佛羅里達有軌電車系統的早期歷史生命週期

0. 導言

有軌電車，或稱電車/無軌電車，是19世紀後期和20世紀早期城市的主要客運交通方式，併成為那個時代城市的標誌之一。如今，它只能在少數城市作為旅遊景點的遺產鐵路或在博物館中看到。

有軌電車最初以“公共汽車”的形式引入美國，然後在電氣化後，有軌電車網路在美國許多城市迅速擴充套件，並在1900年代初期達到頂峰，然後在1930年後開始衰落。在佛羅里達州，1894-1920年期間，有15個城市地區發展了有軌電車系統。

本文將深入研究這一時期，透過進行定性分析（US）和定量分析，對美國佛羅里達州的有軌電車系統進行詳細的生命週期分析。（專門針對佛羅里達州）

1. 定性分析

1.1 有軌電車之前

在有軌電車發明之前，北美城市中最常見的城市公共交通工具是馬拉公共汽車或所謂的公共汽車，由馬匹牽引，在城市中按固定路線行駛，被認為是第一種公共交通工具。雖然其他驛馬車或馬車大多是私人的，但大型驛馬車採用了一種即停即走的模式。1827年，馬拉公共汽車/公共汽車服務出現在紐約，在百老匯從波西邦德街到電池公園（Ephemeral New York, 2011）。然而，儘管公共汽車取得了成功，但它仍然無法完全滿足城市地區對公共交通的需求。馬匹或其他動物的維護以及馬匹有限的工作時間都限制了這項業務。19世紀的工業革命促使城市蔓延和人口增長，這迫切需要改進公共交通服務。為了克服這一問題，公共汽車運營商一直在尋找能夠滿足需求的改進方案，這推動了有軌電車的發明。與此同時，鐵路技術隨著金屬軌道的引入而發展，蒸汽機的發明為有軌電車的發明提供了基礎。從這裡，發展出了兩種途徑來改進公共汽車：高架軌道和機車動力。（舒爾茨）

1.2 發明和技術演變

1.2.1 美國第一個公認的有軌電車

在公共汽車取得成功的基礎上，1832年約翰·斯蒂芬森將第一輛有軌電車引入紐約。它仍然由馬匹牽引，但執行在鮑厄裡的街道上鋪設的軌道上。這種創新的改進使有軌電車能夠承載更多乘客，增加行程距離，並使旅程更加平穩。這種改進導致了鐵路網路，覆蓋了更大的城市範圍。（Builders of Wooden Railway Cars, 2006）

1.2.2 蒸汽動力有軌電車

為了替代原始的動物動力，蒸汽機從鐵路機車移植到有軌電車，被稱為有軌電車虛擬機器。制定了一些標準來確保蒸汽動力有軌電車的執行不會對城市環境造成破壞，而城市環境中仍有許多馬匹在街道上行駛。安全預防措施包括封閉車輪，並將發動機封閉起來以降低噪音。為了避免產生黑色煙霧，焦炭代替煤炭作為燃料。為了減少另一種排放蒸汽的破壞，部署了過熱器和冷凝器等裝置使其變得不可見。儘管做出了所有這些努力，蒸汽動力有軌電車或蒸汽虛擬機器由於發動機室有限造成的動力不足問題以及比傳統的馬拉有軌電車更高的運營成本，難以推廣。它逐漸被電力所取代。（Wingler, 2019）

1.2.3 電纜牽引有軌電車

電纜牽引有軌電車是當時改進有軌電車的另一種動力替換方案。電纜技術已被安德魯·哈利迪在礦山用於運輸礦石和煤炭。但是，控制不斷滾動電纜的抓取和釋放的想法是一種創新，它使有軌電車能夠在車站停靠並在城市中使用。在安德魯·哈利迪設計之後，舊金山是世界上第一個擁有纜車的城市。一個動力室，那裡有蒸汽機燃燒煤炭，為驅動電纜提供動力。移動的電纜被埋在地下通道內，有軌電車透過帶有抓取裝置的槽口拉動這條電纜。（舊金山纜車博物館）舊金山多山的地形使其成為纜車執行的理想環境。然而，纜車系統的缺點是建設成本高昂。因此，它只適用於需求量很大的線路。（舒爾茨）

1.2.4 高架鐵路

高架鐵路是一種專門的軌道，它高出街道水平，以便有軌電車能夠在上面執行，從而將有軌電車與街道上的其他交通流隔離開來。這種方法可以消除有軌電車與其他街道使用者（如馬車和行人）之間的相互干擾。雖然在高架鐵路運營的有軌電車的運載能力有所提高，但建設成本也隨之增加。因此，它只在紐約和芝加哥等主要城市經濟可行。（舒爾茨）

1.2.5 電氣化有軌電車

電氣化是有軌電車市場的一項變革性技術，它促進了有軌電車在美國的繁榮。第一次嘗試對有軌電車進行電氣化是透過使用托馬斯·戴文波特在1835年發明的電池。但是，這種型別電動有軌電車的短程限制了其實用性。然後，只有在發電機和電機技術發展之後，電氣化有軌電車才成為可能。1888年，弗蘭克·斯普拉格在弗吉尼亞州建造了里士滿聯合客運鐵路，並利用了電動汽車技術。他的有軌電車由一個安裝的電機驅動，並透過一根集電杆從懸掛的電纜中收集所需的電力。他透過他的多單元控制發明進一步完善了他的有軌電車，該發明將多個滾動車廂組合在一起作為一個單元，這啟發了今天的地下鐵。他的有軌電車系統取得了巨大成功，很快就在美國各地推廣開來。在12年的時間裡，電力有軌電車幾乎完全佔領了整個有軌電車市場。（美國的有軌電車（火車）：定義和歷史）

有軌電車起源於公共汽車，其發展歷時約一個世紀。從由馬匹和騾子等動物牽引，到由電力驅動。有軌電車的發展也反映了19世紀城市的工業化。來自不同領域的工程師推動了有軌電車的發展，利用各種技術並從不同的途徑對其進行改進。為了改善運營環境，鋪設了鋼軌，建造了高架鐵路。為了找到最佳的動力裝置，人們嘗試了多種方案，如蒸汽動力、電纜牽引、電池動力、燃氣動力，最後電力有軌電車成為最佳解決方案。

1.3 市場發展

有軌電車系統的早期市場利基是由公共汽車系統發現的。工業化後，城市人口迅速增長，城市蔓延將工業/商業區和住宅區分隔開來，並增加了它們之間的距離。急需一種公共交通方式，能夠以經濟實惠的方式讓乘客進行日常市內出行。1827 年，公共汽車在美國紐約出現，填補了大眾公共交通的空白，改變了紐約市許多中產階級人士的生活方式。五年後，第一條有軌電車線路在同一城市開通，金屬軌道讓馬拉車可以搭載更多人，從而增加了有軌電車的供應量。城市中的有軌電車網路也得到了擴充套件。後來，蒸汽機和纜車等動力部件的技術改進也提高了有軌電車的運載能力、工作時間和速度，進一步增加了有軌電車系統的供應量。然而，由於這些系統的建設成本高昂，只有需求量很大的主要城市的線路才能與供應量相匹配。因此，這些系統只擴充套件了紐約和芝加哥等主要城市的市場份額。直到 19 世紀末，有軌電車系統實現電氣化後，有軌電車市場才迎來了革命性的變化。電動有軌電車不僅比其他舊式有軌電車系統更安靜、更清潔、更高效，使其成為城市地區運營的理想選擇，而且更具經濟效益。更多需求量較小的路線可以被納入有軌電車網路，由於票價更低，更多人可以使用有軌電車服務。此外，現在人口較少的更多城市在經濟上也可以發展有軌電車。有軌電車系統的這一進步也改變了城市的發展方式，人們現在可以住得離市中心更遠。

1.4 政策和模式發展

斯普拉格在 1888 年的偉大發明標誌著電動有軌電車的迅猛發展，大約十年內，鋪設了 15,000 英里的軌道，佔領了整個有軌電車系統的市場份額。（美國有軌電車（火車）：定義和歷史）

並且，年客運量從 20 億迅速增加到 50 億，在 1890 年至 1905 年期間增長了 250%。（楊，2015 年）

在那些日子裡，有軌電車是一個非常有利可圖的行業，由私人投資者擁有，例如有軌電車製造商、私人銀行家等等。後來，改善的交通便利性可以提高土地價值，吸引了房地產開發商投資有軌電車業務。在有軌電車發展上升階段，所有有軌電車系統，無論是纜索驅動、蒸汽動力還是電動化，都需要大量的預先投資來建設基礎設施。為了擴大投資回報，這些有軌電車所有者變成了“牽引磁鐵”，在每個城市的有軌電車網路上形成了壟斷。一些壟斷是透過與地方政府簽訂合同，成為市政特許經營權而實現的。與政府的合同通常包含一些條款，例如固定票價，維護路邊人行道的義務。

這種商業模式預示了有軌電車在後來與汽車的競爭中逐漸消失。（斯特羅姆伯格，2015 年）

1.5 成熟階段的發展和復興。

有軌電車的發展從 1910 年代開始放緩，並在 1920 年代開始走下坡路，此時汽車開始普及。來自汽車的強烈競爭反映在客運量的下降上。從 1910 年開始的通貨膨脹迫使有軌電車公司由於原材料成本、勞動力成本和維護成本上升而減少投資。更糟糕的是，許多特許經營權無法調整票價，因為它們與政府達成了固定票價協議。基於自發明以來，有軌電車一直是私營部門而非公共部門，而且被認為是與政府腐敗的業務，因此沒有來自公共方面的補貼或支援。隨著經濟和大眾交通的發展，市場已經相當成熟，並要求對不同使用者群提供更好的服務。所有這些因素都導致了有軌電車幾十年的衰落。在 1920 年代引入汽車後，與有軌電車相比，汽車提供了更高的機動性和自由度，而且它們不需要為使用道路支付任何費用。政治也殘酷地影響了有軌電車。1924 年，一項關於優先發展公共汽車而不是有軌電車的官方政策出臺，儘管有技術事實表明，有軌電車在緩解交通擁堵和解決其他城市交通問題方面可能比公共汽車更有優勢。1924 年之後，即使是有軌電車公司也轉向了公共汽車，因為公共汽車更靈活，而且購買公共汽車車隊的投資更少，另一個重要的原因是，這被認為是一種繞過固定票價規則和人行道維護義務的方式。（施拉格，2000 年）。1920 年代的大蕭條加速了這些轉變。然後，在二戰期間，由於燃料管制和汽車以及輪胎生產的停止，有軌電車的客運量達到了歷史最高紀錄。然而，這並不能拯救有軌電車交通，反而加強了公眾擁有汽車的決心，因為他們對擁擠的有軌電車的糟糕旅行體驗感到厭惡。政府在 1950 年代接管了有軌電車業務，但未能恢復。（楊，2015 年）。同時，所有級別的政府都在城市規劃中優先考慮高速公路，這促進了汽車出行模式。（斯特羅姆伯格，2015 年）

如今幾乎沒有有軌電車系統倖存下來，而那些倖存下來的系統大多是吸引遊客的歷史有軌電車，它們是城市歷史的象徵。

在聯邦政府的補貼下，城市市長和鐵路公司之間開始合作。1964 年，林登·約翰遜總統頒佈了《城市大眾交通法案》（UMTA），該法案允許聯邦政府對交通專案的投資，投資額最高可達專案總成本的三分之二。利用聯邦政府提供的資金，當地城市掀起了一股收購私營系統的浪潮。到了 1970 年代，人們越來越關注汽車對環境的影響，以及重新審視汽車、道路在城市設計中的優先地位，這啟發了大眾交通的新願景。（楊，2015 年）

自 1980 年代以來，有軌電車以一種稍微新的形式“輕軌交通”在一些城市捲土重來，再次解決城市交通問題，並在這同一戰場上與汽車再次競爭。得益於更清潔的能源、安靜的執行和高運載能力。輕軌被許多城市採用，成為解決城市擁堵、機動車汙染和城市機動性的有利選擇。

2. 定量分析

已進行定量分析，以評估佛羅里達州有軌電車系統的生命週期。分析時間段為 1894 年至 1920 年。在此期間，佛羅里達州的各個城市地區發展了 14 個有軌電車系統。在這些系統中，包括在人口較少的地區（如費南迪納、福特米德、代託納、帕拉特卡、奧蘭多）的馬拉軌道，以及在主要城市地區（如傑克遜維爾、彭薩科拉和坦帕）的電動有軌電車網路。

2.1 資料來源

本次分析的資料輸入（軌道里程）來自“麥克格勞電力鐵路手冊：美國有軌電車投資紅皮書 1894-1920”。

2.2 方法

為了區分四個不同的階段：誕生、增長和成熟，使用 S 型曲線擬合資料。S 型曲線是一個包含三個引數的邏輯函式：S(t) 反映了這種情況下的狀態，即軌道里程，t 是年份，t0 是達到 1/2k（總市場規模的一半）的年份，K 是總開發市場規模，b 是係數。

S(t) = K/[1+exp(-b(t-t0)]

為了進行迴歸分析以找到最合適的 K 值，將上述函式推導為這種線性形式

Y = bX + c

其中

Y = LN(Track/(K-Track Miles))

X = 年份

b 是截距

c 是常數

K 值是根據最終年份的市場規模（軌道里程）假設的。在進行線性迴歸分析後，選擇最合適的 K 值（擁有最高的 R 平方值），然後計算 b 和 c 的係數。（加里森和萊文森，2006 年）

2.3 結果

傑克遜維爾

變數	值
S_max	64.143
b	0.153980933
K	70
t_i	1907.672764

評論

預測擬合良好。預測圖反映了總體趨勢，只是在誕生階段和成熟階段存在一些差異。

坦帕

變數	值
S_max	53.66
b	0.183541751
K	55
t_i	1902.755715

評論

預測擬合良好，在誕生階段存在一些重大差異，並在 1907 年突然增加，但準確反映了總體趨勢。

彭薩科拉

變數	值
S_max	21.68
b	0.111602711
K	22
t_i	1886.179591

評論

預測擬合良好。

聖奧古斯丁

變數	值
S_max	10.5
b	0.013449074
K	13
t_i	1820.781762

評論

預測與記錄資料不匹配，可能的原因可能是聖奧古斯丁已經處於成熟階段，軌道里程處於停滯狀態，因此 S 型曲線無法很好地擬合。

聖彼得堡

變數	值
S_max	46.11
b	0.320950045
K	50
t_i	1915.075969

評論

預測擬合良好，在增長階段存在一些差異，但在成熟階段與記錄資料收斂。差異的可能原因是記錄年份不足。

基韋斯特

變數	值
S_max	7.1
b	0.007275486
K	15
t_i	1893.502926

評論

預測擬合很差，可能的原因是基韋斯特系統非常極端：主要是在停滯階段保持在 5 英里，然後在 1907 年突然增加，然後又回到 5 英里。S 型曲線無法像聖奧古斯丁的情況那樣，擬合這種非典型的發展模式。

2.4 結論

佛羅里達州的有軌電車系統發展總體上符合美國整體趨勢，尤其是在擁有超過 50 英里的軌道網路的主要城市地區，例如傑克遜維爾和坦帕。而在軌道里程不足 20 英里、人口較少的城市，如基韋斯特和聖奧古斯丁，有軌電車系統與全國趨勢不太一致，更多地是為了滿足當地的特殊需求，例如旅遊/觀光。

根據美國全國趨勢，在 19 世紀 90 年代的“誕生階段”之後，全國所有主要城市的有軌電車網路在電氣化後進入了快速增長階段。直到 1914 年第一次世界大戰以及汽車的普及，佛羅里達州的有軌電車系統進入了成熟階段，增長速度放緩。然後到 1920 年末，除了坦帕和傑克遜維爾之外，大多數有軌電車都開始緩慢衰落。

3. 參考文獻

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