運輸部署案例手冊/2023/古巴

古巴的有軌電車

有軌電車簡介

有軌電車是一種基於軌道執行的車輛，它在鋪設的軌道上執行，在街道和城市之間運送乘客，在過去是北美許多國家和城市的公共交通的主要方式。最初階段的有軌電車由馬匹牽引或由電池供電。這些執行方法效率低下，成本高昂。然而，發電機的發明使有軌電車能夠透過鋪設軌道上方架設的電線連續供電。 古巴是最早建造鐵路的國家之一。哈瓦那的有軌電車鐵路系統使用雙軌電車杆，這種電車杆在世界上僅有少數幾個使用，但在郊區網路中他們也使用單軌電車杆。

有軌電車的影響

有軌電車是比馬車更重要的運輸發展。與馬車類似，第一輛有軌電車是由馬匹在軌道上牽引的。然而，車輪經過精心設計和製造，比之前的車輛提供更舒適的乘坐體驗，並防止車輪從軌道上滑落。此外，一輛由單匹馬在軌道上牽引的有軌電車比之前的車輛更大，可以運送更多的乘客。因此，由於票價低廉，有軌電車為所有民眾，特別是中產階級，提供了更容易的途徑，讓他們能夠以更低廉的價格出行更遠的距離，例如上下班、去市場或進行社交活動。

有軌電車之前的公共交通

馬拉車

馬拉有軌電車是有軌電車的初始形式，它由架空電線供電。它是一種動物驅動的有軌電車。古巴是最早使用有軌電車系統的國家之一。馬拉車線路於 1858 年 2 月 3 日開通。但這些電車只被設計用於運送貨物。1859 年 9 月 20 日，為乘客設計的馬拉有軌電車投入使用。古巴的首都哈瓦那是拉丁美洲第二個運營有軌電車系統的城市。到 1865 年，哈瓦那運營著 32 輛客運有軌電車和 16 輛貨運有軌電車，總軌道長度為 17 公里。 然而，使用馬拉車在古巴運輸貨物和人員存在明顯的侷限性。這是因為單一動物可以執行有軌電車的有限時間，而馬匹需要照顧，包括修飾、餵食、清潔和為馬匹提供休息的庇護所或馬廄。 此外，為了運送乘客和貨物數公里，據報道，每輛有軌電車需要十多匹馬才能提供穩定安全的旅行。 因此，馬拉車系統在運營和管理方面效率低下且成本高昂。

古巴的演變市場

第一次鐵路熱潮發生在 1830 年到 1868 年。在 1830 年，古巴已經開始準備鐵路運輸，因為他們是第一個運營有軌電車的國家之一。在這個時代，古巴是西班牙的殖民地，因此對鐵路運輸的投資得到了西班牙高層當局和古巴精英的支援。第一條鐵路軌道是當時在哈瓦那、瓜伊內斯和主要的糖產區之間鋪設的。在這個時期，古巴是世界上主要的糖生產國，每年生產和銷售超過 600 萬公噸的糖到世界各地。 因此，鐵路建設的主要目的是改善糖在世界範圍內的運輸。後來，鐵路運輸的用途從貨物擴充套件到貨物和人員。從 1827 年到 1877 年，古巴的人口翻了一番多，1827 年人口為 704,487 人，而 1877 年人口為 1,509,291 人。 由於古巴人口的顯著增長，在主要城市周圍發展了更多城鎮，人員運輸變得更加重要。同時，需要更有效、更大的運輸方式來一次運送更多乘客。因此，政府投資了客運有軌電車以滿足人們的需求，並開始運營發達的有軌電車，例如上面章節中介紹的架空電線供電的有軌電車。

有軌電車的發明

弗蘭克·J·斯普拉格是發明家，他在 1888 年在弗吉尼亞州里士滿安裝了一個大型電力有軌電車系統。斯普拉格於 1883 年為托馬斯·愛迪生工作，幫助愛迪生開發電力照明。但斯普拉格對電力牽引表現出興趣，因此他辭去了愛迪生的工作，成為“斯普拉格電力鐵路與電機公司”的創始人。在此期間，斯普拉格發明了一種恆速、無火花電機，配備固定電刷和再生制動系統。再生制動允許透過使用驅動電機將電力返回到主電源體，他驗證了它對有軌電車來說是有益且實用的。

斯普拉格於 1885 年發明的這些創新極大地改進了當時有軌電車的設計。斯普拉格的發明使他們能夠設計出由架空電線供電的有軌電車，並對有軌電車電機、齒輪以及查爾斯·V·德波爾在 1885 年推出的之前的電車杆設計進行了重大改進。^[8] 然後，他的電力有軌電車系統在不到一年的時間內取代了大多數效率較低的馬車。

古巴有軌電車生命週期（1858-1952）

早期市場發展

古巴有軌電車的最初市場定位是糖的買家和賣家。當時，古巴每年銷售超過 600 萬噸糖，因此第一條鐵路建在糖產區和哈瓦那等大城市，以方便快捷地運輸糖到全國各地和世界各地。^[4] 因此，第一批有軌電車是貨運有軌電車，而後來才在鐵路系統中增加了客運有軌電車，以將古巴有軌電車的市場定位從運輸貨物擴充套件到運輸貨物和人員。這段時間的軌道總長度為 17 公里。^[6]

1921 年，由 HER（哈瓦那電力鐵路公司）建造的第一輛封閉式有軌電車投入運營。與之前有 8 個側窗的有軌電車相比，它有一個拱形車頂和一個額外的側窗。新設計提高了乘客的安全性和舒適性，廣告強調了它的速度、旅行的便利性和乘坐封閉式有軌電車的安全性。這從廣告中寫下的資訊可以看出，該資訊翻譯成英語為“非常重要。您的時間值錢。乘坐第一輛車，並在合適的交叉路口索要轉乘車票......乘坐有軌電車就像擁有人壽保險而無需購買保單”^[4]。

誕生階段

第一輛有軌電車只運送貨物，第一輛客運有軌電車於 1859 年 9 月 20 日投入運營。第一條客運有軌電車軌道是在第一輛客運有軌電車開通前 16 天鋪設的，從哈瓦那到卡梅洛。然後，在 1859 年，哈瓦那城市鐵路線路延伸到塞羅和耶穌德爾蒙特。一年後，哈瓦那城市鐵路“Ferro Carril Urbano de la Habana”透過與客車公司合併，組建了哈瓦那城市鐵路和公共汽車公司“Empresa del Ferro-Carril Urbano y Omnibus de La Habana”。在客運有軌電車系統開通 6 年後，哈瓦那鐵路執行著 32 輛客運有軌電車和 16 輛貨運有軌電車，軌道總長度為 17 公里。^[4]

有軌電車系統開始發展，隨著人口的增加，哈瓦那城市鐵路從紐約的斯蒂芬森公司訂購了大型 8 輪有軌電車，並從鮑德溫公司訂購了 6 臺蒸汽機車。1873 年，這些新型有軌電車在卡梅洛線取代了馬拉的有軌電車。1882 年，由於碼頭的延誤，其他線路上的騾拉有軌電車停止運營，並修建了另一條通往王子堡的線路來擴充套件鐵路軌道。隨著時間的推移，古巴城市鐵路“Ferro Carril Urbano”試圖在軌道上方安裝電線來升級鐵路系統。然而，由於古巴與西班牙之間的衝突，該計劃失敗了。西班牙-美國戰爭結束後 4 天，古巴從西班牙獨立，古巴城市鐵路“Ferro Carril Urbano”將其鐵路以 1,472,000 比索的價格出售給了美國、加拿大和法國的財團。他們聚集在一起，於 1899 年 1 月成立了哈瓦那電力鐵路公司 HER。^[4]

增長階段

1900 年，HER 開始建造發電廠，並從美國傑克遜和夏普公司購買了 110 輛單卡車電動有軌電車，配備雙電車系統。雙電車系統用於保護地下管道免受暴雨的侵蝕，因為來自架空電線的電流可以被地面絕緣。第一條電力線路於 1901 年初建成，從哈瓦那到聖胡安德迪奧斯。1901 年底，所有 110 輛電動有軌電車都從傑克遜和夏普公司交付，所有現有線路都開通了電力線路。因此，整個城市都可以使用電動有軌電車進行更便捷的出行。哈瓦那的標準軌距為 1435 毫米。由於馬拉有軌電車在碼頭遇到了擁堵，他們就在碼頭區域建造了一條高架鐵路“Calle San Pedro”來解決嚴重的擁堵問題。從 1906 年開始，HER 透過從麥奎爾和布里爾斯購買卡車，從通用電氣購買電機，在哈瓦那建造有軌電車。到 1913 年，HER 運營著 372 輛有軌電車。當足夠多的有軌電車在軌道上執行遍佈整個城市時，HER 在 1921 年建造了第一輛封閉式有軌電車，它有一個拱形車頂和 9 個側窗，以提高乘客的舒適度。與之前的有軌電車相比，這輛有軌電車增加了一個窗戶。然後，所有現有有軌電車都被重建為新設計，後來建造的有軌電車也都是按照這種設計建造的。最終，哈瓦那有 578 輛有軌電車在總長度為 244 公里的軌道上執行。1925 年之後，沒有建造新的有軌電車或軌道，並且自 1901 年以來，有軌電車的票價一直保持在 5 美分。^[9]

成熟與衰落

從 1925 年開始，公共汽車和小巴開始運營，它們沿著有軌電車軌道行駛，並搶走了有軌電車的乘客，因為它們不受軌道或鐵路的限制。由於 1933 年發生的全國範圍內的罷工，有軌電車的客流量從 1935 年的 1.4 億人次下降到 6900 萬人次。1940 年，由於有軌電車客流量減少，“Calle San Pedro”上的高架鐵路被拆除。然而，在第二次世界大戰期間，有軌電車的客流量大幅增加，因為石油和輪胎受到限制，公共汽車無法在沒有石油的情況下運營。^[9] 但戰爭結束後，石油和輪胎再次不受限制，公共汽車又在古巴運營起來。因此，有軌電車的客流量再次下降。1949 年，HER 用從新澤西州紐瓦克購買的 44 輛二手有軌電車替換了舊有軌電車。但他們無法實現盈虧平衡，HER 在 1950 年中期宣佈破產。一家名為 Autobuses Modernos S.A. 的公司收購了 HER，並繼續運營有軌電車系統，直到 1952 年 4 月 29 日，哈瓦那最後一輛有軌電車編號為 388 停運。^[9]

有軌電車的重生

過去，有軌電車是乘客在城市和城鎮之間旅行的主要交通工具。但隨著公共汽車等具有更大旅行優勢的新型交通工具開始在全國各地運營，有軌電車失去了競爭力，也失去了乘客。主要原因是有軌電車的活動範圍有限，因為它們只能在安裝的鐵路線上行駛。在當今世界，火車和公共汽車是城市之間旅行的主要交通工具。但隨著城市的發展，一些大城市需要很長時間才能從一端走到另一端，例如從悉尼唐人街到邁爾悉尼市，它們分別位於市政廳的兩端。因此，在這條線路上的許多悉尼市民使用輕軌。^[10] 悉尼市輕軌與過去有軌電車之間的區別在於，乘客使用輕軌在大型城市內部旅行。但過去，由於大型城市不像現在的大型城市那麼大，公共汽車在旅行方面更有效，因為它們的活動範圍不受鐵路的限制。因此，悉尼市輕軌是重塑有軌電車的一個很好的例子，它可以提供滿足人們需求的服務。

古巴有軌電車網路的定量分析

方法

對古巴有軌電車網路進行了定量分析，以概述古巴有軌電車系統的生命週期。在此分析中，需要按年提供足夠的有軌電車鐵路長度（以英里計），並且只有哈瓦那的哈瓦那電力鐵路（HER）提供了足夠的資料進行分析。資料來源為 1902 年至 1920 年的《麥克格勞電力鐵路手冊》（美國有軌電車投資的紅皮書），並使用線性插值法估算了一些缺失資料。

每項技術的生命週期都包含誕生、成長、成熟和衰退階段，本節對古巴有軌電車系統的這些階段進行了近似估算。使用獲得的資料來估算三引數邏輯函式，以建立 S 曲線。

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

其中

• S(t) 是狀態度量（軌道長度，以英里計），
• t 是時間（以年計），
• ti 是拐點時間（達到 1/2 Smax 的年份），
• Smax 是飽和狀態水平，以及
• b 是要估計的係數。

由於 1920 年後的資料無法獲得，因此 HER 的飽和狀態水平 Smax 是未知的。因此，已經進行了隨機試錯，以根據每個 R 平方值和 t 統計量值獲得 Smax 的最佳值。使用單變數線性迴歸來估計 c 和 b 值（如下所示），從而估計預測的軌道長度。

Y = bX + c

其中

• Y = ln(length / Smax - length)
• X = 年份

哈瓦那

迴歸結果

變數	值
Smax	160
b	0.09016
ti	1916.05

哈瓦那軌道長度（英里）

年份	軌道長度	預測的軌道長度
1902	37.0	35
1903	38.1	38
1904	48.2	40
1905	50.81	43
1906	50.81	46
1907	50.81	49
1908	50.81	52
1909	50.4	55
1910	51.5	59
1911	51.5	62
1912	53.9	66
1913	53.9	69
1914	65.7	73
1915	73.4	76
1916	81.2	80
1917	97	83
1918	97	87
1919	97	91
1920	97	94

迴歸結果表明，分析得出的飽和長度為 160 英里，飽和長度的一半在 1916 年初實現。圖中顯示的預測軌道長度看起來相當準確，因為實際軌道長度線和預測軌道長度線的總體趨勢並不完全一致。該模型的 R 平方值為 0.85，對於該模型來說是可以接受的，最大差異約為 1917 年的 15 英里。模型略有不準確的原因是資料缺失和資料可獲取性有限，因為 1902 年之前和 1920 年之後的資料都無法獲得。

從圖中可以看出，哈瓦那有軌電車的誕生階段從 1902 年持續到 1913 年，因為在此期間總軌道長度僅略有增加。該圖顯示，哈瓦那有軌電車軌道長度從 1913 年到 1920 年大幅增加，估計為增長階段。哈瓦那有軌電車的成熟階段從 1920 年開始，但這是不準確的，因為 1920 年之後的資料無法從《麥克格勞電力鐵路手冊》中獲得。

使用總軌道長度（以英里計），繪製哈瓦那電力鐵路從 1902 年到 1920 年的 S 曲線

哈瓦那電力鐵路的生命週期

	年份
誕生	1902-1913
增長	1913-1920
成熟	1920 年及以後