第171章 生態建筑（一）（1 / 1）

做完外星难民后，李水旺又开始了新一期视频——《生態建筑》：

今天我们要探討的是 “生態建筑”，它是一种集摩天大楼与自给自足棲息地於一体的建筑形式。我们將深入研究这一概念的起源，以及它对人类文明意味著什么。首先需要明確的是，“生態建筑” 这一术语实际上已经发展出两种不同的含义。其名称的起源可追溯到最初的概念，即一种自给自足、生態可持续的社区。“生態建筑”一词由 “建筑学”和 “生態学”组合而成，这一构词准確体现了其最初的设计意图。在这一语境下，它並非特指某一栋巨型建筑，不过，这类社区常以穹顶覆盖或相互连接的形式存在，这种情况並不罕见。此类社区並非必须与外部贸易隔绝，但设计初衷是使其在食品等物资方面至少具备最低限度的自给自足能力 —— 这与传统城市或城堡形成了鲜明对比，因为传统城市或城堡显然无法在其范围內自行种植粮食。

而將生態建筑定义为 “单一巨型建筑” 则是更现代的观点。据我所知，这种 “巨型摩天大楼式” 的生態建筑理念，是由经典游戏《模擬城市 2000》推广开来的。在游戏的呈现中，这类塔楼几乎总是以大型都市为背景，其庞大的体量与周围环境形成强烈反差，而且建筑內外通常布满大量植物与绿植。不过，这种设计若暗示这些绿植就是居民的主要食物来源，那设计者显然对种植粮食所需的空间存在极大误解。传统的一英亩土地仅能勉强养活一个人，山地农业的產能大约能提高一个数量级；而採用气候控制的温室大棚，並结合水培技术 —— 尤其是通过特定布局，並辅以光合作用最需的红光 —— 则能使產能再提升一个数量级。因此，理论上，在相当於一套大公寓或一栋房子地下室的空间里，確实有可能种植出足够一人食用的粮食。但问题在於，大多数这种面积的公寓居住人数都不止一人，而且显然，你不能既將这些空间用於居住，又同时用来种植粮食 —— 尤其是当你为了优化种植空间，採用红光照射、增加二氧化碳浓度，並提高温度和湿度时，居住功能与种植功能更是无法兼容。

此外，摩天大楼的建造成本约为每平方英尺 1000 美元，这意味著仅种植供一人食用的粮食，所需空间的建造成本就高达约 100 万美元。而且，这还未涵盖多余的粮食储备、饲养牲畜所需的饲料，以及非食用类物资（如用於纺织的、用於照明的木材，或用於製作燃料与塑料的生物燃料）的生產成本。我们在之前关於核聚变以及探討太空棲息地与宇宙飞船的內容中，曾对这些数据进行过分析。通常情况下，我发现將 2000 平方英尺（约合 200 平方米）作为一个基准面积是比较合理的，这个数值已经包含了充足的冗余量和向上取整的空间。请记住这个大致且带有一定主观性的数值，后续內容会用到。

我所见过的大多数生態建筑设计，似乎都只是在建筑墙面覆盖植物，或许內部还会额外摆放一些，但这些植物所获得的光照往往並不理想。在我看来，这类设计所呈现的形象，本质上就是一栋放大版的建筑，里面摆放著室內盆栽和发电机，根本算不上具有革命性。自城市诞生以来，植物就一直是城市的组成部分：在现代给排水和卫生系统发明之前，人们在屋后、窗台上或屋顶搭建小型菜园，是补充日常饮食、改善食物口感，或是掩盖人类居住环境中各种异味的常见方式。因此，在建筑內部或周边种植植物本身並没有什么革命性可言。但如果真的想让这些植物成为居民的主要食物来源，那么不仅需要专门划分出大量空间用於种植，还必须採取高效的种植手段以提高產量 —— 这一点我刚才已经提到过。

不过，我认为无论是早期还是现代对生態建筑的设想，都並非完全准確。

以往的设计总是將生態建筑与现有大都市进行对比，极力凸显其庞大的规模，但这种规模其实很难让我们感到震撼 —— 毕竟在 “巨型建筑” 系列內容中，我们已经介绍过规模远超生態建筑的构造体，即便是其中最小的构造体，与巨型体育场相比，也如同擀麵杖之於生那般悬殊。而封面图所呈现的，是更贴合生態建筑本质的形象：巨型建筑融入更自然的环境中，但人类活动的痕跡通过下方的六边形网格得以体现。生態建筑的设计初衷是取代传统城市，因此，虽然初期的生態建筑可能会与城市景观相邻，但將生態建筑与现有城市並置，就如同將福特 t 型车与一群马车放在一起对比现代汽车与公路一样，並不恰当。

我一直试图解释，大多数作品中描绘的那种 “ dysian（反乌托邦式的）密集混凝土森林”，其实与真实的全球城市概念相去甚远。在后半部分，我们將以一个具体的生態建筑为例进行分析：这个生態建筑的高度与如今的摩天大楼相当，宽度也並不算特別大。我们会发现，只要每隔几英里的森林中矗立著这样一座生態建筑，就能轻鬆容纳数十倍於当前的人口；同时也会意识到，限制人口进一步增长的真正瓶颈並非空间，而是热量。因此，生態建筑独立存在，或小集群地散布在森林与农田中的形象，才更符合其真实面貌。

当然，这並不意味著生態建筑不能將所有粮食生產都置於建筑內部。但要实现这一点，几乎必须具备两个前提条件：核聚变技术，以及超低成本、超高耐久性的建筑技术。此外，我们还需要探討垂直农业，以解释生態建筑在高度方面的设计考量。近年来，垂直农业掀起了一股热潮，但我用 “热潮” 一词时，带有完全的贬义 —— 因为將需要大量空间的粮食生產置於摩天大楼內部，从经济角度来看毫无意义。摩天大楼每平方英尺的建造成本，往往是农田的数千倍，而且在依赖化石燃料或太阳能供电的情况下，垂直农业在经济或生態方面几乎没有任何优势。

要想用模擬阳光为一英亩农田提供照明，以支持一季作物的生长，需要数百万瓦特的电力持续运行数千小时。因此，即便你在电力使用上极尽节约与高效，每英亩农田每一季作物的照明成本，仍会消耗数百万千瓦时的电能和数十万美元。只有当我们拥有能替代阳光的能源（即核聚变）时，垂直农业才具有可行性。在此提醒大家：如果你现在身处室內，无论是透过窗户的自然光，还是灯泡发出的光，其亮度都不及正午阳光的一半，甚至可能只有正午阳光的 1% 或 0.1%。正午阳光的照度约为每平方英尺 100 瓦特，而一个 100 瓦特的灯泡，通常只能產生约 10 瓦特的可见光，且这些光线会分散照射在 100 平方英尺甚至更大面积的地板和墙面上。

发光二极体（led）灯之所以在垂直农业中勉强具有可行性，是因为它们仅发出可见光 —— 要知道，太阳辐射的大部分光线都无法被植物的光合作用利用，而 led 灯则可以调整至与光合作用所需光谱完全匹配的波长。此外，植物也无法利用正午阳光中的大部分光线。因此，使用 led 灯时，无需像阳光那样达到每平方英尺 100 瓦特的照度，只需约 5 瓦特的定製化光线（在大多数情况下，所需功率甚至更低），就能达到相同的光合作用效果。不过，在没有核聚变技术的情况下，这种方式的成本依然高得令人却步，但它也意味著，我们可以在建筑內部为大面积种植区域提供照明，而不必担心会 “烤热” 地球 —— 因为这种照明方式仅会使环境温度升高 5%。我们之前曾討论过一些为地球降温的方法。

因此，一旦拥有了核聚变技术，整个局面就会发生彻底改变。当你能够精確控制光线的强度与频率，同时调控湿度、温度和养分供应等所有因素时，就能在单位面积內极大地提高粮食產量 —— 甚至一个大型地下室，就能为整栋房屋的居民提供足够的食物。廉价且可持续的能源无疑会带来顛覆性的变化，而超低成本的建筑技术与自动化技术也同样重要。在这样的背景下，“微型生態建筑”应运而生：乍一看，它可能与森林中的普通小屋並无二致，但你会惊讶地发现，周围的森林异常茂密繁盛；而在小屋的地下室里，有好几层水培种植系统正在培育粮食。到了夜晚，小型机器人会悄悄出动：为森林施肥、照料植物、收割少量生物量、为作物浇水等等。

“混养种植”指的是通过混合种植多种作物来优化產量的种植方式，目前这种方式的成本效益並不高，因为它需要大量的人力投入。但与核聚变技术的影响类似，当我们拥有更先进的机器人时，这种局面也会隨之改变。在美国郊区，大片的绿色草坪是標誌性景观，其之所以普及，是因为维护草坪所需的时间，远少於打理精致菜园的时间。如今，我们已经能看到机器人开始取代割草机和吸尘器；当机器人变得足够廉价且精密，能够按照家庭电脑的指令四处移动 —— 修剪树木、浇灌菜园、清除杂草时，绿色草坪很可能会被菜园所取代。因为这种转变只需初期的资本投入，后续只需偶尔对机器人进行维护或更换（比如当你的猫狗不小心损坏了机器人时）。届时，人们將能从自家菜园或温室中收穫更多新鲜农產品，机器人会直接將收穫的作物从菜园或温室运送到冰箱中。从本质上讲，这种微型生態建筑与巨型生態塔楼一样，都属於生態建筑的范畴。

由此可见，生態建筑作为一个概念，指的就是自给自足、自我维持的棲息地。其形式多种多样：既可以是月球或火星上的穹顶城市，也可以是我们之前討论过的巨型旋转式太空棲息地；既可以是內部实现粮食全自给的塔楼建筑，也可以是森林中的小型小屋。它们並非必须与外部贸易隔绝，但核心理念是 “极简主义”—— 即儘量通过本地生產来满足自身的消费需求。不过，如果你拥有核聚变技术，那么即便建造巨型生態建筑，也完全可以將粮食生產不仅设置在建筑附近，而是直接整合到建筑內部。

这类建筑可以向地下延伸至很深的地方，同时向空中高耸入云，但在规模设计上，它们会面临两个有趣的问题。第一个问题与心理学密切相关：大多数人都希望自己的住所能有窗户，可以看到窗外的景色。因此，在设计时，会將水培种植区、工厂和储藏室设置在建筑內部深处 —— 这与依赖阳光进行粮食种植的设计恰好相反（在依赖阳光的设计中，建筑外围区域需要留给水培种植区）。在以核聚变为能源的生態建筑中，你会看到无数房间，这些房间大多用红光照明（以最大化光合作用效率），每个房间內部都是一排排无尽的货架，货架由反光材料製成，並且通常是密封的，主要由机器人进行照料。无论是哪种设计，都需要通过这些种植系统对水、污水和空气进行循环利用。

第二个问题被称为 “电梯困境”。这个术语用来描述这样一种矛盾：虽然电梯的发明使得高层建筑成为可能，但电梯本身也限制了建筑的高度 —— 因为每增加一层楼，就需要配备更多的电梯。如果將建筑高度增加一倍，那么建筑內的居住人口也会相应增加一倍，而所需的电梯井数量则会增加不止一倍 —— 因为电梯还需要更长的时间来往返於新增的楼层之间。每个电梯井在每一层楼都占据相同的空间，因此，如果你將电梯数量增加一倍，那么建筑中用於电梯的空间比例也会增加一倍，而且考虑到电梯需要更长时间往返於上下楼层，实际增加的空间比例可能会更高。