交通部署案例集/2021/密蘇里州

美國的街車

介紹

街車（也稱為有軌電車或無軌電車）是一種軌道車輛，沿著公共街道上的軌道行駛，它被用作乘客在城市或城鎮內通勤的本地交通工具。在歷史上，街車的動力源從馬拉、蒸汽、纜索牽引、燃氣到電力不斷發展。電動街車取代了 19 世紀末和 20 世紀初依賴動物力量的車輛。然而，街車的數量開始下降，並在 20 世紀 20 年代被公共汽車取代，因為公共汽車可以自由地路線行駛，而街車則受限於軌道路線。

技術特點

街車的技術特點根據其動力源而有所不同。動物牽引的街車使用馬或騾（通常是一對）來拉車廂。另一方面，電動街車則由架空電線上的電力驅動，而集電器則用於從架空電線獲取電力。所有型別的街車都有金屬車輪，沿著鋪設在街道上的鋼軌行駛。

主要優勢

在 19 世紀初，大多數居民去商店和工作的地方距離他們住的地方非常近。由於步行時間過長，前往另一個城鎮或城市的交通方式極其有限。街車被髮明並引入作為一種發展工具，以擴充套件所有城市，使居民能夠走更遠的路程。工人和開發商能夠到達以前未開發的偏遠郊區，並尋求機會創造一個適合居住的新街區。每個城鎮和城市之間的聯絡得到了改善，因為貿易和溝通變得更加容易和快捷。電動街車還改善了居民在城鎮內到達公共場所的途徑，透過減少旅行時間提高了效率。

主要市場

街車的主要市場屬於住在工作地點很遠的人和城鎮居民。許多人選擇住在城市外，以避免噪音，並有可能擁有更大的但更便宜的土地，以改善生活質量。因此，他們早上乘坐街車到城市上班，晚上乘坐街車回家。城鎮居民可以在緊急情況下使用街車，因為它比步行速度快。街車還為參觀的遊客提供了前往城鎮大部分公共場所的途徑。

街車出現之前的交通

以前的交通方式及其侷限性

馬拉公共馬車是電動街車出現之前最早的交通方式之一。紐約市是美國第一個在 1827 年開通公共馬車服務的城市。馬拉公共馬車允許更多乘客（約 20 人）乘坐一輛車，提高了效率和利潤。這種交通方式的侷限性在於馬或騾的操作和維護費用很高，其中包括馬廄、食物、梳理和有時是藥物。其他侷限性包括馬或騾拉車所需的能量以及馬和騾容易患病。馬一天只能工作 4 到 5 個小時，街車車主通常會擁有多達 10 匹馬或騾來滿足大量需求。馬和騾一天可以產生大約 10.5 磅的糞便，而街車則負責將其處理掉。客戶還聲稱，考慮到它是公共交通工具，票價很貴。因此，費城的乘客大多數屬於中產階級及以上。這種交通方式後來透過在街道上新增軌道以及在車廂上新增鋼製車輪得到改進。它後來被稱為“馬拉有軌電車”，並於 1832 年在紐約推出。馬拉有軌電車不再在鵝卵石路上行駛，因此車輪和地面之間的摩擦力大大降低。結果，馬力的效率顯著提高。此外，由於軌道比鵝卵石路更平滑，乘客的乘坐體驗也更加舒適。

纜車是在公共馬車之後由安德魯·哈利迪在 1873 年的舊金山推出的。駕駛員能夠平穩地操作纜車，但它只能以恆定的速度執行。另一個缺點是，如果纜繩卡住或斷裂，會導致所有纜車停運。1870 年蒸汽機的發明將馬和騾從車輛中移除，一輛機車沿著馬拉有軌電車使用的相同軌道行駛。然而，蒸汽有軌電車噪音很大，汙染嚴重，因此即使有了突破性的技術，它們在城市中也不受歡迎。在 19 世紀末，電動汽車開始取代大多數纜車和馬拉汽車線路。

不斷發展的市場

有軌電車在19世紀初顯著改善了美國交通系統。然而，隨著交通系統的不斷發展，其市場需求也在不斷變化。到1910年代，公共汽車開始取代有軌電車，到1937年，美國超過50%的城市僅靠公共汽車系統運營。最終，汽車在1920年代開始流行。它們最初只被富人和上層階級使用，然後逐漸開始作為上班和購物的交通工具。汽車的普及是導致有軌電車使用量下降的主要原因之一。大多數有軌電車公司關閉了服務，而其餘的則被改造成更現代的交通系統，被稱為“輕軌”。

有軌電車的發明

設計演變

第一次重大改進是蒸汽機的發明，它有效地從車輛中去除了動物動力，成為第一輛機械化有軌電車。歐洲國家如英國、德國、比利時和法國試圖將蒸汽動力有軌電車商業化，但蒸汽動力有軌電車速度太慢，噪音太大，汙染太嚴重。隨後，蒸汽機得到了改進和改造，使其更理想，更適合在住宅區執行。包括車輪在內的有軌電車的所有活動部件都被封閉起來，以確保安全和更安靜的發動機。使用冷凝器和過熱器來最大限度地減少可見蒸汽，燃料方法已從煤炭改為焦炭，以防止煙霧。到1870年代，蒸汽機在美國許多農村地區使用，但在19世紀90年代至1900年代左右開始衰落，被電力有軌電車取代。技術的第二次重大改進是纜索牽引有軌電車。第一輛纜索牽引有軌電車於1873年在舊金山進行了測試，它比之前的型號成功，因為開發了一種可以抓取和釋放移動纜索的纜索夾持機構。與蒸汽機相比，它產生的噪音和汙染要小得多，而且能夠以更高的速度執行。另一方面，纜車的缺點是基礎設施成本高。纜索、固定式發動機、滑輪和軌道下的地下拱頂結構對公司來說都是非常昂貴的。此外，操作員需要體力和特定技能來操作纜車。

有軌電車自19世紀後期就開始由電力驅動。弗蘭克·斯普拉格在有軌電車設計發展中發揮了重要作用，他發明了諸如1870年代的倒置式發電機、大約1880年的架空電線和1886年的再生制動等技術。倒置式發電機成為所有直流鐵路電機上使用的串並聯控制器的基本原理。架空電線將電力傳輸到電力有軌電車，使有軌電車能夠由電力驅動。再生制動是一種電機型別，它允許大型車輛在不同負載下保持恆速。這項發明很快流行起來，並被用於大多數電動汽車。電力有軌電車的設計由查爾斯·約瑟夫·範·德波爾完成。他於1885年發明了一種叫做“電車杆”的裝置，從架空電線中提取電流。弗蘭克·斯普拉格

後來借鑑了查爾斯·約瑟夫·範·德波爾的原始想法和電車杆的設計，並對其進行了改進。

市場發展

密蘇里州的早期市場發展和利基市場

當電力有軌電車被引入市場時，一些乘客仍然堅持他們通常的交通系統，如馬車。公司調整了汽車的大小和服務頻率以及時間以適應市場，因此有軌電車迅速贏得了纜車市場。到1830年代，聖路易斯（城市）的規模已經擴大，這使得居民在城鎮中步行變得極其不方便。在密蘇里州的大城市中，有軌電車顯著改善了居住在中心區以外但每天都需要上下班的工人的通勤時間和體驗。後來，電力有軌電車被證明比馬車便宜得多，這意味著出行成本可以更低，這使得電力有軌電車很快被社群接受並青睞。有軌電車還將城鎮的主要街道變成了商業區。現有的商店、企業、餐館和酒館老闆希望透過為許多潛在客戶提供便利來增加生意，同時也增加了居民在城鎮投資和開設新商店的機會。密蘇里州這些著名的街道包括大街、傑斐遜大街和格拉沃斯街。在1880年，居民對調查區域附近的工業感興趣，沿著格拉沃斯路，最南端到達軍械庫。這帶來了更多就業機會。總體而言，電力有軌電車滿足了人們在大城市中出行的需求，並透過創造更多貿易和商業機會來促進經濟發展。密蘇里州總共有27個城市擁有有軌電車。密蘇里州的兩個主要系統是聖路易斯堪薩斯城鐵路與照明公司和聖路易斯聯合鐵路公司，每家公司分別負責每年平均 250 英里和 450 英里的運營，時間從 1910 年到 1920 年。

誕生階段

政策

美國公共交通協會，前身為美國有軌電車協會（1882-1905），由對公共交通行業感興趣的公共和私營部門組織建立。從那時起，它就在有軌電車的相關政策方面與城市合作。每年，大量資金被投入到公共交通系統中。因此，幾乎所有的公共交通系統都由私營公司擁有。毫無例外，有軌電車系統也完全由私人公司融資。這種交通方式一經引入社群，就主導了市場。大多數增長階段的公共政策都與有軌電車在城市中的突然和急劇增長有關。交通系統的政策隨著時間的推移而改變，但一項仍然有效的政策是特許經營的使用。對有軌電車的特許經營進行限制可以避免不必要的競爭，這使有軌電車系統能夠覆蓋更多區域，並確保有軌電車公司的收入得到保護。

鎖定政策

政府制定了一項政策，規定所有使用有軌電車系統的乘客都將以五美分的統一票價收費。

增長階段

公共部門在增長中的作用

當政府對所有服務實施5美分統一票價時，有軌電車主導了市場，成為主要的交通方式。當這項政策制定時，5美分足以讓有軌電車運營，甚至還能盈利。

私營部門在增長中的作用

開發商和房地產投機者對有軌電車系統的增長做出了重大貢獻。開發商會投資不同的有軌電車運營，然後在他們的土地上修建新的有軌電車線路。他們的目標是開發農村地區，以吸引那些有興趣住在城市以外的潛在購房者。到19世紀後期，一些美國人更喜歡住在半農村地區，遠離擁擠城市的汙染、噪音和活動，但仍然足夠靠近以保持一種社群感。郊區化成為美國曆史上的一種趨勢。電力公司也對有軌電車業務感興趣，因為他們看到了為新生活區提供電力的潛在機會。

政策問題

運營商的固定票價為 5 美分，即使在通貨膨脹和工資上漲之後也是如此。有軌電車的運營成本過高，運營商無法再盈利，一些運營商因破產而被迫停止運營。

成熟和衰退階段

發展

有軌電車是 1900 年代初期美國主要的交通方式，到 1917 年覆蓋了 45,000 英里。然而，有軌電車的增長開始放緩，因為私人投資者的興趣下降。由於強制執行的 5 美分固定票價，多次罷工以及來自汽車的日益激烈的競爭，有軌電車在市場上苦苦掙扎。汽車的出現是導致美國有軌電車衰落的原因之一。由於汽車和有軌電車共用同一條道路，汽車行駛在有軌電車軌道上是不可避免的。最終，由於軌道使用擁擠和無法跟上時間表，有軌電車無法再正常執行。此外，儘管汽車行駛在為有軌電車設計的軌道上，但它們沒有義務保持軌道周圍的路面和路面狀況良好。最終，有軌電車公司成為了唯一承擔維修費用的公司。自 1920 年代以來，有軌電車公司開始宣佈破產，即使它們仍然是其城市的主要交通方式。高昂的成本和低廉的票價迫使它們削減服務，從而間接地將人們推向日益負擔得起的汽車。1900 年，密蘇里州只有 180 輛註冊汽車，但到 1910 年和 1920 年，這個數字急劇增加到 12,010 輛和 266,748 輛。這也導致了與無牌計程車運營商的意外競爭，計程車運營商佔據了街道，並以潛在的更好的機動性和速度與之競爭。

市場變化的侷限性

到 1920 年，大多數有軌電車公司都處於財務困境。“鎖定”的 5 美分票價使得這種交通方式無法改進或適應。有軌電車公司在增長階段未能協商更好的票價，導致無法跟上通貨膨脹和工資上漲。

“重塑”模式的機會

在有軌電車從道路上消失之後，俄勒岡州波特蘭成為北美 50 多年來第一個開通新的有軌電車系統的城市。現代有軌電車通常被稱為“輕軌”，具有更高的速度、容量和穩定性。與公共汽車相比，輕軌提供了更舒適的體驗和更高的乘客容量，而且它不會排放氣體、蒸汽或煙霧，這對於人口稠密的住宅區來說是理想的選擇。這些優勢使輕軌受到世界各地居民的青睞。然而，建造新的輕軌可能需要多年的規劃和建設時間。鐵路的建設也會對城市交通和經濟產生重大影響。另一方面，過去已經討論過使用橡膠輪胎電車的想法，以克服輕軌所表現出的這些困難。橡膠輪胎電車使用橡膠車輪在街道上行駛。由於橡膠輪胎電車不需要軌道才能執行，因此建設成本和所需時間會便宜得多，而且時間也會短得多。此外，由於沒有軌道，維護成本也會更低。

密蘇里州有軌電車系統的定量分析

資料

下表顯示了 1894 年至 1920 年密蘇里州有軌電車系統總軌道長度（英里）。資訊摘自 McGraw 電氣鐵路手冊。

確定了密蘇里州所有擁有有軌電車的城市區域以及每個城市區域的所有有軌電車系統，以便獲取密蘇里州每個年份的總軌道長度。該資料可以在下面的表 1 中看到

年份	軌道長度（英里）
1894	503.008
1897	593.6
1898	660.31
1899	703.81
1900	726.75
1901	792.45
1902	787.89
1903	787.89
1904	818.98
1905	899.475
1906	960.066
1907	1110.84
1908	1114.48
1909	1105.27
1910	1134.91
1911	1124.61
1912	1009.37
1913	1090.259
1914	1187.97
1917	1084.425
1918	1087.541
1919	1113.742
1920	1104.965

表 1：密蘇里州軌道長度（英里）

模型分析

該資料用於估計一個三引數邏輯函式，以獲得最適合資料的曲線。有軌電車系統的生命週期模型可以使用以下三引數邏輯方程來表徵

S(t) = Smax/[1+exp(-b(t-ti)]

其中

• S(t) 是狀態度量（鋪設的軌道）
• t 是時間，
• ti 是拐點時間，（即達到最大軌道長度 50% 的年份）
• Smax 是飽和狀態水平（即最大軌道長度）
• b 是一個係數

經過一系列迴歸分析，ti、Smax 和 b 的值如表 2 所示

變數	值
Smax	1200
b	0.133
ti	1895.42

表 2：S 曲線引數

使用表 2 中的值，邏輯函式方程被應用於生成最適合曲線（圖 1）。該模型比較了預測的軌道長度和實際軌道長度。該模型可以針對不同的飽和狀態水平進行擬合，但缺點是這些飽和狀態水平中只有一個最適合資料。

模型精度

記錄的實際軌道長度與預測的軌道長度均不相同，但它們都遵循生命週期增長和成熟階段的相似趨勢。模型的精度很容易受到資料缺乏的影響，因為研究期間沒有擴充套件到足夠早或足夠晚的時間。因此，該圖無法顯示密蘇里州有軌電車系統的明顯誕生和衰落階段。