跳轉到內容

交通部署案例集/2020/康涅狄格有軌電車

Add links
來自華夏公益教科書，為開放世界提供開放書籍

介紹

[編輯 | 編輯原始碼]

有軌電車、電車或無軌電車是交通方式的名稱，它涉及由柴油、電力或機械滑輪驅動的車輛在公共城市街道上的指定路徑上行駛。它們執行的公共街道網路被稱為有軌電車道。在某些情況下，有軌電車在街道的某些路段擁有自己的專用車道。有軌電車的使用始於19世紀初，並經歷了各種迭代（包括燃料方法、道路網路和所有權），發展成為今天的現代電力驅動“輕軌”系統。

美國有軌電車系統的歷史

[編輯 | 編輯原始碼]

美國有軌電車系統歷史可以追溯到19世紀初，當時使用公共汽車拉動馬車。這是有軌電車系統的最早迭代，馬車沿著道路上的特殊指定路線行駛。這個想法是透過在鋼軌上用專門設計的鋼輪行駛來減少摩擦，從而減少摩擦，增加乘客數量。最初系統的擁有者根據行駛距離對每位乘客收取費用。自然地，從大眾交通中獲利的想法導致了全國各州私人銀行和高淨值個人對該行業的投資增加。1832年，約翰·梅森擁有的第一家有軌電車公司在紐約開始運營。然後，在1873年，安德魯·哈利迪在舊金山引進了纜車（Kahn，1940）。該系統涉及連線到機械地由路端發電站拉動的車廂的長纜。1882年9月，托馬斯·愛迪生的電力分配公司開始運營（Con Edison：Con Edison 簡史 - 電力，2020）。這導致了有軌電車系統的電氣化，第一個系統於1888年在弗吉尼亞州的里士滿安裝。緊隨其後的是1890年的布魯克林市。

Figure 2 Timeline of Streetcar systems in US

康涅狄格州有軌電車系統的歷史

[編輯 | 編輯原始碼]

康涅狄格州有軌電車系統的主要參與者是康涅狄格公司。1895年，它收購了紐約和新英格蘭鐵路公司，有效地運營了康涅狄格州 90% 的有軌電車網路（(General Railroad Commissioners，1869）。擁有有軌電車網路和資產的公司的完整列表如表 1 所示。該列表是從 McGraw 電氣鐵路目錄 (1894-1920) 中整理的。

實體
1) 布里奇波特牽引公司
2) 康涅狄格公司
3) 康涅狄格鐵路和照明公司
4) 丹伯裡和貝塞爾有軌電車
5) 格羅頓和斯通寧頓有軌電車
6) 新倫敦和伊斯特萊姆有軌電車
7) 海岸線有軌電車博物館
8) 沃特伯裡牽引公司

技術優勢和劣勢

[編輯 | 編輯原始碼]

公共汽車主要由木材製成，由馬匹拉動。根據它可以承載的乘客數量（通常為 4-5 人），馬匹的數量會增加。這是 18 世紀末的第一種交通方式，並持續到 19 世紀的頭十年。框架由木材構成，包括供乘客面對面坐的座椅。輪胎也是由木材製成的。公共汽車在凹凸不平的道路上行駛，進一步降低了效率。隨後引入了馬拉有軌電車以降低這些低效率。雖然它們是動物驅動的，但有軌電車在改進的鐵或鋼輪上行駛，並在現有路線上的鋼軌上行駛。這降低了車輪和鋼軌之間的滾動阻力，使更多的負載和更大的距離能夠執行。容量的增加轉化為較低的票價，從而增加了全國的客流量。

圖 3 馬拉馬車的外在成本


動物動力運輸的明顯缺點是，馬匹只能做那麼多的工作。馬匹需要定期餵食，產生的糞便給街道清潔帶來了壓力。糞便還會危及日益增長的人口的健康和城市的環境。紐約的一份報告提到，馬匹每天產生 22 磅的糞便，每年總計超過 10 萬磅（Kohlstedt，2017）。這些影響在冬天尤其嚴重，因為雪和雨會導致無法忍受的汙染。儘管馬拉馬車提供的運輸在日常生活中極大地造福了公眾，但外在成本顯著增加了社會的社會成本。換句話說，公眾為馬車提供的運輸付費，但不會支付足夠的費用讓馬車公司為城市提供充足的清潔服務。這可以使用圖 3 中顯示的邊際外部成本理論來建模。最初，使用者以 Ppri 的均衡價格支付 Qpri 的數量，這是馬拉馬車供求關係中的均衡價格。但汙染的外在成本和對農業的壓力以滿足馬匹的飼料導致了 MSC 的邊際社會成本。如果使用者支付 Psoc 的價格，考慮到對社會的總體成本，這種交通方式原本是可持續的。因此，社會承擔了 MEC 的外在成本。為了闡述這種影響，可以舉個例子。假設約翰必須去雜貨店購物，必須乘坐馬拉馬車行駛 20 分鐘。他將為這次旅程支付 $X 美元的票價給車長。但這筆錢並不能完全用於路線的清潔。如果亞當想走這條路，他必須忍受惡臭，並可能踩到糞便，而這與他無關。

公共交通中使用的下一項技術是機械拉動的纜車。這是第一個取代馬拉馬車的創新，由安德魯·哈利迪於 1873 年在舊金山推出。哈利迪最初在一家礦山工作，在那裡他使用他父親的繩索設計來替換行業中現有的易碎繩索。他於 1857 年離開該行業，搬到舊金山，開辦了一家繩索製造公司，併成為懸索橋建造者。儘管他的合夥人不信任和沒有資金，但他仍然在 1873 年 8 月建立了第一個系統。使用透過地下電線連線的大型滑輪系統，纜車根據所需的速度進行抓握和釋放。在路線的末端，使用轉盤旋轉有軌電車。圖 4 和 5 分別顯示了滑輪和轉盤的示例。

該系統的最初限制是資金和建造複雜的滑輪系統、地下纜線和轉盤。滑輪系統持續執行在蒸汽動力（後期為電力）上。必須挖掘地下溝槽以使纜線透過。封閉的滑輪系統還意味著有軌電車在固定的直線上行駛，並且以恆定的（通常非常低）速度行駛。路線的擴充套件意味著需要在新的地點進行更多地下挖掘和發電站建設，這需要地方政府和社群的大量投資和支援。

因此，引入有軌電車系統是為了擺脫安裝地下纜線和機械滑輪的高額投資。有軌電車從架空線獲取電力，架空線又從路線末端的發電機獲取電力。從某種程度上說，該系統與纜車相同，但動力來源被電力取代。有軌電車車廂上配有一個電動機，該電動機從屋頂上的杆子連線的架空線獲取電力。第一個此類系統由弗蘭克·斯普拉格於 1888 年在弗吉尼亞州的里士滿安裝。繼該線路取得成功後，大多數現有的纜車系統過渡到電力有軌電車。路線建設和供電的便捷性導致了全國各地路線的增加。從 1920 年的康涅狄格公司路線圖中可以看出電力有軌電車系統的萌芽。


圖 6 舊金山的轉盤

下表總結了上述模式的技術優勢和劣勢。

系統 馬拉 機械 - 滑輪 電力
優點 • 容量 • 改進的車廂和鋼軌設計 • 不需要動物動力 • 服務更可靠 • 汙染更少 • 與機械相比，投資較低 • 不需要地下電纜 • 電力由蒸汽機產生
缺點 • 汙染 • 需要資源來餵養馬匹 • 初始投資 • 與其他交通方式的互動（行人，馬車） • 受固定軌道限制 • 占城市總電力的大部分 • 與交通的互動 • 停電導致服務不可靠

康涅狄格州的故事

[編輯 | 編輯原始碼]
圖 7 1920 年康涅狄格公司系統及其連線地圖

康涅狄格州有軌電車系統的發展史可以透過觀察特定時期有軌電車的軌道長度來解釋。McGraw 鐵路目錄是半年度出版物，記錄了美國、墨西哥和加拿大的有軌電車公司的財務狀況、資產和詳細資訊。為了進行這項分析，記錄了 1894 年至 1920 年間康涅狄格州不同公司擁有的軌道長度（1895 年、1896 年和 1915 年、1916 年的記錄缺失）。將每家公司在當年擁有的電力軌道長度加起來，得出該州的總長度。表 2 顯示了康涅狄格州擁有有軌電車軌道長度的累積值。交通生命週期，就像任何其他技術（和產品）一樣，被廣泛認為遵循邏輯 S 形函式。該函式產生一個特徵的 S 形曲線。S 形曲線可用於識別生命週期的不同階段，即出生、成長、成熟和衰退。獲得的資料用於估計三引數邏輯函式。

S(t)= K/(1+exp⁡(-b(t-t_0)) 其中 S(t) = 狀態量（軌道長度）

          K     = saturation status level
          b      = coefficient to be estimated (explained later)
          t       = time (in Years)
          t0      = inflection time (year in which half Smax is reached)

該模型可以轉換為以下線性關係。

ln⁡(S(t)/((K-S(t)) ))= -bt+bt_0

進一步簡化為類似形式 y = mx + c 在這種情況下，bto 是 y 軸截距，-b 是曲線的斜率。使用 K = 2600（最大記錄長度）作為初始假設，進行了一系列具有遞增 K 值的迴歸。模型拐點（曲線從上升變為下降的點）發生在 K = 2820 時。這透過 0.993 的相關係數 (R) 值得到證實。然後使用得到的 y 軸截距和斜率來計算 t0。然後使用 t0 和 K 值來計算預測時間範圍內的軌道長度。然後繪製模型的實際資料和預測資料，如圖 8 所示。

圖 8 康涅狄格州實際軌道長度與預測軌道長度（1894-1920 年）
年份 長度（英里）
1894 231.21
1897 348.33
1898 397.48
1899 377.85
1900 469.71
1901 532.83
1902 449.68
1903 572.78
1904 655.04
1905 941.831
1906 778.447
1907 983.474
1908 1078.18
1909 1237.32
1910 1287.43
1911 1178.808
1912 1264.716
1913 1295.58
1914 1310.668
1917 2500.674
1918 2587.649
1919 2478.041
1920 2235.155
統計引數摘要
引數 值
K 2820
R 0.992919
to 1910

從圖中可以觀察到，1910 年後，雖然康涅狄格州有軌電車的實際軌道長度有所增加，但增長速度正在下降。根據上述模型，並透過分析 McGraw 鐵路目錄中的資料，可以在圖 9 中識別有軌電車系統生命週期的各個階段。

圖 9 康涅狄格州有軌電車系統的各個階段

有軌電車的誕生階段涉及對現有的機械和馬車進行電氣化改造。在某些情況下，對鐵軌進行了改造，以適應電力車廂的不同底盤。還建立了架空線路為車廂供電。這導致大多數城市出現電纜混亂，這是電力有軌電車系統的外在成本。鐵路在長途運輸方面的成功，促成了電力車廂系統的出現。城際和市內交通系統使得城市能夠在遠離中心位置的地方進一步發展。此外，隨著城市生活必需品（如水和汙水、電力和工業鋼材）的改善，誕生階段恰逢美國人口繁榮的時期。在康涅狄格州，人口普查資料顯示 1830 年至 1930 年間人口增長了五倍。

電力有軌電車系統的立法政策是從前身的馬車和公共汽車系統中借鑑來的。由於該系統需要大量的資本投資，大多數地方政府將街道特許經營權授予個體經營者。這主要是為了將公共資金用於其他事業。當然，這導致了不同經營者之間激烈的競爭。這導致了由康涅狄格公司、哈特福德有軌電車公司和海岸線電力公司主導的寡頭壟斷市場。反競爭市場和糟糕的服務，導致公眾和政府官員對有軌電車公司產生了負面印象。政府隨後介入，對票價進行監管。儘管運營商希望隨著成本上升而提高票價，但這一願望被監管所阻止（國家研究委員會等，2001 年）。另一方面，汽車在美國開始流行。福特在 1908 年推出了第一輛量產且價格實惠的汽車，即 Model-T。這與有軌電車生命週期的成熟階段相吻合。從 1908 年開始到 1927 年結束（1926 年福特 Model T 跑車，n.d.），這輛汽車共售出了驚人的 1500 萬輛。這導致了美國汽車協會的壯大，該協會是聯邦政府在道路方面採取行動的最強支持者之一（Weingroff，2017 年）。此外，1914 年第一次世界大戰的爆發，導致政府推動發展高速公路系統，以便更容易地運輸軍用車輛和物資。這導致了美國政府通過了第一項公路法案，即 1916 年的聯邦援助公路法案。

圖 10 來源（Macrotrends 和美國人口普查）

對馬車交通的初始需求導致了電力系統得到創新。從上述時間表可以看出，後續系統緊隨其後。有軌電車，特別是電力有軌電車，取得了成功，導致該系統在康涅狄格州快速發展。與以前系統相比，財務收益和缺乏缺點，鼓勵更多投資者湧入市場。在一個簡單的經濟模型中，這意味著有軌電車系統的供應量會增加。供應量增加會因競爭而導致價格下降，並導致供應商的收入減少。如圖 7 所示。隨著供應曲線因有軌電車公司增加而增加並向 S-2 方向移動，均衡價格下降。價格下降與其他因素（稍後討論）相結合，將阻礙市場增長。換句話說，在某個時間點，市場達到飽和，增長速度減緩。有軌電車公司確實試圖在不斷增長的競爭和政府監管中保持競爭力。大多數這些公司不得不生產自己的公用事業服務來為車輛供電。它們也屬於擁有多個公用事業工廠的企業的一部分。這為它們提供了替代收入來源。為了最大限度地利用資源，大型公司擁有遊樂園（例如，康涅狄格公司擁有米德爾敦的湖景公園）並在週末提供打折服務。

圖 11 20 世紀初有軌電車系統的供求關係

有軌電車系統衰落的普遍接受的原因是大型公司的影響，這些公司分別是通用汽車、固特異輪胎、加州標準石油公司、菲利普斯石油公司和麥卡車。這被稱為通用汽車有軌電車陰謀。雖然該案件的複雜程度超出了本文的範圍，但本質上，上述大型公司接管了許多城市的軌道交通系統，要麼關閉它們，要麼將其轉換為公交路線。當然，這對他們的汽車和燃料銷售有利。1948 年，通用汽車和其他公司因試圖壟斷該行業而被定罪並被罰款 5000 美元（Marshall，2016 年）。從某種意義上說，這是美國有軌電車交通系統的最後一根稻草。康涅狄格州最後一個有軌電車系統於 1948 年在新港拆除。

圖 12 有軌電車生命週期及其重要事件

有軌電車系統在 21 世紀初出現了復興。這主要是由於 1900 年代相同的原因。城市正在發展，需要將人們從郊區運送到市區，並減少城市道路的擁堵。此外，公眾對溫室氣體和氣候變化的日益關注，已使通勤者減少使用汽車。有軌電車系統的另一個混合版本是輕軌。輕軌在自己的專用路權上執行，提供更有效率和快捷的服務。波特蘭等城市的有軌電車成功，以及歐洲廣泛使用輕軌，表明了重新創造這種交通方式的機會。隨著城市設計側重於更高的可達性，例如 30 分鐘城市概念，對共享大眾交通系統的需求不斷增長。可以透過以大幅降低初始資本成本和建設成本的方式重新開發有軌電車系統來滿足這些需求。例如，最近的技術進步導致了無軌電車或 ART 的出現，它使用橡膠輪子執行，擁有類似火車的車廂，最高速度可達 70 公里/小時。第一個 ART 於 2017 年在中國湖南省推出，並被認為取得了成功。由於它們是電池供電的，因此與公共汽車相比，它們產生的噪音和汙染更少。無軌電車的潛力引起了澳大利亞許多城市的興趣，目前正在進行可行性研究（Ketchell，2018 年）。因此，城市規劃者正在全球範圍內考慮以 21 世紀的方式重新創造有軌電車系統。對車輛使用可再生能源的偏好以及增強現實和機器學習等技術的可用性，將使有軌電車成為不斷增長的城市人口的現代交通系統。

圖 13 在 2018 年地鐵交通展上的中車自主軌道快速交通列車（20180613150358）

參考文獻

[編輯 | 編輯原始碼]
圖片
檢索自 "https://wikibook.tw/w/index.php?title=Transportation_Deployment_Casebook/2020/Connecticut_Streetcar&oldid=4236708"
華夏公益教科書