交通部署案例集/2022/安大略

有軌電車介紹

技術特點

有軌電車是一種在道路上固定軌道上執行的輕軌交通車輛，通常以單節車廂執行，並由電力驅動。 鋼輪在軌道上的低滾動阻力和簡單的導向機構使有軌電車更加舒適和高效，在城市交通應用中具有很強的吸引力。 早期的有軌電車在加拿大開始運營，使用馬匹和蒸汽作為動力，但由於動力不足和汙染城市環境而被淘汰。 隨著電力技術的成熟，有軌電車透過受電弓或接觸鞋獲取電力，並透過電機驅動。

優點

• 與汽車、馬車和步行相比，有軌電車在鋼軌上執行，滾動阻力更低，能源效率更高，行駛更穩定。
• 與汽車相比，有軌電車擁有更大的客運能力。
• 電力有軌電車由電力驅動，沒有尾氣排放，更加環保。
• 與公交車相比，由於客運能力更大，有軌電車的每位乘客的勞動力成本更低。
• 與地鐵相比，有軌電車的投資成本更低。

主要市場

有軌電車市場主要是客運市場，起源於歐洲，在亞洲、美洲和大洋洲擁有巨大的市場。 同時，隨著電力有軌電車的發展，有軌電車的市場不再侷限於市中心，郊區也成為了有軌電車的市場。

歷史

有軌電車之前的交通方式

在有軌電車誕生之前，馬車和水上交通是主要的交通工具。 馬車有一些侷限性，例如客運能力低、速度慢、舒適度低、執行時間有限以及街道環境汙染（糞便）。 水上交通受到自然條件的很大限制，無法應用於內陸城市。 由於馬車客運能力低和舒適性差的限制，馬拉有軌電車誕生了。 由於使用鋼軌，行駛阻力可以降低，客運能力可以提高，車輛可以更快更平穩地行駛。 但是，馬拉有軌電車仍然存在汙染街道環境和執行時間有限的侷限性，因此誕生了蒸汽驅動有軌電車。 1875年，由於交通需求增加，蒸汽有軌電車動力不足的限制，電力有軌電車誕生了。 電力有軌電車由電機驅動，提高了動力，可以透過鋪設電線到達更遠的地方，也擴大了有軌電車的市場範圍。

有軌電車的發明

馬拉有軌電車

馬拉有軌電車是對馬車的第一項重要改進。 馬拉有軌電車也是由馬匹牽引，但車輛的輪子是鋼製的，沿著鋪設在道路上的特殊軌道滾動。 鋼輪在鋼軌上的低滾動阻力，再加上翼緣提供的簡單的導向機構，不僅可以提高舒適度，還可以提高客運能力。

蒸汽有軌電車

隨著蒸汽機的誕生，蒸汽有軌電車逐漸取代了馬拉有軌電車。 蒸汽有軌電車以蒸汽機為動力源，透過蒸汽壓力推動活塞，然後透過連桿裝置旋轉車輪，這在很大程度上克服了馬拉有軌電車汙染街道環境和執行時間有限的缺陷。 但是，它仍然存在一些缺陷，例如動力不足、客運能力低、空氣汙染。

電力有軌電車

隨著電動機的發明和城市電力網的普及，1875 年出現了有軌電車。有軌電車由電機驅動，通常由天線上的受電弓供電，在某些情況下由第三軌上的接觸滑塊供電。^[4] 由於其強大的驅動力、大型載客量和低運營成本，有軌電車在 19 世紀末和 20 世紀初很大程度上取代了其他形式的動力。

誕生階段

早期市場發展

安大略省的第一輛有軌電車誕生於 1861 年的多倫多。^[6] 最初，有軌電車市場主要針對市中心的客運。由於價格昂貴以及馬拉有軌電車的侷限性，它無法為整個城市的所有居民提供服務。直到 1894 年，安大略省 12 個城市執行的有軌電車總長度為 194.41 英里。在那個時候，有軌電車市場同時存在馬拉有軌電車和電力有軌電車。電力有軌電車的出現逐漸降低了有軌電車票價，並擴充套件了有軌電車服務範圍。有軌電車市場逐漸擴大，更多市中心和郊區的居民可以享受有軌電車服務。電力有軌電車的興起使有軌電車成為城市主要的交通方式，為居民提供了新的生活方式，並在允許低密度住宅的情況下提供了城市交通的可達性。^[3]

'誕生階段'的政策

隨著城市人口的增長，安大略省的馬車服務非常受歡迎。與步行相比，馬車服務更舒適快捷。一輛馬車可以容納近 10 名乘客。馬車的運營大多是自營的。^[4] 馬車的普及證明了城市公共交通對市議會和各商業利益組織的可行性。然而，在 1861 年，隨著馬拉有軌電車的誕生，由多倫多當地企業主組成的企業集團在安大略省建造了第一輛有軌電車，並從政府獲得了有軌電車的特許經營權。^[8] 儘管馬車服務試圖與這項新服務競爭，但由於企業集團擁有更強大的財力、更大的載客量和政策支援，企業運營的有軌電車服務逐漸取代了自營馬車服務。在有軌電車誕生階段，政府頒佈的特許經營權不僅保護了有軌電車公司的經營收入，而且避免了眾多企業和個體商戶進入有軌電車領域帶來的惡性競爭。

增長階段

私營部門的貢獻

私營部門在安大略省有軌電車快速發展中發揮了重要作用。作為當時城市的主要交通工具，有軌電車被私營部門視為一個有利可圖的行業。根據特許經營協議的要求，私營部門籌集了大量資金用於啟動有軌電車的建設，為有軌電車市場規模的擴大奠定了基礎。^[4] 然而，私營部門對利潤的貪婪阻礙了安大略省有軌電車的健康發展。每家公司的線路都有不同的票價、不同的時刻表和不同的運營模式，難以充分發揮最大效率。^[4][8]

公共部門的貢獻

公共部門在控制和規範有軌電車行業的發展中發揮了作用。公共部門需要為企業運營有軌電車業務頒發特許經營許可協議。^[8] 特許經營許可協議將要求最高票價、運營範圍和運營期限。^[8] 在公共部門的監督下，更多的人可以負擔得起票價，並擴大有軌電車市場的受眾。

政策問題

雖然公共部門頒佈的特許經營許可協議可以抑制高票價，但也限制了企業的盈利能力。電力有軌電車的建設需要大量投資，較低的票價限制使得企業難以盈利。此外，政策沒有明確說明城市如何獲得控制權，以及企業如何在特許經營權到期後轉讓經營權。這也導致了許多法律問題。由於無法盈利以及許多法律問題，多倫多市政府在 1891 年嘗試將有軌電車公有化。^[4] 然而，由於有軌電車的財務風險增加，多倫多鐵路公司在市政府運營有軌電車 8 個月後獲得了新的特許經營權。^[4]

成熟階段

1920 年後，安大略省有軌電車的發展逐漸趨於穩定和成熟。到 1920 年，安大略省 25 個城市擁有 1083.526 英里的有軌電車線路。由於鎖定政策實施的限價措施，有軌電車難以盈利。^[6] 私人投資者對有軌電車投資失去興趣，有軌電車增長開始放緩。與此同時，隨著企業特許經營權到期，許多有軌電車公司合併，以實現規模經濟，最佳化資源配置，節省運營成本。^[6] 安大略省各城市的軌道交通市場逐漸從多家競爭轉變為一家獨大。然而，隨著公共汽車的出現，公共汽車被視為有軌電車的有力競爭對手。公共汽車的購買成本低，靈活性高。購買一套公共汽車的成本低於維修老化的軌道。因此，在 20 世紀 30 年代的大蕭條加速了有軌電車從交通市場撤出時，安大略省的溫莎等一些城市最終紛紛取消了有軌電車的運營，因為他們無法維持有軌電車的維修成本。^[9]

“重新發明”這種交通方式的機會

雖然傳統的有軌電車已逐漸消失，但更適合當今和未來的現代有軌電車（輕軌）已被安大略省的多個城市使用和規劃。與傳統的有軌電車相比，輕軌能夠以更快的速度和更高的客運量行駛，並且擁有獨立的路權，不應與機動車發生干涉。^[10] 隨著城市人口的逐步增長，輕軌能夠更好地滿足交通市場的需求。此外，為了更好地滿足城市交通市場，無軌電車也被髮明出來。與有軌電車相比，無軌電車具有啟動成本低、爬坡能力強、避免交通擁堵、靈活性強等優點。此外，儘管有軌電車運營商很難透過收取票價獲得鉅額利潤，但有軌電車運營商可以透過改變其商業模式，例如參與有軌電車線路周圍的房地產開發並透過房地產升值獲得收入，從而獲得更高的利潤。

定量分析

從 "McGraw electric railway manual - the red book of American street railway investment " 收集的資料被用來擬合安大略省有軌電車從 1894 年到 1920 年的軌道長度，以確定有軌電車發展的三個階段：誕生、增長和成熟。擬合到資料的三個引數函式是

$S(t)=K/[1+exp(-b(t-t_{i}))]$

其中

• $S(t)$ 是狀態度量（例如，乘客公里數）
• $t$ 是時間（年）
• $t_{i}$ 是拐點時間（$1/2K$ 達成的年份）
• $K$ 是飽和狀態水平
• $b$ 是一個係數

由於使用的資料的時間限制，需要使用普通最小二乘迴歸進行估計 K 和 b。使用以下公式估計係數

$Y=bX+c$

其中

$Y=\ln(Miles/(K-Miles))$

$X=Year$

安大略省

安大略省模型結果

變數	描述	值
$K$	飽和狀態水平	1500
$b$	係數	0.11448
$r^{2}$	R 平方	0.93059
$t_{i}$	拐點時間	1910

預測擬合良好。所有系統的總里程數顯示出清晰的增長和成熟生命週期階段。但是，由於研究時間較短，沒有明顯的下降跡象。安大略省的增長階段約為 1894 年至 1910 年。1910 年後進入成熟階段，而出生和下降階段超出了測量的時段。

渥太華

渥太華模型結果

變數	描述	值
$K$	飽和狀態水平	65
$b$	係數	0.07786
$r^{2}$	R 平方	0.85452
$t_{i}$	拐點時間	1898

預測擬合良好。渥太華在很早的時候就經歷了出生階段。在 1894 年至 1920 年之間，它顯示出明顯的增長和成熟生命週期階段。但是，由於研究時間較短，沒有明顯的下降跡象。渥太華的增長階段大約從 1894 年到 1898 年。1898 年後，它進入成熟階段，直到達到 65 英里才達到飽和。

多倫多

多倫多模型結果

變數	描述	值
$K$	飽和狀態水平	500
$b$	係數	0.08656
$r^{2}$	R 平方	0.90300
$t_{i}$	拐點時間	1913

預測擬合良好。多倫多在很早的時候就經歷了出生階段。在 1894 年至 1920 年之間，它顯示出明顯的增長和成熟生命週期階段。但是，由於研究時間較短，沒有明顯的出生和下降跡象。多倫多的增長階段大約從 1894 年到 1913 年。1913 年後，它進入成熟階段，直到達到 500 英里才達到飽和。下降階段超出了測量的時段，圖中沒有明顯的下降跡象。

倫敦

倫敦模型結果

變數	描述	值
$K$	飽和狀態水平	185
$b$	係數	0.08958
$r^{2}$	R 平方	0.87876
$t_{i}$	拐點時間	1919

預測擬合良好。在 1894 年至 1920 年之間，它顯示出明顯的增長和成熟生命週期階段。但是，由於研究時間較短，沒有明顯的出生和下降跡象。倫敦的增長階段大約從 1894 年到 1919 年。1919 年後，它進入成熟階段，直到達到 185 英里才達到飽和。下降階段超出了測量的時段，圖中沒有明顯的下降跡象。

漢密爾頓

漢密爾頓模型結果

變數	描述	值
$K$	飽和狀態水平	2000
$b$	係數	0.06491
$r^{2}$	R 平方	0.57183
$t_{i}$	拐點時間	1950

預測缺乏良好擬合的可能原因是漢密爾頓有軌電車在快速增長後於 1912 年迅速下降。S 形曲線不適合這種非典型的發展模式。