施仲衡院士近照。杨海/摄

北京地铁开工典礼。资料图片

北京地铁一期工程正在铺轨。资料图片

如果要用最简单的元素来展示一座城市的庞大，地铁线路图一定是最恰当的选择之一。这些纵横交织的线条，不仅铺开了整座城市的地理空间，也承载着每天数以百万计的城市人口流动。

不同于置身城市中央，仰望周围那些令人眩晕的建筑塔尖，或者乘坐夜间航班飞抵城市，透过舷窗看到的璀璨夜景，地铁延伸出的巨大地下空间很难被直观且全面地感受到。但只要走进任何一处地铁入口，人们就会进入一个庞大的系统。在幽暗的隧道里，白光快速闪过，距离失去了参照物。人们再次回到地面时，已经身处城市的另一端，时空仿佛被压缩了一般。

很多时候，地铁作为一种交通工具，已经成为现代都市的一个经典意象。行驶在轨道上的列车是整个城市系统，和生活在这个系统里的每一个个体，日复一日有序运转的隐喻。

1863年世界上第一条地铁线在伦敦开通，这个几乎与电气时代同时到来的工业产物，直到近一个世纪后，才在中国被提上日程——1958年，当时的铁道部成立地下铁道工程局，并组建了设计处，中国的第一条地铁正式进入实质性设计阶段。

那时，不少设计处的“专业人员”都是刚刚从各地工程院校毕业的大学生，对他们来说，“地铁”还是个陌生的名词。60年后，这些学生的名字已经以一种荣耀的方式，写进了中国地铁发展史。而截至2018年6月，我国城市轨道交通的投入运营总里程已经超过5000公里，成为世界之最，几乎相当于美国和欧洲的总和。

这个庞大系统的扩张过程同样难以被人感知：不管是车水马龙的街道，还是静悄悄的广场，在距离它们几十米的地下，轰鸣的机器可能正在向前一寸寸掘进，地铁正像树木根茎一样悄无声息地生长。

从1号线开始

在北京，每天都有超过120万人次乘坐地铁1号线。这条沿长安街铺设的地下动脉，穿过市中心几个最著名的商区，是世界上最繁忙的地铁线路之一。

对于每天进出1号线的乘客来说，在两种截然不同的场景间来回切换，已经成为一种日常：地上是现代的北京，高层写字楼的玻璃幕墙反射着阳光，大型商场外的巨屏上轮番播放着炫目的广告，处处都是商业和消费的气息。

地下则是一个“过时”的北京，从踏上地铁站的第一个台阶开始，身边的细节就不断向人们传递这项工程的违和感：木质的楼梯扶手，美术水磨石地砖，光线暗淡的站厅……这些上世纪60年代常见的装饰风格，总会让人产生一种穿越的错觉。

81岁的王新杰也会时常出现在这条“老态”的地铁里，那些旧物件反而会让他觉得亲切。他说自己喜欢坐地铁，甚至只要走进地下，他就会感到愉悦。

60年前，他还是北京铁道学院（现北京交通大学前身）的一名大三学生，“为国家修一条铁路”是他“最豪迈的梦想”。在铁道概论课上，他第一次听到“地下铁道”这个名词。当时这个连隧道都没见过的年轻人，得知火车还能在城市地下行驶时，只觉得“神奇”。

他那时不曾想过，这种“神奇”的工程会成为自己一辈子的事业。1961年，大学毕业的王新杰被分配到北京地铁工程局设计处，作为一名技术员参与了中国第一条地铁——北京地铁一期工程的前期工作。40年后，他离开工作岗位时，身份已经是北京市城建设计研究院（北京城建设计发展集团的前身）的院长。

事实上，修建地铁的计划在新中国成立不久就出现在了政府文件里。1953年，一份名为《改建与扩建北京市规划草案要点》的报告提到：“为了提供城市居民以最便利、最经济的交通工具，特别是为了适应国防的需要，必须及早筹划地下铁道的建设。”

“在当时的国际形势下，地铁的定位是‘战备为主，兼顾交通’。”王新杰回忆，自己上大学时，北京的大街上都看不到几辆车，“交通问题还没到必须用地铁来解决的程度”。

作为大型地下工程，地铁在二战时把战备功能发挥到了极致。伦敦和莫斯科的地铁站曾分别作为两个国家的临时最高指挥部，丘吉尔和斯大林在各自首都的地铁站里指挥作战，最终成功抵御了德军的进攻。

在莫斯科保卫战期间，地铁“马雅科夫斯基站”还成为市民躲避德军轰炸的庇护所，207名婴儿在听不到炮火声的地铁站内出生。一位俄国作家这样形容战时的莫斯科地铁：“那时候,带红色‘M’标志的地铁成为人们温暖、安全、慰藉的象征。”

为了做好战备防护功能，当年有不少全国稀缺的设备都被调来支援北京地铁的设计试验。上海的全国唯一一台万吨水压机、攀枝花某重点工程刚从瑞士进口的水泥喷射机，都被特批供北京地铁使用。

设计团队还去了杭州、武汉做通风试验，在某基地做防原子弹爆炸实验，去海军潜艇考察防水技术。曾参与过北京地铁一期工程、已故的中国工程院院士王梦恕在一次接受采访时说，北京地铁在两个车站间安装了从潜艇上学来的密封门，几十年来，1号线没发生过一次漏水事故。

早在人类文明出现之前，洞穴就成为人们躲避危险的天然庇护所。几百万年过后，人们又回到原点，享受着深厚土层隔绝出来的安宁。

在北京，十几米经过加固的土层，隔离出两个世界。不管外面狂风暴雨、天昏地暗，又或者酷热严寒，地铁站里永远保持在24摄氏度，也永远只有不断循环的广播和列车进出站的声音。

深埋？浅埋？

最初筹建北京地铁时，摆在决策者面前的几乎是一张白纸。国内没有一个专业的地铁人才，甚至连听说过地铁的人也是少数。

1954年，国家选拔了一批留学生去苏联学习。中国工程院院士施仲衡当时还是唐山铁道学院（现西南交通大学前身）的一名助教，他刚从朝鲜战场修建机场回国，就接到学校通知，要他参加留苏考试，准备去苏联“学习地下铁路建设技术”。

“火车跑了七天七夜才到莫斯科，我被分配到莫斯科铁道运输工程学院（现名国立莫斯科交通大学），成为中国出国学习地铁专业的第一人。”86岁高龄的施仲衡院士向中国青年报记者回忆道。

他还记得自己第一次看到地铁时的场景：站在自动扶梯上不断向地表深处前行，到达通道尽头后豁然开朗，眼前是宽阔明亮的站厅，“让人觉得自己很渺小”。“我当时很震撼，没法想象那么深的地下能有这样的建筑。”

那时正赶上莫斯科下班高峰，地铁站里全是人，但是列车一辆接一辆“刷刷”地进站出站，所以站台并不拥挤。对25岁的施仲衡来说，那是他从没见过的现代都市的样子。

“我当时就想，我一定要把这样的技术学好带回国，让中国也有这样的地铁。”在办公室，气息已经不太均匀的施仲衡忽然语气坚定，他国家培养自己免费上大学、出国，自己就要把一切回报给祖国，“这就是我们那个年代最朴素的价值观”。

留苏期间，国内组织了一个代表团，由当时的铁道部副部长带队去苏联考察地铁。因为涉及的专业名词太多，施仲衡被选中成为随团翻译。

那时正值中苏关系蜜月期，苏方为了保证翻译效果，提前把地铁具体设备、设计原则、参数、结构构造、设计规范等内容“毫无保留地”向施仲衡说明。莫斯科地铁工程局局长甚至把莫斯科地铁一、二期的设计图册送给了他。

随团翻译的5个月里，施仲衡每天晚上回到住处，第一件事就是把白天听到、看到的信息整理记录下来，有时要趴在桌子上忙通宵。那时他没有想到，这些上千页全部由钢笔手写、绘制的资料，在后来北京地铁建设中起到了“至关重要”的作用。

回国后，施仲衡继续回校任教，并担任北京地铁工程局的顾问。当时北京地铁已经决定参考苏联经验，采用“深埋”方案，把地铁线路埋在30~60米的地下。

根据北京的地质水文特征，如果深埋，地铁必须穿过风化破碎的岩层，到达不透水的黏土层，那意味着很大一部分线路的埋深将要超过100米。

当时北京地下水水位很高，施工队在木樨地和公主坟打了两个百米竖井做试验，发现地面两米以下就有水。

“那水大到什么程度？每24小时就有200立方米的水渗出，而且水压很大。”参与过这次竖井开挖的王梦恕曾在接受采访时回忆。

施仲衡清楚，以当时的技术水平，深层地下承压水无法处理，而且如果发生核爆，车站立柱很难承受100米厚土层的压力，后果将不堪设想。另一方面，深埋地铁当时每公里造价要1亿元，总造价超过30亿元，而当年全国的国民生产总值才刚刚超过1400亿元。

他把这些意见写成了20页的报告，交给了领导。当时正值“反右”期间，领导告诉他“这是反对中央决定，很危险”，要他不要再向任何人提起。

“这不仅关系到技术和投资问题，还关系到以后运营和灾难逃生的问题，我必须反映。”施仲衡坚持自己的意见，报告最终交给了当时主管地铁工程的中央军委领导。

1960年2月，施仲衡忽然接到电话，要他马上赶到西郊机场。一架军用运输机正在那里等待他，目的地是广州。

那是他第一次坐飞机，到广州后他才知道，自己要协助地铁工程局向中央军委汇报地铁“深埋”方案存在的问题。

时任铁道第三勘察设计院地铁处总工程师的谢仁德参加了那次广州会议，据他回忆，回北京后，一位中央领导亲自来到木樨地120米深的竖井下，体验施工难度。

3个月后，施仲衡接到通知，北京地铁一期工程由“深埋”方案，改为“浅埋加防护”方案。

随后，当时上海、广州和沈阳地铁已经确定的深埋方案，也都跟着北京改为了浅埋。没有人能够预料，在那个很多工程都在“大跃进”的年代，如果按照深埋方案，中国地铁将会是一个怎么样的未来。

从“一圈一线”到“电路板”

只不过，当初施仲衡等人极力反对的地铁深埋方案，如今已经不得不广泛应用在大城市地铁施工上。北京最新修建的地铁埋深已经超过40米，重庆轨道交通10号线红土地站甚至设在94米的地下，相当于31层楼高。

人们似乎习惯了把不断刷新的建筑高度，当作一种衡量城市发展的标尺，却往往忽略了，在看不到的地下，城市也从未停止过向深处生长。

与地上相比，地下意味着更多未知。地下空间开发需要面对更复杂的工程环境，也需要更高的造价。

“因为地铁线路对坡度严格限制，新建地铁线一般都要下穿既有线路，所以地铁就越挖越深。”叶轩是北京城建设计发展集团的设计师，平日的主要工作就是规划地铁线路走向。

现在叶轩不得不面临一个尴尬的境地：在大都市，不仅是地上空间越来越紧张，地下空间同样如此。他发现，地下早已不是可以随意掘进的处女地。

“由于地铁运行会造成地面沉降和振动，在线路规划时，往往要考虑对文物单位和科研院所的影响。”叶轩告诉记者。

西安地铁2号线沿城市中轴线由北向南，穿过钟楼时选择了以600米的半径绕开古建筑。北京地铁6号线一期工程最初的规划方案，因为穿过皇城，并且临近故宫，西段整体向北平移了1.5公里。15号线原本计划下穿清华大学校园，但因为振动会对精密仪器造成影响，不得不修改路线，最终未能与4号线实现换乘。

另一方面，高层建筑的基桩能达到六七十米深，很多大城市的地下已经形成了一个‘基桩森林’，国内地铁施工时经常会遇到基桩挡路的问题。“很多时候，地铁只能让道，或者继续深挖”。

在很长一段时间内，城市发展的速度都远远超出了规划者的预测。“地下只能跟着地上走”，有时已经规划好的线路在实际施工时不得不面临改线，甚至取消的处境。

60年前，还在上大学的王新杰无法想象，当时不到300万常驻人口的北京，现在已经接近2200万人。城市版图也从二环，扩张到六环。那时他以为不需要地铁的北京交通，现在每天都在呼唤更多的地铁线。

事实上，地铁发展跟着全国城市化的提速，在2000年后才开始爆发。从1981年地铁二期工程（现2号线）竣工，到1992年复八线（现1号线复兴门-四惠东）开工，这11年间全国没有再新建任何一条地铁。

那时，曾经的北京地铁工程局设计处已经发展为一家部队单位，恰逢改革开放后转制改革，单位拿到全国第一张设计证书“设证字001号”，成为国内第一家企业制的设计院。

“虽然要我们自负盈亏，全国都没有地铁项目，但我们还是保留了一个70人左右的地铁研究团队。”王新杰说那是单位最艰难的时期，为了企业生存，设计院开始承接各种地上工程，“小区、工厂，啥都做”。

“地铁是我们的主业，而且我们也相信城市早晚还是要发展地铁，中国也不能没有地铁人才。”王新杰回忆那段“地上养地下”的历程，“地上挣的钱拿来给地下做研究”。

他记得那时他带着团队去各大城市“推销”地铁规划，甚至免费提供方案，但市长*们根本不买账。“领导们想的都是怎么搞经济，有修地铁这么大的投资，他们能盖多少厂房，建多少发电厂？”

整个上世纪90年代，全国只有北上广3座城市新建了4条地铁。地上却在疯狂扩张：上海开发了浦东新区，广州和佛山几乎连成了一座城市。

2000年后，人口更加向城市聚集，北京的机动车保有量从2000年的157万辆，上升到2017年的564万辆。马路越修越宽，但车辆却越行越慢。这个时候，地铁成了大城市交通问题的最终解决方案。

北京几乎一年开通一条新线，只用了不到15年时间，地铁线路图就从“一圈一线”变成了现在的“电路板”，16号线每公里造价达到了12亿元。上海同时申报9条线，工程预算600多亿元，相当于新建一个三峡工程。广州为了赶上地铁的运营日期，租用俄罗斯的运输机把一列地铁车厢从德国空运过来。

那些当初拒绝上门推销地铁的城市，早已把地铁作为“头号工程”建设。城市主政者们很容易看到：人流沿着地铁向城市边缘延伸，房价也因为地铁的开通翻了几番，荒地逐渐变成新区。

2分05秒

在北京，2017年共有38.7亿人次乘坐地铁，而同年全国铁路客运总运量是30.4亿。这意味着，北京685公里的轨道上，平均每天都有超过1000万人在流动。

如果把北京地铁看做一个密集的水管网络，不断涌入地铁的人群就像灌入这个网络里的水流。地铁运营公司的工作，就是保证水管在承受极限压力的情况下，能够顺畅流通，避免丝毫差错。

为了保证这个庞大网络的正常运行，不少北京地铁运营公司员工的工作时间都按秒来计算。

“只要有列车慢了超过3秒钟，调度中心马上会打电话提醒司机，让他提速。”北京地铁运营有限公司运营管理服务部的刘旭告诉记者，“一趟车慢了3秒钟，整条轨道上的车辆都要跟着减速，加一起可能就晚了不止1分钟。”

在北京地铁1号线，1分钟意味着有超过1100人上不了车。这些人挤压在各个站台，是地铁运营部门最不愿看到的危险状况之一。

北京地铁的行车调度系统具备列车晚点自动报警功能，但是列车只有晚点达到45秒才会触发报警，同时晚点车辆在系统大屏幕上的标识就会从白色变成红色。

“实际运行中，我们不可能等到晚点45秒再去处理。我们3~4个人负责一条线，每天早晚高峰时就目不转睛地盯着大屏幕，每人分好区间，看着不断移动的车辆，列车出现晚点趋势，马上通过调度指挥系统调整列车运行。”北京地铁运营有限公司指挥调度中心顾御坤告诉记者，“北京地铁只要有列车偏离运行图超过30秒钟，行车调度会启动联动调整措施，防止列车晚点及对后续列车的影响。”

1981年北京地铁一期工程正式对外运营时，全年的客流量是6000多万人次，仅相当于现在1号线一个星期的客流量。对运营部门来说，面对增长了几十倍的客流量，能做的只有增加列车和缩短列车运行间隔。

1号线最初开通运营时，列车的最小运行间隔时间是14分钟。那时信号都是人工控制，两站之间只能跑一辆列车，站间调度要通过电话通知下一站。

2011年，旧信号系统经过数次升级，性能空间逐渐被榨干。1号线在高峰时段运行间隔达到2分05秒，成为世界上效率最高的地铁线路之一。

2分05秒指的是前后车在站台同一位置启动的间隔时间。除去列车进站和停靠的时间，对乘客来说，最直观的感受是前车还没走，后车就要进站。

就算这样的运行效率，仍然赶不上人流涌向地铁站的速度。2012年，1号线再次启动信号系统改造。这一次，全线换上了世界上最先进的CBTC系统（移动闭塞）——后车以前车的车尾为追踪点保持极限安全距离行驶，最大限度缩短运行间隔。

改造工程一直持续3年。工作人员只能在每天零点地铁运营结束，线路断电后戴着矿灯进入隧道，开始测量、调试。

为了保证清晨5点半列车会准时出现在始发站的站台，司机在凌晨3点半就要进入车辆段，进行发车前的各种准备工作。每天留给信号改造人员的时间只有午夜的3个半小时。

2015年，连续3年颠倒黑白的工作结束后，信号系统成功升级，1号线发车间隔缩短了5秒。这意味着，每天1号线可以多拉5万人，或者原本挤到无法动弹的车厢，可以让人们腾出拿出手机的空间。

“CBTC系统的设计间隔时间是90秒，这是在列车在不拉乘客情况下的理论追踪数值，实际运营时中无法实现。”顾御坤告诉记者。

北京轨道交通指挥中心的一位负责人曾向媒体透露，世界上只有莫斯科地铁的运行间隔能进入两分钟以内，“但是他们起步和制动会很急，明显有向前倾和向后仰的感觉。”

要实现2分钟的极限运行间隔，除了把硬件以“最高频率”运行外，还要在运营组织上“想辙”。早高峰期间，列车到达终点站后要马上折返运行，留给司机的时间往往只有30~40秒钟。

为了保证运行间隔，运营部门在部分繁忙线路安排了“折返司机”，提前在终点站站台等候。列车进站后，他们要马上上车替换“正司机”把车开到对面逆向线路上，“正司机”利用空档顺着列车车厢从车头跑到车尾的驾驶室，完成调头，驾车返程。

有些车站甚至还安排了开关驾驶室车门的员工，他们每天的任务就是迅速开关上百趟列的车门，为列车折返抢时间。

“每一次缩短只有几秒的运行间隔，对我们来说，都是成倍增长的压力。”顾御坤说。

从莫斯科到北京，再到莫斯科

与白天拥挤嘈杂的地铁相比，午夜后的地铁是另外一个极端。车站里灯光灭掉大半，隧道里安静到让人发慌，走路都能听到脚步的回声。

每天列车结束运营后，一批批拎着工具箱的人走进车站，开始他们一天的工作。这些人涉及地铁的200多个工种，信号、轨道、通风、供电、闸机……北京的地铁隧道里，每天零点后就会有800多人同时忙碌，逢到大修的日子，人还会更多。

不仅在地下，很多与地铁有关的地面工作也要放在深夜。为了不影响地面交通，地铁的地质勘察团队一般选择在深夜施工。他们要沿着地铁线路钻300个40米深的孔洞，然后取土样带回实验室分析。

还有些工作根本分不清白天黑夜。现在很多地铁都使用盾构机掘进施工，这个直径能达到10米以上的庞然大物，驾驶室只有不到2平方米。

“在几十米的地下，白天和黑夜没有什么区别，周围只有巨大的噪音。只有看着仪表盘上显示距离的数字变化，才知道自己在移动。”在一部关于地铁的纪录片里，一位盾构机司机面对镜头笑着说。

这与当年北京地铁一期工程的施工场景完全不同。北京城建设计总院的前党委*柏贤华曾在上世纪70年代，去法国考察地铁盾构施工。

他还记得当时在施工现场看到的“震撼”景象：整个工地看不到几个人，盾构机过去，隧道内的衬砌直接用管片自动拼贴上。

“不像咱们国内，绑钢筋的一个挨一个，工地上搭满密密麻麻的脚手架，衬砌全部靠人工，像大会战一样。”柏贤华笑笑说。

从当时拍摄的影像里可以看到，北京地铁一期工程的工地上，很难看到大型机械。就像那个年代的许多工程一样，工人们光着膀子，戴着斗笠，拿着铁锹，身边是十几米的深沟。

后来30.5公里长的北京地铁一期工程，只用了4年时间就建成通车，比现在最先进的盾构机的掘进速度还要快。而当年北京地铁用人工做出的衬砌，柏贤华记得，“钢模板一拆，混凝土面就像镜子一样。”

事实上，准备的时间比修建的时间要漫长得多。确定为浅埋加防护方案后，1965年2月，准备了近10年的北京地铁工程最终落地，并决定在7月1日开工。当时已经被撤销的北京地铁工程局设计处恢复建制，并更名为地下铁道勘测设计处。

摆在设计处眼前的是，必须在5个月的时间内，赶制出工程需要的所有图纸。据王梦恕回忆，当时全长30.5公里的地铁，仅仅结构方面的图纸都有3万多张。

“那时的设计工具是抽拉式计算尺、手摇计算机和墨水鸭咀笔。绘制硫酸纸底图怕汗水浸湿图纸，人人都戴套袖伏案工作，不少设计人员因疲劳过度而晕倒，硬是在“七一”前夕完成了开工所需的全部图纸。”王新杰在一篇回忆文章里提及。

设计之初，这些年轻的技术人员曾遇到一个尴尬的难题：北京地铁一直是当时援助中国的苏联专家主持设计，上世纪60年代初，中苏关系破裂，撤走的苏联专家带走了绝大多数图纸。

后来，施仲衡拿出了那些他当年在莫斯科作为铁道部考察团翻译时整理出的资料，还有《苏联地下铁道设计规范》《苏联地铁防护工程设计规范》等设计图册，北京地铁一期工程的设计工作才得以继续。后来建成后的地铁，在结构、防水等方面，都留下了苏联的影子。

60年后，4台中国生产的盾构机抵达莫斯科，中国企业中标承建俄罗斯地铁。一切就像个轮回，这一次，北京城建设计发展集团承接了莫斯科地铁的部分设计工作，工程师们带着自己设计的图纸，回到中国地铁最初的起点，并在那里留下中国的印记。