運輸部署案例集/2020/馬里蘭有軌電車

馬里蘭有軌電車 - 1890 年代至 1920 年代

美國的有軌電車

有軌電車（在北美使用）是一種主要用於客運的軌道車輛， 通常在公共道路範圍內執行。特別是對於電動有軌電車，對該模式執行至關重要的技術特徵包括：

• 在架空線上的滑板或第三軌上的接觸滑鞋，透過電力提供動力。這將需要基礎設施，包括電力來源和配電網路來供電。
• 電動有軌電車的運動需要提供固定的軌道以提供低滾動阻力，從而使貨物能夠以更少的努力移動。因此，在有軌電車執行之前，需要對軌道基礎設施進行投資。

十九世紀後期和二十世紀初期的其他有軌電車相似，但其動力來源不同（例如，馬拉、蒸汽、纜車）。有軌電車技術在研究期間的背景下主要優勢不僅適用於馬里蘭州。在當時，在普通道路表面上行駛的電動無軌電車是主要競爭技術。有軌電車系統的主要優勢是使用鋼軌，這降低了滾動阻力，使運動平穩，並且比無軌電車移動得更快。

有軌電車系統服務的主要市場是人口相對密集的城市中心。這是在個人機動車出現之前，因此，替代方案有限，例如馬拉的馬車和步行。馬拉的馬車運營和維護成本高昂，例如管理馬糞、提供飼料、穩定和更換馬匹的成本。

電動有軌電車出現之前的馬里蘭城市景觀

在電動有軌電車的時期，馬里蘭州人口最多的城市巴爾的摩已成為一個重要的製造中心。從 1850 年到 1900 年，巴爾的摩的人口從 169,000 人增長到 508,957 人，這對巴爾的摩的物理基礎設施造成了壓力。該市在 1888 年從十平方英里擴充套件到三十平方英里。馬車鐵路公司開始在巴爾的摩的街道上鋪設軌道，沿著歷史悠久的收費公路，為發展開闢了新的郊區。

當時可用的其他交通方式是馬車和馬拉鐵路。由於馬糞、維護、飼料、穩定和處理牲畜等因素，城市規劃者將這種交通方式的侷限性作為主要考慮因素。

快速增長的城市人口導致交通運輸市場不斷發展。馬車鐵路的可用性使郊區向外擴充套件，因為從主要就業中心的旅行時間和可達性得到了改善。可達性的改善激發了人們對可達性可以透過新交通技術進一步增強的可能性產生了興趣。電動有軌電車正是提供了這種可能性，進一步促進了巴爾的摩周邊新的郊區村莊的發展。

電動有軌電車的發明和技術轉變

弗蘭克·J·斯普拉格被認為是電動有軌電車系統的發明者。他的發明涉及使用架空線收集電力，並於 1888 年在弗吉尼亞州里士滿的里士滿聯合客運鐵路首次成功安裝使用。

在取得成功之後，從最初的馬拉汽車到電動系統的轉變非常迅速。到 1890 年，美國有約 5,700 英里的馬車軌道、500 英里的纜車軌道和 1,260 英里的電動軌道；電動系統在兩年內獲得了約 17% 的市場份額。到 1903 年，30,000 英里的有軌電車線路中 98% 都是由電力驅動的。

為了實現電動有軌電車鐵路系統，電力分配（當時主要由煤炭發電）和電機及齒輪設計的技術專長被整合在一起，以改進現有的有軌電車系統，形成新型的無馬車輛。

早期市場開發

電動有軌電車滿足的初始市場需求是能夠在不使用馬拉車輛的情況下運營運輸服務。電力被證明比馬匹便宜得多，因此，在服務改善的同時，票價可以降低。 最終，更低的票價實現了功能增強，透過將市場擴充套件到低收入家庭，更好地服務了現有市場。服務的改善，加上城市化的加速，導致巴爾的摩有軌電車系統的擴充套件，透過功能發現促進了該技術的進一步市場開發。

誕生階段

現有的鐵路系統已經從馬車那裡鋪設出來。這是公眾和政府廣泛接受的模式。有軌電車借鑑了馬車使用的鐵路系統，並對其進行了創新，以更低的成本提供更優質的服務。隨著弗吉尼亞州里士滿第一個電動系統的成功，該技術迅速傳播到全球各地，導致從 1888 年開始的誕生階段相對較短。

增長階段

巴爾的摩當地政府透過利潤分成安排允許有軌電車網路的發展。在托馬斯·斯旺擔任市長期間，他同意允許馬車公司在公共街道上鋪設軌道，以換取其總收入的 20% 用於資助公共公園。 這可能減少了在巴爾的摩實現該模式發展的規劃障礙。

私營部門在利潤動機的推動下發展了網路。馬里蘭州的網路規模從 1894 年的 245 英里軌道增長到 1898 年的 450 英里軌道。到那時，大約有八家獨立的鐵路公司在運營。

巴爾的摩在當時增長得比較快，城市官員也採取措施擴充套件城市。自然地，這種政策環境引致了對擴充套件交通服務以滿足人口需求的需求。有軌電車提供瞭解決方案，因此網路可以透過私人資本擴充套件。

成熟階段

1899 年，眾多獨立的鐵路公司合併，組成了聯合鐵路和電力公司。到那時，該網路已達到 357 英里的軌道里程（到 1920 年，該網路已達到 418 英里的軌道里程）。合併使各個系統能夠現代化，形成一個協調一致的系統，以有效地為大都市區提供服務。透過合併，有軌電車車隊得到了標準化。

到 1915 年，吉普尼已成為有軌電車的普遍競爭對手。 巴爾的摩聯合鐵路和電力公司試圖透過設立巴爾的摩交通公司來適應不斷變化的市場。這將是一次嘗試避免“鎖定”並採用希施曼“退出、聲音和忠誠度” (1970) 中提出的“逃逸”策略。

巴爾的摩有軌電車地圖

“重新發明”這種模式的機會

在當今，現代有軌電車模式仍然存在，儘管規模遠小於 20 世紀初的峰值。它還透過輕軌獲得了另一種形式，這僅在透過多個單元的耦合來改變容量方面有所不同。有軌電車在沒有私家車提供的點對點運輸的情況下服務於市場。重新發明這種模式以使其能夠更好地滿足當今和未來需求的潛在機會可能是

• 整合到私人車輛使用成本高昂（特別是擁有和儲存）的密集城市地區。在沒有私家車的情況下，這種情況將吸引乘客。密集的環境將確保有足夠的市場規模來證明實施系統的成本，方法是允許適當的規模和旅行目的的多樣性。
• 作為一個街道軌道系統，空間要求是明確定義的，並且可能很緊湊。這可以利用到城市形態中，尤其是在行人專用通道內，傳統公交和汽車運輸無法執行。

馬里蘭有軌電車網路的定量分析

生命週期模型

生命週期隱喻有助於理解交通系統隨時間的行為（Garrison & Levinson，2014）。這種行為通常透過三個階段來表示

• 出生/創新階段，
• 增長髮展階段
• 成熟階段

假設資料形成邏輯函式，S 形曲線對於建模、跟蹤和預測其生命週期內的系統很有用。該模型可以用以下三引數函式表示

S(t)= K/(1+e^([-b(t-t_0 )]) ) 其中

• S(t) 是狀態度量（例如，客運公里數、軌道里程）
• t 是時間（通常以年為單位）
• t0 是拐點時間（實現 1/2 K 的年份）
• K 是飽和狀態水平，並且
• b 是一個係數。

因此，知道 K、t0 和 b，可以預測任何給定年份 t 的系統規模。但是，通常可用的唯一資料是當前系統規模，因此必須迭代確定 K 和 b，並使用線性迴歸進行測試。

馬里蘭有軌電車網路分析

來自 McGraw 電氣鐵路手冊（美國有軌電車投資的紅皮書）的歷史財務和公司資料被用來開發 1894 年至 1920 年間馬里蘭有軌電車網路的生命週期。該檔案中釋出了美國每個城市有軌電車系統的“軌道里程”資料，這些資料已被提取用於開發生命週期模型（參見表 1）。這些資料還與使用上述公式的預測模型進行了比較。表 1：馬里蘭有軌電車網路中的軌道里程；實際值和預測值

以上資料在下面的圖 1 中顯示。請注意，缺失資料已進行線性插值。

該模型提供以下輸出

• 系統的拐點 t0，其中增長率不再增加，是 1901 年。
• 飽和狀態水平 K 為 910 軌道英里。
• 係數 b 為 0.079614。

使用具有預測 K 值的線性迴歸測試模型精度。假設 K = 910，迴歸分析輸出為 R 平方 = 0.9，這表明模型曲線可能是一個很好的擬合。變數的 t 統計量大於 2，表明關係在統計學上是顯著的。

生命週期階段

根據該模型，可以將三個不同的生命週期階段視為

• 出生：1880-1890。
• 增長髮展：1890-1910（拐點為 1901 年）。
• 成熟：1910 年至今。