如何评价纽约大都会运输署（MTA）及纽约地铁？ 第1页

除了乘坐体验之外，能否从运营组织方式讲一讲

纽约地铁由两个限界不同的系统构成，A系统，即数字编号的运行线（注意！网运分离）使用的线路，原来由私铁IRT运营；B系统，即字母编号运行线使用的线路，原来分别由私铁BM(R)T和公营的IND运营。20世纪30年代，纽约市政府利用政治手段迫使IRT和BMT濒临破产，进而将两家私铁所有的线路收入囊中。自此，整个纽约地铁网络便维持公营至今。

讨论运营组织方式就不能不提移动装备。相比于国内城市轨道交通普遍使用的A型车、B型车，纽约地铁所使用的车辆车体比较小：

限界较小的A系统使用的列车，车体长度一般为15.5m，宽度一般为2.6m——自古（有IRT）以来便是如此，没怎么改变过。

限界较大的B系统情况稍微复杂一些，在BM(R)T还存在的时代，BM(R)T使用的车体制式比较混乱。纽约市政府收购BMT之后，由于其限界与公营的IND系统限界相近，两者所使用的列车制式也得到了一定程度的统一，也就是18.5m长，3m宽。但在20世纪70年代-90年代，纽约地铁B系统曾先后引进了四种车体长度为22.5m的列车——R44、R46、R68和R68A；由于长车体列车通过小半径曲线性能不佳，车门数量减少导致乘降效率下降等多方面因素，到了世纪之交的时候，纽约地铁B系统的新车长度恢复至18.5m。

在动力方面，纽约地铁列车自古以来就是动力分散型电动车组（电力动分），而且是动分里最最极端的那一种——没有拖车，只有动力车的“纯”动分。在那个牵引电机尚待发展的年代，纽约地铁列车不仅每一节车都是动力车，而且每一根轴都是动轴！（因此，纽约地铁列车可以以两节为单位，任意编组。）整个20世纪后半叶，纽约地铁两个系统所使用的列车，每一根车轴都可以输出75-85kW的轮周功率。这种情况一直持续到世纪之交。随着交流牵引技术的成熟完善，1990年以后纽约地铁的新车（统称为新技术列车，RTT）皆采用交流电机，轮周功率随之提高至110kW左右。

故这些新车虽然仍然没有拖车，但不再使用全动轴的设计了。一般而言，这些新车带司机室的动力车（A车）所有轴全为动轴，不带司机室的动力车（B车）一半动轴一半拖轴。即便如此，动拖比仍然在1:1以上，总轮周功率则和之前直流电机、全动轴时相近。

较短的车体长度和高度分散化的动力配置，外加不锈钢的轻量化车体的使用（空车轴重普遍在8-10t左右），赋予了纽约地铁列车极度良好的牵引/制动性能。纽约第一条地铁所使用的列车的起动加速度就已经达到了2km/h/s；自上世纪中叶以来，所有纽约地铁列车均具备4km/h/s的起动加速度，4.8km/h/s的最大常用制动减速度^[1]，以及5.1km/h/s的紧急制动减速度。相较而言，上海地铁于1998年投用的AC01型电动车组，紧急制动减速度为4.7km/h/s，还不如纽约地铁列车最大常用制动的减速度。因此，有知友说纽约地铁每一次制动都像紧急制动，所言并不虚：

尽管车体长度比较短，但是纽约地铁的站台长度并不短，因此可以通过增加编组来解决每节车体定员不足的问题。A系统除法拉盛线和短驳线以外，走行所有其它线路的列车通常编10节，也就是155m，法拉盛线编11节，相当于170m；B系统除短驳线和不经过曼岛的跨城线（仅G运行线利用）之外，22.5m长的旧车（见上文说明）可编8节，18.5m长的标准车型可编10节，相当于180m。后者已接近我国城市轨道交通A型车编8节时（8A）的长度。

说完了移动设备，再说一下纽约地铁的信号系统。如果不考虑原有大铁/通勤大铁线改造为地铁线的情况，我们可以说纽约地铁始建于1904年。因此纽约地铁的信号系统有着那个时代的深深的烙印。在那个年代，铁路信号的涵义依然遵循英国的传统，以显示线路信息为主；三显示自动闭塞仍然是主流。纽约地铁使用的就是这样的三显示自动闭塞系统。

最基本地，以色灯信号为例，区间通过信号机有一个灯头，显示一个绿灯-行进；显示一个黄灯-注意运行，下一架信号机显示红灯；显示一个红灯-停车。进出站信号机有两个灯头，显示双绿灯-行进，道岔开向直向；绿黄灯-行进，道岔开向侧向；黄绿灯-注意运行，道岔开向直向，直向通过道岔下一架信号机显示红灯；双黄灯-注意运行，道岔开向侧向，侧向越过道岔后下一架信号机显示红灯；双红灯-停车。

但与当时美国的大铁不同的是，纽约地铁的自动闭塞分区长度异常地短，通常只有300m，在A系统中的部分线路，这个长度甚至不足300m——与当时大铁自闭区间动辄两英里甚至更长的闭塞分区长度形成了极为鲜明的对比。短小的闭塞分区降低了固定闭塞带来的影响，使得列车的制动能力能够得以充分地发挥。

这种短闭塞分区的设计，加上纽约地铁列车良好的制动性能，对现在纽约地铁运营的现状有着深远的影响。今日，在纽约地铁部分较繁忙的线路上——例如A系统的莱克辛顿大道线，第二大道线开通前曼岛上东城唯一的地铁线——即便受到固定闭塞的束缚，早晚高峰时运行图依然是按照2分钟的追踪间隔排的，相当于每小时30对车。

但这并不是故事的全部——因为纵向穿越曼哈顿中城的五条地铁线在建造之时就全部是双复线，莱克辛顿大道线也不例外。因此，在早高峰时，单向通过能力实际上是30再乘以2=60对/小时。在复线区间，包括国内21世纪以来全部新建的地铁线，即使用上了移动闭塞，极限通过能力也只是区区40对/小时，而已。这就是纽约地铁虽然老旧经常故障，却依然能发挥其重要作用的根本原因。^[2]

当然这种现状的另一面即是，换上先进的、基于CBTC的移动闭塞之后，纽约地铁的通过能力的提升也非常有限。CBTC相关的问题，将于后文介绍。

回到信号的问题。今天我们所了解的铁路信号系统不仅仅是单独的信号系统，它还能够通过“获取列车位置-显示信号/提供授权-控制列车运行”，进行闭环控制。可是纽约地铁的信号系统却没有办法进行这样的闭环控制，因为其所依赖的关键一环在1904年并没有发明出来——电码式轨道电路（coded track circuit）。轨道电路不发码，列车自然就不知道当前所处区间的信号，控车自然也就是无稽之谈。因此，纽约地铁在整整一个世纪的时间里，都没有机车信号，都要靠司机的眼睛、大脑和双手，担负起部分保障行车安全的关键职责。

之所以我说是“部分”，是因为纽约地铁的信号系统并非什么都干不了。早在机车信号发明之前，就有一种“基本”的防冒进红灯的装置——停车器（train stop）。这种装置发轫于19世纪80年代，成型于19/20世纪之交时——当时联合道岔和信号公司（US&S）发明了一种与信号机电气联动、实用可靠的停车器，并为之申请了专利。在纽约地铁开工建造之时，这种实用的停车器可是只有3岁的“黑科技”，又有在另一城轨项目——波士顿高架铁路项目中的实战经验，因而被顺理成章地安装在纽约地铁的每一个角落，至今依然在使用。

停车器的原理并不复杂，就是设置在轨旁的一根连接继电器的杠杆（称为拦车臂，trip arm），而继电器又与信号机/轨道电路电气连通。当信号开放时，继电器得电，杠杆落下不起作用；当信号不开放时，继电器失电，杠杆在重力和/或弹簧牵引下升起。此时如列车冒进信号机，升起的杠杆就会打碎列车下方紧急制动风管的排风阀，风管连通大气，触发全列紧急制动。

至于为何风管通大气会触发紧急制动，请参看这篇回答：

在纽约地铁上，停车器通常设置于受保护的区间前方——由于良好的制动能力，紧急制动距离并不长。因此如果司机之前严格遵守线路限速，停车器工作又正常的话，列车冒进红灯引发事故的概率很小。

这里我作了一个假设“如果司机严格遵守线路限速”。问题是怎么保证司机遵守线路限速呢？没有办法连续监控列车速度，万无一失的超速防护终究是不可能的。纽约地铁做的，则是选择性地防护个别重点限速路段。为此，它把停车器这个简单的小东西玩出花来了。在纽约地铁的信号系统中，有一类特殊的信号机——定时信号机。其原理在于，当列车通过某一架信号机时，地面设备上的一个定时器开始工作，此时前方信号机显示红灯，拦车臂翘起；当定时时间到后，信号自动开放，拦车臂落下。毕竟，定时器只需要一个RC电路就可以实现，这完全在1904年的科技范围之内嘛。如果我们假定列车作匀速率运动，则只要设定定时的时间长于相邻信号机的距离除以限速，就可以“保证”列车不超速，否则会被拦车臂触发惩罚制动。为了避免司机被惩罚制动搞毛，纽约地铁又把定时信号机细分为一次尝试（one-shot）定时信号机和二次尝试（two-shots）定时信号机；对于限速低、长度短的限速点，比如小半径曲线，通常使用一次尝试定时信号，司机只有一次机会，如果通过相邻两架信号机的时间不够长，立刻惩罚制动；对于限速高，长度长的限速点，例如长大坡道，通常使用二次尝试定时信号，司机有两次机会，用完才惩罚制动。

等等，谁又保证列车必须作匀速率运动了？高速公路上在监控之前减速，在监控之间飙车的司机还少么？还是之前说的，做不到实时监控车速，就没办法实现绝对安全的超速防护。

下面的逻辑就更加有趣了：停车器能正常工作，前提是列车遵守每一个限速；为了保证列车不超速，纽约地铁使用停车器执行限速——等等，如果列车严重超速，那用停车器还有什么用啊！

1991年4月28日，纽约地铁4号运行线的列车超速通过14街-联合广场站，引起列车脱线，酿成惨剧。讽刺的是，当时车站内的定时信号机和停车器工作正常，只因列车车速实在太快，停车器正常动作也无济于事。

更糟糕的是，停车器本身并不是完全故障导向安全的啊——如果杠杆断掉或卡住了，或者被撞歪打不到紧急阀，它将失去拦车的能力。1995年6月5日的清晨，纽约地铁J运行线的列车在威廉斯堡大桥上追尾M运行线的列车，再度酿成惨剧。事后调查表明当时J运行线列车的司机冒进红灯，而停车器由于机械故障并未动作拦停列车：

20世纪90年代，在一连串的事故过后，纽约地铁采取了“降速”这样的消极应对策略；与此同时，纽约地铁也开始着手对信号系统进行一些整改，例如，增设计轴器，监控列车的瞬时速率（而不是像过去定时信号那样，监控列车的平均速率），并与停车器联动——但这依然没用啊，除非把计轴器装满整条轨道。万幸的是，纽约地铁在采取这些消极、或积极但无甚用处的应对（付）策略之余，也下定决心准备开展一项宏伟的计划——利用CBTC升级整个纽约地铁的信号系统，彻底解决开环控制留下的安全隐患，目前已有两条线完成改造（B系统的喀纳斯尔线、A系统的法拉盛线），其它线路的改造正在进行中。

比起其它城市轨道交通系统出于显著提升效率而拥抱CBTC，纽约地铁CBTC化的主要推动力不是效率，而是安全性和可靠性，这一点很值得注意。另一方面，CBTC化也未必能对纽约地铁的效率带来多大的改善，除了上文提及的原有系统已经足够高效的事实之外，还因为存在其它制约线路通过能力的因素。试举两例：

其一是线路所的通过能力。纽约地铁和我国大多数地铁系统相比，有一个很大的不同之处，即网运分离，在同一线网内大量开行跨线车。此种做法在提高路网灵活性的同时，也增设了用以交汇线路的线路所（见附图）。不幸的是，由于建设标准的缘故，其中有相当一部分是平面疏解，本来在区间互不干扰的复线，在这种线路所里就因为敌对进路的缘故而交叉干扰。另一方面，即使采用不存在敌对进路问题的立体疏解，跨线车的运营本身就是个挑战，因为一条线路的晚点会通过跨线车放大到整个系统之中。

其二是线路上的永久限速点，纽约地铁由于土建标准较低，存在相当多的小半径曲线、大坡道，以及随之而来的永久限速点。列车通过限速点时的加减速拉大了追踪间隔。

附图：以下是纽约地铁全线的图纸，出自流出来的内部文件^[3]。

参考

1. ^ https://onlinelibrary.wiley.com/doi/pdf/10.1002/er.4440020204
2. ^ https://ieeexplore.ieee.org/stamp/stamp.jsp?tp=&arnumber=6432029
3. ^ http://web.archive.org/web/20200423044048/https://www.redoveryellow.com/position-light/Blog/NYCTA_Schematic-Track+Interlocking-Diagrams-2019.pdf