此外，由于建筑一层不再是主要的人流目的地（人们的活动分散在建筑内部各个局域），且人均空间更大，生态建筑可以设置更多楼层。虽然这并不能完全消除 “电梯困境”，但能在很大程度上缓解它。而且，建造过高的建筑其实并没有太大意义，因为如果需要扩大容量，横向扩建往往比纵向增高更划算。

即便你将地球上所有的陆地和海洋表面都复盖上生态建筑，最终不得不通过增高建筑来容纳更多人口，你也会先遇到 “热量瓶颈”（heat wall），而非让 “电梯困境” 成为限制因素。此外，要建造一座成本足够低廉（无论是建设成本还是维护成本），且能将大部分空间用于粮食生产的生态建筑，我们必须彻底摒弃 “拥挤建筑” 的观念。生态建筑这种建筑形式，只有在你有能力建造人均面积宽敞的建筑时，才值得去建造。但在此可以简要说明：只要农业生产仍主要局限在单层空间内（无论是土地利用率低但成本较低的露天种植，还是全部在温室中进行的种植），那么大多数建筑就不需要设计成高层 —— 因为高层设计并不会带来明显的优势。人类的居住、工作和购物局域，实际上并不需要占据大量空间。

以香港和纽约为例，这两座城市拥有世界上最多的摩天大楼，但它们都未能进入全球人口密度最高的 40 个城市榜单 —— 人口密度最高的马尼拉（ani），摩天大楼数量还不到 50 座。而且，即便这两座城市中的大多数建筑并非高层（更不用说摩天大楼），它们实际占据的土地面积依然非常小。就象不住在农村的人常常会忘记农场有多广阔（许多大型农场的面积甚至比城市还大）一样，那些主要通过电视或购物之旅接触大都市的人，也常常会忽略一个事实：即便在规模最大的大都市中，只有极小一部分建筑的高度达到四层或以上，而其中能被称为 “摩天大楼” 的比例更是微乎其微。

目前，我们需要一整块大陆的面积来养活全球人口，但如果将所有人都安置在一层或两层的郊区式 “微型豪宅” 中，所需的土地面积甚至不会对地球总陆地面积造成明显影响。郊区的人口密度通常为每平方英里 14,000 人，这种密度一点也不拥挤 —— 相当于每个家庭拥有四分之一英亩的土地。。

因此，只有当高层建筑的单位面积建造成本足够低廉，低到让人们可以考虑将大部分农业生产转移到室内进行时，我们才会开始将大部分人口安置在高层塔楼中。我们建造生态建筑，可能主要是为了彰显声誉 —— 就象建造最高的建筑一样，但不要期望在我们能够以经济可行的方式在室内种植粮食之前，生态建筑会成为大多数人居住的常规选择。因为在那之前，这根本不可能实现。

然而，如果我们真的能以经济可行的方式实现室内粮食生产，那么 “拥挤公寓” 的概念就会被彻底抛弃 —— 因为居住空间的成本会相应大幅降低，而且种植空间与居住空间也可以实现部分重叠。例如，你的鱼缸可以成为水循环系统的一部分，同时还能提供食物；走廊的照明局域可以在两侧种植植物；甚至你的窗帘可以是一张网状结构，上面攀爬着能结果实的藤蔓。我们现在之所以不这么做，主要不是因为空间不足，而是因为时间 —— 毕竟打理这些植物需要大量的时间和精力。

目前，生态建筑尚无最佳的布局或规模标准，因此，我们不妨来分析一个概念简单且易于计算的生态建筑模型。之前我们提到，每人大约需要 1000 至 2000 平方英尺的空间用于种植粮食，在此我们进一步放宽标准（增加冗馀），同时考虑到还需要其他功能空间，并且我们追求的是舒适宽敞的居住环境（我们的频道很少探讨反乌托邦主题）。假设一座生态建筑需要为每个人分配 10,000 平方英尺的空间，这其中不仅包括居住面积，还函盖了商店、农场、电梯、仓库、公共建筑、办公室和工厂等所有必要设施的空间。既然要将人们集中安置在一栋巨型塔楼中，不妨为他们提供充足的活动空间。

我们假设这座生态建筑的居住人口为 5000 人 —— 这个数字并非完全随意设置。在美国，包括我所在的俄亥俄州（ohio）在内的许多地区，都将 5000 人作为 “村庄” 升级为 “城市” 的官方人口标准。而且，在探讨殖民问题时，我们也经常使用这个数字 —— 无论是从 “邓巴数”（指人类认知能力所能维持的稳定社交网络人数）的角度，还是从避免基因瓶颈所需的最小基因库规模来看，5000 人这个数量都比较合理。这意味着，几乎每个领域的专业人才都可以在这座生态建筑中找到，而且大多数领域都有不止一位专业人士。从理论上讲，你有可能认识塔楼里的每一个人，但这座塔楼的规模又足够大，让你可以轻松避开不喜欢的人。此外，这个人口规模也能保证学校的班级规模适中 —— 既不会每个年级只有三四个人，也不会有三四千人挤在一个年级。5000 人是一个理想的社区规模：它既能保证社区的高度独立性，又能通过与周边社区的友好交往和贸易获得巨大收益。我们当然可以设计更大或更小的生态建筑，但 5000 人无疑是一个合理且便于计算的数值。

那么，这样一座生态建筑需要多大的空间呢？5000 人，每人平均需要 10,000 平方英尺的空间（函盖居住、工作、存储、娱乐和种植等所有须求），总空间须求即为 5000 万平方英尺。。

如果我们将这座生态建筑设计成一栋 100 层的圆柱形建筑，那么每层圆形楼层的面积需要达到 50 万平方英尺，其半径约为 400 英尺。顺便提一下，这个单层面积几乎是中国成都新世纪环球中心单层面积的 3 倍，是美国五角大楼的 8 倍，是迪拜哈利法塔的 15 倍。需要说明的是，这些建筑的设计初衷是容纳或为远多于 5000 人的人群提供活动空间，但请不要忘记，我们计算的 50 万平方英尺单层面积是 “全包式” 的 —— 它既包含了公园、商店、工厂，也包含了农场。

不过，我们通常并不认为圆柱形或圆形楼层是优化窗户布局的理想设计 —— 事实上，这种型状恰恰是最小化建筑外表面面积的设计。但即便如此，我们刚才描述的这座圆柱形生态建筑，其周长仍为 2500 英尺，乘以 100 层，可用于安装窗户的总面积就达到了 25 万平方英尺。对于 5000 人的居住人口来说，这相当于每人可分配到 50 平方英尺的窗户面积 —— 这个比例已经非常高了，尤其是考虑到大多数人都倾向于与他人合租或同住。

我们通常认为美国的海岸线长度略低于 10 万英里。如果所有人都居住在我们刚才设计的这种生态建筑中，并且这些建筑仅沿海岸线分布，每英里海岸线放置一座，那么仅这些生态建筑就能容纳约 5 亿人口—— 这个数量相当于整个北美洲大陆的人口总和，而北美洲大陆剩馀的全部土地则可以恢复成森林。

如果我们将这种生态建筑以每平方英里一座的密度，遍布整个北美洲大陆（需要注意的是，每座生态建筑的直径仅为平方英里的 1/6 到 1/7，因此每座建筑实际占用的面积仅为一平方英里的一小部分，约占百分之几），那么仅北美洲就能容纳 1000 万座这样的生态建筑，居住人口可达 500 亿。当然，这其中会包含苔原地区，但生态建筑在苔原、沙漠、海洋，甚至月球上都能正常运作 —— 不过在月球上，生态建筑会产生大量热量，冷却起来会更加困难。有一点至关重要：那种认为 “人口增长会导致人类居住在反乌托邦式的垃圾场中，靠食用劣质绿色食物为生” 的观点，其实只是早期科幻作品中 “人口过剩” 概念催生的幻想。

事实上，只要你拥有能源（无论是核聚变能源，还是通过太阳能间接获取的核聚变能源），那么限制人口增长的真正因素是废热，而非空间、粮食，更不是需要开垦多少森林。

当然，你可以将生态建筑设计得更宽，也可以设计得更高，但如果你经常观看我们的频道就会知道，试图用建筑的尺寸来打动观众是毫无意义的 —— 上周我们还在讨论 “套娃大脑”（一种理论中的巨型宇宙结构），这种结构的规模甚至能让经典的 “戴森球”都显得渺小，而戴森球的规模已经是行星的十亿倍。因此，一栋 100 层的建筑实在算不上什么令人惊叹的规模。