隧道是我们的交通未来

廉价隧道可以显着提高我们运输系统的吞吐量。要了解具体原理，让我们概述货运列车、客运列车、卡车、汽车和隧道技术。任何陆地车辆都使用能量来克服两种力——阻力（空气阻力）和车轮的滚动阻力。阻力大致以速度的平方增加。车辆的空气动力学和尺寸具有显着影响。滚动阻力主要来自车轮在地面上滚动时的变形。橡胶轮胎比钢轮具有更大的滚动阻力。滚动阻力与车辆重量成线性关系。速度影响不大。滚动阻力 = Crr * NCrr = 滚动阻力系数 N = 来自车辆重量的力 滚动阻力系数根据车轮直径、材料类型和车轮重量而变化。钢制铁路车轮的系数随着负载的增加而降低。橡胶轮胎通常不具有相同的优势。以中等速度行驶的重载火车比卡车更省油，因为它们的钢轮减少了滚动阻力。如果我们比较两种高速、轻型车辆，阻力占主导地位。他们是否使用轮胎或轨道对效率的影响较小。

卡车比火车灵活得多，因为它们可以运输较小的负载并可以进入道路网络。货物更快地到达卡车。火车长途运输大而重的货物。因此，火车运输了 40% 的吨英里，但仅占货运价值的 15%。半卡车和州际系统的成熟对铁路来说是一个巨大的问题。 1970 年代有超过 200,000 英里的铁路轨道，然后在 1990 年代中期急剧下降至 100,000 英里。为了应对越来越多的破产，政府将客运铁路 (Amtrak) 国有化并解除对货运铁路的管制。铁路公司的回应是加倍吸引他们最好的客户。从 1980 年到 2020 年，即使轨道缩小，吨英里也大约翻了一番。铁路所做的改变被称为精确计划铁路 (PSR)。北美只有 7 条一级铁路。一位铁路主管 E. Hunter Harrison 在七家公司中的三家担任 CEO，并开创了 PSR。 PSR 放弃小批量客户，只关注大批量托运人。营业比率是衡量营业费用与收入之比的指标，是这些公司努力改进的指标。 PSR 公司不断出售曲目并修剪较小的客户以提高运营率。收入增长来自整体经济增长，推动了对煤炭、矿石、化学品、谷物和跨国多式联运等珍贵货物的需求。只有一条 1 类铁路没有采用 PSR。那家公司是伯灵顿北圣达菲 (BNSF)，由沃伦·巴菲特 (Warren Buffet) 控制。回答为什么需要一些背景知识。 “我们俩都对 BNSF 的未来充满热情，因为与主要竞争对手卡车运输相比，铁路在成本和环境方面具有重大优势。去年，BNSF 使用一加仑柴油将每吨货物运送了创纪录的 500 英里。这是三倍“比卡车运输更省油，这意味着我们的铁路在运营成本方面拥有重要优势。同时，由于温室气体排放减少和对进口石油的需求小得多，我们的国家获益。当交通通过铁路运输时，社会受益。” “随着时间的推移，美国的货物流动将增加，BNSF 应该获得其全部收益，”“最后，两者都需要明智的监管机构，他们将提供可允许回报的确定性，以便我们可以自信地进行巨额投资需要维护、更换和扩建工厂。”

请注意这些关于竞争的陈述中的含义。 BNSF 是否比联合太平洋更有效并不是一个问题。铁路只是间接地相互竞争。拥有笨重、低价值货物的铁路客户对铁路负有责任，因为卡车运输成本会使他们的业务不经济。巴菲特收购了一家客户选择有限的公司，以保证回报。在计算桥梁、隧道和其他地理障碍之前，每英里的铁路建设成本高达数百万美元。在铁路建设的鼎盛时期，一些铁路会在竞争对手旁边修建线路。这些线路中的绝大多数合并是因为仅维护成本就非常惊人。通行权：通过使用或授予的合法权利，通过特定路线通过属于另一条铁路的场地或财产 100-150 年前通过政府授予、腐败获得了几乎所有通行权、征用域名和私人购买。虽然新的通行权似乎具有成本效益，但这只是因为征用权。收购方利用政府权力强制出售私人土地。创建一条几百英里的铁路线是不可行的，更不用说一个完整的网络，私下购买通行权。坚持阻止进展。使用征用权的缺点是反对变得激烈和政治化，特别是对于可以将地块一分为二且嘈杂的铁路项目。一个完美的例子来自一个试图建造一条从休斯顿到达拉斯的私人高速铁路线的团体。土地所有者对该项目的强烈反对足以破坏政治支持，并在即将到来的德克萨斯州立法机构中引发了大量反高速铁路法案。铁路沿线地区的国会代表正试图阻止联邦层面的进展。资本密集度和路权获取难度相结合，形成了只有间接竞争的自然垄断。现在我们有了答案，为什么 BNSF 没有实施精密铁路。其他大型铁路公司的投资者的投资期限较短。他们愿意通过避免维持低利用率轨道和通行权的成本，用未来的利润来换取今天更丰厚的红利。沃伦·巴菲特 (Warren Buffet) 的视野很长，无法想象放弃通行权可能会从未来的经济增长中赚取更多的租金。经济学家保罗·罗默 (Paul Romer) 率先提出想法本身是非竞争性的。大多数商品都是竞争对手。如果我使用的是特定的冰箱，则其他人不能同时在他们的房子里使用它。他们需要第二台冰箱。许多人可以同时反复使用想法。罗默假定，思想的非竞争性是人均经济增长的驱动力。随着人口和经济规模的扩大，创意变得更有价值，但它们永远不会耗尽。由于他的努力，他获得了诺贝尔奖。尽管地球的体积有多大，宇宙有多么广阔，但人类生活在地球地壳的一小部分上。地球有很大的引力，这使得建造高架结构和隧道建设具有挑战性。结果，通行权主要成为竞争商品。如果您无法轻松创建新的通行权网络，这就是经济增长的瓶颈。

廉价的隧道技术使通行权近似于非竞争性商品。一条深 20 米、长 10,000 米、带有通往地面入口的坡道的隧道可能有 10,060 米。另一个 20 米以下的隧道将是 10,120 米。添加每个隧道的成本大致相同。您可以在现有的通行权下运送几乎无穷无尽的货物和人员，而不是拆除社区。廉价的隧道为路权创造了规模回报，并增加了旅行和商品消费。有一家公司将更便宜的隧道作为他们的使命，The Boring Company。该公司的目标是比蜗牛移动得更快。它足够大以容纳车辆或集装箱吗？伟大的！再多就是浪费。面积增加半径的平方。稍微大一点的隧道意味着要移动更多的泥土。石油和天然气钻机可以以接近每天一英里的速度钻孔。现有的 TBM 设计没有能力与之匹敌。工程和物流限制了 TBM 钻孔速度而不是物理。当前的 TBM 可以在挖软土的同时闲置半天以上。他们必须停下来竖起混凝土支撑段。 Boring Company 的下一代 TBM Prufrock 旨在不间断地竖立支撑段。您认为在车库等封闭空间内运行内燃机是个好主意吗？嗯，这就是目前的隧道公司所做的。柴油机车将泥土拖走。需要过度通风以防止工人窒息。使用电动动力系统可以让更多的车辆在不花更多钱在通风系统上的情况下拖出泥土。更快的钻孔需要更多的泥土运输！目前的 TBM 必须开始在地下掘进。开始一个项目意味着挖一个巨大的坑并为其加衬，然后降低 TBM 并将其组装起来进行操作。普鲁弗洛克从地表挖出隧道，消除了发射坑。

还记得几年前纽约市的新地铁扩建每英里耗资数十亿美元吗？其中很大一部分是巨大的地下车站。小型地面站很简单，因为 Prufrock 可以创建坡道。地下唯一的东西是标准化的隧道。一辆 10 节车厢加机车的旅客列车可以容纳 1000 人，座位非常压扁或部分站立。购买成本约为 2500 万美元。这将是每人 25,000 美元的容量。一辆拥有 75% 站立空间的纽约地铁车厢为每人 10,000 美元。 Model 3 售价约 40,000 美元，可在 Boring Company Loop 系统中容纳四名乘客。每人可容纳 10,000 美元。有站立乘客的小巴会更便宜。 Model 3 有轮子，不需要轨道，还带有电池，不需要电气系统（如“第三轨”）来运行车辆。这些系统的电气化每英里可能花费数百万美元。仅 Rails 每英里的成本就在 1 到 200 万美元之间。与其把泥土拖到垃圾场，不如试着让它变得有价值。每英尺的泥土运输成本不会随着隧道掘进速度的增加而降低。这些想法可能看起来很基本，但考虑到隧道公司很少，而且买家几乎完全是政府实体。创新的市场压力几乎为零。一年前，The Boring Company 临时发布了一个成本计算器（可能是偶然的）。这些数字是在实施上述许多策略之前的数字。

Boring Company 有一个公开编号的获奖项目，即拉斯维加斯会议中心 (LVCC) 的 Loop System。 Loop 就是“隧道中的特斯拉”。特斯拉提交了 5000 万美元的固定价格投标，条件是实现每小时 4000 名乘客的容量目标。 LVCC 项目包括 2 英里隧道、两个地上站和一个地下站。如果我们使用计算器数字，估计范围是 50-8000 万美元，正好符合。 Boring Company 于 2021 年 6 月完成了该项目并验证了容量。想象一个假设系统，它长 10 英里，有三个车站，每个方向每小时可容纳 30,000 名乘客，相当于地铁。每条隧道每个方向每小时可运送 2000 人，这意味着该项目需要 300 英里的隧道。总成本将在每英里 3 亿至 4 亿美元之间。事实证明，这些车站非常便宜，您可以拥有 30 个，而且几乎不会影响价格。这比最近的美国地铁项目便宜得多，与其他经合组织国家的低端项目相当。 Boring Company 将 LVCC 项目定价基于稍微改进的下水道隧道掘进机 Godot+。 Prufrock 以每周 1 英里的速度快 6 倍。 Prufrock 的中期目标是每周行驶 7 英里。使用这种隧道掘进速度，可以将成本降低 50%-60%，并且在整个操作过程中没有其他任何节省。有机会通过更优化的车辆和更紧凑的车辆间距来增加乘客吞吐量。 Boring Company 在每个方向实现了每小时 2000 名乘客，车厢之间的间隔为 6 秒。减少间距会降低每个容量单位的资本支出。您可以构建一个点对点网络，而不是将隧道堆叠在一起以模拟地铁。使用汽车的性质允许点对点旅行，就像地下优步一样，大大减少了客户的旅行时间。火车需要大型车站。它们使用大量的地表土地，或者掩埋起来非常昂贵。循环站的成本非常便宜，您可以将它们放置在任意数量的理想位置旁边。 The Boring Company (TBC) 赢得 LVCC 合同后，它意识到拉斯维加斯可能是证明其技术的完美场所。 TBC 发布了将整个地带从机场连接到拉斯维加斯市中心的计划。拉斯维加斯有几个优势：

通行权归市和县所有，对环境影响研究的要求有限。政府有动力改善交通。赌场集团拥有大部分私人土地，并愿意支付车站的费用。沿着地带，很大一部分旅行发生在出租车上。因此，付费司机或隧道系统绑定的汽车将具有竞争力，而无需完全自动驾驶汽车。隧道允许拉斯维加斯环路从小处开始。 TBC 将从会议中心隧道到附近的名胜世界赌场，并建造另一个到安可。这些隧道将是 Prufrock 挖掘的第一条生产隧道。弗吉尼亚州最近批准了一项耗资 5.95 亿美元的项目，在 I-95 公路内增加两条 10 英里可逆快车道。如果我们拿出方便的 Boring Company 计算器，20 英里长的隧道的成本在 230 到 3.4 亿美元之间。入口不必在 I-95 上。该项目不是国家资助的。一家私人公司将建造它并通过收取通行费来收回投资。隧道可以在不使用征用域的情况下进一步扩大 I-95 走廊的容量，零交通中断，纳税人零成本，并且成本可能比我们使用 Prufrock 一年前的估计便宜得多。通勤者非常重视他们的时间，他们会支付足够高的通行费，以证明一个 5.95 亿美元的项目是合理的。以可能是价格的 1/4 的价格添加相同的增量容量是一个经典的明智之举。批评的一个例子是西弗吉尼亚大学个人快速交通 (PRT) 项目。规划人员设想 WVU PRT 将乘客直接带到目的地。该项目最终有五个站点，并且预算超支。在高峰需求时，有轨电车会像火车一样运行预定路线以增加容量。土地可用性、高资本支出和票价不包括运营成本的限制使其成为一个合理的权衡。

对于由用户票价资助的廉价隧道，同样的逻辑不一定适用。隧道建设者将不断增加容量，直到客户支付快递服务的意愿得到满足。如果北弗吉尼亚的两条快车道有任何迹象，那么在许多地区，这种需求是极端的。效率与运营成本息息相关。请记住，火车的燃油效率优势来自滚动阻力的降低。旅客列车车厢内大部分是空气，而不是煤或铁矿石，这削弱了这一优势。电动汽车的效率比汽油汽车高很多倍。与典型的火车相比，Model 3 的燃油效率要高得多。理论效率最高的模式是电动公交车。公共汽车在平均效率上的得分很差，因为它们经常空着。但如果你只为付费客户建造隧道，那些买不起的人呢？首先，普通道路将减少拥堵。其次，交通技术的选择是基于流行度，而不是实用性。对于美国的大多数城镇，快速公交 (BRT)、受保护的自行车道和一些小型专业服务可以解决访问问题。 BRT 拥有地铁的吞吐量，而资本和运营成本只是其中的一小部分。自行车道将低密度路线连接到 BRT。小而专业的服务照顾 ADA 客户。 BRT 不像普通巴士。在像地铁站这样配置的站点提前支付车费。 BRT 线路有专用车道和红绿灯同步以保持速度。每个人都可以以最低的总体成本快速运输。让需要快速服务的人进入隧道，可以更轻松地提供 BRT 和自行车道基础设施。由于需要有争议的地面通行权和高资本成本，火车和地铁是政治足球。政客们总是希望为他们的选民提供更多的车站，从而提高成本并降低平均速度 票价很少支付运营费用，更不用说资本改进了。几乎每个美国运输机构的运营费用都在 10% 到 60% 之间。 Amtrak 是财政领先者，覆盖率达 95%，包括来自各州的合作伙伴付款。

绝大多数土地所有者不需要提供对他们土地的使用权，也不需要以任何方式干扰他们的土地。隧道可以在类似于光纤电缆的现有通行权下进行，无需挖沟！电动滑板车、电动自行车、气垫板和其他轻型电动汽车在过去几年里已经起飞。您知道一辆 Model 3 的电池可以为数百辆电动自行车供电吗？或者自行车道的吞吐量是汽车车道的 5 倍？这些以微型交通工具而广为人知的车辆既整洁又有趣。许多人会选择乘坐它们。但它们的时速也低于 30 MPH。速度限制了实际的旅行范围和机会。这就是汽车和微型交通需要竞争而不是强制的原因。免费停车？坏的。拆除所有停车场并禁止汽车？也不好。汽车造成的交通拥堵对社会是不利的。允许收费隧道扩大交通容量是有利于增长和扩大人类范围的。将汽车从城市中移除并迫使人们使用微型交通工具和有限的交通选择是一种退化的形式。我们可以建造更多的电池、更多的汽车和更多的隧道。人类会因此而过得更好。 2013 年，Elon Musk 发布了一个名为 Hyperloop 的高速旅行概念。豆荚在城市对之间的管道中以 700 MPH 的速度行驶。提议的第一条路线是在洛杉矶和旧金山之间，行程时间为 30 分钟。该系统的成本仅为拟建高铁项目的 1/10，而该项目的行程时间是其五倍。收支平衡所需的票价成本为 20 美元。 Hyperloop 通过降低管内的气压和阻力来实现这一速度。个别车辆不使用轮子。它们使用压缩空气轴承或像磁悬浮列车一样悬浮。这种降低的阻力意味着一旦吊舱加速，它只需要每 70 英里加速一次。不到 1% 的轨道需要第三条轨道。运营成本低，因为每乘客英里的能源低于火车、飞机或汽车。

最初的提议假设了一个高架管。廉价的隧道技术改变了数学。隧道设计提供了一个大直径，减少了车辆的技术挑战，减少了表面冲击，并消除了地震风险。在 60 亿美元的项目总成本中，物理管道和塔架建设成本为 38 亿美元。由于 Hyperloop 的性质，隧道比当前的 Loop 隧道简单得多。成本估算将使用裸隧道成本。我们使用 Godot+ 的一年前估计为 4.3 至 62 亿美元。甚至过去的隧道成本也能与高铁竞争。 SpaceX 在其加州总部外建造了一个一公里长的试管。 2015-201年举办的Hyperloop大赛有数千支高校团队报名......