運輸部署案例集/2021/紐約

概述

有軌電車是一種基於軌道的車輛，它利用位於路面內的軌道在都市區提供乘客運輸。有軌電車通常由一個單元車廂組成，是電氣化的運輸工具，電力透過架空線或軌道傳輸到系統。它們在人口密集的城市地區應用最為廣泛，用於運輸日常通勤者和休閒旅客，根據車廂的大小和配置，其容量從 20 人到 70 人不等。

在 1880 年代後期商業化到來時，有軌電車被視為大眾運輸領域的一場革命。它們的電力設計比現有的馬車有很大進步，因為它使這種模式更快、更安靜、更舒適（例如，消除了馬糞和氣味）和更高效，並且能夠提供合理的票價。有軌電車的效率和低成本使其在中產階級中非常受歡迎，這隨後使通勤者能夠住在距離市中心更遠的“有軌電車郊區”。

有軌電車之前的城市交通形式

在 19 世紀之交，曼哈頓已成為一個快速增長的港口城市，但前往布魯克林和保羅思胡克（現為澤西城）周邊定居點的交通方式僅限於水路。因此，對更高效的水路交通方式的需求越來越高。

在 1812 年保羅思胡克和曼哈頓之間首次當地汽船服務取得成功後，羅伯特·富爾頓和威廉·卡廷創立了紐約和布魯克林汽船渡輪協會，並在曼哈頓和布魯克林之間開始定期客運服務。蒸汽動力渡輪服務的引入證明是受歡迎的，因為它們大大提高了以前馬力驅動渡輪的速度和容量，到 1860 年代初，紐約港渡輪系統在 20 多條航線上支援每年 3200 萬人次的客流量。然而，雖然蒸汽渡輪的迅速崛起促進了城市擴張，而城市擴張本會被哈德遜河和東河阻礙，但它對緩解不斷增長的陸地公共交通需求並沒有起到什麼作用，因為城市社群同時經歷了大量的人口增長和人口稠密化。

亞伯拉罕·布勞爾 - 一名驛車運營商 - 利用對陸地交通選擇日益增長的需求，在 1827 年將第一輛馬拉公共汽車引入紐約。 公共汽車起源於 1820 年代初的法國，是一種馬拉的馬車，它沿固定路線為公眾提供當地交通服務，並收取固定價格。布勞爾的初始服務沿著百老匯運營，容量約為 12 名乘客，每次乘坐費用為 24 美分。到 1830 年代末，紐約的公共汽車變得越來越受歡迎，導致大型公司和小規模獨立運營商在整個城市眾多路線中管理著數百輛公共汽車。公共汽車隨後傳播到紐約州的其他主要城市，包括 1840 年代的奧爾巴尼。 然而，公共汽車有一些侷限性。首先，公共汽車經常以沒有填充的座位、缺乏通風和不禮貌的司機為特徵。糟糕的城市街道狀況加劇了乘坐的不適感，街道經常沒有鋪設或由粗糙的鵝卵石鋪成。其次，每次乘坐的費用對於普通居民來說太貴了（平均 12 美分），而且公共汽車服務的速度通常不到每小時 5 英里 - 比快步走快不了多少。因此，雖然紐約市擁有最廣泛的公共汽車網路之一，但這種模式僅被大約 30 名居民中的一人使用，每天僅服務 25,000 名乘客。儘管如此，公共汽車還是在少量中產階級通勤者中催生了“乘坐習慣”，取代步行成為主要的當地交通方式。

1832 年，紐約和哈萊姆鐵路公司試圖透過建立更舒適和經濟的城市交通方式來解決公共汽車的侷限性。最初，該公司提議實施一條連線哈萊姆和下曼哈頓的商業蒸汽鐵路，但出於對鄰近郊區煙霧、噪音和其他危險的擔憂，該市限制了蒸汽機在居民區內的運營。因此，紐約和哈萊姆鐵路公司引入了馬拉有軌電車，或“馬拉電車”。馬拉電車是一種馬拉的基於軌道的車輛，在城市街道的通行權內執行。透過利用軌道提供的低摩擦，馬拉電車比公共汽車更平穩、更快（以每小時 8 英里的速度行駛，而不是每小時 5 英里）以及更有效地利用馬力（能夠利用相當於馬力運輸 30-40 名乘客，而公共汽車的容量為 12-15 名乘客）。其他特點包括更寬敞的內部空間，以及更容易進入的出口。值得注意的是，馬拉電車的更高效率和容量導致運營成本降低，因此乘客票價也更便宜（從 12 美分的公共汽車票價降至 5 美分的馬拉電車票價）。雖然馬拉電車由於其運營優勢而很快在紐約市普及，但在 19 世紀 50 年代之前，這種概念並未在美國其他主要城市使用。這種延遲建立也適用於紐約州的其他城市，奧爾巴尼、羅切斯特和錫拉丘茲直到 1860 年代初才實施馬拉電車線路。相比之下，到 1860 年，曼哈頓有 14 條馬拉電車線路，每年運送超過 3800 萬名乘客，此外還有現有的公共汽車乘客。

到 19 世紀中葉，紐約州許多主要的大都市區，尤其是曼哈頓，充斥著大量的私人馬車、馬拉公共汽車、馬車、出租馬車和行人。 特別是，哈德遜河沿岸碼頭與百老匯市中心之間的路線經常出現交通堵塞，因為貨物在船舶和市中心之間運輸。儘管紐約市在 1870 年代實施了高架快速交通服務（稱為“高架鐵路”），但城市街道仍然嚴重擁堵。 除了擁堵之外，公共汽車和馬車對馬力的過度依賴也帶來了其他挑戰。馬匹的維護成本很高，因為主人必須考慮持續的馬廄、馬具和醫療費用，而且馬匹通常最多隻能工作五年。 此外，馬力車輛的普遍使用導致城市街道上大量馬糞堆積，使居民暴露在難聞的氣味和疾病中，例如霍亂和破傷風。馬匹也經常爆發疾病，其中最著名的是 1872 年的馬流感爆發，導致該市約 95% 的馬匹勞動力停工數週，並擾亂了馬拉交通。 最終，到 1870 年代，很明顯需要一種更經濟、更可靠的街道級交通方式。

有軌電車的發明

有軌電車起源於其大眾交通的前身——驛馬車、公共汽車、馬拉有軌電車和纜車，誕生於對更有效、更舒適的交通方式的需求，並得益於 19 世紀整個世紀的關鍵技術創新。 

托馬斯·達文波特於 1934 年發明了電池供電的直流（DC）電動機後，出現了幾種早期的電動汽車原型，包括羅伯特·戴維森的四輪馬車電動機車“伽伐尼”（1842 年）和查爾斯·格拉夫頓·佩奇的電磁機車（1951 年）。 雖然這些早期的原型證明電力是驅動車輛的成功方法，但它們依賴電池作為電流源，因此由於高昂的成本而無法實現商業化。最終，電力發電技術的改進和牽引電機的發展使電力在交通運輸中的實際應用成為可能。

具體來說，安東尼奧·帕奇諾蒂、維爾納·馮·西門子、查爾斯·惠斯通、齊諾布·格拉姆和查爾斯·F·布魯什在 1860 年代和 1870 年代開發了發電機，這使得第一臺能夠提供商業數量直流電的實用發電機問世。 1883 年，利奧·達夫特在自己的電動機車中使用發電機，生產了現代有軌電車的第一個商業先驅。該設計利用了現有的馬車軌道和兩個發電機，透過第三條帶電軌道為牽引電機提供直流電。 雖然達夫特的電動機車於 1885 年在巴爾的摩開始商業運營，並獲得了每月約 29,000 名乘客的客流量，但 220 伏特的系統經常使小動物和牲畜觸電，隨後又恢復了馬力。

與達夫特的進展同時，發明家愛德華·本特利和沃爾特·奈特在克利夫蘭試驗了一輛電動汽車，該汽車由地下木質管道供電，其中有兩根銅線導體；然而，頻繁的故障導致該專案在 1885 年被放棄。 1886 年，查爾斯·範·德波勒修改了電力分配系統，在阿拉巴馬州的蒙哥馬利生產了第一輛由懸掛式電線和彈簧式滑輪杆的電流供電的電動汽車。雖然範·德波勒的發明取得了巨大成功，但資金方面的限制限制了他的改進能力。因此，正是弗蘭克·斯普拉格在 19 世紀 80 年代的開發引領了有軌電車時代。

斯普拉格改進了托馬斯·愛迪生的直流電力分配系統、範·德波勒的彈簧式滑輪杆和現有的牽引電機。值得注意的是，他的非火花牽引電機帶有固定刷子，能夠在不同負載下保持恆定速度，這將永久地改變電動汽車運動。 從 1887 年到 1888 年，斯普拉格在弗吉尼亞州的里士滿實施了他的有軌電車系統，該系統迅速取得成功，因為它表明電動汽車既經濟又可靠且安全。隨後，到 1900 年，美國 90% 的有軌電車系統都使用了斯普拉格的專利。

早期市場發展

在紐約州，有軌電車在紐約市誕生。與該市現有的公共汽車和馬車相比，有軌電車提供了一種更快、更便宜、更舒適的交通方式。有軌電車的票價為每人 5 美分，與價格相同的馬車相比，它提供了更好的舒適度和速度，並且比公共汽車（每人 12 美分）便宜得多，因此它在城市中產階級居民中很受歡迎。

有軌電車透過方便生活在該市郊區的人們的日常通勤，進一步擴大了城市大眾交通的市場。馬車和公共汽車通常僅限於市中心居民，而有軌電車系統的快速擴張為郊區社群帶來了新的流動性，最終導致“有軌電車郊區”沿著線路發展。

此外，有軌電車運營商透過線上路終點設立公園、酒店、賽馬場、遊樂中心、海灘和酒吧來鼓勵休閒旅行。 位於布魯克林最南端的紐約市科尼島是這種做法最著名的例子之一，它為客人提供了適合所有年齡段的眾多奇觀和景點。

誕生階段的政策

立法

在美國，在 19 世紀的大部分時間裡，國家或聯邦層面的城市交通管制很少。 直到 19 世紀末，才為交通行業建立了聯邦法律先例。1887 年，國會頒佈了《州際商務法》，以遏制內戰期間鐵路快速擴張後在鐵路行業中普遍存在的歧視性和壟斷行為。 雖然這項立法對城市交通的影響很小，但它是聯邦政府參與交通事務的第一個例子。

特許經營

直到 19 世紀後期，美國的大部分交通管制都是由地方政府制定和管理的。地方政府很快意識到，可以對盈利性交通運營商（當時是公共汽車和馬車運營商）徵稅，以換取他們使用公共擁有的街道，從而引入了“特許經營”。 在紐約市，市議會將向私人公司頒發特許經營權，以在指定區域內提供交通服務。

特許經營制度為規範運營商提供了一種分散的機制，特許經營協議中將包含必要的運營條款，最終將用於控制行業。雖然這些條款會設定票價（通常為 5 美分）和指定的運營區域，但其範圍和性質相對有限；例如，其他條款包括有軌電車運營商需要鋪設軌道之間的道路以防止其損壞，並免費運送警察和消防員。 除了特許經營協議外，交通運營商基本上不受監管幹預，私營運營商對其各自線路的投資和運營負有獨立責任。到有軌電車推出時，這種分散的監管方式已經導致了複雜的特許經營制度，其特點是運營商之間的激烈競爭。因此，從未建立過統一和標準化的有軌電車系統，導致軌道尺寸、時間表、票價和車輛質量標準不一致，從而導致嚴重的運營效率低下。

實施與發展

在 1888 年於弗吉尼亞州成功推出後，紐約市計劃在當年內在曼哈頓實施電力有軌電車，然而一場強大的暴風雪導致該系統實施出現重大延誤。由於曼哈頓使用從電線杆上懸掛的架空線來傳輸電力和電話服務，1888 年的暴風雪導致全市電力系統出現廣泛故障，因為電線和電線杆在冰雪的重量下倒塌。 因此，紐約市要求曼哈頓所有公用事業（包括有軌電車線）都必須在地下。因此，為該市設計了一種改進的電力有軌電車系統。這種曼哈頓特有的系統包括在兩條相鄰的執行軌道之間設定一個槽，該槽包含兩條額外的軌道用於輸送電力。 每輛有軌電車都設計有一個安裝在車身上的“犁”，用於從槽中收集電力。 重要的是，這種專用系統的的影響包括延遲了有軌電車在紐約市的出現，以及建設成本的大幅增加，因為地下電力軌道系統的成本是傳統軌道的 3 到 10 倍。 儘管建設延誤，但電力有軌電車於 1890 年在紐約市首次亮相，當時康尼島大道線路實現電氣化。

除了這種推遲之外，電力有軌電車在紐約市迅速得到採用，被認為是交通運輸技術的重大進步。其效率和低廉的票價鼓勵了人們進行日常（例如工作和教育）和非日常（例如休閒）旅行 - 事實上，週末乘客人數遠遠超過工作日。 有軌電車運營商透過線上路終點站建立公園、酒店、賽道、遊樂中心和酒吧來鼓勵這種休閒旅行（見上文“早期市場發展”），從而將有軌電車融入紐約的社會景觀。隨著有軌電車越來越受歡迎，其基礎設施也隨之發展。到 1910 年代，紐約市的有軌電車系統總長超過 1900 公里，遠遠超過世界其他主要城市。 有軌電車的廣闊性和合理的 5 美分票價進一步促進了紐約郊區居民的流動，從而導致經濟活動的空間分佈更加廣泛，並減少了通勤者在市中心居住的需求。

政策對發展的影響

有軌電車在紐約市快速發展的一個可能因素是機車行業面臨的立法障礙。1839 年，一輛機車的鍋爐在紐約市爆炸，造成工程師死亡，20 名乘客受傷。 這一事件，加上其他一些較小的事故，導致人們普遍害怕大型蒸汽機，隨後引發了針對在人口稠密地區使用機車的暴動和騷亂。為了應對居民的擔憂，曼哈頓和布魯克林迅速禁止機車在城市人口稠密地區執行。

類似的情況發生在 1910 年代中期，當時引入了吉普尼。吉普尼是私營汽車，用作無證、無監管和無稅的公共交通工具（相當於現代出租車）。 雖然吉普尼因其靈活性和新穎性而越來越受歡迎，但老牌交通公司將它們視為不公平的競爭，威脅到他們的償付能力，因此向立法者施加壓力，禁止他們在城市和州內運營。因此，1915 年法律第 667 章透過，該法實際上禁止在紐約市範圍內運營吉普尼。 這使得紐約的有軌電車行業能夠繼續蓬勃發展，成為主要的公共交通方式，直到 1930 年代。

特許經營對發展的影響

由於特許經營制度在有軌電車出現之前就已經牢固確立，許多現有的馬車運營商非常適合採用這項新技術，因為他們已經擁有使用城市街道和軌道的權利。 因此，有軌電車運營商大量湧現。如前所述，特許經營協議是由於有軌電車系統的分散性質而用來控制和規範該行業的主要機制（見“誕生階段的政策”）。這些協議相對簡單，通常只設定票價、服務區域和運營期限的要求。其他運營方面的考慮，例如車輛、軌道型別和時間表，不在這些協議的管理範圍內。因此，在監管有限的情況下，紐約的有軌電車行業迅速發展成為一個複雜且非標準化的系統，其特點是競爭激烈。

成熟期

由於缺乏標準化，紐約的有軌電車出現了嚴重的運營效率低下（見“誕生階段的政策”）。這些挑戰導致頻繁的破產，隨後被收購或完全放棄。一些大型企業在 20 世紀初取得了巨大的經濟成功 - 例如大都會街鐵路，在 1893 年至 1902 年期間獲得了大約 1 億美元的利潤 - 因為他們利用獨立運營商的衰落來擴大和鞏固其各自的有軌電車帝國。 然而，破產、收購和放棄的迴圈一直持續到 20 世紀初，將有軌電車行業轉變為一個錯綜複雜的寡頭壟斷，從未經歷過長期的穩定和成功。

到 1910 年代，曼哈頓的城際交通系統由兩家公司主導：紐約鐵路公司和第三大道鐵路公司。 透過一系列複雜的子公司收購和公司合併，紐約鐵路公司繼承了紐約最大的有軌電車系統，擁有 8 家全資子公司和 8 家租賃公司。 然而，紐約鐵路公司在對其複雜的線路網路進行系統化的努力中犯了關鍵錯誤。首先，為了整合資產，紐約鐵路將其部分資產出租給了獨立運營商，但後來才意識到，這些租賃的線路是他們最賺錢的線路之一。 這導致了代價高昂的租賃終止流程，以將這些線路收回全部所有權。其次，紐約鐵路訂購了 293 輛採用全新門系統的車輛，旨在加快乘客上下車的速度。然而，這種新配置不如原來的配置高效，而且還需要兩名操作員來操作車輛才能有效地收取車費。 最後一個重大的財務錯誤是試圖將 4 條線路改造成電池動力線路，這包括購買 70 輛新的電池動力車輛。不幸的是，這些電池動力線路未能成功，並在 1919 年被悄悄地放棄。 這一系列財務失誤導致紐約鐵路公司在 1919 年陷入破產，最終被公共汽車公司收購，並在 1925 年以紐約鐵路公司的名義迴歸。然而，此時汽車時代已經開始，而公共汽車公司（通用汽車的子公司）打算用公共汽車取代其有軌電車資產。

衰落

有軌電車最終在紐約衰落的主要原因有三個，包括

• 第一次世界大戰導致的通貨膨脹壓力
• 汽車的出現
• 汽車的出現。

第一次世界大戰導致的通貨膨脹壓力

在 1910 年代中期，與第一次世界大戰相關的通貨膨脹壓力導致勞動力和材料成本大幅上升。^[61] 由於有軌電車行業私有化的性質，高昂的資本支出成為金融穩定的重大障礙，尤其是在許多有軌電車運營商無法根據特許經營協議中常見的五美分車費條款相應地提高車費的情況下。由於有軌電車公司利潤下降，該行業的股票價格也隨之走低，因此運營商無法籌集到進行技術改進和現代化的必要資金。^[62]

汽車的出現

有軌電車客運量的逐漸下降與汽車行業的快速擴張相對應。美國企業家專注於創造經濟型汽車，並能夠實現大規模生產。到 1908 年，已有二十多家美國製造商銷售價格實惠的汽車。^[63] 汽車被宣傳為美國夢的象徵，代表著獨立和擁有汽車的機會。隨著中產階級越來越多地使用汽車，公眾對有軌電車和其他交通方式的看法開始發生轉變，因為其使用者更喜歡汽車提供的個人自由。除了不斷變化的公眾認知外，汽車行業還得到了強大的私人利益集團的支援，這些集團包括石油公司、輪胎製造商和經銷商、零件供應商和道路建設者，他們成功地說服了政策制定者對納稅人補貼改善道路和減少停車限制。^[64] 由於道路被視為公共產品，遊說者認為納稅人補貼是合理的，並且將進一步有助於提高沿已開發道路的房產價值（以及房產稅收入）。^[65] 儘管關於最終說服立法者的是經濟主張還是政治影響存在一些猜測，但最終還是向汽車的興起提供了公共資金援助以改善道路。這與政府對有軌電車行業的做法形成了鮮明對比，因為私人公共交通行業在很大程度上被視為不值得政府支援和干預。因此，在汽車行業蓬勃發展的同時，公共交通卻難以維持。到 1910 年，美國城市交通運輸的表現不如歐洲競爭對手，歐洲競爭對手在美觀的設計（沒有架空電線）方面進行了投資，並且乘客人數迅速增長。^[66]

巴士的引入

紐約市是第一個建立完善的巴士系統的城市，第一輛電池供電的巴士於 1902 年投入使用（後來證明不可靠），第一輛機動巴士於 1905 年投入使用。^[67] 這第一輛機動巴士（由第五大道客車公司擁有和運營）的首次亮相取得了巨大成功，幾年內，第五大道的 132 輛巴士取代了紐約市的所有馬車公共汽車。^[68] 與有軌電車相比，機動巴士在運營效率方面具有顯著優勢，因為它不依賴於軌道或外部電線，因此可以更靈活地行駛在城市街道上，減少了基礎設施障礙造成的延誤風險。機動巴士還可以更靈活地為現有有軌電車線路以外的郊區地區提供服務，在更長的路線中也更經濟，因此到 1925 年，它開始取代紐約市郊區的有軌電車。它還透過提供更高效、可持續、可靠、舒適和衛生的替代方案，改善了現有的馬車。機動巴士的新穎性也使其受到公眾的熱烈歡迎，因為它被視為與日益被忽視的有軌電車相比，是一種革命性的現代交通方式。

公眾對巴士的積極看法可能影響了地方政府官員，包括當時的紐約市長菲奧雷洛·拉瓜迪亞。拉瓜迪亞市長認為巴士是未來主要的公共交通方式，並試圖鼓勵用巴士取代城市內的有軌電車。為此，拉瓜迪亞市長在 1930 年代初開始了一項運動，以用機動巴士取代曼哈頓的“高架鐵路”和有軌電車線路。^[69] 面對過時的威脅，布魯克林快速運輸公司（運營著布魯克林的大部分有軌電車）調查了混合動力交通工具的可行性。這導致布魯克林快速運輸公司在 1930 年將其眾多有軌電車線路改造成無軌電車運營。^[70] 無軌電車由架空電線供電，但不需要軌道，這使其在交通中具有更大的機動性，同時比當時的機動巴士運營成本更低。但是，非軌道設計允許無軌電車經常偏離架空電線，從而導致滑靴脫落，從而造成昂貴且耗時的重新連線工作。與有軌電車類似，架空電線被認為在視覺上令人不悅，最終拆除它們成為地方政治運動的基石。^[71] 最終，無軌電車只比有軌電車多生存了幾年。

通用汽車的行動進一步加劇了有軌電車的衰落，這已成為廣為流傳的通用汽車有軌電車陰謀的主題。如前所述（見上文“成熟階段”），通用汽車收購了破產的紐約鐵路公司，並在其子公司公共汽車公司下將其運營至 1926 年，目的是將其有軌電車帝國改造成機動巴士。^[72] 除了此次收購外，通用汽車還收購了城市中許多被廢棄和瀕臨破產的有軌電車線路。^[73] 到 1939 年，該市僅剩約 542 公里的有軌電車線路，而 1919 年的峰值約為 2163 公里。^[74]

到 1960 年代後期，紐約州的所有有軌電車和無軌電車服務都已過時並被拆除。^[75] 紐約州的其他城市，包括布法羅、奧爾巴尼、羅切斯特和錫拉丘茲，從 1920 年代中期到 1950 年代中期，其有軌電車逐漸被巴士取代。最終，紐約州有軌電車行業的去中心化、監管不足和缺乏合理化導致了一個不協調的系統，無法提供具有財務效益或運營效率的公共服務，因此未能達到曾經設想的繁榮高度。

紐約有軌電車生命週期的定量評估

對紐約州電力有軌電車系統的生命週期進行了定量分析。選擇帶電軌道長度（英里）作為分析單位，來源是《美國有軌電車投資紅皮書》。以下邏輯函式用於評估 1894 年至 1920 年之間的軌道長度

S(t)= K/(1+e^([-b(t-t_0)]))

其中

• S(t) 是狀態測量值（軌道英里數）
• t 是時間
• t0 是時間的拐點
• K 是飽和狀態水平，以及
• b 是一個係數。

在生成 S 曲線之前，首先進行線性迴歸以確定 K、b 和 t_0 的引數。如果某個年份的資料不可用，則對軌道英里數進行線性插值。結果如 圖 1 所示（請參考 excel 檔案，因為 Wikibooks 不允許我上傳圖形），估計引數如下表 1 所示。

表 1. 估計引數

變數	值
K	6820
b	0.136
t_0	1905

R 平方值（0.938）表明該模型是一個令人滿意的擬合。對紐約州 S 曲線的分析表明以下有軌電車生命週期特徵

• 誕生階段：<1897
• 增長階段：1894 -1910（拐點出現在 1905 年）
• 成熟階段：>1910。