十九世纪，欧洲和北美社会因大规模铁路网的建设而发生了深刻变革。但当铁路进入城市时，遇到了一个关键问题：它们不得不停下来。铁路通常不会穿城而过，而是终到城市边缘。
这部分是由于在城市地区获取土地的成本高昂。也是一个技术问题：能够让铁路在不破坏地面一切的前提下从地下穿入市中心的隧道技术尚未发明。最后，这有时也是监管问题：在伦敦等城市，铁路被禁止深入城区。
结果是，十九世纪的铁路通常终到城市建成区的边缘。一些维多利亚时代的城市网络——比如伦敦和巴黎——因此看起来像一个巨大的无辐轮子，辐条在中间并不相连。在其他情况下，线路绕城而行，然后在同一点全部进入城市，终到同一个大型车站。这种模式在德国很常见，这类车站至今仍以德语名称 Hauptbahnhof（字面意思：主站）著称。
十九世纪末，电气化和隧道技术的进步催生了一种新型铁路：现代地铁。地铁在三方面实现了巨大飞跃。首先，它们可以到达城市的任何地方。其次，地铁线路之间可以轻松互联，意味着乘客可以用网络从城市任何部分迅速到达任何其他部分——而不仅仅是从郊区到中心边缘。第三，线路不受中央终到站容量的瓶颈限制。
像伦敦滑铁卢和巴黎北站这样的市中心终到站，一直要处理复杂的城际和市郊混合列车，因此任何一趟车的延误都很容易传播到其他车次。为了防止单个小延误引发连锁反应，轨道和站台的使用率远低于理论最大值：系统只能通过保留大量冗余来平稳运行。因此，列车在终到站等待的时间比实际需要的更长，以从延误中恢复。
这反过来意味着终到站必须非常庞大，在蒸汽时代，还需要空间来调头和存放蒸汽机车及车厢。如今，巴黎北站有 28 条地面轨道，滑铁卢有 24 条。
随着铁路服务需求增长，这些终到站变得拥挤不堪。但扩建市中心终到站很少是 straightforward 的：它们通常被昂贵土地上的密集城市建筑包围，必须拆除。此外，它们通常位于高架桥或壕沟中，技术上扩建困难。久而久之，终到站容量普遍成为进出城列车数量的制约因素，限制了市郊和城际服务的频次。
相比之下，地铁可以使用小得多的终到站。典型地铁运行非常简单的服务模式：每趟车每站都停，几乎没有支线，不与任何其他服务共享轨道，因此延误的可能性大大降低。地铁列车可以在不到五分钟内完成调头，因此终到站只需要两三个站台。
二十世纪头几十年，巴黎、东京、伦敦、巴塞罗那和纽约等城市纷纷建设地铁线路。但在所有这些城市，地铁线路都是为了补充维多利亚时代的遗留网络，而非取代它们。因此，遗留网络至今仍然存在。
由于建设隧道地铁线路成本高昂，这些遗留网络往往比现代地铁更广泛。地图上方是伦敦的地铁网络（即便如此，其中也包含了一些遗留线路的部分）。下方地图显示了伦敦的全部铁路网络。几乎所有额外线路都是维多利亚时代的：前地铁时代的遗留系统实际上远大于现代地铁。
伦敦并非特例。在波士顿、费城和芝加哥，市郊铁路网络远大于地铁，巴黎、东京和柏林也是如此。少数昂贵的现代地铁线路与庞大的维多利亚遗留网络并存——这是铁路黄金时代的遗产。在英国，几乎所有城市都有维多利亚遗留网络，但只有三个城市——伦敦、格拉斯哥和纽卡斯尔——拥有明确的地铁系统。
因此，交通政策的一个圣杯一直是找到一种方法，把这些遗留线路变成类似现代地铁的系统。许多交通部门开发的解决方案被称为贯通运营（through running）。这意味着将城市两侧的市郊线路连接起来，让列车通常通过隧道穿过市中心。这条隧道不一定很长：在某些城市只需要几公里，因为其余基础设施（被隧道连接的遗留线路）已经存在。以相对较小的一段隧道为代价，大量郊区可以获得类似地铁的直达市中心服务。
贯通运营在许多地方趋同演化。本文考察了其中两个：慕尼黑和伦敦。慕尼黑的独特之处在于，利用贯通运营创建了可能是世界上相对城市规模而言最好的公交网络。伦敦的独特之处在于其遗留网络的巨大规模，源于其十九世纪的庞大体量。这意味着贯通运营为它提供了独特规模和复杂性的机遇。
对于拥有广泛维多利亚遗留网络的国家，贯通运营是现代交通政策最重要的主题之一。世界各地的许多城市都在思考如何负担得起全新地铁系统的巨额成本。但如果它们能把贯通运营做好，就不一定需要。通常，90% 的现代铁路网络已经存在了 150 年。慕尼黑和伦敦的故事展示了它们如何填补剩余的 10%，以一小部分成本创建世界领先的公交系统。
慕尼黑的贯通运营
慕尼黑可以说是世界上中等城市中拥有最好快速交通系统的城市。在慕尼黑市中心十公里范围内，有 160 万人口，由 284 个车站和 194 个有轨电车站服务，全部提供快速、高频次的服务。
慕尼黑拥有两套不同的铁路系统。U-Bahn（德语"地下铁路"的缩写）是常规地铁系统，仅服务城区。但还有 S-Bahn，这是一个贯通运营列车网络，将城市与最远 40 公里外的卫星城连接起来。
在 1960 年代建设地铁系统之前，慕尼黑有两套通勤铁路网络。一套从 Hauptbahnhof（主站）辐射而出，主站位于市中心西缘。另一套从 Ostbahnhof（东站）辐射而出，东站离中心远得多。如上所述，两者都没有到达城市核心。两站之间有（至今仍有）地面连接，但绕行很大，列车需要约十分钟才能走完直线距离 3.5 公里。它向南绕过市中心，大部分容量被前往巴伐利亚东南部和奥地利的长途列车占用。
这种"无辐轮辐条"模式很常见。在法国、英国和美国，铁路最初由相互视为竞争对手的公司建造，对共享车站毫无兴趣。纽约最终有了宾夕法尼亚车站（宾夕法尼亚铁路运营）和大中央车站（纽约中央铁路运营）。巴黎在其高峰期有八个终到站。伦敦一度有多达十五个，取决于计算方式。
即便在铁路规划更集中化的地区（包括慕尼黑），连接独立网络也充满挑战。在德国、英国、美国和法国，铁路爆炸式增长期主要发生在十九世纪中后期。这一时期，隧道技术仍处于起步阶段。铁路在地下铺设轨道的唯一方式是挖掘巨大的壕沟，在其中铺设轨道，然后覆盖——这种方法被称为"明挖回填"（cut and cover）。在城区，这既昂贵又不便：除非线路能挖在宽阔街道下方，否则未来地下线路之上的一切建筑都必须拆除。另一个同样具有破坏性和昂贵的选择是在市中心修建大型高架桥。柏林在 1882 年这样做了，因为这对于东西德之间的军事调动至关重要，但柏林是例外而非常态。
到 1920 年代，系统缺陷日益明显。慕尼黑人口在 1850 至 1930 年间增长了七倍，大部分增长集中在新建郊区。但市郊网络的容量无法轻松增加以满足不断增长的需求。如上所述，两个中央终到站是容量的关键瓶颈。人们对市郊服务无法到达市中心的不满也持续存在——有轨电车可以做到这一点，使这一事实更加显而易见。
另一方面，郊区终到站的容量限制较少，因为它们通常只处理一种服务（即单一市郊服务，而非多条市郊和城际混合）。这意味着它们每小时可以处理更多列车，而不会产生连锁延误的风险。
显而易见的解决方案是贯通运营：以一条隧道的成本，两个终到站都可以设在空间不那么稀缺的外郊区，而乘客则可以直达市中心。这在当时已被充分理解，慕尼黑因此在两次世界大战之间开始建设 S-Bahn。然而，该项目在二战爆发时被废弃，战后的满目疮痍的城市无力恢复建设。
尽管破坏规模巨大，1950 年代也是西德经济奇迹（Wirtschaftswunder）的时代：西德人均 GDP 仅用十年就恢复到战前水平，国家在 1950 年代每年建造 50 万套住房。在快速重建的环境下，慕尼黑等城市的战前交通网络变得不堪重负。慕尼黑人口从 1945 年的 55 万最低点增长到 1957 年的 100 万，1961 年每天有 11.4 万名通勤者使用市郊列车。
应对方案是慕尼黑 S-Bahn，它用一条 4.3 公里长的隧道将 12 条既有市郊支线连接起来。战后首份隧道规划于 1950 年代末完成。1963 年隧道获慕尼黑市议会批准，经过资金谈判后于 1966 年开工。同年，慕尼黑获得 1972 年奥运会举办权，为 S-Bahn 设定了硬性完工期限，最终在奥运开幕前几个月通车。
包括周边线路的相关工程在内，总成本为 9 亿德国马克，相当于 2023 年的 28 亿美元。这笔相对较小的投资 enable 了一个贯通运营列车网络——如今该网络的长度是隧道的一百倍，因为支线早已存在。
S-Bahn 最明显的好处是方便到达市中心。以前，从东郊 Erding 出发的人需要乘市郊列车到 Ostbahnhof，下车，走到站前广场，再花 15 分钟乘有轨电车完成旅程。如今，S-Bahn 直接将他们送到城市核心，且 S-Bahn 隧道有六个中心车站，意味着无需换乘即可到达市中心不同区域。
同样重要的是，S-Bahn 隧道不是作为孤立项目规划的，而是更广泛公交网络的组成部分。慕尼黑 1963 年城市发展计划设想将 S-Bahn 与 U-Bahn 地铁系统整合为单一网络。市中心下方将有五条干线，其中四条作为 U-Bahn 运营，一条是 S-Bahn 隧道。
今天的 S-Bahn 和 U-Bahn 网络与 1963 年的规划相似，尽管四条 U-Bahn 干线只建了三条，环线从未实现。它是一个单一网络：S-Bahn 隧道与每条 U-Bahn 线相交，换乘站设计合理：除 Hauptbahnhof 外，没有换乘站有超过两条线相交，防止任何车站过载。两个系统之间的票价也是统一的，乘客换乘不会受到惩罚。S-Bahn 隧道本身就有用，但它与 U-Bahn 的整合产生了"乘数效应"：换乘一次 U-Bahn，S-Bahn 乘客几乎可以到达城市任何地方。
这种"一个网络，两个系统"的原则使慕尼黑能够平衡站间距和速度的取舍，让密集的城市核心和郊区都能获得快速交通服务。其他城市试图通过在同一轨道上同时运行快车和站站停列车来达到同样效果，但这很难有效做到——快车往往被慢车堵在后面。
S-Bahn 还缓解了主站的压力。如今，慕尼黑 Hauptbahnhof 地面有 32 条终到轨道，晚高峰每小时处理约 30 次出发，因为几乎所有市郊列车都驶入 S-Bahn 隧道。每条轨道每小时一趟车的利用率非常低，这意味着有充足空间确保延误不会在全网传播、未来扩展服务，或通过出售部分轨道空间进行开发来合理化车站。
但除了更好的连接和对主站的缓解之外，慕尼黑 S-Bahn 最重要的好处是其高频次。干线每方向每小时能够处理 32 趟列车，因为支线从一个远郊城镇出发，穿过干线，然后终到另一个郊区城镇。（慕尼黑自 2024 年 12 月起因干线可靠性问题暂时将一条支线延伸至 Hauptbahnhof。）这使其每方向每小时的客运能力达到 48,960 人次。
慕尼黑 S-Bahn 每个工作日承担 84 万次出行，服务约 270 万人口的区域。它承载了巴伐利亚州（人口 1340 万）三分之二的铁路客运量。这本身就很令人印象深刻，但慕尼黑 S-Bahn 的表现甚至优于其他一些贯通运营系统：巴黎 RER 是一个结构类似的系统，位于更大的城市，服务人口是慕尼黑的四倍，但每天客运量仅为三倍。
最初设计日客运量仅 25 万人次的 S-Bahn 隧道如此成功，以至于慕尼黑正在建设一条新隧道，将每条支线的班次从每小时三趟增加到四趟，并为半小时一班的快车创造容量。
许多城市——尤其是德语世界——以类似方式解决了自己的问题。柏林、汉堡、斯图加特、法兰克福、莱比锡、维也纳和苏黎世都拥有与慕尼黑 S-Bahn 非常相似的网络，用隧道连接城市两侧的线路。并非所有 S-Bahn 都需要昂贵的隧道：科隆、纽伦堡和汉诺威等城市没有终到站，因此可以直接让列车穿过主站。S-Bahn 模式也影响了邻国城市，如哥本哈根、斯德哥尔摩、布拉格、布鲁塞尔和米兰。
卡尔斯鲁厄——德国西南部靠近法国边境的一个小城市——在 1990 年代发展了一种有趣的贯通运营变体：有轨电车-列车 S-Bahn。来自大城普福尔茨海姆的"列车"先在普通轨道上运行，然后作为有轨电车穿行于卡尔斯鲁厄的街道，再在城市另一侧变回列车。虽然有轨电车部分速度较慢，但城市足够小，对行程时间影响不大。"卡尔斯鲁厄模式"已在世界范围内被效仿，包括英国的谢菲尔德。
在所有这些城市中，原则是相同的：让所有市郊铁路线路贯通运营到一条穿过市中心的干线上——无论这条干线是隧道、主站站台，还是偶尔的有轨电车网络。
伦敦的贯通运营
贯通运营在多个不同地方趋同演化。一个是德国。另一个是伦敦。
十九世纪，伦敦是世界上最大的城市，拥有庞大的市郊铁路网络。这些铁路最初由相互竞争的私营公司建造，成立于十九世纪中叶，旨在将首都与伯明翰、布里斯托尔和布莱顿等其他主要城市连接。每家公司几乎总是将自己的伦敦终到站设在城区边缘。因此，伦敦贯通运营的理论机会是巨大的——将庞大而混乱的市郊铁路系统统一起来。
伦敦市郊铁路系统的问题从一开始就显而易见。地下铁路一旦变得可行，各公司就开始设计网络将各个终到站连接起来，从后来成为伦敦地铁大都会线和区域线的线路开始。它们的目标是让通勤者在市郊"轮辐"之间移动。但这并不是贯通运营：乘客仍需要在国王十字等终到站换乘才能到达早期地铁线路。市郊线路并没有直接相连。
维多利亚人只实现了一个真正的贯通运营案例——Snow Hill 隧道。它从 Farringdon 向南延伸至一个叫 Ludgate Hill 的车站，使泰晤士河南北两侧的线路得以连接。伦敦第一条跨城铁路可以追溯到 1866 年 8 月 1 日，当时第一批列车使用这条新连接从伦敦南部的 Herne Hill 运行到北部的 Barnet。
尽管这项服务最初相当成功，但 Kingsway 隧道允许有轨电车过河后，缓慢、低频的蒸汽通勤服务在竞争中落败，于 1916 年停止客运服务。
Snow Hill 隧道的成功并未重现。一个问题是贯通运营意味着铁路公司需要让其他公司的列车在自己的轨道上运行，它们往往不愿如此。另一个问题是贯通运营需要更多明挖回填隧道——这意味着挖掘巨大壕沟、铺设轨道、再覆盖。明挖回填要求完全拆除壕沟路径上的一切，除非沿着宽阔街道进行，否则成本极高。纽约和巴黎有许多宽阔街道可以利用，但伦敦市中心只有一条——Euston Road，而大都会线已经运行在它下方。
十九世纪末，隧道技术的进步意味着新一代地下线路可以建设。这些"深层"线路由电力驱动，深埋地下，通过钻掘而非开挖，不再需要穿越城区的破坏性壕沟。然而，这并没有解决伦敦的贯通运营问题。市郊线路仍然由蒸汽运营，因此没有一条适合贯通运营——除非投入昂贵的电气化改造。
贯通运营在 1930 年代重新启动，当时伦敦铁路服务国有化，开始制定更有效协调的方案。作为新工程计划的一部分，伦敦客运委员会将一条短小的爱德华时代地铁线与两侧的两条市郊铁路线连接，形成了我们今天所知的中央线。市郊线路进行了电气化，以便列车能够穿过地铁线，然后到达另一端的市郊线路。总共修建了 14 公里隧道来连接这些线路。
到 1940 年代，人们对进一步的贯通运营方案充满热情。1943 年，规划者为二战后重建伦敦准备了《伦敦郡计划》，其中包含了通过一系列隧道贯通几乎所有伦敦市郊铁路的宏伟设计。该计划的铁路提案主要源于其改善泰晤士河南岸的计划——该区域被三条巨大的铁路高架桥纵横交错，规划者认为这阻碍了该区域的合理规划。因此，计划建议拆除车站及其附属高架桥，建设一系列隧道以实现几乎所有交通的贯通运营。
然而，这些方案无果而终。英国在二战中几乎破产，政府债务升至 GDP 的 270%，战后难以启动重大基础设施项目。资源被投入完成战前的延伸工程，中央线延伸最终于 1948 年完工。
无论如何，新的贯通运营方案似乎不那么有吸引力了。伦敦人口开始下降：从 1939 年的 860 万降至 1961 年的 800 万，再到 1981 年的 680 万。汽车将乘客从铁路上夺走。此外，特别是绿带以及更广泛的英国规划制度的引入，使得在通勤铁路沿线建设新住宅变得不可能，降低了这些车站增加班次的价值。
即便今天，中央线延伸的末端通往 Grange Hill 和 Theydon Bois 等"镜像城镇"：轨道一侧是郊区开发，另一侧只是田野。1930 年代人们曾假设郊区会在车站旁的田野上迅速涌现，但在许多情况下，有些建筑——字面意思——在其建造者于 1939 年被征召入伍或转入军工行业时就停工了，此后因绿带再未完工。
然而，潮流开始逆转。伦敦人口从 1981 年的低谷开始回升，1980 年代的经济繁荣为铁路带来了更多交通，其中许多是进入伦敦的通勤者。
1988 年，伦敦实施了一个名为 Thameslink 的贯通运营项目。这涉及重新开通已废弃的 Snow Hill 隧道，从而恢复伦敦第一条贯通运营服务。Thameslink 是一个不寻常的项目：尽管客运服务已于 1916 年关闭，但隧道一直用于货运直到 1971 年，这意味着 15 年后恢复服务相对容易。虽然这带来了立竿见影的好处，但建设成本低廉，30 年后伦敦不得不花费 60 亿英镑来理顺轨道布局、重建车站和重新信号化线路，以充分利用 Snow Hill 隧道。
与最初的 Thameslink 不同，其他贯通运营项目需要更大规模的投资。但在 1980 年代末的繁荣时期，这似乎会实现。1989 年，由中央政府、英国铁路和伦敦交通联合委托的《中央伦敦铁路研究》提出了后来成为伊丽莎白线的方案——一个巨大的贯通运营方案，将从利物浦街向东延伸至埃塞克斯的市郊线与从帕丁顿向西延伸至伯克郡的线路连接起来。它还提出了另外两个贯通运营方案，预计其收益相对于成本较低。
这些方案旨在一箭双雕。随着伦敦增长，地铁中央干线和市郊支线都变得更加繁忙。后来成为伊丽莎白线的路线将通过提供新的东西平行线路来缓解中央线，同时实现部分市郊支线的贯通运营。
1991 年，建设该线路的法案提交议会。1994 年，法案被否决——部分原因是经济衰退导致伦敦通勤者减少，但也可能是因为决策者不理解贯通运营的好处：一位内阁大臣被引述说："从 nowhere 到 nowhere。没有一个理智的人曾想去 Shenfield"——那是该线路的一个市郊终到站。但这个想法没有消失。2000 年，另一份报告建议建设该线路。在 2000 年代初的经济繁荣和 1995 年铁路私有化后客运量增长的背景下，该线路的理由持续有力。
它最终于 2008 年获得议会批准。经过延误和超支，于 2022 年开通。
伊丽莎白线的核心是一条 21 公里长的隧道，穿过伦敦市中心延伸至更新改造的码头区。但总体而言，伊丽莎白线列车运行 117 公里，因为其"吞噬"了两条既有的市郊线路。
伊丽莎白线取得了巨大成功：开通一年内，季度票价收入超出预期 2200 万英镑。线路上几乎每个车站都超过了疫情前的客运量——而 2024 年伦敦不在伊丽莎白线上的普通车站客运量比疫情前低 10%。
伊丽莎白线对 Romford 等地方产生了变革性影响。Romford 是伦敦东部的一个郊区，以前只有到利物浦街的直达列车：现在它可以直达伦敦大部分市中心、希思罗机场和西部郊区。列车频次也翻了一倍。城市中心的其余部分（以及大部分郊区）可以通过换乘一次到达。由于开往 Romford 的列车不再驶入利物浦街的终到站部分，该站使用的其他服务也变得更加可靠。
最重要的是，这是以高性价比完成的。尽管伊丽莎白线隧道造价昂贵，但以 21 公里隧道的价格，伦敦获得了一个 117 公里长的铁路网络。简而言之，Romford 获得了大部分贯通运营的好处，却只支付了一小段隧道的成本。