交通部署案例集/2022/不列顛哥倫比亞省
有軌電車（北美英語）是一種以軌道為基礎的客運系統，主要在城市街道的公共道路權上執行。[1]作為具有更長鉸接車輛和專用道路權的現代輕軌系統的先驅，早期的有軌電車通常是單節車廂，使用鋪設在路面上的鋼軌，並與其他車輛共享街道空間。
在北美，城際電車是一種在城市之間執行更長距離的有軌電車系統。雖然它們與有軌電車有一些區別，例如多節車廂和貨運能力，但城際電車基本上使用與有軌電車系統相同的技術，並在農村道路的公共道路權內的軌道上執行。[2]
不列顛哥倫比亞省的有軌電車和城際電車的基本技術特徵是
- 鐵路——一個固定寬度的鋼輪在鋼軌上的系統，由擋邊引導，最大限度地減少了車輛的滾動阻力，從而減少了移動所需的力[3]; 以及
- 電力牽引——一種使用電動機驅動的系統，電動機由連線到架空線的受電弓供電
雖然早期的有軌電車系統使用馬或蒸汽作為推進系統，但不列顛哥倫比亞省的有軌電車從一開始就使用電力牽引。
不列顛哥倫比亞省位於加拿大西海岸，艾伯塔省以西，北至阿拉斯加州，南至華盛頓州。該省的地理環境以山區為主，包括西部的海岸山脈和佔據大部分內陸地區的加拿大落基山脈。[4]由於這種地理環境，不列顛哥倫比亞省的人口和主要定居點集中在西南部，包括位於溫哥華島南端的省會城市維多利亞，以及包括大溫哥華地區和其他較小城市的相對平坦的下大陸地區。[5]
有軌電車和城際電車在不列顛哥倫比亞省的經濟和城市發展中發揮了重要作用，使新興的殖民小鎮能夠發展到步行距離之外，併為不斷增長的“有軌電車郊區”的工人提供更大、更便宜的住房。[6]城際電車還在連線溫哥華和新威斯敏斯特（如今被視為大溫哥華地區的一部分）的定居點方面發揮了關鍵作用，提供客運和貨運服務。雖然城鎮和新的通勤郊區之間的客運是這些系統的首要市場，但城際電車對農民將貨物運送到城市特別有利，因為它們比馬車效率更高。[7]
加拿大各地的歐洲定居點歷來與交通網路的發展息息相關。雖然新威斯敏斯特於1859年建立為第一個城市中心，但隨著加拿大太平洋鐵路於1886年建成，溫哥華成為最重要的城市，成為一個戰略港口。[8]在電動有軌電車出現之前，其他城市使用馬車公共汽車服務，後來使用馬車或在某些情況下使用蒸汽動力的有軌電車作為其主要的地方交通工具。蒙特利爾和多倫多自1861年以來一直使用馬車有軌電車，並輔以馬車公共汽車。[3]由於不列顛哥倫比亞省的定居點在1890年電動有軌電車抵達時還僅僅是新興的邊境小鎮，因此從未實施過馬車有軌電車，馬車（稱為出租馬車）成為主要的交通工具。[9]
隨著溫哥華取代新威斯敏斯特成為最重要的定居點，這兩個城鎮之間對乘客和貨物的運輸需求日益增長，而溫哥華作為加拿大太平洋鐵路建立的港口城市，經歷了快速發展，從而產生了在通勤距離內為工人建造新住房的需求。[6]
弗蘭克·J·斯普拉格，被稱為“電力牽引之父”，通常被認為是19世紀後期大量湧現的電動有軌電車系統的發明者。[10]雖然有軌電車的初始技術已經以導向鋼輪和鋼軌的形式存在，但斯普拉格對電動機設計、再生制動和電源的改進，使得電力牽引的有軌電車得以部署。
斯普拉格最初受僱於托馬斯·愛迪生，負責開拓電力照明，但斯普拉格對電力更感興趣，於1884年辭職創辦了斯普拉格電力鐵路與電機公司，該公司率先開發出一種具有固定電刷的恆速無火花電機，該電機可以在不同負載下保持恆定的旋轉速度。[11]斯普拉格還透過開發一種透過制動將電力再生到供電系統的方法提高了這些電機的效率——這對於具有陡峭坡度的鐵路尤其有用。[10]
電動有軌電車部署的另一項關鍵技術是使用電線和受電弓的架空供電。雖然斯普拉格改進了設計，有時也被認為是其發明者，但第一個電車杆是由查爾斯·約瑟夫·範·德波爾於1874年開發的，並於1885年在多倫多工業展覽會上展出。[12]
早期的有軌電車於1886年首次在阿拉巴馬州和賓夕法尼亞州投入使用，1887年在內布拉斯加州投入使用。然而，里士滿聯合客運鐵路是第一個大規模部署斯普拉格創新電動機和架空電力設計的系統。斯普拉格的公司被愛迪生收購以支援生產，並在兩年內，北美、義大利和德國有110個有軌電車系統使用了他的裝置。[11] 大多數北美城市將現有的馬車牽引的有軌電車轉換為電力牽引，不列顛哥倫比亞省也利用這項新技術建立了其首批系統。
不列顛哥倫比亞省早期的有軌電車和城際線滿足了不同的市場需求。有軌電車在溫哥華髮展成為加拿大太平洋鐵路西端港口城市僅四年後就早期到來。由於城市正經歷快速發展，馬爾切蒂常數將工人住房的可用面積限制在市中心約2.5公里範圍內。與步行相比，有軌電車的更快旅行速度將這一範圍擴大到7.5公里，從而使城市得以擴張。在溫哥華和維多利亞，有軌電車線路助長了房地產投機，創造了新的“有軌電車郊區”，其中包含商業街和廉價的工人住房。[6]
城際線服務於不同的市場細分，因為它們最初是為了連線溫哥華和新威斯敏斯特等現有城市中心而建立的。在為現有的城際旅行提供比出租馬車更具吸引力的體驗的同時，它們還服務於沿線農田貨運這一新的、意外的市場。雖然始終優先考慮客運服務[13]，但農民很快發現，多節車廂的電動城際列車用於將農產品運往市場比馬車更經濟。[14]
不列顛哥倫比亞省的首批有軌電車於1890年投入使用，採用的是1888年首次部署的愛迪生和斯普拉格的裝置（如上所述）。第一個系統於1890年2月22日在維多利亞開通，一條5英里的線路，配備了4輛木製電車，由當地的國家電力有軌電車和照明有限公司運營。[15] 僅僅四個月後，溫哥華的第一條有軌電車線路由溫哥華電力鐵路和照明有限公司開通。次年10月（1891年），威斯敏斯特和溫哥華有軌電車公司在新威斯敏斯特開通了第一條本地有軌電車線路，並開通了一條通往溫哥華的城際線。[16]
這三家公司都是商業所有和運營，並盈利，除了溫哥華市每年收取1美元的象徵性費用，允許其使用公共街道外，沒有獲得任何政府支援。[17] 在最初的幾年裡，網路擴充套件微乎其微，直到所有三家公司都經歷了財務困難，最終倒閉，然後合併為聯合鐵路和照明公司，該公司本身於1895年破產。這些網路於1897年以不列顛哥倫比亞電力鐵路公司 (BCERC) 的形式重新出現，該公司成功地擁有、運營和擴充套件了有軌電車和城際網路，直到它們最終在20世紀50年代關閉。[15]
另外，內爾森電力有軌電車有限公司於1899年在不列顛哥倫比亞省南部內陸的一個小鎮內爾森建立了一條4英里的有軌電車線路。
在前任企業多次市場失敗以及政府政策排除救助的情況下，BCERC 最初對擴充套件網路猶豫不決。網路的增長從1900年到1910年開始，一直持續到1920年代初。在此期間，維多利亞的有軌電車網路擴充套件到包括10條有軌電車線路和一條通往北部的薩尼奇的城際線。同樣，低陸平原的有軌電車和城際線也擴充套件到1920年代，在某些情況下甚至先於城市的發展。該系統的總長度在1905年和1910年大幅增加，當時BCERC 租賃並電氣化了加拿大太平洋鐵路現有的貨運線，開通了通往裡士滿和奇利瓦克的城際線。[13] 儘管書面歷史記錄討論了有軌電車和城際線“擴充套件到1920年代”，但尚未找到1920年以後系統擴充套件的任何資料。
在1911年至1914年之間的某個時間點，內爾森的單條有軌電車線路從4英里延長到5.5英里。
從系統長度來看，不列顛哥倫比亞省的有軌電車在1918年至1920年左右開始進入成熟期，儘管它們的人氣和乘客量一直持續到1920年代初。雖然城市發展仍在繼續，對交通的需求仍然強勁，但汽車變得越來越流行，競爭對手運營的汽車巴士開始與有軌電車和城際列車競爭。1924年，BCERC 為應對這一市場競爭，成立了不列顛哥倫比亞快速交通公司，以收購低陸平原競爭對手的機動客運和貨運服務。雖然這確保了公司的財務成功，但在實踐中，這意味著停止對有軌電車的投資，並開始了衰落階段。[13]
到20世紀30年代，在大蕭條期間，有軌電車的乘客量下降，隨著車隊老化，公眾輿論也發生了動搖。到20世紀40年代和50年代，BCERC 面臨著大量投資以更換老化的車隊和軌道資產，因此決定啟動為期10年的“鐵軌換橡膠”轉型，將所有有軌電車線路轉換為無軌電車。溫哥華的最後一條有軌電車於1955年停運，最後一條城際線於1958年停運。[13] 令人難以置信的是，不列顛哥倫比亞省的有軌電車的誕生、發展、成熟和衰落完全由商業企業完成，沒有政府資金或干預。
繼20世紀中期有軌電車衰落之後，現代輕軌系統在過去二十年裡經歷了復甦。從1986年的俄勒岡州波特蘭開始，數十個北美城市在其中心區域實施了新的輕軌或有軌電車系統。[19] 現代有軌電車系統的實施原因與前身大不相同。雖然20世紀的有軌電車與以前的交通方式相比擴大了可達性，但現代有軌電車通常在旅行時間或覆蓋範圍方面相較於現有的巴士服務幾乎沒有提供任何優勢。相反，它們往往位於人口稠密的城市地區，旨在支援城市更新，並創造適宜步行的、有吸引力的城市。[20] 這些不斷變化的驅動力表明，有軌電車從主要的交通方式轉變為一種塑造場所和促進經濟發展的工具。[21] 考慮到這一點，現代有軌電車系統可能會表現出不同的特性，例如服務質量、乘客舒適度和城市設計，而不是系統長度和服務覆蓋範圍。
*沒有證據
生命週期模型將運輸系統的行為隨時間推移劃分為三個階段：誕生、增長和成熟。[22] 這三個階段可以使用S曲線進行估計，採用三引數函式
S(t)= Smax/[1+exp(-b(t-t0)]
其中
- S(t) 是狀態度量（例如，乘客公里數、軌道里程），
- t 是時間（通常以年為單位），
- t0 是拐點時間（達到1/2 K 的年份），
- Smax 是飽和狀態水平，以及
- b 是一個係數。
由於不列顛哥倫比亞省有軌電車網路的飽和狀態水平 (Smax) 未知，因此已在一個線性迴歸電子表格模型中測試了一系列值，並根據其t統計量和R平方值選擇了最佳值。
為了進行此分析，各年份的軌道里程數（以英里為單位）的系統長度資料來源是麥格勞電力鐵路手冊——美國有軌電車投資的紅皮書。[23] 雖然理想情況下應該將有軌電車線路與城際線路分開，但公司結構的多次變化和不一致的報告格式使得難以以一致的結果將兩者分開。缺失資料的年份已使用線性插值法進行插值，並使用腳註儘可能地將城際線路與城市擴張分開。此外，由於報告變化導致兩個部門之間系統長度隨時間推移而合併或重新分配，因此溫哥華和新威斯敏斯特被分析為一個系統。
| 變數 | 值 |
|---|---|
| Smax | 80 |
| b | 0.124293773 |
| t0 | 1911.758838 |
| 年份 | 長度（實際） | 長度（預測） |
|---|---|---|
| 1890 | 5.00 | 5.02 |
| 1891 | 7.25 | 5.63 |
| 1892 | 9.50 | 6.32 |
| 1893 | 11.75 | 7.08 |
| 1894 | 14.00 | 7.93 |
| 1895 | 14.33 | 8.86 |
| 1896 | 14.67 | 9.89 |
| 1897 | 15.00 | 11.02 |
| 1898 | 14.63 | 12.25 |
| 1899 | 14.25 | 13.60 |
| 1900 | 13.88 | 15.06 |
| 1901 | 13.50 | 16.64 |
| 1902 | 13.50 | 18.33 |
| 1903 | 12.00 | 20.15 |
| 1904 | 14.00 | 22.08 |
| 1905 | 15.00 | 24.12 |
| 1906 | 15.00 | 26.27 |
| 1907 | 17.25 | 28.50 |
| 1908 | 17.30 | 30.82 |
| 1909 | 17.30 | 33.21 |
| 1910 | 17.30 | 35.65 |
| 1911 | 20.73 | 38.12 |
| 1912 | 24.15 | 40.60 |
| 1913 | 51.87 | 43.08 |
| 1914 | 55.30 | 45.54 |
| 1915 | 58.73 | 47.95 |
| 1916 | 62.15 | 50.31 |
| 1917 | 65.58 | 52.59 |
| 1918 | 65.84 | 54.78 |
| 1919 | 65.84 | 56.88 |
| 1920 | 65.84 | 58.87 |
| 階段 | 年份 |
|---|---|
| 誕生 | 1890年至1905年 |
| 增長 | 1905年至1915年 |
| 成熟 | 1915年及以後 |
| 變數 | 值 |
|---|---|
| Smax | 550 |
| b | 0.234742972 |
| t0 | 1912.24568 |
| 年份 | 長度（實際） | 長度（預測） |
|---|---|---|
| 1890 | 2.95 | |
| 1891 | 3.73 | |
| 1892 | 4.71 | |
| 1893 | 5.94 | |
| 1894 | 24.00 | 7.49 |
| 1895 | 24.00 | 9.43 |
| 1896 | 24.00 | 11.88 |
| 1897 | 24.00 | 14.93 |
| 1898 | 26.50 | 18.75 |
| 1899 | 26.50 | 23.50 |
| 1900 | 26.50 | 29.38 |
| 1901 | 35.00 | 36.64 |
| 1902 | 35.00 | 45.53 |
| 1903 | 30.30 | 56.34 |
| 1904 | 35.00 | 69.37 |
| 1905 | 35.00 | 84.89 |
| 1906 | 35.00 | 103.14 |
| 1907 | 46.25 | 124.27 |
| 1908 | 58.70 | 148.28 |
| 1909 | 58.70 | 175.03 |
| 1910 | 58.70 | 204.15 |
| 1911 | 244.25 | 235.08 |
| 1912 | 380.64 | 267.07 |
| 1913 | 385.99 | 299.28 |
| 1914 | 439.61 | 330.84 |
| 1915 | 450.89 | 360.93 |
| 1916 | 462.18 | 388.90 |
| 1917 | 473.46 | 414.29 |
| 1918 | 471.41 | 436.84 |
| 1919 | 466.93 | 456.49 |
| 1920 | 469.32 | 473.33 |
| 階段 | 年份 |
|---|---|
| 誕生 | 1890年至1905年 |
| 增長 | 1905年至1915年 |
| 成熟 | 1915年及以後 |
| 變數 | 值 |
|---|---|
| Smax | 6 |
| b | 0.096980604 |
| t0 | 1904.098249 |
| 年份 | 長度（實際） | 長度（預測） |
|---|---|---|
| 1900 | 3 | 2 |
| 1901 | 3 | 3 |
| 1902 | 3 | 3 |
| 1903 | 3 | 3 |
| 1904 | 3 | 3 |
| 1905 | 3 | 3 |
| 1906 | 3 | 3 |
| 1907 | 3 | 3 |
| 1908 | 3 | 4 |
| 1909 | 3 | 4 |
| 1910 | 3 | 4 |
| 1911 | 3 | 4 |
| 1912 | 3.833333333 | 4 |
| 1913 | 4.666666667 | 4 |
| 1914 | 5.5 | 4 |
| 階段 | 年份 |
|---|---|
| 誕生 | 1899年至1900年 |
| 增長 | 1900年至1915年 |
| 成熟 | 1915年及以後 |
- ↑ 梅里亞姆-韋伯斯特詞典。（無日期）。“有軌電車”。在《梅里亞姆-韋伯斯特詞典》中。2022年3月12日檢索自https://www.merriam-webster.com/dictionary/streetcar
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- ↑ ArchDaily。2017。“美國有軌電車復興的真正原因（劇透：不是為了交通）”。2017年8月12日。https://www.archdaily.com/877521/the-real-reason-for-the-resurgence-of-streetcars-in-america-spoiler-its-not-for-transport
- ↑ 加里森，W. L. 和萊文森，D. M. 2014。《運輸體驗（第2版：政策、規劃和部署）》。第2版。牛津：牛津大學出版社。
- ↑ 麥格勞電力鐵路手冊。1894-1920。電力鐵路雜誌，1。檢索自http://hdl.handle.net/2027/mdp.39015089286168