工程师说 | 超级隧道只是一个疯狂的idea？

文 | Henry-航

在TED 2017年的大会上，Elon Musk时隔四年重返TED舞台，同样是TED创始人克里斯安德森亲自访谈接待。

并且这次的演讲完全无视TED官方18分钟的演讲时间要求，长达40:50。

TED作为一个观点为王的演讲平台，拥有如此长的额外演讲时间必定是拥有不一样的观点。

这次大会的主题是The future you，而Elon在的Session则是THE FUTURE US。

在这个主题下自然是要畅想一下未来。

除了Tesla、Space X、SolarCity这几个老生常谈的话题以外，Musk在这次演讲中介绍了自己的新公司——挖掘公司（Boring Company）和与之对应的一套全新的未来交通系统——超级隧道。

克里斯安德森对这次演讲超时的解释，任性的TED大Boss表示18分钟底线什么的见鬼去吧，我想和Elon聊上一个小时。

在Musk的超级隧道设想中：

车辆会通过路面上专有的升降机进入隧道，升降机下降后会成为汽车在固定轨道上运行的托盘，通过隧道内的轨道托盘以极高速度将车辆运输到目的地，再升上路面继续开往目的地。

Musk的提出超级隧道的推理很直接：

现在LA拥堵问题已经很严重 – 因为自动驾驶和车辆共享，

人们使用车辆的成本进一步下降 – 未来会有更多的汽车上路，

人们也会更频繁使用汽车 – 现有的路面交通容量基本饱和 

– 交通向天上发展面临安全、景观和噪声等问题 – 那么交通就只能向下发展

– 隧道可以多层次堆叠，没有空间限制 - 未来汽车要继续发展，必须走地下隧道 

– 现有的隧道挖掘技术成本太高 – 通过减小隧道直径和提升技术降低成本 

– Boring company和超级隧道设想由此诞生。

但是这次计划的提出相较之以前Tesla、SpaceX、SolarCity、Hyperloop等计划背后的原理推理比起来，显得有点太简单粗暴了；

有种“因为堵车卡在高速路上的车主，满腹牢骚地想从地底下挖个洞钻进去”的感觉。

那么仔细分析这次的超级隧道计划，它是否能解决交通拥堵问题呢？

交通拥堵的机理

交通的本质是人或物的位移。理想条件下，交通量（车辆数）和车速大致符合以下二次抛物线关系。

在到达道路基本通行能力之前，交通量越大则平均车速越低，当达到道路的通行能力时，道路达到饱和，车速骤然下降至0，出现拥堵。

由此可以得出，缓解拥堵（提高平均车速）有两条路径可走：

通过提升横坐标中的分母车道数（拓宽马路，或者建设超级隧道这样的专用道路），或减少横坐标中的分母交通量（减少上路车辆）。

Musk的超级隧道走的是第一条路线：

提升分母——提升道路通行能力（车道数）。

在Musk看来就是建造超级隧道。但是各大超级城市的发展经验都表明，多修路并不会缓解拥堵，反而会进入：

修路 - 鼓励更多人驾驶汽车上路 - 道路再次拥挤 - 再修路 - 鼓励更多人开车上路 - 再次拥挤的死循环。

因为道路的增长速度总是要远远满于人们购置汽车的速度，购车需求也会随着城市发展加速上升，城市的用地也会随着人口的增长愈发紧张。

在城市发达到一定程度后，修建更多的路并不能缓解交通拥堵，反而会加重它。

当然除非你挖掘隧道的速度远高于现有汽车保有量增速，并且成本非常低，这样是有可能实现的（这也是Musk的论点）。

但无论技术再如何进步，挖隧道的速度和成本都不会优于修建地面公路。

地面公路都做不到的事情，隧道能做到的可能性至少还要小一个数量级。

因此现今的各大城市走的都是第二条路线：

减少横坐标中的分母——交通量（减少上路车辆）。

因为最终我们是要满足所有出行需求，成交通总需求是处于不变或缓慢上升的，有效地解决交通需求就成了解决问题的关键。

减少交通量的同时但又要满足出行需求，就意味着要大幅度提高单位车辆所承载的出行需求，因此各个城市都在鼓励人们转向高效率、高密度的交通工具转移。

这就是为什么我们国家的特大城市中的交通策略一直是公交先行。

「40人所需的不同交通工具占地面积」

Musk会选择第一条路线来解决LA的交通问题其实也并非毫无来由，洛杉矶都市圈（Los Angeles metropolitan area）差不多是一块100公里的正方形区域，这大约是汽车交通所能蔓延的最大范围。

洛杉矶恰恰拥有世界上最发达的高速公路网络，而洛杉矶却同时是美国最为拥堵的城市。

因为洛杉矶正是上述“越修路越堵”死循环的受害者，利用修建更多的路来解决LA的交通并不是一个聪明的方法。

世界各大城市都在努力把人们从车里拉出来，而不是让他们更多地留在里面。

日本东京都市圈基本代表了在保持发达国家的生活水平下、人类现有科技所能支撑的最高聚居面积和密度。

相应支撑东京的也是全世界最复杂的公共轨道交通网络系统，这套系统复杂到可以做出一款专门解谜逃脱的游戏来玩。

「东京都市圈人口密度图」

「东京轨道系统全图」

在这套轨道交通系统的支撑下，东京成功实现了高密度的人口聚集而没有产生严重拥堵，这套轨道交通系统也让东京拥有全日本最低的人均汽车保有量——0.46辆每户家庭。

东京都市圈，面积约1.34万平方公里，而洛杉矶都市圈面积为1.25万平方公里。

两者占地面积相差并不大，洛杉矶都市圈人口为1300万人，但东京都市圈的人口却有3780万人，是世界上最大的城市群经济区，人口几乎为洛杉矶都市圈的3倍。

在这个情况下LA可以所谓是“地广人稀”，但LA的拥堵情况却比东京要严重得多。

相较之东京，LA严重依赖私家车+高速路网的模式显然无法支撑起面积更大、人口密度更高的未来大型都市圈。

通过修建更多私家车高速路网的超级隧道显然并不适用于解决未来超大型都市圈的拥堵问题。

隧道除了成本高以外还有一个重大的限制——固定路径。

隧道天然就不具备点到点运输的能力。

无论隧道系统如何发达，“最后一公里”还是会需要回到路面依靠陆地道路网络上完成的。

也许Musk是住在西海岸太久了，他忘记了在东海岸的曼哈顿岛上的高峰时段里，就算地底下的轨道交通满负荷运作，陆上的道路依然堵得寸步难行。

超级隧道就算解决拥堵问题，也只是解决了主干道的拥堵问题，在这种情况下就算用超级隧道把自己的车传输过去堵得水泄不通的目的地附近，

“最后一公里”又该如何实现呢？

在Musk的设想中，未来的车辆共享和自动驾驶网络已经完全实现了，运输的本质只是一种位移服务。

那么完全可以通过公共轨道交通到达一个目的地，再通过手机叫来一辆自动驾驶或共享的汽车，再坐上去开往目的地，达到点对点的运输。

为了把车辆完全运送过去而构建超级隧道显得更没有必要了。

在很多私家车保有量高的超级大城市都有不少的P+R(Park and Ride，即停车+换乘)模式的运营案例（比如北京地铁15号线俸伯站）。

城市居民在城市郊区，早上上班时驾车到达P+R停车场后换乘地铁或公交进城，P+R停车场一般收取很少的停车费用。

居民下班回来后，乘坐地铁或公交，再到停车场开车回家。

因为城市中心的道路资源实在太有限，超级大城市都在想尽办法将私家车挡在城外，而不是让他们更加方便地进入城市拥堵中心。

但是，未来的城市的确是需要更多的隧道，这就意味着如果挖掘公司能提供很便宜的隧道挖掘方案，还是有很大希望占据一块很大的市场，只是不是为了建设超级隧道，而是为了更便宜的地铁。

轨道交通的一大弱点就是在通过城市中心时，需要通过隧道下沉避开陆上建筑。

而隧道的成本极高，中国的大部分地铁隧道造价在7-9亿元一公里不等，而部分区段甚至会达到12亿元一公里。

这也意味着地铁一般是只有经济实力雄厚的城市才能建设得起的系统。

事实上全世界的地铁系统里，只有港铁(MTR)是盈利的；

而且还是通过地铁+上盖物业、地铁出站口拉高房价、极高密度运输容量和高票价的合力才收回成本。对于绝大部分城市来说，地铁还只是一个便民工程。

Musk显然也意识到了这一点，他说LA地铁的成本大概在10亿美元一英里（而且这还不是世界上最好的地铁系统的造价）。

为了让他的计划能实现，他需要至少让隧道的成本减少到原来的十分之一。

但当安德森问他如何做到时，Musk的回答却更多是有关效率的：

减少一半隧道直径（以牺牲应急通道为代价） - 隧道横截面积减少到原来的四分之一 （速度提高四倍 ）

- 采用一边挖掘一边加固隧道的技术（速度提高两倍）

- 采用更加先进的动力源提高挖掘设备热效率（速度提高4-5倍）。

说实话，比起Musk之前采用“第一原理”推理出来的“可回收火箭”、“在电动汽车上采用三元锂电池”相比，这次的挖掘公司背后机理的推理显然有点太草率了：

1.降低隧道横截面积这种通过降低隧道挖掘量的方法，并不没有实质上降低隧道成本，砍去应急通道的做法更实在很多隧道项目中不可行。

2.城市隧道挖掘中采用的盾构机已经可以在一边挖掘，一遍将碎屑从后部运走，一遍加固隧道，达到一次成型。

而且技术已经相当稳定成熟。这也并不是一个技术路线上的创新。

3.先进的动力源这个信息太少不好评论。

从Musk的描述来看，挖掘公司似乎没有什么核心的竞争力可以足够支撑起“成本下降十倍”的挖掘技术。

而且Musk本人也表示不会花很多精力在这上面（大约占用他2%-3%的时间，安德森开玩笑地称呼这只是他的爱好），参与的人也绝大部分是兼职，公司也只是买来二手机器在做实验。

当然，如果挖掘隧道的成本真的像Musk所说的那样下降十倍，那挖掘一个隧道的成本几乎就跟现在修建一条地面公路差不多了。

如果真的能实现如此低的成本挖掘隧道，在地下挖多好几条隧道来运输私家车也无妨。

但Musk的一切论点都是建立在“低于现在成本十倍的挖掘方法”的基础上的，而且对于如此实现这个成本没有给出很有说服力的论证。

但在隧道成本如此高昂的今天，在拥挤的城市好不容易多出一条隧道的话，显然用来通高效率高运输容量的地铁更靠谱。

但也许这只是Musk的一个念头，他只是觉得这是个有价值的事情可以做，但并没有想好具体怎么做，就先动手成立一个公司让大家先兼职玩着先再说了。

这样的事情也不是第一次发生在Musk身上了。

他当初也只是觉得管道运输作为唯一一种没有用来运送人的交通方式，于是设计了Hyperloop，并当做白皮书开放，并设立比赛，让大家共同参与。

事实上现在商用测试的Hyperloop已经和Musk当初构想的样子和核心技术上都有了很大的不同，他只是提出了这个方向，并促成了这件事情的发生。

但是Musk的旗手作用还是相当重要，而他也成功地搅动了电动汽车、太阳能、星际探索、高速铁路、人工智能这么多个领域。

可以说他这次的号召和马上投入的行动对挖掘技术的影响应该是相当积极的，即使现在还没有成型的大规模降低成本的技术方案出现。

至于Musk说让Hyperloop跑隧道这个设想就有点太过了；

Hyperloop要是建成至少也是城际、甚至是洲际的交通工具，绝大部分时间是在郊外行驶，跑隧道是完全没有必要和不经济的。

就算是Talk里面提到的华盛顿到纽约线中途要穿过很多楼房，但要在这条线通过规划设计出一条高架线并不是什么难事。

中国的高铁也大量需要通过高架线穿过城镇，尚且没有造成很大影响，更不必说规划一条完全无噪音的高架真空管道了。

（当然从反恐和安全的角度来考虑的话，可能需要做些调整）

但更便宜的隧道技术无疑是对未来交通有很大帮助的：

“better tunneling tech improves everything:road, subway, Hyperloop.”

虽然Musk可能给了一个不怎么靠谱Demo，但是未来的城市的确是会向着垂直领域发展。

希望Musk的挖掘公司在未来能突破隧道技术的成本，这对打造垂直城市交通网络来说至关重要，从而得以真正解决未来超大城市的交通问题。